La normalización del sistema de tuberías de las refinerías en operación para la prevención de fallas por combinación de esfuerzos

Abstract

Las refinerías son plantas industriales del sector energético que están diseñadas para la refinación de petróleo crudo o mineral concentrado, los sistemas de tuberías son parte fundamental de estas industrias, que tienen como propósito trasladar los fluidos entre las unidades de proceso. En general, las tuberías de las refinerías se diseñan para un tiempo de vida de treinta años, sin embargo, en el mundo la mayoría de las industrias continúan operando luego de alcanzar este periodo, generando beneficios económicos adicionales a costa de baja inversión y alto riesgo de falla del sistema. Desde el punto de vista de ingeniería, se determina la necesidad de estudiar y analizar la funcionalidad de los sistemas de tuberías que alcanzan el tiempo de vida de diseño, debido al alto riesgo de falla que representan; en consecuencia, a modo de prevención, se propuso como objetivo de la investigación determinar el máximo desgaste admisible que puede experimentar la tubería a lo largo de los años para garantizar que el sistema no fallé por presión, por expansión térmica y por cargas ocasionales. El desarrollo de la investigación describe el análisis de flexibilidad y esfuerzos del sistema de tuberías en operación de una refinería, con la finalidad de determinar los parámetros que se tomaron en cuenta en el diseño original del sistema de tuberías, es decir, los esfuerzos máximos, los desplazamientos, las fuerzas y momentos actuantes sobre anclajes y boquillas, las restricciones impuestas en la suportación del sistema de tuberías y la determinación de las líneas más vulnerables. Posteriormente, se realiza el cálculo del espesor mínimo requerido en el sistema de tuberías teniendo en cuenta los esfuerzos generados por presión y por combinación de cargas según el código ASME B31.3. Los espesores mínimos requeridos para el sistema de tuberías se comparan con los espesores reales obtenidos en el sistema de tuberías de la refinería, concluyendo así, si el sistema de tuberías debe o no continuar en operación. También, con ayuda de la velocidad teórica de perdida de espesor por corrosión y oxidación, se determina el tiempo de vida restante.

Refineries are industrial plants in the energy sector that are designed for the refining of crude oil or concentrated mineral, the piping systems are a fundamental part of these industries, whose purpose is to transfer the fluids between the process units. In general, refinery pipes are designed for a life time of thirty years, however, in the world most industries continue to operate after reaching this period, generating additional economic benefits at the cost of low investment and high risk. system failure. From the engineering point of view, the need to study and analyze the functionality of the piping systems that reach the design life time is determined, due to the high risk of failure they represent; Consequently, by way of prevention, it was proposed as an objective of the investigation to determine the maximum allowable wear that the pipe can experience over the years to guarantee that the system did not fail due to pressure, thermal expansion and occasional loads. The development of the research describes the analysis of flexibility and efforts of the piping system in operation of a refinery, in order to determine the parameters that were taken into account in the original design of the piping system, that is, the maximum efforts, the displacements, forces and moments acting on anchors and nozzles, the restrictions imposed on the support of the piping system and the determination of the most vulnerable lines. Subsequently, the calculation of the minimum thickness required in the piping system is made taking into account the stresses generated by pressure and by combination of loads according to the ASME B31.3 code. The minimum thicknesses required for the piping system are compared with the actual thicknesses obtained in the refinery piping system, thus concluding whether or not the piping system should continue in operation. Also, with the help of the theoretical rate of loss of thickness due to corrosion and oxidation, the remaining life time is determined.