Cálculo de Presión Interna de Diseño (Rotura) y Espesor de Pared según API RP 1111
 
  Cálculo de presión interna de diseño (rotura) y espesor de pared según API RP 1111 cuando la fuente esta en un cabezal de pozo submarino
  API RP 1111 Estado Limite
                   
                (Ingrese valores solo en celdas amarillas)
  DATOS DE ENTRADA
  Línea de Flujo/Riser Diámetro Nominal,  DN =
 mm Pi en el Pozo submarino, Ps =  bar  
  Línea de Flujo/Riser Diámetro Exterior,  D =   mm        N/mm²  
                   
  Profundidad del agua en el pozo submarino, H₁ =    m Línea de Flujo SMYS, S =   MPa  
Profundidad del agua en la plataforma, H₂ =    m Línea de flujo, resistencia de rotura, U =  MPa
Densidad, ɣ =   Kg /mᶟ  Tubo Riser SMYS, S =   MPa
  GS =   Tubo Riser, resistencia de rotura, U =  MPa  
                   
  Tolerancia a la Corrosión Interior =  mm Factor de diseño de rotura, para línea de flujo, fd =     
        Factor de diseño de rotura, para el Riser, fd =     
     10 bar = 1 N/mm²     Factor de junta soldada, fe =     
     1 MPa = 1 N/mm²     Factor de reducción de temperatura, ft =     
                   
  CÁLCULOS
  Para una Sola Tubería
                   
  Descripción Línea de flujo al pozo submarino Base del Riser Tope del Riser          
  Pi, presión de cierre -  N/mm² Nota: Para el caso de tubería única, desde la parte  
  Po, presión externa -  N/mm² superior de la tubería Riser en la línea de   
  (Pi – Po), diferencia de presión de cierre -  N/mm² flotación hasta el cabezal del pozo, la presión  
  Pt, presión de prueba en el tope del Riser - -  N/mm² hidrostática externa cancelará la carga hidrostática  
  presión resultante durante prueba hidrostática -  N/mm² interna, haciendo que la presión resultante  
  máxima presión para calcular la relación D/t  N/mm² durante la prueba hidrostática sea constante.  
  Rel. D/t para presión de prueba hidrost. por Ec 4        
  Verify D/t (< 15 use Eq 4, ≥ 15 use Eq 5)        
Rel. D/t para presión de prueba hidrost. por Ec 5
  tdiseño, espesor de pared      mm      
                   
  Presión mínima de rotura especificada, Pb ≤  N/mm²        
  Presión de prueba hidrostática, Pt ≤  N/mm²        
  Sobre presión incidental, Pa  ≤  N/mm²        
  Presión de diseño línea de flujo, Pd  ≤  N/mm²        
                   
   tnominal, espesor de pared      mm        
  SCH          
  Desde ASME B36.10M                
  Presión mínima de rotura especificada, Pb ≤  N/mm²        
  Presión de prueba hidrostática, Pt ≤  N/mm²        
  Sobre presión incidental, Pa  ≤  N/mm²        
  Presión de diseño línea de flujo, Pd  ≤  N/mm²        
                   
                   
  Para una tubería en tubería (PIP)
                   
  Descripción Línea de flujo al pozo submarino Base del Riser Tope del Riser          
  Pi, presión de cierre  N/mm²        
  Po, presión externa  N/mm²        
  (Pi – Po), diferencia de presión de cierre -  N/mm²        
  Pt, presión de prueba en el tope del Riser - -  N/mm²        
  presión resultante durante prueba hidrostática -  N/mm²        
  máxima presión para calcular la relación D/t  N/mm²        
  Rel. D/t para presión de prueba hidrost. por Ec 4          
  Verify D/t (< 15 use Eq 4, ≥ 15 use Eq 5)          
  Rel. D/t para presión de prueba hidrost. por Ec 5          
  tdiseño, espesor de pared      mm        
                   
  Presión mínima de rotura especificada, Pb ≤  N/mm²        
  Presión de prueba hidrostática, Pt ≤  N/mm²        
  Sobre presión incidental, Pa  ≤  N/mm²        
  Presión de diseño línea de flujo, Pd  ≤  N/mm²        
                   
   tnominal, espesor de pared      mm        
  SCH          
  Desde ASME B36.10M                
  Presión mínima de rotura especificada, Pb ≤  N/mm²        
  Presión de prueba hidrostática, Pt ≤  N/mm²        
  Sobre presión incidental, Pa  ≤  N/mm²        
  Presión de diseño línea de flujo, Pd  ≤  N/mm²        
                   
                   
                   
                   
                   
  Cálculo de Presión Interna de Diseño (Rotura) y Espesor de Pared según API RP 1111  
   
  Cálculo de presión interna de diseño (rotura) y espesor de pared según API RP 1111 cuando la fuente esta en un cabezal de pozo submarino  
  API RP 1111 Estado Limite  
                     
                (Ingrese valores solo en celdas amarillas)  
  DATOS DE ENTRADA  
Línea de Flujo/Riser Tamaño Nominal de Tubería,  NPS =
 in.
  Línea de Flujo/Riser Diámetro Exterior,  D =   in. Pi en el Pozo submarino, Ps =  psi    
                     
  Profundidad del agua en el pozo submarino, H₁ =   ft Línea de Flujo SMYS, S =   psi    
  Profundidad del agua en la plataforma, H₂ =   ft Línea de flujo, resistencia de rotura, U =  psi    
Densidad, ɣ =   lb/ftᶟ  Tubo Riser SMYS, S =   psi
GS =
Tubo Riser, resistencia de rotura, U =  psi
                     
  Tolerancia a la Corrosión Interior =  in. Factor de diseño de rotura, para línea de flujo, fd =       
        Factor de diseño de rotura, para el Riser, fd =       
        Factor de junta soldada, fe =       
        Factor de reducción de temperatura, ft =       
                     
                     
  CÁLCULOS  
Para una Sola Tubería
                     
  Descripción Línea de flujo al pozo submarino Base del Riser Tope del Riser            
  Pi, presión de cierre -  psi Nota: Para el caso de tubería única, desde la parte    
  Po, presión externa -  psi superior de la tubería Riser en la línea de     
  (Pi – Po), diferencia de presión de cierre -  psi flotación hasta el cabezal del pozo, la presión    
  Pt, presión de prueba en el tope del Riser - -  psi hidrostática externa cancelará la carga hidrostática    
  presión resultante durante prueba hidrostática -  psi interna, haciendo que la presión resultante    
  máxima presión para calcular la relación D/t  psi durante la prueba hidrostática sea constante.    
  Rel. D/t para presión de prueba hidrost. por Ec 4          
  Verify D/t (< 15 use Eq 4, ≥ 15 use Eq 5)          
  Rel. D/t para presión de prueba hidrost. por Ec 5          
  tdiseño, espesor de pared      in.        
                     
  Presión mínima de rotura especificada, Pb ≤  psi          
  Presión de prueba hidrostática, Pt ≤  psi          
  Sobre presión incidental, Pa  ≤  psi          
  Presión de diseño línea de flujo, Pd  ≤  psi          
                     
   tnominal, espesor de pared      in.          
  SCH            
  Desde ASME B36.10M                  
  Presión mínima de rotura especificada, Pb ≤  psi          
  Presión de prueba hidrostática, Pt ≤  psi          
  Sobre presión incidental, Pa  ≤  psi          
  Presión de diseño línea de flujo, Pd  ≤  psi          
                     
                     
  Para una tubería en tubería (PIP)  
                     
  Descripción Línea de flujo al pozo submarino Base del Riser Tope del Riser            
  Pi, presión de cierre  psi          
  Po, presión externa  psi          
  (Pi – Po), diferencia de presión de cierre -  psi          
  Pt, presión de prueba en el tope del Riser - -  psi          
  presión resultante durante prueba hidrostática -  psi          
  máxima presión para calcular la relación D/t  psi          
  Rel. D/t para presión de prueba hidrost. por Ec 4            
  Verify D/t (< 15 use Eq 4, ≥ 15 use Eq 5)            
  Rel. D/t para presión de prueba hidrost. por Ec 5            
  tdiseño, espesor de pared      in.          
                     
  Presión mínima de rotura especificada, Pb ≤  psi          
  Presión de prueba hidrostática, Pt ≤  psi          
  Sobre presión incidental, Pa  ≤  psi          
  Presión de diseño línea de flujo, Pd  ≤  psi          
                     
   tnominal, espesor de pared      in.          
  SCH            
  Desde ASME B36.10M                  
  Presión mínima de rotura especificada, Pb ≤  psi          
  Presión de prueba hidrostática, Pt ≤  psi          
  Sobre presión incidental, Pa  ≤  psi          
  Presión de diseño línea de flujo, Pd  ≤  psi          
                     
                     
                     
                                               
      Discusión y Referencias  
       API RP 1111 Design, Construction, Operation, and Maintenance of Offshore Hydrocarbon Pipelines (Limit State Design)  
                                               
        Tablas y Estandares
  -    Tabla D-1 Specified Minimum Yield Strength for Steel Pipe Commonly Used in Piping Systems  
  -    Tabla A842.2.2-1 Design Factors for Offshore Pipelines, Platform Piping, and Pipeline Risers  
  -    Tabla 841.1.8-1 Temperature Derating Factor, T, for Steel Pipe  
  -    ASME B36.10M-Welded and Seamless Wrought Steel Pipe  
  -    ASME B36.19M-Stainless Steel Pipe  
                                               
      Ecuaciones para el cálculo del espesor de la pared de tuberías rectas en tuberías costa afuera:  
La presión de prueba hidrostática, la presión de diseño de la tubería y la sobrepresión incidental, incluidas las presiones internas y externas que actúan
sobre las tuberías, no deberán exceder las determinadas por las ecuaciones.
                      Donde:                        
                      fd   es el factor de diseño de presión interna (de rotura), aplicable a todas las tuberías;  
      Pt ≤ fd fe ft Pb (1)         0.90 para tuberías;   
                      0.75 para tubería Riser;  
      Pa ≤ 0.90 Pt (2)         fe  es el factor de junta de soldadura, soldaduras de costura longitudinal o en espiral. Ver ASME B31.4 o ASME B31.8.   
                      Solo los materiales con un factor de 1.0 son aceptables;  
      Pd ≤ 0.80 Pt (3)         ft  es el factor de reducción de temperatura, como se especifica en ASME B31.8 [1.0 para temperaturas inferiores a  
                      121 ⁰C (250 ⁰F)].  
                      Pa es la sobrepresión incidental (presión interna menos externa), en N/mm² (psi);  
                      Pb es la presión de rotura mínima especificada de la tubería, en N/mm² (psi);  
                      Pt es la presión de prueba hidrostática (presión interna menos externa), en N/mm² (psi).  
      La presión de rotura mínima especificada (Pb) se determina mediante una de las siguientes ecuaciones:  
                                               
      Pb = 0.45(S+U)ln D   (4)   D/t <15     Donde:                    
      Di     D  es el diámetro exterior del tubo, mm (in.);            
                          Di is D-2t = diámetro interior del tubo, mm (in.);           
      Pb = 0.90(S+U) t   (5)   D/t >15     S  es el esfuerzo de fluencia mínimo especificado (SMYS) del tubo, en N/mm² (psi)  
      D-t         (ver API 5L, ASME B31.4, o ASME B31.8 según corresponda);        
                           t  es el espesor de pared nominal del tubo, mm (in.);           
                          U  es la resistencia a la rotura mínima especificada de la tubería, en N/mm² (psi);    
In es el logaritmo natural
                                               
      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).  
      NOTA 2 La determinación de la presión de rotura mínima especificada para materiales no listados está de acuerdo con el Anexo A.  
      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   
                     especificada puede aumentar de acuerdo con el Anexo B.  
      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).  
      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  
      de diseño:  
      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;  
      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  
            la tolerancia a la corrosión.  
                                               
      Para el caso de una sola tubería     Para una tubería en tubería (PIP) Donde:
                                     
      Po = ɣ x H               Po = 0         Po es presión externa, N/mm² (psi);
    144                       Ps es fuente de presión, N/mm² (psi);
                                    Pi es presión de cierre, N/mm² (psi);
    Pi a nivel del pozo =  Ps             Pi a nivel del pozo =  Ps     H₁ es profundidad del agua en el pozo, m (ft);
                                    H₂ es profundidad del agua en la plataforma, m (ft);
    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           144              
                                               
    Pt en el tope del Riser             Pt en el tope del Riser                
        Ps - ( ɣ x H₁(GS) )             Ps - ( ɣ x H₁(GS) )              
      Pt = 144           Pt = 144              
      0,8           0,8              
                                               
      Pt tope del Riser = Pt base del Riser       Pt en la base del Riser                
                            Ps - ( ɣ x H₁(GS) )              
      Pt tope del Riser = Pt línea de flujo al cabezal del pozo submarino   Pt = 144 + ( ɣ x H₂ )        
                          0,8 144      
    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.                          
        Pt linea de flujo al cabezal del pozo submarino            
        Pt = Ps                  
        0,8                  
                             
                                               
      Calcule el espesor de la pared del tubo para el tubo Riser y la línea de flujo con:                
      D =  2     Resolviendo D/t a partir de la         ecuación (4)                        
      t 1   -  1       D =  1  + 0.90 (S+U)     Resolviendo D/t a partir de la ecuación (5)    
Pb
t Pb
e 0.45(S+U)
      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)
                                               
      D =  2     Para Riser                        
      t 1   -  1       D =  1  + 0.675 (S+U)     Para Riser    
Pt
t Pt
e 0.3375(S+U)
    Nota: Las dos ecuaciones, Ecuación (4) y Ecuación (5), para la presión de estallido (burst pressure) son equivalentes para D/t > 15. Para tuberías  
               con D/t menor (D/t <15), se recomienda la Ecuación (4).