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Discusión y Referencias
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API RP 1111 Design, Construction, Operation,
and Maintenance of Offshore Hydrocarbon Pipelines (Limit State Design)
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Tablas y Estandares
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Tabla D-1
Specified Minimum Yield Strength for Steel Pipe Commonly Used in Piping
Systems
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-
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Tabla
A842.2.2-1 Design Factors for Offshore Pipelines, Platform Piping, and
Pipeline Risers
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Tabla
841.1.8-1 Temperature Derating Factor, T, for Steel Pipe
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-
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ASME
B36.10M-Welded and Seamless Wrought Steel Pipe
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ASME
B36.19M-Stainless Steel Pipe
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Ecuaciones para el cálculo del espesor de la pared
de tuberías rectas en tuberías costa afuera:
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La presión de prueba hidrostática, la presión de
diseño de la tubería y la sobrepresión incidental, incluidas las presiones
internas y externas que actúan
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sobre las tuberías, no deberán exceder las
determinadas por las ecuaciones.
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Donde:
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fd es el factor de diseño
de presión interna (de rotura), aplicable a todas las tuberías;
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Pt ≤ fd fe ft Pb
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(1)
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0.90 para tuberías;
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0.75 para tubería
Riser;
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Pa ≤ 0.90 Pt
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(2)
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fe es el factor de junta de soldadura,
soldaduras de costura longitudinal o en espiral. Ver ASME B31.4 o ASME
B31.8.
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Solo los materiales con un factor de 1.0 son
aceptables;
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Pd ≤ 0.80 Pt
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(3)
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ft es el factor de reducción de temperatura,
como se especifica en ASME B31.8 [1.0 para temperaturas inferiores a
|
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121 ⁰C (250 ⁰F)].
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Pa es la sobrepresión incidental (presión interna menos externa),
en N/mm² (psi);
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Pb es la presión de rotura mínima
especificada de la tubería, en N/mm² (psi);
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Pt es la presión de prueba hidrostática (presión interna menos
externa), en N/mm²
(psi).
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La presión de
rotura mínima especificada (Pb)
se determina mediante una de las siguientes ecuaciones:
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Pb =
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0.45(S+U)ln
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D
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(4) D/t
<15
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Donde:
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Di
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D es el diámetro exterior del tubo, mm (in.);
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Di
is D-2t = diámetro
interior del tubo, mm (in.);
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Pb =
|
0.90(S+U)
|
t
|
|
(5) D/t
>15
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|
S es el esfuerzo de fluencia mínimo
especificado (SMYS) del tubo, en N/mm² (psi)
|
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|
D-t
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|
(ver API
5L, ASME B31.4, o ASME B31.8 según corresponda);
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|
t es el espesor de pared
nominal del tubo, mm (in.);
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|
U es la resistencia a la
rotura mínima especificada de la tubería, en N/mm² (psi);
|
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In
es el logaritmo natural
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NOTA 1 Las dos ecuaciones, Ecuación (4) y Ecuación (5), para la
presión de rotura son equivalentes para D/t> 15. Para tuberías con D/t
<15, se recomienda la ecuación (4).
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|
NOTA 2 La determinación de la
presión de rotura mínima especificada para materiales no listados está de
acuerdo con el Anexo A.
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|
NOTA 3 El control mejorado de
las propiedades y dimensiones mecánicas puede producir tuberías con un mejor
comportamiento a la rotura. La presión de rotura mínima
|
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|
|
especificada puede aumentar de acuerdo con el Anexo B.
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|
NOTA 4 Véase el Anexo C para
ejemplos de calculo de presión interna (de rotura) y el Anexo D, para
ejemplos de cálculo de la presión externa (colapso).
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|
Cuando se requiere una tolerancia a la corrosión,
el proceso de diseño debe considerar el siguiente ajuste al espesor de pared
utilizado en las ecuaciones
|
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|
de diseño:
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|
1) la presión de prueba hidrostática antes de
la primera puesta en servicio de la tubería no debe exceder el límite de la prueba del código
donde el espesor de
|
|
|
|
|
la
pared incluye la tolerancia a la
corrosión;
|
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|
|
2) el MOP (usualmente igual a la presión de
cierre para una línea de flujo) no debe exceder el límite operativo del código donde el
espesor de la pared no incluye
|
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|
la
tolerancia a la corrosión.
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Para el caso de una sola
tubería
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Para una tubería en
tubería (PIP)
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Donde:
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Po = ɣ x
|
H
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Po = 0
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|
Po es presión externa, N/mm² (psi);
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144
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|
Ps es fuente de
presión, N/mm² (psi);
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Pi es presión de cierre, N/mm² (psi);
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Pi a nivel del pozo =
|
Ps
|
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|
Pi a nivel del pozo =
|
Ps
|
|
|
H₁ es profundidad del agua en el
pozo, m (ft);
|
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H₂ es profundidad del agua en la plataforma, m (ft);
|
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Pi en el tope del
Riser =
|
|
|
|
|
|
|
Pi en el tope del
Riser =
|
|
|
GS es gravedad especifica del fluido;
|
| |
|
|
Pi =
|
Ps
- ( ɣ x
|
H₁(GS)
|
)
|
|
|
|
|
|
Pi =
|
Ps - ( ɣ x
|
H₁(GS)
|
)
|
|
ɣ es la densidad del agua de mar, Kg/mᶟ (lb/ftᶟ)
|
| |
|
|
144
|
|
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|
144
|
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|
Pt en el tope del Riser
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|
Pt en el tope del Riser
|
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| |
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|
|
Ps - ( ɣ x
|
H₁(GS)
|
)
|
|
|
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|
|
|
Ps - ( ɣ x
|
H₁(GS)
|
)
|
|
|
|
|
|
|
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|
Pt =
|
144
|
|
|
|
|
|
Pt =
|
144
|
|
|
|
|
|
|
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| |
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|
0.8
|
|
|
|
|
|
0.8
|
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Pt tope del Riser = Pt
base del Riser
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Pt en la base del Riser
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Ps - ( ɣ x
|
H₁(GS)
|
)
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|
Pt
tope del Riser = Pt línea de flujo al cabezal del pozo submarino
|
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Pt =
|
144
|
+ ( ɣ x
|
H₂
|
)
|
|
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|
0.8
|
144
|
|
|
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|
Nota: Para el caso de tubería única, desde la parte superior de la
tubería Riser en la linea de flotación hasta el cabezal del pozo, la presión
hidrostática externa cancelará la carga hidrostática interna, haciendo que la
presión resultante durante la prueba hidrostatica sea constante.
|
|
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Pt linea
de flujo al cabezal del pozo submarino
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|
Pt =
|
Ps
|
|
|
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|
0.8
|
|
|
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|
Calcule el espesor de
la pared del tubo para el tubo Riser y la línea de flujo con:
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|
|
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|
|
D
|
=
|
2
|
|
|
Resolviendo
D/t a partir de la ecuación (4)
|
|
|
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|
|
|
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|
|
| |
|
|
t
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1 -
|
1
|
|
|
|
D
|
= 1 +
|
0.90 (S+U)
|
|
Resolviendo D/t a partir de la ecuación (5)
|
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|
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|
|
|
|
Pb
|
|
|
|
t
|
Pb
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e
|
0.45(S+U)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
D
|
=
|
2
|
|
|
Para Linea de Flujo
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
t
|
1 -
|
1
|
|
|
|
D
|
= 1 +
|
0.810 (S+U)
|
|
Para Linea de Flujo
|
|
|
|
|
|
|
|
Pt
|
|
|
|
t
|
Pt
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e
|
0.405(S+U)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
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|
|
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|
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|
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|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
D
|
=
|
2
|
|
|
Para Riser
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
t
|
1 -
|
1
|
|
|
|
D
|
= 1 +
|
0.675 (S+U)
|
|
Para Riser
|
|
|
|
|
|
|
|
Pt
|
|
|
|
t
|
Pt
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e
|
0.3375(S+U)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
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|
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|
|
|
|
|
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|
|
|
|
|
|
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Nota: Las dos ecuaciones, Ecuación (4) y Ecuación (5), para la
presión de estallido (burst pressure) son equivalentes para D/t > 15. Para
tuberías
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|
con D/t menor (D/t <15), se recomienda la Ecuación (4).
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