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UCSM Sistema de Calentamiento de Petrleo R-500 para Caldera de 800 BHP y tendido de lnea de tracing de 700 m

FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERIAS FSICAS Y FORMALES PROGRAMA PROFESIONAL DE INGENIERIA MCANICA, MCANICA ELCTRICA Y MECATRNICA

Investigador: Ing. Carlos Gordillo Anda M.Sc. Curso: Diseo de Plantas Industriales II Arequipa, Per 2012

INDICE INTRODUCCIN Cap.I: Descripcin General del Proyecto 1. DESCRIPCION DEL PROYECTO 1.1 Descripcin del Petrleo Residual R-500 1.1.1 Conceptos tcnicos de los combustibles industriales 1.1.2 Petrleo Industrial R 500 1.1.3 Conversin entre Grados API,G.E, Kg por lit y Lbs por Gal 1.1.4 Problemas que se originan en el quemado de combustibles residuales 1.1.5 Sistema de Calentamiento del Petrleo Residual R-500 1.1.5.1 Almacenamiento 1.1.5.2 Circuito de Transporte 1.1.5.3 Bombas para Petrleos Residuales 1.1.5.4 Precalentamiento para Bombeo 1.1.5.5 Precalentamiento para Atomizacin 1.1.5.6 Aditivacin para Residuales en Plantas Industriales 1.1.5.7 Anlisis de Posibilidades de sustitucin de Residual 6 por Residual 500 1.2 Descripcin del Tracing de Vapor 1.2.1 Lneas de Tracing 1.2.2 Tipos de sistemas de Tracing a) Por el tipo de aplicacin b) De acuerdo al mtodo que se emplea para calentar el fluido a transportar 1.2.3 Ventajas de las Lneas de Tracing de Vapor 1.2.4 Sistemas de Tracing de Vapor Aplicaciones recubiertas (aisladas) Aplicaciones desnudas (sin aislar) Aplicaciones crticas 1.2.5 Consideraciones para el diseo de una Lnea de Tracing de Vapor 1.2.6 Diseo de una Lnea de Tracing 1.2.6.1 Diseo de Lneas de Tracing por Transferencia de Calor 1.2.6.2 Diseo de lneas de tracing (mtodo de tablas y guas) 2. MEMORIA DESCRIPTIVA 2.1 Ubicacin Geogrfica 2.2 Descripcin General del Proyecto 2.2.1 Caldera Pirotubular Horizontal de Espalda Hmeda INTESA 2.2.2 Recepcin en Planta 2.2.2.1 Control de Peso al ingreso de la planta 2.2.3 Normas API pag.4 pag.5 pag.6 pag.6 pag.6 pag.10 pag.12 pag.12 pag.13 pag.13 pag.14 pag.15 pag.16 pag.16 pag.16 pag.18 pag.19 pag.19 pag.20 pag.20 pag.21 pag.22 pag.22 pag.22 pag.23 pag.23 pag.24 pag.27 pag.28 pag.37 pag.46 pag.46 pag.48 pag.48 pag.49 pag.49 pag.51

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Cap.II: Clculos Justificativos 1. CALCULO DE TUBERAS Y TRACING 1.1 Tubera de Petrleo del tanque general al tanque diario 12 1.2 Tubera para el Precalentador de combustible de caldero 2 1.3 Tubera que va a los tanques de almacenamiento de combustible 3 1.4 Diseo del sistema de Tracing 1.4.1 Seleccin de Dispositivos para el Sistemas de Traceado a) Para tubera 2, 3, 4 1. Controles de temperatura y controles de presin 2. Manyfolds de tubera vapor y condensado: 3. Conectores Universales: (ubicado en la salida del manyfold vapor) b) Para tubera 6,7,8,9 4. Purgadores de presin equilibrada para vapor: 5. Difusores: (salida del Manyfold condensado) 6. Seleccin de trampas de vapor 1.4.2 Tubera desde el Manyfold de vapor hasta el inicio del tracing 4: 1.4.3 Tubera para procesos 5 1.5 Tuberas de condensado 1.5.1 Tubera del Precalentador 6 1.5.2 Tubera del tanque diario 7 1.5.3 Tubera de trampeo del tracing 8 1.5.4 Tubera derivacin del condensado de tracing 9: 1.6 Tubera salida Manyfold 10: 1.7 Tubera combustible tanque diario de caldera 13 y 14: 1.8 Distancia entre soportes del lnea de procesos 1.9 Espesor de aislamiento para tuberas de vapor exceptuando la lnea de tracing 2. DISEO DE TANQUE DE ALMACENAMIENTO 2.1 Capacidad de Almacenamiento 2.2 Calculo de Espesor de Casco 2.3 Calculo del Espesor del Techo 2.4 Calculo del Espesor del Fondo 2.5 Resumen de Clculos para Tanque de Almacenamiento 3. CALCULO Y SELECCIN DE CASA DE BOMBAS 3.1 Seleccin de la Bomba de Combustible de Recepcin y Tracing Calculo de las Perdidas de Presin por Rozamiento Calculo de Presin de Bombeo Parmetros Seleccin de Bomba 3.2 Seleccin de la Bomba de Combustible de Alimentacin a Sala de Calderos Calculo de las Perdidas de Presin por RozamientoDiseo de Plantas Industriales II - UCSM

pag.52 pag.53 pag.53 pag.55 pag.57 pag.59 pag.66 pag.66 pag.66 pag.68 pag.68 pag.68 pag.68 pag.69 pag.70 pag.71 pag.71 pag.72 pag.72 pag.72 pag.72 pag.73 pag.74 pag.74 pag.75 pag.75 pag.78 pag.78 pag.79 pag.80 pag.80 pag.81 pag.81 pag.81 pag.81 pag.83 pag.84 pag.84 pag.86 pag.86Pgina 2

Calculo de Presin de Bombeo Parmetros Seleccin de Bomba 4. DISEO DEL TANQUE DE COMBUSTIBLE DE USO DIARIO 4.1 Capacidad de Almacenamiento 4.2 Calculo de Espesor de Casco 4.3 Calculo del Espesor de las Tapas 4.4 Calculo de Soportes 4.5 Resumen de Clculos para Tanque de Almacenamiento 4.6 Diseo de Serpentn para Calentamiento de Tanque de uso Diario ANEXOS ANEXO 1: TABLAS ANEXO 2: GRAFICAS (NOMOGRAMAS) ANEXO 3: PROYECCIONES EN 3D ANEXO 4: ABACOS PARA SELECCIN DE TUBERIAS ANEXO 5: Planos ANEXO 6: Plano de Distribucin de Tuberas y Equipos ANEXO 7: Plano de Distribucin de Planta

pag.87 pag.88 pag.88 pag.90 pag.90 pag.91 pag.92 pag.92 pag.94 pag.95 pag.98 pag.99 pag.104 pag.109 pag.111 pag.112 pag.113 pag.114

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INTRODUCCIN El mundo se ha desarrollado en base a la energa qumica almacenada por la naturaleza en los combustibles fsiles y actualmente depende de su disponibilidad, comercializacin y empleo. El Carbn mineral impulso la revolucin industrial y suministr la energa que cambi el mundo en el Siglo XIX; a partir del Siglo XX, el petrleo se convirti en el oro negro que domin la civilizacin y determin el ritmo de la economa del planeta. Estos recursos geolgicos comprenden el grupo de recursos no renovables de la tierra, puesto que los procesos geolgicos para su formacin requieren millones de aos. La palabra petrleo proviene de las voces latinas petra y oleum, que significan piedra y aceite, no porque sea aceite de piedra sino por estar aprisionado entre piedras. El combustible es todo aquello capaz de arder o quemarse produciendo luz y calor, en donde este ser el encargado de quemarse en condiciones controladas y producir energa trmica para bienes industriales. Los combustibles derivados del petrleo estn constituidos por los destilados ms pesados y los residuales que salen por el fondo de las columnas de destilacin. A partir de la crisis energtica en los aos setenta, la tendencia mundial se orienta a elevar precios y disminuir la calidad de petrleos residuales empleando procesos de refinacin cada ms complejos y sofisticados. Ahora respecto al aprovechamiento industrial, es muy importante conocer acerca de las lneas de transporte de este producto a partir de su distribucin y aprovechamiento del mismo, ya que sus componentes y sustancias de acompaamiento demandan un diseo adecuado. El cambio de ubicacin de generadores de vapor provocara un nuevo clculo de las tuberas de acompaamiento. Actualmente el mantenimiento de un nivel de temperatura en tuberas es crtico y, por lo tanto, de viscosidad para garantizar un bombeo adecuado del petrleo crudo y en especial luego de las paradas de las instalaciones, puede ser resuelta a partir de este tipo de construccin aislante para la tubera principal, la cual consiste en suministrar un calentamiento adicional con la ayuda de una tubera acompaante de vapor dispuesta a lo largo de toda la tubera y forradas ambas con el material aislante, de manera tal que se forme una cavidad termoaislada y mantener el rgimen trmico necesario del petrleo transportado. El presente proyecto estar orientado al diseo de un sistema de calentamiento de petrleo R-500 para un generador de vapor de su uso industrial, siempre acompaado de una lnea de tracing contenida de vapor, generalmente instalada para el transporte del combustible desde tanque de recepcin general de planta (donde el camin petrolero llega) hasta el tanque diario a utilizar pasando por largas distancias y dispositivos mecnicos como bombas, resistencias elctricas, ventiladores (que proporcionen caudal de aire necesario), atomizadores, entre otros, hasta llegar al quemador del caldero.Diseo de Plantas Industriales II - UCSM Pgina 4

Captulo I: Descripcin General del Proyecto

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1. DESCRIPCION DEL PROYECTO1.1 Descripcin del Petrleo Residual R-500 1.1.1 Conceptos tcnicos de los combustibles industriales a) Densidad Es una magnitud escalar referida a determinado volumen de una sustancia. la cantidad de masa contenida en un

[ b) Densidad Relativa o Gravedad Especfica (Sp-gr)

]

La densidad es la relacin entre el peso de un producto y el volumen ocupado por el mismo.

c) Densidad Relativa o Gravedad Especifica en API (American Petroleum Institute) Define la relacin entre la masa del combustible y el volumen que ocupa a una determinada temperatura y presin. Es determinada con un hidrmetro o densmetro especialmente calibrado, que se sumerge en el combustible hasta un determinado nivel, permitiendo la lectura de los API en una escala de rango adecuado. Se presentaran valores ms altos para combustible livianos y bajos para los pesados. Se expresa a la temperatura de 60F/60F.

d) Punto de Inflamacin

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Es la temperatura a la que debe calentarse el combustible, para que desprenda suficiente vapor y forme una mezcla inflamable con el aire, despus de exponerlo a una llama. e) Contenido de Cenizas Las cenizas son impurezas formadas por accin de las sales metlicas propias de los petrleos. f) Viscosidad Es una medida de la velocidad con que fluye el combustible, a una determinada temperatura. Tambin es un indicador de la facilidad con la que puede ser pulverizado un combustible en un quemador. Para los residuales los sistemas empleados para medir y expresar su viscosidad son los Segundos Saybolt Furol (SSF) a 122F y 210F y los grados Engler (como la relacin entre los tiempos necesarios para el paso de 200 de aceite por el orificio calibrado del viscosmetro y una cantidad igu