Diseño estructural de una columna de destilación primaria en la Refinería Conchán, según Norma ASME

Abstract

La presente Tesis de competencia profesional para obtener el Título Profesional de Ingeniero Mecánico trata sobre la elaboración de la memoria de cálculo del diseño estructural de una nueva columna de destilación primaria en la Refinería Conchán de Petróleos del Perú-PETROPERU S.A., para satisfacer los requerimientos coyunturales, técnicos y operativos propios de la Refinería y de la normativa legal vigente. Considerando, que de acuerdo a lo establecido en el Reglamento de Normas para la Refinación y Procesamiento de Hidrocarburos D.S. No. 051-93-EM ("todos los recipientes a presión deben ser diseñados, fabricados e inspeccionados de acuerdo a la Norma ASME"), durante el desarrollo del presente estudio nos referiremos a la Norma ASME como Código ASME, puesto que por definición, un Código viene a ser una norma que ha sido adoptada por uno o más cuerpos gubernamentales y su aplicación posee fuerza de ley. En general, la importancia de las normas y códigos radica en que son un vehículo de comunicación para productores y usuarios, pues sirven como un lenguaje común definiendo la calidad y estableciendo criterios de seguridad. En el caso del Código ASME BPVC de Calderas y recipientes a Presión, su uso ha permitido aumentar la seguridad de las instalaciones industriales mediante el desarrollo de un conjunto único de requisitos técnicos acordados y la utilización de marcas (o estampas) de verificación de la conformidad de su aplicación (ampliamente aceptada por las autoridades regulatorias en diferentes países del mundo). Es así que el diseño integral de la nueva columna de destilación primaria contempla dos etapas principales, la primera es un cálculo netamente del proceso de destilación (competencia de los Ingenieros de procesos), en el cual se determinan los parámetros necesarios para su operación, en función a los requerimientos de procesamiento propios de la destilación primaria de la Refinería Conchán. Y la segunda etapa, a la que está orientada la Tesis, se desarrolla el diseño estructural de la columna destilación, tomando como base los parámetros de operación determinados en la primera etapa, las fórmulas y guías para el diseño de recipientes a presión establecidos por el Código ASME BPVC Sección VIII división 1 y algunas metodologías analíticas (de manuales, libros y criterios de la buena ingeniería) propuestas por el diseñador. La metodología empleada para el diseño estructural de la columna de destilación primaria, consistió en establecer la configuración estructural de la columna de destilación (en base a los parámetros de la simulación del proceso y en coordinación con el área de operaciones y de mantenimiento e inspección de la Refinería Conchán); luego, se determinaron las cargas externas debido al viento y sismo (a las diferentes condiciones de operación consideradas), en función al Reglamento Nacional de Edificaciones y al procedimiento internacional "UNIFORM BUILDNG CODE" UBC-97. Finalmente, se determinó si cada uno de los componentes estructurales (cuerpos cilindricos, cabezales, boquillas, etc.), que forman parte de la columna de destilación es capaz de soportar las más críticas combinaciones de cargas (externas e internas), para las diferentes condiciones de operación consideradas. Teniendo en cuenta la gran cantidad de componentes estructurales que forman parte de dicha columna de destilación y las diferentes condiciones de operación consideradas, la memoria de cálculo estructural se obtuvo aplicando el software especializado en el diseño y análisis estructural de recipientes a presión e intercambiadores de calor, basado en las reglas del Código ASME BPVC Sección VIII División 1 denominado Compress build 6358 de la Compañía CODEWARE. La importancia de esta extensa memoria de cálculo, radica en que es un requisito necesario e indispensable para su certificación y estampado ASME U, una vez que se haya construido. Cabe mencionar que una de las razones que motivo la elaboración del presente estudio, es que actualmente en el Perú existe la necesidad de difundir la aplicación de los procedimientos de diseño, fabricación y certificación de equipos y componentes de acuerdo al código ASME de Calderas y Recipientes a Presión, un sector aun no explotado en su total magnitud. Finalmente, el presente estudio pretende ser un aporte en el área de la ingeniería mecánica, como un procedimiento de cálculo seguro, entendible y aplicable para los profesionales que deseen realizar el diseño estructural de cualquier recipiente cilindrico vertical, sujeto a presión interna de acuerdo a la Norma ASME de Calderas y Recipientes a Presión Sección VIII división 1.