DISEÑO DE DUCTOS ASCENDENTES … · 6.13 Momento flexionante fuera del plano: Resultado de...

Número de Documento NRF-176-PEMEX-2013

SUBCOMITÉ TÉCNICO DE NORMALIZACIÓN DE PEMEX-EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN

25 de junio de 2013

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COMITÉ DE NORMALIZACIÓN DE PETRÓLEOS MEXICANOS Y ORGANISMOS SUBSIDIARIOS

DISEÑO DE DUCTOS ASCENDENTES PREINSTALADOS Y SUS ABRAZADERAS

“Esta norma cancela y sustituye a la NRF-176-PEMEX-2007” del 24 de junio del 2007

Comité de Normalización de Petróleos Mexicanos y

Organismos Subsidiarios

DISEÑO DE DUCTOS ASCENDENTES

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HOJA DE APROBACIÓN

Esta Norma de Referencia se aprobó en el Comité de Normalización de Petróleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios en la sesión 92,

celebrada el 04 de abril de 2013




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CONTENIDO

CAPÍTULO PÁGINA 0. INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................... 4 1. OBJETIVO ......................................................................................................................................... 4 2. ALCANCE .......................................................................................................................................... 4 3. CAMPO DE APLICACIÓN ................................................................................................................ 4 4. ACTUALIZACIÓN ............................................................................................................................. 5 5. REFERENCIAS ................................................................................................................................. 5 6. DEFINICIONES ................................................................................................................................. 6 7. SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS ....................................................................................................... 7 8. DESARROLLO .................................................................................................................................. 7

8.1 Memoria de cálculo .................................................................................................................. 7

8.2 Información que debe entregar PEMEX .................................................................................. 7 8.3 Información que debe entregar el contratista .......................................................................... 8

8.4 Requerimientos del servicio ................................................................................................... 8

8.5 Criterios de aceptación ........................................................................................................... 9

8.6 Diseño del Ducto ascendente preinstalado por presión interna .............................................. 9

8.7 Ducto ascendente preinstalado en subestructura lanzada ..................................................... 9 8.8 Ducto ascendente preinstalado en subestructura izada ......................................................... 14

8.9 Revisión de abrazaderas por esfuerzos permisibles ............................................................... 14 8.10 Requisitos adicionales de diseño ............................................................................................ 17

9. RESPONSABILIDADES .................................................................................................................. 19

10. CONCORDANCIA CON NORMAS MEXICANAS O INTERNACIONALES ................................ 19

11. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................. 19 12. ANEXOS ............................................................................................................................................ 19




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0. INTRODUCCIÓN Dentro de las principales funciones que lleva a cabo Petróleos Mexicanos, se encuentran el diseño, la construcción, operación y mantenimiento de las instalaciones para la extracción, recolección, procesamiento primario, almacenamiento, medición y transporte de hidrocarburos, así como la adquisición de materiales y equipos requeridos para cumplir con eficiencia los objetivos de la empresa, por lo que es necesaria la participación de diversas disciplinas de ingeniería, lo que ha generado diferencia de criterios. Con el objeto de unificar criterios, aprovechar las experiencias y conjuntar resultados, Petróleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios en cumplimiento con la Ley Federal sobre Metrología y Normalización, emite esta norma, a través del Comité de Normalización, para ser aplicada en el diseño de ductos ascendentes preinstalados y sus abrazaderas.

En esta norma participaron:

Pemex Exploración y Producción.

Pemex Gas y Petroquímica Básica.

Pemex Refinación.

Pemex Petroquímica.

Petróleos Mexicanos.

Participantes externos:

Instituto Mexicano del Petróleo.

Grupo Especializado en Obras Marinas S.A. de C.V. 1. OBJETIVO Establecer los requisitos técnicos que debe cumplir el contratista en el diseño de ductos ascendentes preinstalados y sus abrazaderas. 2. ALCANCE Esta Norma de Referencia cubre los requerimientos para el diseño de la sección preinstalada del ducto ascendente y sus abrazaderas en subestructuras lanzadas para su instalación, para tirantes de agua mayores de 30 m (98,4 ft) y hasta 200 m (656,17 ft); incluye los ductos ascendentes y sus abrazaderas preinstalados en subestructuras izadas para su instalación. Esta Norma de Referencia NRF-176-PEMEX-2012 cancela y sustituye a la NRF-176-PEMEX-2007. 3. CAMPO DE APLICACIÓN Esta Norma de Referencia es de aplicación general y observancia obligatoria en la contratación de los servicios para diseño de ductos ascendentes preinstalados y sus abrazaderas, que lleven a cabo los centros de trabajo de PEMEX. Por lo que debe ser incluida en los procedimientos de contratación: licitación pública, invitación a cuando menos tres empresas, o por adjudicación directa, como parte de los requisitos que debe cumplir el proveedor, contratista o licitante.




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4. ACTUALIZACIÓN Esta norma de referencia se debe revisar y en su caso modificar al menos cada 5 años o antes si las sugerencias y recomendaciones de cambio lo ameritan. Las sugerencias para la revisión y actualización de esta norma, se deben enviar al Secretario del Subcomité Técnico de Normalización de PEMEX-Exploración y Producción, quien debe programar y realizar la actualización de acuerdo a la procedencia de las mismas y en su caso, inscribirla dentro del Programa Anual de Normalización de Petróleos Mexicanos, a través del Comité de Normalización de Petróleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios. Las propuestas y sugerencias de cambio se deben elaboraren formato CNPMOS-001-A01, de la Guía para la Emisión de Normas de Referencia CNPMOS-001 Rev 1 del 30 de septiembre de 2004 y dirigirse a: PEMEX Exploración y Producción Subcomité Técnico de Normalización Representación de la Gerencia de Administración del Mantenimiento, Sede México Bahía de Ballenas 5, Edificio “D”, PB., entrada por Bahía del Espíritu Santo s/n Col. Verónica Anzures, México D. F., C. P. 11300 Teléfono directo: 1944-9286 Conmutador: 1944-2500 extensión 32690 380-80 Correo Electrónico: [email protected] 5. REFERENCIAS 5.1 NOM-008-SCFI-2002. Sistema general de unidades de medida. 5.2 NRF-001-PEMEX-2007. Tubería de acero para recolección y transporte de hidrocarburos. 5.3 NRF-003-PEMEX-2007. Diseño y evaluación de plataformas marinas fijas en el Golfo de México. 5.4 NRF-013-PEMEX-2009. Diseño de líneas submarinas en el Golfo de México. 5.5 NRF-027-PEMEX-2009. Espárragos y tornillos de acero de aleación y acero inoxidable para servicios de alta y baja temperatura. 5.6 NRF-047-PEMEX-2007. Diseño, instalación y mantenimiento de los sistemas de protección catódica. 5.7 NRF-084-PEMEX-2011. Electrodos para soldadura para los sistemas de ductos e instalaciones relacionadas. 5.8 NRF-096-PEMEX-2010. Conexiones y accesorios para ductos de recolección y transporte de hidrocarburos. 5.9 NRF-106-PEMEX-2010. Construcción, instalación y desmantelamiento de ductos submarinos. 5.10 NRF-126-PEMEX-2011. Ánodos de aluminio.

mailto:[email protected]




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5.11 NRF-175-PEMEX-2007. Acero estructural para plataformas marinas. 5.12 NRF-177-PEMEX-2007. Sistemas de protección del Ducto ascendente preinstalado en la zona de mareas y oleaje. 6. DEFINICIONES 6.1 Abrazadera: Accesorio que sirve para soportar y mantener adosado el Ducto ascendente preinstalado a la pierna de la plataforma. 6.2 Abrazadera ancla: Accesorio que proporciona restricciones totales en cuanto a desplazamientos y giros en el Ducto ascendente preinstalado. 6.3 Abrazadera guía: Accesorio que no proporciona restricción al desplazamiento en el eje longitudinal del Ducto ascendente preinstalado. 6.4 Brazo de palanca: Distancia de la cara exterior de la pierna de la subestructura al centro de línea del Ducto ascendente preinstalado. 6.5 Ducto ascendente preinstalado: Tubería comprendida desde la brida que conecta a la curva de expansión, hasta la conexión con la trampa de diablos o tubería de cubierta. 6.6 Equivalente: Documento normativo equivalente, distinto a una NOM, NMX, Norma Internacional (ISO, IEC, entre otros) o NRF; puede ser una norma, especificación. Método estándar o código que cubre requisitos y/o características físicas, químicas, mecánicas o de cualquier naturaleza; considerado como documento normativo extranjero como los citados en esta NRF, para su aplicación como documento normativo equivalente, debe cumplir con lo establecido en el Anexo 12.1 de esta NRF, para “Presentación de documentos normativos equivalentes”. 6.7 Esfuerzo axial en el muñón: Es el esfuerzo que resulta de dividir la fuerza axial actuante entre la sección transversal del muñón, 6.8 Esfuerzo de cedencia mínimo especificado (SMYS): Resistencia a la cedencia mínima que se indica en la especificación del material de tubería, en MPa (psi). 6.9 Esfuerzo por flexión en el plano: Es el esfuerzo por flexión que resulta de dividir el momento flexionante en el plano entre el módulo de sección del muñón. 6.10 Esfuerzo por flexión fuera del plano: Es el esfuerzo por flexión que resulta de dividir el momento flexionante fuera del plano entre el módulo de sección del muñón. 6.11 Fuerzas sobre abrazaderas: Resultado de realizar el análisis estructural del ducto ascendente, que consiste de una fuerza vertical, horizontal y axial. La fuerza vertical actúa a lo largo del eje del ducto ascendente, la horizontal actúa perpendicularmente al plano formado por el ducto y muñón y la fuerza axial actúa en la dirección longitudinal del muñón. 6.12 Momento flexionante en el plano: Resultado de multiplicar la fuerza vertical por el brazo de palanca y actúa en el plano formado por el ducto ascendente y el muñón.




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6.13 Momento flexionante fuera del plano: Resultado de multiplicar la fuerza horizontal por el brazo de palanca, que actúa en forma perpendicular al plano formado por el ducto ascendente y el muñón. 6.14 Sistema de Coordenadas Universal Transversal de Mercator: Sistema basado en la proyección geográfica transversa de Mercator, que se construye tangente a un meridiano. Las magnitudes se expresan en metros únicamente al nivel del mar que es la base de la proyección del elipsoide de referencia. 6.15 Tirante: Profundidad del fondo marino en el sitio de localización del proyecto de ductos ascendentes, medida desde el espejo o superficie del agua, hasta el lecho marino 6.16 Velocidad y aceleración máxima de hundimiento de la subestructura: Magnitud resultante al realizar el análisis de lanzamiento de la subestructura, que consiste en obtener la velocidad y aceleración máxima a la que se hunde la subestructura dentro de la masa de agua. 7. SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS Para aplicar esta NRF se debe cumplir con el sistema general de unidades de medida establecido en la NOM-008-SCFI-2002 en cuanto a su escritura, símbolos y magnitudes, además de la que se mencionan en este numeral. PEMEX Petróleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios slug/ft

3 Slug por pie cúbico. Si aplica, incluir definición de Slug

SMYS Specified Minimum Yield Strength (Esfuerzo de Cedencia Mínimo Especificado) UTM Universal Transverse Mercator (Universal Transversa de Mercator) 8. DESARROLLO 8.1 Memoria de cálculo No aplica. 8.2 Información que debe entregar PEMEX Bases de usuario. El área usuaria de PEMEX que solicite el diseño de un ducto ascendente preinstalado, debe expedir las bases de usuario, cuyo contenido se deben incluir en las bases de licitación, donde se deben establecer las características y parámetros técnicos del ducto. La mínima información que debe contener este documento es la siguiente:

Descripción del proyecto.

Alcance del proyecto.

Tirante de agua en el sitio de instalación.

Coordenadas UTM de localización y orientación de la plataforma.

Vida útil de diseño.




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Condiciones de operación.

Características del fluido a transportar.

Volumen a transportar.

Condiciones de mantenimiento.

Instrumentación y dispositivos de seguridad. Con esta información el contratista debe elaborar las bases de diseño conforme se indica en 8.3 de esta NRF. 8.3 Información que debe entregar el contratista Se debe entregar a PEMEX, la información siguiente: a) Memorias de cálculo, incluye todas las revisiones indicadas. b) Ingeniería de detalle. Bases de diseño. La información mínima que deben contener es la siguiente:

Características físicas y químicas del fluido (información suministrada por el usuario).

Especificaciones del material del ducto y sus componentes.

Presión y temperatura en condiciones normales y máximas de operación (información suministrada por el usuario).

Espesor adicional por corrosión.

Filosofía de operación.

Protección contra la corrosión interna y externa.

Normas y especificaciones que se deben utilizar en el proyecto.

Ubicación de la pierna en la subestructura donde se va a instalar el ducto.

Procedimiento de instalación de la subestructura (lanzamiento o izaje).

Trayectoria de arribo del ducto marino a la plataforma En función de la ubicación de los ductos ascendentes en la subestructura de la plataforma, se debe prever la posible proyección a futuro de otras instalaciones como estructuras adosadas, desarrollo del campo y operaciones de mantenimiento a pozos. 8.4 Requerimientos del servicio Lo correspondiente al diseño de ductos ascendentes preinstalados en subestructura lanzada o izada y sus abrazaderas. Además, para la fabricación, instalación y pruebas para un ducto ascendente se deben cumplir los requisitos establecidos en la NRF-013-PEMEX-2009 y NRF-106-PEMEX-2010. De acuerdo a la ingeniería Aprobada Para Construcción por el diseñador, se debe fabricar en patio el ducto ascendente preinstalado en la pierna de la subestructura. El diseño del ducto ascendente preinstalado lo debe revisar y aprobar el diseñador del sistema de la línea submarina. El Licitante debe incluir en su propuesta técnica, el procedimiento de instalación de la subestructura dependiendo del tirante de agua, geometría de la subestructura y capacidad del barco grúa; mismo que PEMEX.




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Con sustento en el procedimiento de instalación de la subestructura propuesto por el licitante en función de los requisitos establecidos en las bases de diseño, el diseñador debe calcular las fuerzas sobre el ducto ascendente preinstalado, conforme al 8.7 de esta NRF, para el caso de instalación de la subestructura por el método de lanzamiento o realizar las revisiones indicadas conforme al 8.8 de esta NRF, si la subestructura se instala por el método de izaje. 8.5 Criterios de aceptación Cumplir con los requerimientos que se establecen en esta Norma de Referencia, para el diseño de ductos ascendentes preinstalados y sus abrazaderas. 8.6 Diseño del Ducto ascendente preinstalado por presión interna Para la determinación del espesor por presión interna, se debe cumplir con lo indicado en 8.1.3.1 al 8.1.3.1.1.3 de la NRF-013-PEMEX-2009. El espesor obtenido por presión interna, se debe revisar por presión de colapso y propagación de pandeo, considerando el Ducto ascendente preinstalado vacío, cumpliendo con 8.1.3.2, 8.1.3.2.2, 8.1.3.2.2.1 y 8.1.3.2.2.2 de la NRF-013-PEMEX-2009. 8.7 Ducto ascendente preinstalado en subestructura lanzada 8.7.1 Determinación de las fuerzas sobre el ducto ascendente preinstalado, por lanzamiento de la subestructura Se debe considerar al ducto ascendente preinstalado como parte del análisis integral de la subestructura lanzada, para determinar las fuerzas que actúan sobre el mismo, mediante un programa de cómputo especializado. 8.7.1.1 Fuerza horizontal distribuida. La fuerza se puede calcular con las siguientes fórmulas:

FD =1

2ρ CD D U2

............................................................................................................................................. (1)

FI =πD2

4ρ CM ax

............................................................................................................................................. (2) Donde: FD = Fuerza de arrastre, en N/m (lb/ft). FI = Fuerza de inercia, en N/m (lb/ft).

= Densidad del agua de mar, en kg/m3 (slug/ft

3).

D = Diámetro externo del ducto (1,5 veces el diámetro externo, por efecto de masa adherida), en m (ft). CD = Coeficiente hidrodinámico de arrastre, ver Tabla 1. CM = Coeficiente hidrodinámico de inercia, ver Tabla 1. U = Velocidad máxima de hundimiento de la subestructura en el mar, en m/s (ft/s). ax = Aceleración de hundimiento de la subestructura en el mar, en m/s

2 (ft/s

2).




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8.7.1.1.1 Cálculo de la velocidad y aceleración de lanzamiento de la subestructura. El diseñador del ducto ascendente debe obtener los datos de velocidad y aceleración durante el hundimiento de la subestructura en la masa de agua, que se deben calcular por medio de un programa de cómputo especializado que incluya previsiones como mínimo de los siguientes factores:

Geometría de la barcaza.

Tirante de agua.

Modelación de la subestructura incluyendo peso y flotación adicional por el ducto ascendente preinstalado.

Coeficiente de fricción estático y dinámico.

Coeficiente de arrastre (CD) e inercia (CM).

Perfil de corriente y dirección.

Orientación y posición de la subestructura sobre la barcaza. Los parámetros mínimos de diseño en condiciones de estabilidad durante la instalación, están establecidos en la Tabla 8.3.4 de la NRF-003-PEMEX-2007. El programa de cómputo debe determinar y reportar la velocidad y aceleración en el tiempo cuando la subestructura se desliza sobre la barcaza, y cuando la subestructura se desplaza dentro de la masa de agua. Para determinar la fuerza de impacto se debe utilizar la velocidad máxima antes de entrar al mar, mientras que para determinar la fuerza horizontal se debe utilizar la velocidad y aceleración máximas de hundimiento de la subestructura dentro de la masa de agua. 8.7.1.1.2 Cálculo del Número de Reynolds

Re =U D

ν

.......................................................................................................................................................... (3) Donde: Re = Número de Reynolds. U = Velocidad máxima de hundimiento de la subestructura en el mar, en m/s (ft/s). D = Diámetro externo del Ducto ascendente preinstalado, en m (ft).

= Viscosidad cinemática, 1,0 x 10-6

m2/s (1.0 x 10

-5ft

2/s).

En función del Número de Reynolds, se obtienen los coeficientes hidrodinámicos de la Tabla 1.

Re CD CM

Re < 5,0 x 104 1,3 2,0

5,0 x 104< Re < 1,0 x 10

5 1,2 2,0

1,0 x 105< Re < 2,5 x 10

5 1,53 – (Re/3 x 10

5) 2,0

2,5 x 105< Re < 5,0 x 10

5 0,7 2,5 – (Re/5 x 10

5)

5,0 x 105< Re 0,7 1,5

Tabla 1 Valores de Re, CD y CM.

8.7.1.2 Fuerza axial de impacto sobre el Ducto ascendente preinstalado. Se debe calcular con la siguiente fórmula:




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Fi =1

2ρ Ci D V2 L

............................................................................................................................................ (4) Donde: Fi = Fuerza de impacto, en N (lb).

= Densidad de agua de mar, en kg/m3 (slug/ft

3).

Ci = Coeficiente de impacto (Ci = 6,3), adimensional. D = Diámetro exterior del tubo, en m (ft). V = Velocidad máxima de lanzamiento de la subestructura antes de sumergirse en el mar, en m/s (ft/s). L = Longitud comprendida desde el extremo superior del ducto preinstalado en la subestructura hasta la

segunda abrazadera, siendo la primera la más próxima a dicho extremo, en m (ft). 8.7.2 Revisión de la separación de las abrazaderas para la fase de hundimiento de la subestructura Para esta revisión se deben hacer previsiones por el oleaje y la corriente para una tormenta de 10 años de periodo de retorno, de acuerdo con 8.1.1.18 de la NRF-013-PEMEX-2009 y predecir el efecto de aplicar la velocidad máxima de hundimiento de la subestructura, calculada mediante 8.7.1.1.1 de esta NRF, así como utilizar el mismo valor para todos los claros entre las abrazaderas. En caso de que la localización de las abrazaderas del ducto ascendente por operación, no cumpla con los requisitos de integridad estructural durante el lanzamiento de la subestructura, se deben instalar abrazaderas provisionales para evitar modificar el diseño de las abrazaderas por operación, mismas que se deben retirar después del lanzamiento e instalación definitiva de la subestructura. 8.7.3 Análisis estructural del Ducto ascendente preinstalado por lanzamiento Para realizar el diseño detallado de abrazaderas conforme al 8.9 de esta NRF, se deben determinar los elementos mecánicos mediante el análisis estructural con un programa de computo del sistema subestructura-ducto ascendente-abrazaderas o en su defecto, calcular las fuerzas distribuidas mediante las fórmulas 1 y 2 de 8.7.1.1 de esta NRF, la fuerza axial se debe calcular con la fórmula 4 de 8.7.1.2 de esta NRF, la combinación de ellas y el peso propio, así como las restricciones de las abrazaderas como guías definitivas y anclas provisionales. 8.7.4 Análisis estructural del Ducto ascendente preinstalado durante operación Para realizar el diseño detallado de abrazaderas conforme a 8.9 de esta NRF, se deben obtener las fuerzas actuantes mediante el análisis estructural del sistema línea regular - curva de expansión - ducto ascendente - abrazaderas, con base en las cargas que se ocasionan por oleaje, corrientes marinas, desplazamiento de la plataforma por tormenta con período de retorno de 10 años y 100 años, presión y temperatura, así como las restricciones de las abrazaderas guía y abrazaderas ancla. El análisis estructural de cargas por operación de este numeral, debe cumplir con lo que se establece en la NRF-013-PEMEX-2009 y debe determinar la separación y número de abrazaderas que permanecerán una vez que la subestructura queda instalada. 8.7.5 Revisión del ducto por vibración durante el transporte Se debe evitar que en el ducto ascendente exista resonancia por vibración durante el transporte de la subestructura, para lo cual se debe modelar con todas sus abrazaderas anclas y abrazaderas guía, a fin de




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obtener su frecuencia natural de vibración (Fn), mediante un programa de computadora y compararla contra la frecuencia de excitación del oleaje (fe). Se debe cumplir la siguiente desigualdad:

Fn ≠ fe

............................................................................................................................................................ (5) Esta revisión la debe efectuar el diseñador del ducto ascendente en conjunto con el diseñador de la subestructura de la plataforma. Después de aplicar los requisitos de 8.7.2 al 8.7.5 de esta NRF, para obtener el número de abrazaderas, se debe utilizar el que resulte mayor. 8.7.6 Revisión por giro de abrazaderas La resistencia al giro de las abrazaderas instaladas del lado de la pierna de la subestructura, debe ser mayor que el momento que se produce por la fuerza horizontal calculada conforme a 8.7.1.1 de esta NRF, que actúa a lo largo del ducto ascendente, durante la etapa de lanzamiento de la subestructura. La revisión se debe realizar de acuerdo con el siguiente procedimiento: a) Datos para llevar a cabo la revisión.

Diámetro y longitud de abrazaderas.

Número, diámetro, especificación de material, resistencia mínima especificada a la cedencia y área de la sección transversal de los espárragos.

Momento actuante.

Separación entre abrazaderas. b) Cálculo del momento resistente, de acuerdo con la siguiente fórmula:

Mr = Pc D

.................................................................................................................................................... (6) Donde: Mr = Momento resistente, en N·mm (lb·in). Pc = Fuerza total en abrazadera, en N (lb). D = Diámetro externo de la pierna de la subestructura, en mm (in). Para calcular el valor de Pc, primero se debe calcular el valor de “q”, de acuerdo con la siguiente fórmula:

q =FB

D L

...................................................................................................................................................... (7) Donde: q = Esfuerzo normal actuante en la superficie de la pierna de la subestructura, en N/mm

2 (psi).

FB = Fuerza total de tensión debida al número de espárragos, en N (lb). D = Diámetro de abrazadera, en mm (in). L = Longitud de abrazadera, en mm (in).




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La fuerza total (FB), se calcula multiplicando el número total de espárragos de la abrazadera por la tensión en el espárrago por efecto del torque de apriete:

T = 0,75 Ae ςy

............................................................................................................................................ (8) Donde: T = Tensión en espárrago por efecto de apriete, en N (lb). Ae = Área de la sección transversal de espárrago, en mm

2 (in

2).

y = Resistencia a la cedencia mínima especificada (SMYS), en N/mm2 (psi).

c) Para el cálculo de la fuerza total en abrazadera (Pc) se debe utilizar alguna de las siguientes ecuaciones

dependiendo del valor de (q) calculado anteriormente:

Pc =α DL

Cuando: 3.0 N/mm2 q 8.5 N/mm2

..................................................... (9)

Pc =α DL

2q

3−

q2

9 Cuando: q < 3.0 N/mm2

..................................................... (10) Donde:

∝ =seno IRHD

3

...................................................................................................................................... (11) PC = Fuerza total en abrazadera, en N (lb). D = Diámetro de abrazadera, en mm (in). L = Longitud de abrazadera, en mm (in).

= Factor de seguridad igual a 1,0. IRHD = Grado Internacional de Dureza del Neopreno.

d) Cálculo del momento actuante. Se debe calcular en función de la fuerza horizontal sobre el Ducto ascendente preinstalado calculada de acuerdo a 8.7.1.1 de esta Norma de Referencia multiplicada por su brazo de palanca, de acuerdo con la siguiente fórmula:

Ma = FH S L

............................................................................................................................................... (12) Donde: Ma = Momento actuante, en N·mm (lb·in). FH = Fuerza horizontal sobre el Ducto ascendente preinstalado (FH = FD+ FI), en N/mm (lb/in). S = Distancia entre centros de líneas del Ducto ascendente preinstalado y pierna de la subestructura, en

mm (in). L = Distancia tributaria entre abrazaderas, en mm (in).




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e) Criterio de revisión por giro para las abrazaderas.

El momento actuante debe ser menor que el momento resistente:

Ma ≤ 0,90 Mr

.............................................................................................................................................. (13) 8.8 Ducto ascendente preinstalado en subestructura izada 8.8.1 Determinación del número de abrazaderas De las tres revisiones indicadas en 8.8.1.1, 8.8.1.2 y 8.8.1.4 de esta Norma de Referencia, para obtener el número de abrazaderas, se debe aplicar el que resulte mayor. 8.8.1.1 Revisión por vorticidad La separación debe cumplir con 8.1.1.18 de la NRF-013-PEMEX-2009 con base en el período de retorno de oleaje y corrientes marinas para 10 y 100 años. 8.8.1.2 Revisión por vorticidad durante la fase de instalación Para la fase de instalación se debe revisar la separación entre abrazaderas por vorticidad, los valores que se deben utilizar para altura de la ola y perfil de corriente y deben ser los que se establecen en la Tabla 8.3.4 de la NRF-003-PEMEX-2007. Para localizaciones y profundidades diferentes, fuera del alcance de la NRF antes mencionada, el diseñador debe obtener la información gubernamental oficial, a través del Servicio Meteorológico Nacional (SMN) dependiente de la Comisión Nacional del Agua (CONAGUA) de la Secretaria del Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT), referente a los parámetros oceanográficos y meteorológicos. 8.8.1.3 Análisis estructural del Ducto ascendente preinstalado y abrazaderas en operación Se debe realizar de acuerdo a lo indicado en 8.7.4 de esta Norma de Referencia. 8.8.2 Revisión del ducto por vibración durante el transporte y por giro de abrazaderas Se debe realizar de acuerdo a lo indicado en 8.7.5 y 8.7.6 de esta Norma de Referencia. 8.9 Revisión de abrazaderas por esfuerzos permisibles Todas las abrazaderas del Ducto ascendente preinstalado, ya sea para subestructuras instaladas mediante lanzamiento, así como aquellas que son izadas, se deben revisar de acuerdo con el siguiente procedimiento: a) Del análisis estructural del ducto ascendente para una subestructura lanzada o izada conforme se indica en

8.7.3, 8.7.4 y 8.8.1.3 de esta NRF respectivamente, se deben obtener los valores de las fuerzas actuantes sobre las abrazaderas.

b) Para la revisión de las abrazaderas se requieren los siguientes datos: la especificación y la resistencia mínima especificada a la cedencia del material de las abrazaderas y las relaciones geométricas de acuerdo con la Figura 1.




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Pierna de la Subestructura Ducto ascendente preinstalado

Figura 1 Datos de entrada y relaciones geométricas c) Calculo del esfuerzo cortante actuante.

El esfuerzo cortante actuante se debe calcular con la siguiente expresión:

VP = τ ƒ senθ

............................................................................................................................................. (14) Donde: Vp = Esfuerzo cortante actuante, en N (lb). ƒ = Esfuerzo axial, de flexión en el plano o flexión fuera del plano en el muñón, en N/mm

2 (psi).

(El cortante se evalúa para cada uno de los esfuerzos)

= Angulo entre pierna y muñón igual a 90˚.

= Ver Figura 1. d) Cálculo del esfuerzo cortante permisible.

Se debe calcular con la siguiente expresión:

Brazo de palanca

Neopreno

D

T

t

d

Muñón de la abrazadera

90θ

T

t

D

dβ

2T

D




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Vpa = Qq Qƒ y

0,6 γ

......................................................................................................................................... (15) Donde: Vpa = Esfuerzo cortante permisible, en N/mm

2 (psi).

Qq = Factor en función del tipo de carga y geometría Qƒ = Factor que toma en cuenta la presencia de esfuerzo axial

= Ver Figura 1.

y = Resistencia a la cedencia mínima especificada del material, en N/mm2 (psi).

El esfuerzo cortante permisible, se debe calcular individualmente para cada uno de los esfuerzos, axial, flexión en el plano y esfuerzo por flexión fuera del plano. Los factores Qq se deben calcular para carga axial, flexión en el plano y flexión fuera del plano de acuerdo con las siguientes fórmulas: Carga axial:

Qq = 1,10 +0,20

β

...................................................................................................................................... (16) Flexión en el plano:

Qq = 3,72 +0,67

β

...................................................................................................................................... (17) Flexión fuera del plano:

Qq = 1,37 +0,67

β Qβ

.............................................................................................................................. (18) Donde:

β =d

D

.......................................................................................................................................................... (19)

Q𝛽 =0,30

β (1 − 0,833β) para β > 0,6

.................................................................................................. (20)

Mientras que para ≤ 0,60 Q = 1,0




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También para el factor Qƒ se debe calcular para las condiciones de carga axial, flexión en el plano y flexión fuera del plano:

Qƒ = 1,0 − A2

.................................................................................................................................... (21) Donde:

= 0,030 para esfuerzo axial en el muñón.

= 0,045 para esfuerzo por flexión en el plano en el muñón.

= 0,021 para esfuerzo por flexión fuera del plano en el muñón.

A = ƒ2

ax+ ƒ2

ipb+ ƒ2

opb

( 0,6 ςy)2

.......................................................................................................................... (22) En la fórmula 22, ƒ ax, ƒ ipb, ƒ opb se refieren al esfuerzo axial, por flexión en el plano y por flexión fuera del plano, correspondientes a la pierna de la subestructura. Para la combinación de esfuerzos en el muñón, se debe cumplir con las siguientes relaciones:

Vp

Vpa

2

ipb

+ Vp

Vpa

2

opb

≤ 1,0

.................................................................................................................. (23)

Vp

Vpa 𝑎𝑥

+ 2

π arc sen

Vp

Vpa

2

ipb

+ Vp

Vpa

2

opb

≤ 1,0

........................................................................ (24)

e) Comparación del esfuerzo permisible contra el esfuerzo cortante actuante. En caso de que el esfuerzo permisible sea menor que el esfuerzo actuante para cualquiera de las condiciones de carga axial, flexión en el plano y flexión fuera del plano, se debe colocar una placa de refuerzo y volver nuevamente a repetir el proceso de análisis, en el que se debe incluir el espesor total, que es igual al espesor de la placa de refuerzo más el espesor de la placa de la abrazadera, hasta la condición en que el esfuerzo actuante sea menor que el permisible. 8.10 Requisitos adicionales de diseño 8.10.1 Ducto ascendente preinstalado Se debe instalar en el tramo inferior del Ducto ascendente preinstalado, una brida de cuello soldable (WN) tipo junta de anillo (RTJ), y una brida ciega tipo junta de anillo (RTJ) y en la parte superior se debe instalar un tapón cachucha.




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8.10.2 Abrazaderas Para el caso de la primera abrazadera “provisional superior” (que se ubica en la parte superior del ducto ascendente), ya sea para una subestructura lanzada o izada, el diseño debe tener abrazadera del lado del ducto y placa de refuerzo del lado de la pierna; se debe aplicar soldadura de filete circunferencial entre la abrazadera y el ducto ascendente, así como entre el muñón y placa de refuerzo en la pierna de la plataforma. Las soldaduras deben cumplir con lo que se establece en la NRF-020-PEMEX-2012 y NRF-106-PEMEX-2010. El plano de diseño debe indicar que la abrazadera ancla provisional superior, debe ser removida después de que la subestructura ha sido instalada, cortando el tramo del Ducto ascendente preinstalado por debajo de la abrazadera, y cortando el muñón al ras del parche colocado en la pierna. Adicionalmente, el plano debe indicar las abrazaderas guías o anclas provisionales las cuales se identifiquen con una oreja de izaje para ser retiradas del ducto, de acuerdo con el número y separación que resulte de las revisiones indicadas en 8.7.4 u 8.8.1 de esta Norma de Referencia. Las abrazaderas instaladas en el Ducto ascendente preinstalado como en la pierna de la subestructura, no deben ser soldadas al Ducto ascendente preinstalado ni tampoco a la pierna, a excepción de lo indicado en el primer párrafo de este numeral. 8.10.3 Protección catódica En el plano correspondiente del ducto, se debe establecer que la parte sumergida, se debe proteger mediante el empleo de ánodos de aluminio. El diseño del sistema de protección catódica debe cumplir con los requisitos que se establecen en la NRF-047-PEMEX-2007. Los ánodos de aluminio, deben cumplir con lo que se establece en la NRF-126-PEMEX-2011. 8.10.4 Materiales 8.10.4.1 Ducto ascendente preinstalado. El plano correspondiente debe indicar que: a) La tubería utilizada para el Ducto ascendente preinstalado, debe cumplir con la NRF-001-PEMEX-2007. b) Las conexiones y accesorios para servicio amargo y no amargo, deben cumplir con la NRF-096-PEMEX-

2010. c) Los materiales de aporte deben cumplir con la NRF-084-PEMEX-2011. d) El sistema de protección en la zona de mareas y oleaje, debe cumplir con lo que se establece en la NRF-

177-PEMEX-2007. e) El sistema de protección catódica para ductos con alta temperatura, debe cumplir con lo que se establece en

la NRF-047-PEMEX-2007. 8.10.4.2 Abrazaderas. El plano correspondiente debe indicar que: a) El muñón (tubo estructural) de las abrazaderas debe ser de acero al carbono de acuerdo a la tabla 3 de la

NRF-175-PEMEX-2007. b) Las abrazaderas y placa de refuerzo deben ser de acero al carbono de acuerdo a la tabla 1 de la NRF-175-

PEMEX-2007. c) El aislante de las abrazaderas debe ser de acuerdo a ASTM D 2000-12, o equivalente. d) La tornillería debe cumplir con la NRF-027-PEMEX-2009.




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9. RESPONSABILIDADES 9.1 Subcomité Técnico de Normalización de PEMEX Exploración y Producción Promover el conocimiento de ésta norma de referencia, entre las áreas usuarias de PEMEX Exploración y producción, firmas de Ingeniería, prestadores de servicio y contratistas, involucrados en el diseño de ductos ascendentes preinstalados y sus abrazaderas. 9.2 Área usuaria de Petróleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios El personal del área usuaria de PEMEX debe verificar el cumplimiento de los requisitos establecidos en ésta NRF. 9.3 Firmas de Ingeniería, prestadores de servicio y contratistas Cumplir con los requerimientos especificados en ésta Norma de Referencia, para el diseño de ductos ascendentes preinstalados y sus abrazaderas. 10. CONCORDANCIA CON NORMAS MEXICANAS O INTERNACIONALES No tiene concordancia. 11. BIBLIOGRAFÍA 11.1 ASTM D 2000-12. Standard classification system for rubber products in automotive applications (Sistema de clasificación estándar para productos de hule en aplicaciones automotrices). 12. ANEXOS 12.1 Requisitos que debe cumplir un documento “equivalente” 12.1.1 La indicación “o equivalente”, que se menciona en esta NRF, después de los Documentos extranjeros, significa lo siguiente: 12.1.2 Documento normativo que indica las características, reglas, especificaciones, requerimientos, atributos, directrices, o prescripciones aplicables a un Bien, Proceso, Actividad, Servicio o Método, y las que se refieran a su cumplimento o aplicación, en nivel cuantitativo, cualitativo, igual al propuesto en esta NRF. 12.1.2.1 Los Documentos extranjeros, “equivalentes”, deben cumplir con lo que se indica y/o exige por el Documento extranjero referido por esta NRF o ET. 12.1.2.12 No se aceptan como equivalentes documentos Normativos o Lineamientos Nacionales, Internacionales, Industriales o Extranjeros, que tengan requerimientos, especificaciones o exigencias menores a los que refiere y/o solicita PEMEX, (por ejemplo: menores espesores, menores factores de seguridad, menores presiones y/o temperaturas, menores niveles de aislamiento eléctrico, menores propiedades a la temperatura,




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mayor emisión de humos y características constructivas de los conductores eléctricos, menores capacidades, eficiencias, características operativas, propiedades físicas, químicas y mecánicas, entre otros). 12.1.3 Lo anterior también es aplicable a los requerimientos que se señalan en los Documentos Técnicos de los Paquetes de Ingeniería Básica de los Licenciadores o Tecnólogos. 12.1.4 En todos los casos, las características, especificaciones, requerimientos y/o obligaciones que se indican en esta NRF, Especificación Técnica, y los que de esta se desprenden, son de cumplimiento obligatorio por Licitantes, Contratistas y/o Proveedores de Bienes o Servicios. 12.1.5 El Licitante, Contratista o Proveedor, que considere que un documento es equivalente al Documento extranjero indicado en esta NRF y/o ET, debe solicitar por escrito a PEMEX la autorización para su uso, anexando los antecedentes y argumentación que justifique su solicitud, así como una comparativa, concepto por concepto, y demostrar que el documento que propone, es igual que el que se indica o refiere en esta NRF o ET., a lo que PEMEX debe responder de forma explícita. 12.1.6 Cuando los documentos que se señalan en el párrafo anterior, no son de origen Nacional, deben estar legalizados ante cónsul mexicano o, cuando resulte aplicable, apostillados de conformidad con el “Decreto de Promulgación de la Convención por la que se suprime el requisito de Legalización de los Documentos Públicos Extranjeros”, publicado en el Diario Oficial de la Federación del 14 de agosto de 1995. 12.1.7 Los documentos que se presenten en un idioma distinto al español se deben acompañar de una traducción de dicho idioma al español, por un perito traductor certificado, y debe considerar la conversión de unidades conforme a la NOM-008-SCFI-2002. La traducción debe ostentar la siguiente leyenda que debe estar signada por el representante legal del Licitante, Contratista y/o Proveedor, que propone el documento equivalente. “Esta traducción refleja fielmente el contenido e interpretación del documento original en su idioma de origen, para los efectos de la Licitación y/o, Contrato, y efectos Legales, a que den lugar” 12.1.8 La respuesta de PEMEX al uso de un documento equivalente debe ser por escrito, y se debe indicar si es o no autorizado el documento propuesto como equivalente, en el caso de que no se autorice el uso del documento equivalente, el Licitante, Contratista, o Proveedor, está obligado a cumplir con el Documento extranjero establecido en la NRF o ET.

DISEÑO DE DUCTOS ASCENDENTES … · 6.13 Momento flexionante fuera del plano: Resultado de...

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