PEMEX EXPLORACiÓN Y PRODUCCiÓN
SUBDIRECCiÓN DE ADMINISTRACiÓN DE SERVICIOS PARA
EXPLORACiÓN Y PRODUCCiÓN
COORDINACiÓN DE SERVICIOS MARINOS Y DE MANTENIMIENTO,
CON FIABILIDAD y CONTRUCCIÓN DE INFRAESTRUCTURA
ÁREA DE PROYECTOS ESPECIALES DE MANTENIMIENTO,
INGENIERíA Y SERVICIOS TÉCNICOS
DEPARTAMENTO DE OBRAS ESTRATÉGICAS
CLIENTE:
"ELABORACiÓN DE INGENIERíA PARA LAS OBRAS ASOCIADAS A
LA CONTINUIDAD DE LA PRUEBA PILOTO DEL PROYECTO DEL
DOBLE DESPLAZAMIENTO"
PROYECTO:
ACTIVIDAD No. 2: REHABILITACiÓN DE TRIFÁSICO EN AKAL-G1 .
No. DEL PROYECTO:
OT-17
CONTRATO:
648235806
UBICACiÓN:
SONDA DE CAMPECHE
PLANTA O INSTALACiÓN:
CENTRO DE PROCESO AKAL-G
(U)
NnMAHNA
:)fP 2D19
NO.: MC-AKAL-G-A-033
TIPO DE DOCUMENTO:
MEMORIA DE CÁLCULO
DESCRIPCiÓN:
MEMORIA DE CÁLCULO DE VÁLVULAS DE SEGURIDAD
REV
DESCRIPCiÓN
o
APROBADO PARA
CONSTRUCCiÓN
FECHA
M.G.
SEP.l2019
"ELABORACiÓN DE INGENI ERíA PARA LAS OBRAS ASOCIADAS A LA CONTINUIDAD DE LA
PRUEBA PILOTO DEL PROYECTO DEL DOBLE DESPLAZAMIENTO"
MEMORIA DE CÁLCULO DE VÁLVULAS DE SEGURIDAD
ELABOR6: E.C.SA
REV. O
FECHA: SEP.l2019
MC-AKAL-G-A-033
HOJA 1 de 19
CONTE NIDO
1.
OBJETIVO . ...... ....... ...... ...... .. ... .... ... .. ...... ... .... ..... ... .. ... ........ .. .... .... .... ...... ..... .. ........ .. .... ..... 4
2.
ALCANC E.. ... ... ......... .... .. .. ... .. .... ....... ... ... ..... .. .... .. .. ...... ..... .. .. ......... ...... .. .. ..... ...... .. .. ....... ...4
3.
ANTEC EDENTES .. ... .. ..... .... .... ... ... ... ..... ....... .. .. .... ........ ... ... .... .... .. ........ ... .. ..... .. .. .. .... .. ...... .4
4.
DOCUMENTOS Y PLANOS DE REF ERENC IA ... .. ... .. ... .... .. ... .. .. .. .... .. .... .. .. ...... .... ... .. .... .. .5
5.
NORMAS, CÓDIGOS Y ESPECIFICACIONES . ...... .. .. ... .............. .. ... ............... .. ...... ....... .. 6
6.
DESCRIPC iÓN DEL PROC ESO . ... .... ..... .. ... ... ............ .... ... .. ......... .. .. .. .. ..... .. ..... ...... .. .. ..... .7
7.
CRITERIOS DE DiSEÑO ... ...... .. .... ... .. .......... ..... .. ... ....... .. .... .... ... ....... .... .. ........ ..... ..... ....... .9
7.1 CONTRAPRESIÓN ...... ...... .... ........... .... ... .... .. ....... .. .. .. .... .. ..... ...... ... ..... ............ .... ... .... . 9
7.2 PRESiÓN DE AJUSTE .... ... ........ ... ... ... ... .. .... ...... ..... .. .... .... ... .. ...... .. ... ..... ... ....... .. ......... 9
7.3 SOBRE PRESiÓN . .. ..... ... .. ...... .. .. ... .. .... ... .... .. .. .. .. .. ... .... ... ..... .. .... .... ... ... ...... .. ..... ... .. .... 12
7.4 TEMPERATURA DE RELEVO ... ...... .... ...... ... ... .... ....... .... .. .... .. .. .. ....... ...... .. ...... .. ........ 12
7.5 PRESiÓN DE RELEVO ......... ... ....... ....... ...... ..... .. .. .. .. ... .. ........ .. .. .. .. .... .. ............ .. .. .. ... . 13
7.6 FLUJO A RELEVAR. ..... ... .. ...... .. .. .. .. ... .... ... ....... ...... ... ...... .. .. ... ... .. ...... ... .. .... .. .... .. ... .... 14
7.7 ÁREA DE DESCARGA REQU ERIDA. .. .. .. ...... .. .. .. .... .. .... ..... .. .. .... .... .. ... .. .. ..... ... .. .... .. . 14
8.
CONSIDERACIONES DE DISEÑO . .... ... .... .. .. ....... .. ... .. .... .. .. ........ ...... ... .. ... .. .. .. .......... ..... 16
9.
METODOLOGíA DE CÁLCULO ..... .. .. .. .. ......... .. ... ... ........ ........ .... ...... ........ .. .. ........ .. ... ... .. 17
10.
RES ULTADOS . ...... ... ....... .. .. ..... .. ...... .. .. ...... .. .......... ..... .. .. .... .. ............ .... .. .... ... ...... .. ..... ... 18
11 .
CONCLUSiONES . ..... ...... ... ........ .. .. ....... ... ... .... .. ....... .. .... .. .... ...... ..... ........... .. ... ... ... ....... ... 18
12.
ANEXOS . ..... .. .. ... ... .. ....... ....... .... .... ...... .. ...... .... ..... .. ... ..... ... ....... .. ...... ..... .... ........ .... .. ... .... 19
12.1. REPORTE DE LA SIMU LACiÓN PSV-31 04-A. ...... .. .. ... .. ... ........ .. ..... ... .. .... ... ...... .... 19
"ELABORACiÓN DE INGEN IERíA PARA LAS OBRAS ASOC IADAS A LA CONTIN UI DA D DE LA
PRUEBA PILOTO DEL PROYECTO DE L DOBLE DESPLAZAM IENTO"
MEMORIA DE CÁLCULO DE VÁLVULAS DE SEGURIDAD
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HOJA 2 de 19
12.2. REPORTE DE LA SIMULACiÓN PSV-3104-B .. ....... ... ......... .... ..... .. ... ............. .... ... . 19
"ELABORACiÓN DE INGENIERíA PARA LAS OBRAS ASOCIADAS A LA CONTINUIDAD DE LA
PRUEBA PILOTO DEL PROYECTO DEL DOBLE DESPLAZAMIENTO"
MEMORIA DE CÁLC ULO DE VÁLVULAS DE SEGURIDAD
ELABORÓ: E.C.SA
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HOJA 3 de 19
1.
OBJETIVO.
Establecer los criterios, consideraciones y la metodología de diseño utilizados en la memoria de
cálculo de las válvulas de seguridad del separador trifásico FA-3104 de la plataforma Akal-G1
correspondiente a la Actividad No. 2: "REHABILITACiÓN DE TRIFÁSICO EN AKAL-G1 " del proyecto
"ELABORACiÓN DE INGENIERíA PARA LAS OBRAS ASOCIADAS A LA CONTINUIDAD DE LA
PRUEBA PILOTO DEL PROYECTO DEL DOBLE DESPLAZAMIENTO".
2.
ALCANC E.
Determinar el área de orificio requerido para las válvulas de seguridad que se instalarán en el
separador trifásico de la plataforma Akal-G1 bajo las nuevas condiciones de operación .
3.
ANTECEDENTES.
Para mantener los ritmos de producción del Campo Akal del Bloque AS01-01 e incrementar el factor
de recuperación de aceite maximizando el valor económico del yacimiento, personal de PEP realizó un
análisis técnico~económico conformado por un grupo multidisciplinario de: operación de pozos,
productividad , programación y evaluación económica, mantenimiento a equipos, yacimientos e
instalaciones, donde se demostró que el adelanto de la aplicación del "PROYECTO DEL DOBLE
DESPLAZAMIENTO, CONTINUIDAD DE LA PRUEBA PILOTO" como método de recuperación
secundaria, resulta rentable y viable técnicamente, de tal manera, a través de la estrategia de la
ejecución de la obra "INGENIERíA, PROCURA, CONSTRUCCiÓN, INSTALACiÓN Y PUESTA EN
OPERACiÓN DE LAS OBRAS ASOCIADAS A LA CONTINUIDAD DE LA PRUEBA PILOTO DEL
PROYECTO DEL DOBLE DESPLAZAMIENTO", se plantea explotar la zona sur del Campo Akal en las
plataformas Akal-GP, Akal-TGP, Akal-S, Akal-R, Akal-TR, Akal-H, Akal-TH y Akal-HR e inyectar el agua
en la zona norte en calcarenitas de Sihil, JSK de Akal para el caso de Akal-GP y TGP Y en Brecha del
Campo Nohoch para el caso de Akal-S, Akal-R, Akal-TR, Akal-H , Akal-TH y Akal-HR. en un principio se
extraerá 105 MBPD de agua del acuífero con 51 pozos y por ende, se incorporarán hasta 30 MBPD
aceite con base al POT-III-2019, debido a la exposición de la matriz de la roca con el aceite entrampado,
propiciando así, el drene gravitacional.
La producción incorporada de Akal-GP y TGP, se enviarán hacia el C.P. Akal-G para deshidratación y
envío a inyección de agua a pozo letrina en la plataforma Akal-T J, donde se tiene una capacidad de
inyección actual de 40 MBPD Y futura de hasta 100 MBPD.
La producción incorporada de las corrientes Akal-S, Akal-R, Akal-TR Akal-H, Akal-TH y Akal-HR se
enviará hacia el C.P. Nohoch-A para deshidratación e inyección a pozo letrina en NH-A.
"ELABORACiÓN DE INGENIERIA PARA LAS OBRAS ASOCIADAS A LA CONTINUIDAD DE LA
PRUEBA PILOTO DEL PROYECTO DEL DOBLE DESPLAZAMIENTO"
MEMORIA DE CÁLCULO DE VÁLVULAS DE SEG URIDAD
ELABORÓ : E.C.SA
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HOJA 4 de 19
Para la extracción y manejo de agua del acuífero en donde se tiene un alto volumen de gas asociado
a la obra, se plantea como estrategia la división del proyecto en dos fases (Fase 1 y Fase 2) para el
incremento de la rentabilidad del proyecto, por lo cual, se deberá considerar de la siguiente manera:
La Fase 1, tiene como alcance las siguientes actividades principales:
1.
Rehabilitación de los sistemas de proceso y servicios auxiliares de las plataformas Akal-GP y
Akal-TGP.
2. Instalación de Separador Remoto en la plataforma Akal-GR.
3. Rehabilitación de trifásico en Akal-G1 .
4. Segregar corriente de Akal-GP y Akal-TGP en Akal-G Perforación para derivar flujo hacia
trifásico de Akal-G1 .
5. Interconexión y rehabilitación del Rectificador de gas en Akal-G1.
6. Sustitución del tanque que desfogue del trípode de Akal-G Perforación .
7. Rehabilitación de sistemas de drenajes en Akal-GR.
8. Interconexión en Akal-C Enlace para envío de agua a Akal-E.
9. Instalación de comales en Akal-E para envío de agua a Akal-T J (vía Akal-J1).
10. Interconexión en Akal-T J para 3 nuevos pozos captadores de agua.
11. Rehabilitación de la planta deshidratadora de NH-A Perforación .
La Fase 2, tiene como alcance las siguientes actividades principales:
12. Instalación de Separador Remoto en Akal-H.
13. Instalación de Separador Remoto en Akal-R.
14. Interconexión en Akal-C4 para envío de aceite separado de AKAL-H a batería de AKAL-C3.
Generales:
15.
4.
Rehabilitación de duetos L.B1, L-B, L-15 Y L.172.
DOCUMENTOS Y PLANOS DE REFERENCIA.
Los documentos de referencia usados para el desarrollo de la memoria de cálculo de las válvulas de
seguridad que se encuentran instaladas en el separador trifásico FA-3104 de la plataforma Akal-G1 son
los siguientes:
BM-AKAL -G-A-025
BALANCE DE MATERIA Y ENERGíA
D-AKAL-G-A-019
DIAGRAMA DE TUBERíA E INSTRUMENTACIÓN. SISTEMA DE
BOMBEO . DE AGUA. PLATAFORMA AKAL-G1
D-AKAL-G-A-020
DIAGRAMA DE TUBERíA E INSTRUMENTACIÓN. SISTEMA DE
BOMBEO. DE ACEITE. PLATAFORMA AKAL-G1
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MEMORIA DE CÁLC ULO DE VÁLVU LAS DE SEG URIDAD
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HOJA 5 de 19
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5.
NORMAS, CÓDIGOS Y ESPECIFICACIONES.
El diseño de las válvulas de seguridad deberá cumplir con la última edición de normas, códigos y
especificaciones aplicables.
NORMAS NACIONALES
NORMA OFICIAL MEXICANA (NOM)
VÁLVULAS DE RELEVO DE PRESiÓN (SEGURIDAD, SEGURIDADALIVIO y ALIVIO) OPERADAS POR RESORTE Y PILOTO;
FABRICADAS DE ACERO Y BRONCE
NOM-093-SCFI
NORMAS INTERNACIONALES
INTERNATIONAL STANDARIZATION ORGANIZATION (ISO)
ISO-23251
PETROLEUM, PETROCHEMICAL ANO GAS INDUSTRIES PRESSURE - RELlEVING ANO DEPRESSURING SYSTEMS
NORMAS EXTRANJERAS
AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE (API)
API-STD-520
SIZING, SELECTION, ANO INSTALLATION OF PRESSURE-RELlEVING
DEVICES IN REFINERIES -PART 1, SIZING ANO SELECTION
API-STD-520
SIZING, SELECTION, ANO INSTALLATION OF PRESSURE-RELlEVING
DEVICES IN REFINERIES -PART 2, INSTALLATION
API-STD-521
PRESSURE-RELlEVING ANO DEPRESSURING SYSTEMS
API-STD-526
FLANGED STEEL PRESSURE RELlEF VALVES
eN
NO¡~A~l~l ~-
"ELABORACiÓN DE INGENIERíA PARA LAS OBRAS ASOCIADAS A LA CONTINUIDAD DE LA
PRUEBA PILOTO DEL PROYECTO DEL DOBLE DESPLAZAMIENTO"
MEMORIA DE CÁLCULO DE VÁLVULAS DE SEGURIDAD
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HOJA 6 de 19
ELABORÓ: E.C.S.A.
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FECHA: SEP.l2019
6.
DESCRIPCiÓN DEL PROC ESO.
Actualmente la producción de las plataformas Akal-GR, Akal-P y Akal-G-Perforación se manejan en el
separador trifásico FA-31 04 de Akal-G 1 como separación bifásica.
El gas separado en el FA-3104 se incorpora al cabezal de 30"0 para su envío hacia los
turbocompresores de la PAE "AGOSTO 12" Y a los módulos de compresión de la plataforma Akal-GCompresión previo paso por los Slug-Catcher FA-4200-NB.
Los líquidos separados son enviados al Centro de Proceso Akal-C a través de la línea de 14"0
identificada como L~ 16 con un sistema de bombeo existente (GA-3106-A/B/C/D/E) para su manejo y
distribución.
La filosofía propuesta contempla flexibilidades operativas como se muestran a continuación, siendo el
Escenario lila operación normal del separador trifásico FA-31 04.
ESCENARIO I
El separador remoto FA-11 02-H que se instalará en la plataforma Akal-GR manejará la producción
actual que se recibe de las plataformas Akal-GR , Akal-P y Akal-G-Perforación para su separación
bifásica de gas y líquido (Operación actual del separador trifásico FA-3104 en la plataforma Akal-G1) .
Los líquidos separados son enviados al Centro de Proceso Akal-C a través de la línea de 14"0
identificada como L-16 con un sistema de bombeo nuevo (BA-1102/R) para su manejo y distribución.
El gas separado se incorporará al cabezal de 30"0 para su envío hacia los turbocompresores de la
PAE "AGOSTO 12" Y a los módulos de compresión de la plataforma Akal-G-Compresión previo paso por
los Slug-Catcher FA-4200-NB.
Adicionalmente, el Centro de Proceso Akal-G recibirá gas amargo provenientes de las plataformas
Akal-B, Akal-C y Nohoch-A vía Akal-C6 en la plataforma Akal-GR, la cual será regulada con un paquete
de regulación de gas nuevo que se instalará en la plataforma Akal-GR para complementar la carga de
gas requerida .
NOTA 1: Para llevar a cabo este escenario se deberán realizar a la par las siguientes actividades con
la finalidad de optimizar el proceso de separación y los servicios auxiliares necesarios para la óptima
operación de los sistemas involucrados:
•
Actividad 7: "REHABILITACiÓN DE SISTEMAS DE DRENAJES EN AKAL-GR".
•
Actividad 3: "REHABILITACiÓN DE TRIFÁSICO EN AKAL-G1 ".
•
Actividad 4: "INTERCONEXION E INSTALACiÓN DE COMALES EN AKAL-G PERFORACiÓN
PARA SEGREGAR CORRIENTE DE AKAL-GP HACIA TRIFÁSICO DE AKAL-G1" .
"ELABORACiÓN DE INGENIERíA PARA LAS OBRAS ASOCIADAS A LA CONTINUIDAD DE LA
PRU EBA PILOTO DEL PROYECTO DEL DOBLE DESPLAZAMIENTO"
MEMORIA DE CÁLCULO DE VÁLVU LAS DE SEGURIDAD
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MC-A KAL-G-A-033
HOJA 7 de 19
•
Actividad 6: "SUSTITUCiÓN DEL TANQU E QUE DESFOGU E DEL TRíPODE DE AKAL-G
PERFORACiÓN".
ESCENARIO 11 (OP ERACiÓN NORMAL DEL SEPARADOR FA-3104)
Segregando la producción de las plataformas Akal-GP y TGP hacia el FA-3104 para su separación
trifásica en Akal-G1 , la producción que se reciba de las plataformas Akal-GR, Akal-P y Akal-GPerforación se manejará en el separador remoto FA-1102-H donde se realizará la separación gas y
líquido en la plataforma Akal-GR, operando ambos separadores como primera etapa.
Los gases obtenidos de los separadores FA-11 02-H Y FA-3104 se incorporarán al cabezal de 30"0
junto con el gas proven iente del paquete de regulación de la línea de llegada de Akal-C6 en la plataforma
Akal-GR, para su envío hacia los turbocompresores de la PAE "AGOSTO 12" Y a los módulos de
compresión de la plataforma Akal-G-Compresión previo paso por los Slug-Catcher FA-4200-NB.
Los líquidos separados del FA-1102-H en la plataforma Akal-GR y el aceite separado del FA-3104 en
la plataforma Akal-G1 serán enviados al Centro de Proceso Akal-C a través de la línea de 14"0
identificada como L-16 con los sistemas de bombeo nuevos BA-1102/R y BA-3104-NB, respectivamente ,
para su manejo y distribución.
El agua congénita separada del FA-3104 en la plataforma Akal-G1 serán enviados a la plataforma
Akal-T J para su disposición final previo paso por las plataformas Akal-C , Akal-E y Akal-J con un sistema
de bombeo nuevo BA-3104-C/D.
Las condiciones de operación propuestas para el separador FA-3104 y los sistemas de bombeo para
el Escenario 11 se muestran en las siguientes Tablas.
TABLA 1. CONDICIONES DE OPERACiÓN PROPUESTA
DEL SEPARADOR TRIFÁSICO FA-31 04 .
Qg
(MMPCED)
QI
(BPD)
Qo
(BPD)
Qw
(BPD)
TEMPERATURA
(oC)
PRESION
5.00
20,000
10,000
10,000
40.00
3.20
NORMAL
110.00
60,000
15,000
45,000
45.50
3.70
MÁXIMA
160.00
65,000
20,000
45,000
55.00
3.80
CONDICiÓN
MíNIMA
(kg/cm 2 )
TABLA 2. CONDICIONES DE OPERACiÓN PROPUESTA
DEL SISTEMA DE BOMBEO DE ACEITE BA-3104-NB .
CONDICiÓN
Qo
(BPD)
P. DE SUCCION
P. DE DESCARGA
(kg/cm 2 )
(kg/cm 2 )
MíNIMA
10,000
2.50
7.00
NORMAL
15,000
4.90
7.20
MÁXIMA
22, 000
5.20
8.50
o~'
iaMA~NA
"ELABORACiÓN DE INGENI ERíA PARA LAS OBRAS ASOCIADAS A LA CONTI NUIDAD DE LA
PRUEBA PILOTO DEL PROYECTO DEL DOBLE DESPLAZAMIENTO"
MEMORIA DE CÁLCULO DE VÁLVULAS DE SEGURIDAD
MC -AKAL-G-A-033
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HOJA 8 de 19
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TABLA 3. CONDICIONES DE OPERACiÓN PROPUESTA
DEL SISTEMA DE BOMBEO DE AGUA CONGÉNITA BA-3104-C/D.
Qw
P. DE SUCCION
P. DE DESCARGA
CONDICIÓN
(BPD)
(kg/cm 2)
(kg/cm 2 )
MíNIMA
10,000
2.50
10.00
NORMAL
45,000
4.90
12.00
MÁXIMA
48,000
5.20
14.00
ESCENARIO 111 (FLEXIBILIDAD OPERATIVA)
La producción provenientes de las plataformas Akal-GP, TGP, Akal-GR, Akal-P y Akal-G-Perforación
será enviados hacia el separador FA-3104 para su separación trifásica en Akal-G 1 operando como
primera etapa.
El aceite separado del FA-3104 en la plataforma Akal-G1 serán enviados al separador remoto FA1102-H en Akal-GR para su segunda etapa de separación , posteriormente a su salida del FA-1102-H el
aceite se enviará al Centro de Proceso Akal-C con un sistema de bombeo nuevo (BA-11 02/R) .
7.
CRITERIOS DE DISEÑO.
A continuación se indican una serie de criterios de diseño que son aplicables en la metodología para
el dimensionamiento de las válvulas de seguridad.
7.1
CONTRAPRESIÓN.
La máxima contrapresión para los diferentes tipos de válvulas de relevo son las siguientes:
•
•
•
Convencionales: No debe exceder 10 % de la presión de ajuste.
Balanceadas: No debe exceder 50% de la presión de ajuste.
Operadas por Piloto: La apertura no se ve afectada por la contrapresión .
7.2
PRESiÓN DE AJUSTE.
La presión de ajuste para las válvulas de seguridad para la protección completa de las bombas debe
ser de al menos 10% o 175 kPa (25psi) por encima de la presión de descarga nominal, la que sea
mayor.
La presión de ajuste de los dispositivos de relevo o alivio de presión del separador trifásico FA-3104
debe estar de acuerdo con los requisitos para la operación segura del equipo, tomando en cuenta que en
ningún caso, debe ser mayor a la Presión Máxima de Trabajo Permitida del equipo y sistema.
El punto de ajuste o valor de la presión de calibración de los dispositivos de relevo o alivio de presión
de recipientes a presión, debe ser mayor que la presión de operación y menor o igual que la presión de
diseño del equipo, como se muestra en la FIGURA 1.
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I
HOJA 9 de 19
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REV. O
FECHA: SEP.l2019
Cuando una sola válvula proteja a dos o más equipos, la presión de ajuste debe ser igual a la menor
presión de diseño de dichos equipos y que la del sistema de tuberías que los interconecte.
Cuando se protejan tuberías, el valor de la presión de ajuste se debe determinar considerando la
máxima presión de trabajo permisible de la tubería, y la menor presión de diseño de los equipos con los
que está interconectada.
Cuando el área de descarga requerida no se pueda obtener comercialmente en una sola válvula, se
debe utilizar un sistema de válvulas múltiples ajustando un dispositivo a una presión igualo menor de la
máxima presión de trabajo permisible, y los dispositivos adicionales pueden ser ajustados para operar a
presiones mayores, pero en ningún caso a una presión del 5% por encima de la máxima presión de
trabajo permisible, excepto los dispositivos de presión suplementarios, como protección en contra de la
presión excesiva causada por estar expuesto a incendio (fuego directo) o alguna otra fuente de calor,
deben estar ajustados para operar a una presión no mayor del 10% por encima de la máxima presión de
trabajo permisible del recipiente.
Si el dispositivo es utilizado para cumplir tanto los requerimientos debido a un incendio (fuego directo)
o alguna otra fuente externa de calor y para uso de fluidos compresibles, éste debe ser ajustado para no
operar por encima de la máxima presión de trabajo permisible.
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HOJA 10 de 19
FIGURA 1. RELACIONES DEL NIVEL DE PRESiÓN PARA PSV·s.
P",ssura Vess.al RequiramElnls
Typ ical Charac1atisiics 01
P rassu ra R.. lial Val v.. s
Vessel
PreSSUIe
MalCim um al lmvable
aocumu lalad prassure
¡fira expo sure o nly)
12 1 -+------------------- MaJÓ mUlo reliavi ng p Ii3'ssuJ"e
lO! 11m si zi ng
12lJ
r. ulfi p1e valvas
Maitim urn a llowable
aocum uta1ed pressure lor
multip1e ·valve inslallatk>n
(elher lhan IIre expogjra )
116 -+------------------- MaJÓ mum m ;¡¡e~~ng p r.. ssure
ror p roce ss siz,in·g
115
Sl ogle-valve
MaJÓmum ml iavi ng pre!>sure
rO! p rooe's s sizing
Maxim um al lmvable
aocumula'lad prassura lor
sing le-valve i nslallation
(elher l han lira exposure )
'iñ
Q1
ii! 110
2l
i!!
r
-+-------f.----------..l..-
m
Ovarpressure (m sJCimum)
~
en
~
<D
;O
Maxi mum a!Iu.\'able sal pre ssure
ror sup pl"mEI.ntal va llIes
(fira exposura )
MSJÓmum a l lm"able s"t pres5ure
lar addijjo.oal valve's .(process)
105
~
¡¡¡
::o
Maxirnu m allowable
working pressura er
des;gn prassura (see
Nole4)
/6 100
'15
e
J
f
Smmer
(lyplr:al)
r. aJÓmum a llo.....abl .....el
press-ure lor s Ingla va Iv..
Blowdown (~'p ¡C-31l
(s.ae l'l!ola Il )
'! l5
Closi ng prn's sura ler
a -si ngla va.lve
MalCim um expecled
Leak t..slpressura (Iy'pical)
op .. ra ting p res;u re
(se!! Notes 5 and 6 )
85
NOTES
1. This f¡g ure conforrns with Ul e rcquircments of Section VIII o f tIle ASME Bailar amJ Prossuro 110=1 Codo. for MAWPs
grcatcrtllan 30 psig.
2. Th:e pressUIc conditions sho\'KI aro for prcssurc rclief va lves instaIlcd on a prcssure vcsscl.
3. A1lo\,;'ablc sct~prossurc toleranros \'IiII be in accordan-cc '/ith Ute applicable codes.
4. TItc m aximum .allowable wol1<ing prcssure is c-qu al to orgrcaterthan Ihe dcsign prcssUIc for a coincident design temperature.
5. Tao opcmting prossure may be higheror Iower Ihan 90 %.
6. Scction VIII , D.ivision 1, Appcndix Mof lhe ASME Codeshou ld bercfcrrcd to for guidanro on blowoown and prcssurc
.
dill'c ronl ials.
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HOJA 11 de 19
7.3
SOBREPRES IÓN.
Los valores de sobrepresión a utilizar son:
Fuego: 21 %
Equipos con válvula individual: 10 %
Equipos con válvulas múltiples: 16 % o 27 .5 kPa , lo que resulte mayor.
Para el caso de fuego y protección con válvulas múltiples, el límite de presión de ajuste y
sobrepresión debe estar de acuerdo a la TABLA 4.
•
•
•
•
TABLA 4. AJUSTE DE LOS LíMITES DE PRESiÓN Y
ACUMULACiÓN PARA LOS DISPOSITIVOS DE ALIVIO DE PRESiÓN .
DISEÑO DE UNA VÁLVULA SIMPLE
DISEÑO DE VÁLVULAS MÚLTIPLES
CONTINGENCIA
PRESiÓN DE
AJUSTE
('Yo)
PRESiÓN DE
AJUSTE
('Yo)
MÁXIMA PRESiÓN
ACUMULADA
('Yo)
PRIMERA VÁLVULA
100
110
100
116
VÁLVULA(S) ADICIONAL(ES)
-
-
105
116
MÁXIMA PRESiÓN
ACUMULADA
('Yo)
NO FU EGO
POR FUEGO
PRIMERA VÁLVULA
100
121
100
121
VÁLVULA(S) ADICIONAL(ES)
-
105
121
VÁLVULA SUPLEMENTARIA
-
-
110
121
7.4
TEMPERATURA DE RELEVO.
La temperatura de relevo para el caso de:
•
Ruptura de tubos, se debe considerar el efecto que cause .Ia mezcla de las corrientes fría y
caliente para determinarla.
•
Descarga bloqueada se debe considerar la máxima temperatura en operación normal del
equipollínea.
•
Fuego, cuando haya un líquido presente, se debe considerar la temperatura de saturación del
mismo a la presión de relevo; cuando sólo haya gas, debe ser la temperatura que alcanza cuando
se eleva su presión hasta la presión de relevo .
•
Para otros tipos de fallas se debe determinar analizando los equipos involucrados y sus
condiciones de operación (presión y temperatura máxima).
~MARNk
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I
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7. 5
PRESiÓN DE RELEVO.
(Ecuación 1)
Donde:
= Presión Absoluta de Relevo, psi
P1
= Presión Manométrica de ajuste de la Valvula de Relevo de Presión,psi
SP = Sobrepresión, %
Ps
P atm
= Presión Atmosférica, 14.7 psi
No rebasar la presión máxima acumulada de acuerdo a la capacidad total de los dispositivos de
relevo de presión conectados a un recipiente o a un sistema de recipientes para el relevo de líquido, aire,
vapor de agua, gases o algún otro vapor, debe ser suficiente para descargar la cantidad máxima
generada o suministrada al equipo, sin permitir que se incremente la presión en el recipiente a más del
16% por encima de la máxima presión de trabajo permisible, cuando los dispositivos de relevo estén
descargando.
•
Los dispositivos para protección en contra del exceso de presión causado por estar expuesto al
fuego (por incendio) o alguna otra fuente de calor, deben tener una capacidad de relevo suficiente
para prevenir que la presión se incremente más del 21 % por encima de la máxima presión de
trabajo permisible del recipiente, cuando los dispositivos de relevo estén descargando.
•
Cuando se utiliza un solo dispositivo de relevo de presión, éste debe ser ajustado para operar a
una presión que no exceda la máxima presión de trabajo permisible del recipiente.
•
Cuando la capacidad requerida es abarcada por más de un dispositivo de relevo de presión, sólo
se necesita ajustar un dispositivo a una presión igualo menor de la máxima presión de trabajo
permisible, y los dispositivos adicionales pueden ser ajustados para operar a presiones mayores,
pero en ningún caso a una presión del 5% por encima de la máxima presión de trabajo permisible
•
Los dispositivos de presión de protección en contra de la presión excesiva causada por estar
expuesto a incendio (fuego directo) o alguna otra fuente de calor, deben estar ajustados para
operar a una presión no mayor del 10% por encima de la máxima presión de trabajo permisible del
recipiente.
•
En general para tener una operación segura, la presión de operación debe ser por lo menos de un
10% por debajo de la máxima presión de operación permisible 0172,4 kPa, lo que sea mayor.
•
Cuando el servicio de la válvula de relevo es a alta temperatura, los fabricantes deben aplicar
factores de corrección por temperatura. Estos factores de corrección dan una aproximación muy
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cercana a las condiciones reales del servicio, dentro de las tolerancias establecidas para cada tipo
de válvula.
7.6
FLUJO A RELEVAR.
7.6.1 DESCARGA BLOQUEADA: Es igual a la cantidad de masa que está entrando al sistema
bloqueado.
7.7
ÁREA DE DESCARGA REQUERIDA.
7.7.1
GAS.
Se debe determinar el tipo de flujo (crítico o subcrítico) :
Pe!
Pi
Si p¡ ::; Pcf ocurre flujo crítico y si p¡
= (_2_)K/CK-i)
(Ecuación 2)
K+ 1
> Pcf el flujo es subcrítico
Dónde:
= Presión Absoluta a Flujo Crítico, lb / in 2
p¡ = Presión Absoluta de Relevo, lb / in 2
K = Relación de calores específicos, Cp/Cv
Cp = Capacidad Calorífica a Pres ión Constante, BTU /lb °F
P cf
Cv
= Capacidad Calorífica a Volumen Constante, BTU/lb °F
El área para flujo crítico en servicio de gas o vapor
(Ecuación 3)
e=
(Ecuación 4)
K+i
_ _2_)K-i
520 K (
K+l
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Dónde:
A
= Área de Descarga Requerida, in 2
= Flujo Másico,lb/h
C = Coeficiente de la Relación de Calores Específicos
W
Kd
= Coeficiente de Descarga
Kb
= Factor de Corrección Debido a la Contrapresión para Gases y Vapor
= Factor de Con-ección por Instalación Combinada de Válvula de Relevo y Disco de Ruptura
Kc
= Presión Absoluta de Relevo,lb /
Ti = Temperatura de Relevo, °R
Z = Factor de Compresibilidad
Pi
M
in 2
= Peso Molecular del Gas
]( = Relación de calores específicos, Cp/Cv
Cp = Capacidad Calorífica a Presión Constante, ETU /lb °F
Cv
= Capacidad Calorífica a Volumen Constante, ETU /lb °F
Para flujo Subcrítico en servicio de gas o vapor:
17.9W
A=---Fz· Kd' Kc
Fz
=
Z.T i
(Ecuación 5)
M. Pi (Pi - Pz)
K)
(K-1
_ _ (r)Z/K
[1-
(Ecuación 6)
r CK - )/K]
i
1-r
Dónde:
A
= Área de Descarga Requerida, in 2
= Flujo Másico,lb/h
Fz = Coeficiente de Flujo Subcrítico,lb /
W
in 2
= Coeficiente de Descarga
Kc = Factor de Corrección por Instalación Conbinada de Válvula de Relevo y
Z = Factor de Compresibilidad
Ti = Temperatura de Relevo, °R
Kd
Disco de Ruptura
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= Peso Molecular del Gas
P 1 = Presión Absoluta de Relevo , lb/in z
Pz = Contrapres ión Absoluta, lb / in z
M
K
= Cp/Cv
= Capacidad Calorífica a Presión Constante, BTU /lb °F
Cp
= Capacidad Calorífica a Volumen Cons tante, BTU /lb °F
= Relac ión de con trapresión a presión de r elevo (P1/ P2)
Cv
r
Notas:
•
•
•
Kb: Aplica solo para válvulas balanceadas, para válvulas convencionales u operadas por piloto, Kb =
1.
Kc = 1 cuando no se instala disco de ruptura, Kc = 0.90 para instalación combinada de válvula y disco
de ruptura.
Kd : se debe obtener de información del fabricante, para cálculo preliminar Kd = 0.975 para vapor o
gas.
8.
CONSIDERACION ES DE DISEÑO.
Las consideraciones de diseño empleadas en la metodología para el dimensionamiento de las
válvulas de seguridad del separador trifásico FA-3104 de la plataforma Akal ~G1.
•
De acuerdo al flujo másico a relevar, se requieren dos válvulas de seguridad .
•
Las válvulas de seguridad se dimensionarán como válvulas múltiples (primera válvula múltiple y
segunda válvula adicional) .
•
Las válvulas de seguridad se calcularán bajo el escenario de descarga bloqueada.
•
Las válvulas de seguridad serán del tipo pilotadas.
•
Se considera un coeficiente de descarga Kd = 0.975, por tratarse de gas.
•
Se considera un factor de corrección por contrapres ión Kb = 1, por tratarse de válvulas pilotadas.
•
Se considera un factor de corrección por instalación combinada Kc
combinación con un disco de ruptura.
= 1,
por no instalarse en
TABLA 5. DATOS PARA LAS VÁLVULAS DE SEGURIDAD .
PSV-3104-A/B
PRESIÓN DE OPERACIÓN
kg/cm2_man.
3.80
oC
55.00
kg/h
104,218.80
TEMPERATURA DE OPERACIÓN
FLUJO MÁSICO
)
O~~JARN~
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PSV-3104-A/B
PESO MOLECULAR
26.16
FACTOR Z
0.9954
K
=CP/CV
1.33
DENSIDAD (kg/m
9.
3
4.56
)
METODOLOGíA DE CÁLCULO.
La metodología de cálculo a seguir para el dimensionamiento de las válvulas de seguridad del
separador trifásico FA-3104 de la plataforma Akal-G1 es la siguiente:
•
Determinar la presión de ajuste de las válvulas de seguridad de acuerdo al apartado 7.2 y la
TABLA 4, dependiendo del diseño de una válvula simple, válvulas múltiples y/o si el escenario de
presurización es por fuego.
•
Calcular la contrapresión dependiendo del tipo de la válvula de seguridad .
•
Calcular la sobrepresión de las válvulas de seguridad de acuerdo a la TABLA 4, dependiendo del
diseño de una válvula simple, válvulas múltiples y/o si el escenario de presurización es por fuego.
•
Determinar la temperatura de relevo dependiendo del escenario de presurización.
•
Calcular la presión de relevo.
•
Calcular el flujo a relevar dependiendo del escenario de presurización .
•
Calcular el área de descarga requerida, dependiendo del fluido a manejar y el tipo del flujo (crítico
o subcrítico).
•
Determinar el orificio en base al área de descarga calculada y a la siguiente tabla del API -STD526.
TABLA 6. ÁREAS DE ORIFICIO EFECTIVAS ESTÁNDAR.
'1)
NOMARN[~
DESIGNACiÓN
AREA DE ORIFICIO EFECTIVA
(in 2)
D
0.110
E
0.196
F
0.307
G
0.503
H
0.785
J
1.287
K
1.838
L
2.853
M
3.600
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¡
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10.
DESIGNACiÓN
AREA DE ORIFICIO EFECTIVA
(in 2 )
N
4 .340
P
6.380
Q
11 .050
R
16.000
T
26.000
RESUL TADOS.
A continuación se muestran los resultados obtenidos en los cálculos del dimensionamiento de las
válvulas de seguridad .
TABLA 7. RESULTADOS DEL CÁLCULO DE VÁLVULAS DE SEGURIDAD.
CARACTERíSTICAS
PSV-3104-AlB
DENOMINACiÓN API
ÁREA CALCULADA,
T
(in 2)
18.116
ÁREA SELECCIONADA, (in 2)
26.000
PRESiÓN DE AJUSTE (PS), (kg/cm 2_g)
CONTRAPRESIÓN (P2) ,
SOBREPRESIÓN (SP),
10.501 11.03
-
(kg/cm 2_abs)
(kg/cm 2_g)
1.68
TEMPERATURA DE RELEVO (T1), oC
65.00
PRESiÓN DE RELEVO (P1), (kg/cm 2_abs)
13 .21/13.74
CAPACIDAD REQUERIDA, (BDP)
104,218.80 (kg/h)
NÚMERO DE REYNOLDS
11.
-
CONCLUSIONES.
Las válvulas de seguridad a instalarse en el separador trifásico FA-3104 de la plataforma Akal-G1
fueron evaluadas bajo las nuevas condiciones de operación bajo el escenario de descarga bloqueada, en
base a esto, se requieren válvL,Jlas de seguridad con las siguientes características:
TABLA 8. RESULTADOS DEL DIMENSIONAMIENTO DE LAS PSV's.
TAG
API
CONEXIONES
PSV-3104-A
T
PSV-3104-B
T
x 10" (150#)
8" (150#) x 10" (150#)
ffi)
NOM~\'ljtNJt=
8" (150#)
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12.
ANEXOS.
12.1.
I
PSV 3101 A
! 1:1
c::..., ~J· ! ~/r,.
REPORTE DE LA SIMULACiÓN PSV-3104-A.
g 10
OA::W:.cn Tu",
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12.2.
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REPORTE DE LA SIMULACiÓN PSV-3104-B.
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1\)
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