lOMoARcPSD|13463844 SUBDIRECCIÓN DE SERVICIOS A PROYECTOS SUBCOMITÉ TÉCNICO DE NORMALIZACIÓN ESPECIFICACIÓN TÉCNICA INTERNA PARA PROYECTO DE OBRAS DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO P.2.0722.03:2015 SEGUNDA EDICIÓN Agosto 2015 1/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 PREFACIO Esta Especificación Técnica se realizó en atención y cumplimiento a: Estatuto Orgánico de Petróleos Mexicanos Estatuto Orgánico de Pemex Exploración y Producción Políticas y Lineamientos para Procura de Abastecimiento Disposiciones Generales de Contratación para Petróleos Mexicanos y sus Empresas Productivas Subsidiarias En la elaboración de esta Especificación Técnica participaron: Pemex Exploración y Producción (PEP). Petróleos Mexicanos. Participantes externos: Instituto Mexicano del Petróleo (IMP). Supervisión y Desarrollo de Proyectos Marinos, S.A. de C.V. Sacmag de México, S.A. de C.V. 2/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 Página ÍNDICE DE CONTENIDO 0. Introducción .............................................................................................................................. 7 1. Objetivo...................................................................................................................................... 7 2. Alcance ...................................................................................................................................... 7 3. Campo de aplicación ................................................................................................................ 7 4. Actualización ............................................................................................................................. 8 5. Referencias ............................................................................................................................... 8 6. Definiciones .............................................................................................................................. 9 7. Símbolos y Abreviaturas.......................................................................................................... 13 8. Desarrollo .................................................................................................................................. 14 8.1 Diseño de Ductos Submarinos .............................................................................................. 14 8.1.1 Criterios de diseño ................................................................................................................. 14 8.1.1.1 Información que debe entregar Pemex ................................................................................. 14 8.1.1.2 Bases de diseño .................................................................................................................... 15 8.1.1.3 Selección de la ruta ............................................................................................................... 15 8.1.1.4 Estudios Geofísicos y Geotécnicos ....................................................................................... 15 8.1.1.5 Materiales .............................................................................................................................. 16 8.1.1.5.1 Tubo....................................................................................................................................... 16 8.1.1.5.2 Accesorios ............................................................................................................................. 16 8.1.1.6 Solicitaciones ......................................................................................................................... 16 8.1.1.6.1 Presión................................................................................................................................... 16 8.1.1.6.2 Cargas vivas .......................................................................................................................... 16 8.1.1.6.3 Cargas muertas ..................................................................................................................... 16 8.1.1.6.4 Cargas dinámicas .................................................................................................................. 16 8.1.1.6.5 Incremento de presión por expansión del fluido ................................................................... 16 8.1.1.6.6 Cargas por contracción y expansión térmica ........................................................................ 16 3/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 Página ÍNDICE DE CONTENIDO 8.1.1.6.7 Interacción suelo-tubo ...................................................................................................... 16 8.1.1.7 Ducto ascendente ............................................................................................................ 17 8.1.1.8 Curva de expansión ......................................................................................................... 17 8.1.1.9 Conexiones, accesorios, bridas y válvulas ...................................................................... 17 8.1.1.10 Carrete de monitoreo y pieza de transición ..................................................................... 18 8.1.1.11 Trampas de envío y recibo ............................................................................................... 18 8.1.1.12 Separación mínima entre líneas regulares ...................................................................... 18 8.1.1.13 Lastre de concreto ............................................................................................................ 18 8.1.1.14 Condición de enterrado del Ducto Submarino ................................................................. 18 8.1.1.15 Crecimiento marino .......................................................................................................... 19 8.1.1.16 Diseño de Cruces submarinos ......................................................................................... 19 8.1.1.16.1 Cruce submarino con ductos y cables ............................................................................. 19 8.1.1.16.2 Cruce submarino con estratos de roca sepultados someros o que afloran. ................... 20 8.1.1.16.2.1 Estratos de roca sepultados someros .............................................................................. 20 8.1.1.16.2.2 Estratos de roca que afloran ............................................................................................ 20 8.1.1.16.3 Cruce submarino con fallas geológicas ........................................................................... 20 8.1.1.17 Claros libres ...................................................................................................................... 21 8.1.1.18 Vorticidad.......................................................................................................................... 21 8.1.1.18.1 Oscilaciones en dirección paralela con el vector velocidad ............................................. 22 8.1.1.18.2 Oscilaciones en dirección perpendicular con el vector velocidad .................................... 22 8.1.1.19 Fatiga ................................................................................................................................ 23 8.1.1.20 Expansión y flexibilidad .................................................................................................... 24 8.1.1.21 Conexiones ramal ............................................................................................................ 24 8.1.1.22 Análisis hidráulico ............................................................................................................. 24 8.1.1.23 Corrosión .......................................................................................................................... 25 4/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 Página ÍNDICE DE CONTENIDO 8.1.1.23.1 Corrosión externa ............................................................................................................. 25 8.1.1.23.1.1 Sistema de recubrimiento anticorrosivo ........................................................................... 25 8.1.1.23.1.2 Protección catódica .......................................................................................................... 25 8.1.1.23.2 Corrosión interna .............................................................................................................. 25 8.1.2 Clasificación de ductos submarinos ................................................................................. 26 8.1.2.1 Ductos que transportan gases inflamables y/o tóxicos .................................................... 27 8.1.2.2 Ductos que transportan líquidos inflamables y/o tóxicos ................................................. 27 8.1.2.3 Ductos que transportan fluidos no inflamables y no tóxicos ............................................ 27 8.1.3 Efectos mecánicos ........................................................................................................... 27 8.1.3.1 Presión interna ................................................................................................................. 27 8.1.3.1.1 Espesor mínimo requerido ............................................................................................... 28 8.1.3.1.1.1 Espesor de diseño ............................................................................................................ 29 8.1.3.1.1.2 Tolerancia por corrosión ................................................................................................... 29 8.1.3.1.1.3 Tolerancia por fabricación ................................................................................................ 29 8.1.3.1.1.4 Espesor por temperatura para ductos restringidos .......................................................... 30 8.1.3.2 Revisión de espesor por otras condiciones ..................................................................... 31 8.1.3.2.1 Tensión longitudinal (Tu) .................................................................................................. 31 8.1.3.2.2 Presión externa ................................................................................................................ 32 8.1.3.2.2.1 Presión de colapso (Pc) ................................................................................................... 32 8.1.3.2.2.2 Propagación de pandeo (Pp) ........................................................................................... 33 8.1.3.2.3 Momento flexionante (Mu) ................................................................................................ 33 8.1.3.2.4 Pandeo global (Cg) .......................................................................................................... 34 8.1.3.2.5 Formulaciones de diseño para estados de carga combinados .......................................... 35 8.1.3.2.5.1 Tensión y momento flexionante (Tu-Mu) ............................................................................ 35 8.1.3.2.5.2 Tensión axial, Momento flexionante y Presión de colapso (Tu-Mu-Pc) ............................. 35 5/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 Página ÍNDICE DE CONTENIDO 8.1.3.2.6 Formulaciones de diseño por criterio de deformación para estados de carga combinados ..... 36 8.1.4 Estabilidad hidrodinámica ................................................................................................... 39 8.1.4.1 Análisis de flotabilidad de ducto enterrado bajo el lecho marino ........................................ 39 8.1.4.2 Parámetros oceanográficos para periodo de retorno de 10 años ...................................... 40 8.1.4.2.1 Altura de ola y velocidad de corriente ................................................................................. 40 8.1.4.2.2 Dirección de oleaje y corriente ............................................................................................ 40 8.1.4.2.2.1 Sonda de Campeche y Litoral Tabasco .............................................................................. 40 8.1.4.2.2.2 Zona Norte y Lankahuasa ................................................................................................... 41 8.1.4.3 Parámetros oceanográficos para periodo de retorno de 100 años .................................... 41 8.1.4.3.1 Altura de ola y velocidad de corriente ................................................................................. 41 8.1.4.3.2 Dirección de oleaje y corriente............................................................................................ 41 8.1.4.3.2.1 Sonda de Campeche y Litoral Tabasco .............................................................................. 41 8.1.4.3.2.2 Zona Norte y Lankahuasa ................................................................................................... 41 8.1.5 Documentación entregable en diseño ................................................................................ 42 8.1.5.1 Análisis de Riesgo del Ducto. ............................................................................................ 42 9. Responsabilidades ................................................................................................................... 43 9.1 Petróleos Mexicanos, Empresas Productivas Subsidiarias y Empresas Filiales ....................... 43 9.2 Contratistas ................................................................................................................................. 43 10. Concordancia con normas mexicanas o internacionales ............................................. 44 11. Bibliografía ................................................................................................................................ 44 12. Anexos ....................................................................................................................................... 46 Anexo A Información oceanográfica para el Golfo de México ............................................................. 46 Anexo B Conversión de la producción de gas y crudo ligero a miles de barriles de crudo pesado… 53 Anexo C Zona de Aplicación ................................................................................................................ 53 Anexo D Tabla Comparativa NRF-013-PEMEX-2009 & ISO 13623-2009 .......................................... 55 6/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición 0. P.2.0722.03:2015 Introducción El desarrollo de nuevos campos en el Golfo de México implica en algunos, un incremento en la temperatura y la presión de los fluidos recolectados y transportados a los sitios de interés, ocasiona un incremento significativo en la compresión en los tramos rectos de los ductos, debido a su mayor expansión térmica y a la restricción a su desplazamiento longitudinal ocasionada por su interacción con el suelo marino. Por consecuencia, si las fuerzas de compresión exceden la capacidad del ducto para mantener su configuración, este tiende a liberar tales fuerzas de compresión y experimenta una configuración de equilibrio secundario, es decir, puede presentar un pandeo o el serpenteo. Las condiciones en las cuales el pandeo lateral o vertical ocurre dependen de varios factores tales como la resistencia del suelo marino, el peso sumergido, las características de la sección transversal del tubo y de la zanja, de la magnitud de las irregularidades del perfil de la zanja, y la condición de rectitud final del ducto en el interior de la zanja y posterior a la prueba hidrostática. Consecuentemente, las metodologías de diseño para ductos a temperatura alta y presión alta difieren sensiblemente del diseño tradicional de ductos submarinos, por tal razón, esta Especificación Técnica establece el criterio que deben aplicar los Contratistas que lleven a cabo la ingeniería de diseño para ductos submarinos como el que se basa en esfuerzos y el criterio basado en deformaciones. Lo anterior se debe aplicar a ductos que operan a temperaturas hasta 150 °C (302 °F), presiones hasta 351,5 kg/cm² (5 000 psi) y a profundidades en tirantes de agua hasta 200 m (656,17 ft) para la Sonda de Campeche y Litoral Tabasco y hasta 100 m (328,09 ft) para la Zona Norte y Lankahuasa. 1. Objetivo Establecer los requisitos técnicos y documentales que se deben cumplir para la contratación de los servicios de ingeniería de diseño de ductos submarinos, localizados en el Golfo de México. 2. Alcance Esta Especificación Técnica establece los requisitos mínimos para el diseño de ductos submarinos en el Golfo de México, localizados en las zonas marinas indicadas en el Anexo C, a base de Tubos y Componentes de ducto de acero al carbono, para la recolección y transporte de hidrocarburos, petrolíferos y subproductos asociados para las siguientes condiciones: Temperatura hasta 150°C (302°F). Presiones hasta 351,5 kg/cm² (5 000 lb/in²). Tirantes de agua hasta 200 m (656,17 ft) en la Sonda de Campeche y Litoral Tabasco. Tirantes de agua hasta 100 m (328,09 ft) en la Región Norte y Lankahuasa. Esta Especificación Técnica cancela y sustituye a la NRF-013-PEMEX-2009. 3. Campo de aplicación Esta Especificación Técnica es de aplicación general y observancia obligatoria en la contratación de los servicios o trabajos por administración directa, objeto de la misma, que lleven a cabo los centros de trabajo 7/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 de Petróleos Mexicanos, Empresas Productivas Subsidiarias y Empresas Filiales. Por lo que, debe ser incluida en los procedimientos de contratación: licitación pública, invitación a cuando menos tres personas, o adjudicación directa, como parte de los requisitos que debe cumplir el proveedor, contratista o licitante. Los lineamientos de diseño que se establecen en esta Especificación Técnica, aplican para la zonificación de ductos submarinos que se indican en la Figura 2. 4. Actualización Esta Especificación Técnica se debe revisar cada 5 años o antes si las sugerencias y recomendaciones de campo lo ameritan. A las personas e instituciones que hagan uso de este documento normativo técnico, se solicita comuniquen por escrito las observaciones que estimen pertinentes, dirigiendo su correspondencia a: Pemex Exploración y Producción Subdirección de Auditoría de Seguridad Industrial y Protección Ambiental Gerencia de Auditoría y Normatividad de Seguridad Industrial y Protección Ambiental, SASIPA Av. Adolfo Ruiz Cortines 1202 Col. Oropeza, Villahermosa, Tab., Edificio Pirámide 10° piso Atención: Ing. Marco A. Delgado Avilés Teléfono directo 9933177034, conmutador 9933106262, ext. 21921 Correo electrónico: marco.antonio.delgado@pemex.com 5. Referencias 5.1 ISO 14723:2009. Petroleum and natural gas industries - Pipeline transportation systems - Subsea pipeline valves. (Industrias del petróleo y gas natural - Sistemas de transporte por ductos - Válvulas para ductos marinos). 5.2 ISO 13623:2009. Petroleum and Natural Gas Industries - Pipeline Transportation Systems. 5.3 NOM-008-SCFI-2002. Sistema General de Unidades de Medida 5.4 NRF-001-PEMEX-2013. Tubería de acero para recolección, transporte y distribución de hidrocarburos. 5.5 NRF-004-PEMEX-2011. superficiales de ductos. 5.6 NRF-005-PEMEX-2009. Protección interior de ductos con inhibidores. 5.7 NRF-018-PEMEX-2007. Estudios de riesgo. 5.8 NRF-026-PEMEX-2008. Protección con recubrimientos anticorrosivos para tuberías enterradas y/o sumergidas. 5.9 NRF-030-PEMEX-2009. Diseño, construcción, inspección y mantenimiento de ductos terrestres para transporte y recolección de hidrocarburos. Protección con recubrimientos 8/67 anticorrosivos para instalaciones lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 5.10 NRF-033-PEMEX-2010. Lastre de concreto para tuberías de conducción. 5.11 NRF-047-PEMEX-2014. Diseño, instalación y mantenimiento de los sistemas de protección catódica. 5.12 NRF-053-PEMEX-2006. Sistemas de Protección Anticorrosiva A Base de Recubrimientos para Instalaciones Superficiales. 5.13 NRF-096-PEMEX-2010. Conexiones y accesorios para ductos de recolección y transporte de hidrocarburos. 5.14 NRF-106-PEMEX-2010. Construcción, instalación y desmantelamiento de ductos submarinos. 5.15 NRF-126-PEMEX-2011. Ánodos de aluminio. 5.16 NRF-177-PEMEX-2014. Sistemas de Protección del Ducto Ascendente en la Zona de Mareas y Oleaje. 5.17 P.2.0711.01:2015. Trampas de diablos en plataformas marinas. 5.18 NRF-211-PEMEX-2008. Válvulas de compuerta y bola en líneas de transporte de hidrocarburos. 5.19 P.2.0161.03:2015. Estudios geofísicos y geotécnicos para la instalación de plataformas marinas y líneas submarinas. 5.20 NRF-271-PEMEX-2011. Integración del libro de proyecto para entrega de obras y servicios. 5.21 NRF-295-PEMEX-2013. Sistemas de recubrimientos anticorrosivos para instalaciones superficiales de plataformas marinas de PEMEX Exploración y Producción. 5.22 NRF-297-PEMEX-2012. Junta aislante tipo monoblock. 6. 6.1 Definiciones Abrazaderas Accesorio que sirve para soportar el ducto ascendente 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. 6.3 Abrazadera guía Accesorio que no proporciona restricción al desplazamiento en el eje longitudinal del ducto ascendente. 6.4 Acolchonamiento Sistema conformado con material de aporte que permite distribuir las cargas y en el caso de los cruces entre ductos u otros elementos tiene la función adicional de evitar el contacto entre los mismos. 9/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición 6.5 P.2.0722.03:2015 Cabezal submarino Instalación terminal con preparaciones para conexiones a instalaciones adicionales (ver figura 2). 6.6 Carrete de monitoreo Tramo de tubo con una junta de fábrica en su parte central y que sirve para identificar las indicaciones reportadas en la inspección interior de los Ductos con equipo instrumentado. 6.7 Claro libre Tramo o longitud de tubo que no se encuentra soportado por elementos que restrinjan su movimiento o por el suelo marino. 6.8 Cruce submarino Lugar donde el ducto de proyecto cruza con algún ducto, cable submarino, fallas geológicas, depresiones y estratos de rocas sepultados someros y/o que afloran. 6.9 Cuello de ganso Tramo del ducto que conecta el ducto ascendente con la trampa de diablos. 6.10 Curva de expansión Tramos de tubos que conectan al ducto ascendente con la línea regular, cuya función es permitir desplazamientos axiales del ducto, producto de su expansión térmica y de los movimientos de la plataforma (ver figura 2). 6.11 Defensa Estructura que se fija a la plataforma y protege al ducto ascendente contra impactos. 6.12 Diablo Dispositivo mecánico de libre movimiento, que se introduce en el ducto y se desplaza a lo largo de su trayectoria para realizar su limpieza e inspección. 6.13 Ducto Sistema de tubería con diferentes componentes tales como: válvulas, accesorios (bridas, espárragos, codos, entre otros), dispositivos de seguridad o alivio, entre otros, por medio del cual se transportan los hidrocarburos Líquidos o Gases y otros fluidos. 6.14 Ducto ascendente Tramos de tubos para conectar el cuello de ganso con la curva de expansión. 6.15 Esfuerzo de cedencia mínimo especificado (SMYS) Resistencia a la cedencia mínima especificada para el material, en MPa (psi). 10/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición 6.16 P.2.0722.03:2015 Esfuerzo de tensión último mínimo especificado (SMTS) Resistencia última a la tensión especificada para el material del ducto, en MPa (psi). 6.17 Fase de instalación Tiempo comprendido desde el inicio del tendido del Ducto submarino hasta el inicio de su operación para transporte del fluido. 6.18 Fase de operación Tiempo comprendido desde el inicio de su operación para transporte del fluido hasta el final de la vida útil del Ducto submarino. 6.19 Junta aislante Accesorio para seccionar eléctricamente la parte atmosférica del ducto de la sumergida. 6.20 Línea regular Segmento del ducto comprendido entre las curvas de expansión (ver figura 2) (Zona A). 6.21 Línea restringida Segmento del ducto en el cual no existe desplazamiento axial, vertical o lateral. 6.22 Longitud de transición Segmento del ducto que conecta el tubo enterrado con el tubo sobre el lecho marino (ver figura 2). 6.23 Pandeo global Modo de pandeo que afecta un segmento determinado del ducto, normalmente incluye varias uniones soldadas y no implica deformación de su sección transversal. 6.24 Pieza de transición Carrete de tubo con contra-bisel maquinado de acuerdo a la NRF-106-PEMEX-2010, con una longitud mínima igual a su diámetro y de la misma especificación de material del Ducto, que se utiliza para unir tramos de espesores diferentes. 6.25 Presión alta Presión de operación del Ducto desde 105,5 kg/cm² (1 500 psi) hasta 351,5 kg/cm² (5 000 psi). 6.26 Presión de diseño Presión interna a la que se diseña el ducto y es igual a 1,1 veces la presión de operación máxima. 6.27 Presión de operación máxima Presión máxima a la que se espera que un ducto se someta durante su operación. 11/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición 6.28 P.2.0722.03:2015 Presión hidrodinámica Presión por efecto de la columna de agua correspondiente a las condiciones hidrodinámicas de mareas más el 70% de la columna hidrodinámica de agua debido al oleaje asociado al periodo de recurrencia del diseño aceptado. 6.29 Presión hidrostática Presión por efecto de la columna de agua; medida desde el lecho marino al nivel medio del mar, más la presión generada por el material de estabilizado sobre el ducto; en el caso de ductos enterrados. 6.30 Presión externa (Pext) Presión generada en la parte exterior del ducto que resulta de la suma de la presión hidrostática más la presión hidrodinámica. 6.31 Presión interna (Pint) Presión generada en las paredes internas del ducto por efecto del fluido transportado. 6.32 Presión de colapso (Pc) Capacidad máxima del ducto para resistir una presión externa. 6.33 Presión de propagación (Pp) Capacidad límite del ducto para resistir el pandeo local, después de que éste se presente en una sección adyacente. 6.34 Ramal Segmento secundario que se conecta a un ducto principal (ver figura 2). 6.35 Solicitación Carga de tipo estático o dinámico que actúa en el ducto y que se debe incluir en su diseño. 6.36 Te de flujo radial Accesorio con inclusión de ranuras que permite el libre paso del diablo. 6.37 Temperatura alta Temperatura de operación del ducto, mayor de 90 °C (194 °F) y hasta 150 °C (302 °F). 6.38 Temperatura de Diseño Es la temperatura máxima de operación. 12/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición 6.39 P.2.0722.03:2015 Trampa de envío y recibo Dispositivo utilizado para fines de envío y recibo de equipos de limpieza o inspección para el interior de un ducto (ver figura 2). 6.40 Tubería de proceso Tubería localizada en la cubierta de la plataforma a partir y/o hasta la trampa de diablos o de la segunda válvula de bloqueo sobre cubierta (ver figura 2). 7. Símbolos y abreviaturas 7.1 Pemex Petróleos Mexicanos, Empresas Productivas Subsidiarias y Empresas Filiales 7.2 CSS Categorías de Seguridad y Servicio. 7.3 ES Especificación de los Servicios 7.4 MBCPED Miles de Barriles de Crudo Pesado Equivalente Diario. 7.5 mil Milésimas de pulgada 7.6 NMM Nivel Medio del Mar. 7.7 NRF Norma de Referencia. 7.8 PLEM Pipe Line End Manifold (Manifold Submarino de Tuberías) 7.9 SMTS Specified Minimum Ultimate Tensile Strength (Esfuerzo de Tensión Ultimo Mínimo 2 Especificado del material del ducto), en N/mm (psi). 7.10 SMYS Specified Minimum Yield Strength (Esfuerzo de Fluencia Mínimo Especificado del 2 material del ducto), en N/mm (psi). 7.11 UFP Floating Production Unit (Unidad Flotante de Producción) 7.12 h Esfuerzo circunferencial debido a la presión del fluido, en N/mm (psi). 2 7.13 l Esfuerzo longitudinal, en N/mm (psi). 7.14 Esfuerzo cortante, en N/mm (psi). 7.15 ° Grados. 7.16 ‘ Minutos. 2 2 13/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición 8. P.2.0722.03:2015 Desarrollo 8.1 Diseño de Ductos Submarinos 8.1.1 Criterios de diseño El Contratista debe diseñar y elaborar para Pemex la ingeniería aprobada para diseño o construcción de los Ductos como corresponda, de conformidad con esta Especificación. Los ductos submarinos se deben diseñar para que se puedan hacer corridas de Diablos para actividades de mantenimiento (limpieza, inspecciones o empacado). 8.1.1.1 Información que debe entregar Pemex Pemex debe entregar a los Licitantes / Contratistas la Especificación de los Servicios (ES) particular para cada Proyecto. La ES debe incluir la información necesaria para contratar los servicios de Ingeniería, la que debe cumplir con esta Especificación Técnica. La ES debe contener como mínimo la siguiente información o en su caso especificar si es alcance del Contratista el desarrollar u obtener ésta, según corresponda y aplique para el Proyecto: a) b) c) d) e) Nombre y número del Proyecto. Descripción y alcance del Proyecto. Ruta de trazo e información sobre Ductos existentes en la ruta, en su caso, Condiciones climatológicas, con datos correspondientes al último quinquenio, incluyendo viento y sismo. Especificaciones Técnicas Particulares del Proyecto, cuando aplique, mismas que deben cumplir con los requerimientos de esta Especificación Técnica como mínimo. f) Vida útil requerida del Ducto. g) Caracterización y propiedades de o los fluidos a transportar. h) Hoja de Datos de Seguridad de las sustancias a transportar de conformidad con la NOM-018-STPS-2007. i) Anteproyecto de trazo, en su caso. j) Relación y planos disponibles de instalaciones subterráneas, subfluviales, superficiales y estructuras colindantes de importancia en la ubicación del Proyecto y ruta de trazo, cuando aplique. k) Diagramas de ductos e instrumentación, cuando aplique. l) Diagramas de flujo de proceso y balances de materia y energía para Ductos con interconexiones intermedias. m) Perfil hidráulico con gradiente hidráulico, en su caso según aplique. n) Presión de operación y correspondiente temperatura, al límite de interconexión de origen y las requeridas en el destino final, como en su caso en los puntos de interconexión intermedios cuando apliquen. o) Lista de Interconexiones de Ductos nuevos o existentes y tipo de conexión, con coordenadas WGS-84 y en su caso esquemático; cuando aplique. p) Segmentos de los Ductos, Plataformas / estaciones de bombeo, de compresión y/o válvulas de seccionamiento, según aplique. q) Instrumentación y dispositivos de seguridad mínimos requeridos. r) Especificación de servicios del sistema de protección catódica que debe cumplir con la NRF-047-PEMEX2014. s) Especificación de los servicios del sistema de protección interior mediante inhibidores de corrosión interna que cumpla con la NRF-005-PEMEX-2009. t) Hojas de Datos/Especificación de Equipos de bombeo, de compresión, Trampas de Diablos o cualquier otra requerida para los trabajos alcance del Proyecto cuando aplique. u) Estudios geofísicos y geotécnicos de los corredores para la Ruta del Ducto. 14/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 v) Requerimientos de mantenimiento. w) Resultados estadísticos representativos de los sitios más susceptibles de presencia de corrosión generalizada o mediciones de velocidad de corrosión en campo (en caso de disponer de ellos). 8.1.1.2 Bases de diseño. Las bases de diseño, en un ámbito enunciativo más no limitativo, entre otros aspectos necesarios para el Proyecto, deben incluir lo siguiente: Generalidades, Ingeniería de Proceso, Ingeniería de Instrumentación, Ingeniería de Seguridad Industrial, Ingeniería de Ductos Submarinos, Ingeniería de ductos sobre Cubierta, Ingeniería Civil Estructuras, Ingeniería Eléctrica, Ingeniería en corrosión, entre otros. Características físicas y químicas del fluido (Información suministrada por el usuario). Especificaciones del material del ducto y componentes. Presión y temperatura en condiciones normales y máximas de operación (información suministrada por el usuario). Condiciones de carga sobre el ducto durante su instalación, operación y mantenimiento (Ver 8.1.1.6). Espesor adicional por corrosión. Filosofía de operación. Sistemas de protección para prevención de corrosión interior y exterior del ducto. Información geofísica y geotécnica del suelo. Información meteorológica (Alturas y dirección de ola, velocidad y dirección de corriente y tormenta de diseño). Requerimientos adicionales de diseño para construcción, operación y mantenimiento. Normas y especificaciones que se deben cumplir en el Proyecto. 8.1.1.3 Selección de la ruta. La ruta del Ducto que incluye el segmento ascendente/descendente, la trayectoria en el lecho marino y la llegada o salida de la costa, se debe seleccionar con base en la seguridad del personal, la protección del medio ambiente y la probabilidad de daño del ducto u otras instalaciones, de conformidad con 6.2 y anexos A, C y D de ISO 13623:2009, así como: Tráfico de embarcaciones. Actividad pesquera. Instalaciones costafuera: Plataformas fijas, plataformas autoelevables, ductos existentes, UFP, PLEM´s entre otros. Características del fondo marino: inestable, irregular, depresiones y otros (Reporte Geofísico). Accidentes, fallas geológicas o peligros potenciales (Reporte geotécnico). Actividad sísmica. Obstrucciones. Futuros desarrollos en el área y métodos de instalación aplicables. Áreas ecológicamente sensibles y protegidas. Estratos de roca sepultados y que afloran. Consideración de aspectos económicos. 8.1.1.4 Estudios Geofísicos y Geotécnicos. Una vez definida la ruta del Ducto, el Contratista debe solicitar a Pemex o realizar el estudio para obtener si así lo establece el Contrato, la información geofísica y geotécnica del corredor donde se pretenda construir el Ducto, la cual debe cumplir los requisitos que al respecto establece la P.2.0161.03:2015. 15/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición 8.1.1.5 P.2.0722.03:2015 Materiales 8.1.1.5.1 Tubo. Los Tubos que se utilice en el diseño de Ductos submarinos deben cumplir con lo establecido en la norma de referencia NRF-001-PEMEX-2013 tanto para servicio de hidrocarburos amargos como no amargos. 8.1.1.5.2 Accesorios. Las bridas, conexiones soldables, espárragos, tuercas, empaques y demás accesorios utilizados en Ductos submarinos para transporte de hidrocarburos, deben cumplir los requisitos de composición química, capacidad mecánica, fabricación, componentes y calidad que se establecen en la NRF-096-PEMEX-2010. Las válvulas que se vayan a instalar bajo el NMM deben cumplir los requerimientos de la ISO 14723:2009. Las válvulas que se vayan a instalar sobre el NMM deben cumplir los requerimientos de la NRF-211PEMEX-2008 Las bridas de desalineamiento y las tes de flujo se pueden utilizar solo cuando el diseño lo establece, sus especificaciones y características deben ser las requeridas para el servicio, conforme con las de fabricación. 8.1.1.6 Solicitaciones. Se deben identificar e incluir en el diseño de Ductos submarinos, todas las cargas que pueden causar o contribuir a una falla del mismo, las cargas siguientes, entre otras: 8.1.1.6.1 Presión. Los Ductos se deben diseñar para resistir la presión interna que se establece para diseño, la cual debe ser igual a 1,1 veces la presión de operación máxima (P om). Se debe incluir en el diseño el diferencial positivo máximo posible entre la presión interna de diseño y la presión externa. 8.1.1.6.2 Cargas vivas. Incluyen el peso del fluido transportado y cualquier otro material externo como crecimiento marino, que se encuentre adherido al ducto. 8.1.1.6.3 Cargas muertas. Se deben incluir en el diseño las cargas muertas impuestas al ducto, entre las cuales está el peso propio del Tubo, componentes o accesorios, recubrimientos y colchón de suelo en caso de existir y presión externa. Las cargas muertas son de especial importancia en Segmentos del Ducto sin soportar. 8.1.1.6.4 Cargas dinámicas. El diseño debe incluir las cargas dinámicas y los esfuerzos que éstas producen en el Ducto. Tales cargas son impacto, vibración debida a los vórtices generados por la corriente, oleaje, sismo, movimiento del suelo. 8.1.1.6.5 Incremento de presión por expansión del fluido. El diseño debe prever el incremento de presión ocasionado por el calentamiento del fluido transportado. 8.1.1.6.6 Cargas por contracción y expansión térmica. Se deben incluir las medidas necesarias para prever los efectos por expansión y contracción térmica en los Sistemas de Ductos 8.1.1.6.7 Interacción suelo-tubo. El diseño debe prever la interacción entre el suelo del lecho marino y el Ducto, para determinar los desplazamientos longitudinales y sus deformaciones. La interacción suelo-tubo depende de las características del suelo como su resistencia al corte y propiedades de deformación, el peso sumergido, diámetro y rugosidad de la superficie del Ducto y las cargas a la que se someta. 16/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 8.1.1.7 Ducto ascendente. Se debe diseñar para que se instale por la parte exterior de la plataforma y estar apoyado en la misma por medio de abrazaderas ancla y abrazaderas guías, cuyo diseño debe combinar cargas críticas. Se debe evitar diseñar ductos ascendentes en el área de pozos y en cunetas de deslizamiento. En caso de ser necesaria la colocación de más de dos ductos ascendentes en una misma pierna, se deben realizar los análisis de cargas correspondientes. Tanto en la abrazadera ancla como en las guías se debe colocar un material aislante para evitar afectación a los sistemas de protección catódica de la plataforma y del ducto marino. La separación y diseño de las abrazaderas se debe definir con base al análisis estructural en función del peso propio, presión, temperatura, fuerza producida por oleaje y corriente y un análisis por vorticidad, tanto para la fase de instalación como de operación. Se debe colocar un sistema de protección en la zona de mareas y oleaje, el cual se debe extender 4,00 m (13,13 ft) en la parte aérea y 3,00 m (9,85 ft) en la parte sumergida por debajo del NMM. El sistema puede ser de material metálico o no metálico, y debe cumplir con los requerimientos de la NRF-177-PEMEX-2014. La unión entre el ducto ascendente y la curva de expansión se debe diseñar de tal forma que sea una conexión sencilla pero que asegure hermeticidad e integridad estructural bajo las condiciones de carga especificadas. El ducto ascendente se debe proteger con una estructura o defensa fija a la plataforma en la zona de mareas y oleaje, fabricada con acero al carbono ASTM A 36, API 5L Grado B, para disminuir los efectos de posibles impactos de embarcaciones, lanchas de pasaje o abastecedores. El diseño del Ducto submarino debe incluir un acceso para tomar de potenciales del ducto ascendente en el nivel de pasillos de la subestructura de la plataforma. 8.1.1.8 Curva de expansión. El diseño de la curva de expansión debe garantizar la flexibilidad necesaria para absorber las cargas en las condiciones derivadas de la operación y en los casos de tormenta que incidan sobre la plataforma, puede tener la configuración de una Z o de una L. Los cálculos de la expansión deben prever la interacción entre el Ducto y el suelo marino. La curva de expansión incluye tramos de Tubo recto superficial al lecho marino de 30 metros después del último codo horizontal, más una longitud de transición donde inicia el enterrado hasta unirse con la línea regular. Está longitud de transición, se debe obtener mediante el radio de curvatura permisible para no exceder el 18% del SMYS. Además se debe revisar que no exceda el esfuerzo combinado permisible. Se deben diseñar elementos atiesadores para la curva de expansión cuando el análisis estructural lo requiera, el plano de ingeniería debe incluir en una nota que éstos se deben retirar una vez instalada y conectada la misma con el ducto ascendente y la línea regular. 8.1.1.9 Conexiones, accesorios, bridas y válvulas. Todas las conexiones, accesorios y bridas deben tener el mismo diámetro interno de la tubería. Asimismo, todas las válvulas deben ser de paso completo y en apego a la NRF-211-PEMEX-2008. En caso de que sean diferentes los diámetros internos del Ducto y de la conexión, accesorio o válvula a unir; el diseño de la unión soldada se debe realizar conforme con lo que establece al respecto la NRF-030PEMEX-2009. Si el esfuerzo de cedencia del accesorio es diferente al del Ducto, el material de aporte de la soldadura debe tener propiedades mecánicas por lo menos iguales al elemento de mayor resistencia. 17/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 Los empaques de las bridas deben resistir tanto la presión máxima como las fuerzas de instalación a las que están expuestas. El Contratista debe realizar el estudio de la filosofía de operación del Ducto, para determinar la necesidad de colocar válvulas de seccionamiento en lugares donde por diseño y/o por condiciones de operación y mantenimiento así lo requieran. Las válvulas que se instalen en el fondo marino se deben proteger con una estructura metálica fabricada en acero al carbono ASTM A 53 Grado B, API 5L Grado B para reducir posibles daños por anclas. Por seguridad se deben colocar válvulas de paro de emergencia para operar el Ducto y poder minimizar daños tanto al medio ambiente como a las instalaciones en caso necesario por emergencia. Las válvulas se deben ubicar en lugares accesibles y protegidas con una estructura metálica de acero al carbono ASTM A 53 Grado B, API 5L Grado B, localizadas en el plano horizontal del cuello de ganso, en un lugar cercano a la junta aislante, seleccionado en función de las medidas derivadas del Análisis de Riesgo del Proceso realizado durante el desarrollo de la ingeniería. 8.1.1.10 Carrete de monitoreo y pieza de transición. A cada kilómetro se debe colocar un carrete de monitoreo para identificar la localización de las lecturas de los diablos instrumentados. Dicho carrete consiste de un tramo de Tubo con una junta de fábrica a la mitad del mismo, la cual no debe llevar relleno de poliuretano ni fleje con aluminio, únicamente se debe aplicar recubrimiento anticorrosivo con el objeto de facilitar su localización. La pieza de transición para unir Tubos con diferentes espesores, debe tener una longitud mínima igual a un diámetro, con un espesor de pared igual al del tubo de mayor espesor y con extremos biselados. La pieza de transición únicamente se debe utilizar cuando la diferencia de espesores de pared entre los Tubos a unir sea mayor de 2,38 mm (3/32 in). Las piezas de transición se deben fabricar con la misma especificación de material de los Tubos 0.1.1.11 Trampas de envío y recibo. El diseño, los componentes del paquete y las dimensiones necesarias para las trampas deben cumplir con los requerimientos de la P.2.0711.01:2015. 8.1.1.12 Separación mínima entre líneas regulares. La separación mínima entre ductos submarinos paralelos, debe ser de 20 m (65,62 ft). 8.1.1.13 Lastre de concreto. Se debe efectuar un análisis de estabilidad hidrodinámica conforme con el 8.1.4 de esta Especificación, para determinar el espesor requerido del lastre de concreto, cuyo espesor mínimo debe ser de 25,4 mm (1 in) con una tolerancia máxima de +6,35 mm (0,25 in) y las características del concreto deben cumplir con los requisitos establecidos en la NRF-033-PEMEX-2010. El diseño debe especificar que las curvas de expansión deben llevar lastre de concreto hasta donde inicia el codo vertical para subir a la plataforma. 8.1.1.14 Condición de enterrado del Ducto Submarino. El diseño del ducto submarino puede ser superficial o enterrado. En el caso del segmento de ducto enterrado, el diseño debe prever que éste, estará tapado al 100% con material de relleno natural. La capa de protección de suelo sobre dicho segmento debe ser mínimo de 1,00 m (3,28 ft). La estabilidad hidrodinámica debe revisarse para la fase de instalación de acuerdo a lo indicado en 8.1.4 de esta Especificación. Únicamente en aquellos casos en los cuales no sea posible el tapado del ducto, por ejemplo una longitud muy corta, cuando existan instalaciones cercanas que no lo permitan o como resultado del análisis de flexibilidad previa autorización de Pemex, se permite que el ducto se instale superficialmente, 18/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 en cuyo caso se debe revisar la estabilidad hidrodinámica para la fase de operación de acuerdo a 8.1.4 de esta Especificación Técnica. Los ductos submarinos que lleguen a la costa, en caso de no existir estudios particulares del sitio, se deben cubrir con un espesor de suelo sobre el ducto mínimo de 3,00 m (9,84 ft) a partir de tirantes de agua de 5,00 m (16,4 ft) de profundidad hasta el arribo a la playa. 8.1.1.15 Crecimiento marino. Se deben hacer las previsiones de diseño por el efecto del crecimiento marino duro alrededor del Ducto ascendente para fines de análisis de vorticidad y cargas en condiciones de tormenta, en función del promedio de las mediciones registradas en los últimos cinco reportes de inspección para diferentes alturas en el ducto. En caso de carecer de esta información específica para un Ducto en particular, se debe utilizar un espesor de 2,5 cm (1 in). 8.1.1.16 Diseño de Cruces Submarinos 8.1.1.16.1 Cruce submarino con ductos y cables. El ángulo entre Ductos submarinos que se cruzan debe ser lo más cercano a 90° y no menor a 30°. Cuando sea factible incrementar la profundidad de enterrado de los segmentos de Ductos submarinos existentes localizados en la zona A de la Figura 2 de esta Especificación Técnica, para mantener la profundidad de enterrado del Ducto submarino de proyecto sin modificar la zona del cruce, se debe diseñar la configuración geométrica y profundidad de los Ductos existentes, con los radios de curvatura requeridos para generar esfuerzos menores al 18% del Esfuerzo de Fluencia Mínimo Especificado del material del Tubo. Además, se debe revisar mediante análisis de flexibilidad, que la configuración geométrica de diseño del Ducto submarino existente no exceda el esfuerzo combinado permisible. En caso de existir limitaciones para bajar el Ducto submarino existente en cruces submarinos localizados en la mencionada zona A, el Ducto de proyecto debe modificar su configuración geométrica en la zona del cruce mediante los radios de curvatura determinados por diseño que generen esfuerzos menores al 18% del Esfuerzo de Fluencia Mínimo Especificado del material del Tubo. Para el diseño de Ductos con temperatura alta de operación, se debe realizar un análisis de pandeo global para el cruce submarino. El radio de curvatura para ductos submarinos en zona de cruces y curvas horizontales se determina mediante la siguiente expresión: R ExD 2 x fc x SMYS Dónde: R E D SMYS fc = = = = Radio de curvatura, en cm (in) 2 Módulo de elasticidad del acero, kg/cm (psi). Diámetro nominal del ducto sin lastre, en cm (in). Specified Minimum Yield Strength (Esfuerzo de Fluencia Mínimo Especificado del material del 2 ducto), en N/mm (psi). = Factor de curvatura ≤ 0.18 En los cruces submarinos localizados en la Zona B de arribos a plataformas de la Figura 2 de esta Especificación Técnica, el diseño del cruce se puede realizar mediante piezas puente que utilicen codos con radio de curvatura mínimo de 3 diámetros, para permitir el paso de equipos de limpieza e inspección. 19/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 En cualquier caso, el diseño de la configuración final del cruce submarino debe garantizar una separación mínima entre Ductos y cables submarinos de 0,30 m (12 in), medida de paño a paño, a partir del lastre de concreto. Para asegurar dicha separación entre Ductos, se debe prever la colocación de elementos prefabricados de concreto entre los Ductos que se cruzan. Se debe especificar el conformado del acolchonamiento con elementos prefabricados de concreto para evitar el contacto entre los Ductos en el cruce submarino, el diseño debe prever los asentamientos instantáneos y por consolidación generados durante las etapas de instalación y operación. Todos los segmentos expuestos del Ducto que generen claros libres, debido a la configuración del diseño del cruce submarino, se deben analizar por vorticidad y estabilidad hidrodinámica en función de los parámetros metaoceánicos correspondiente a una tormenta con periodo de retorno de 10 y 100 años. En caso de requerirse por diseño, se debe complementar su estabilidad hidrodinámica mediante la instalación de elementos prefabricados de concreto colocados en la parte superior del ducto. Limitaciones para el diseño de cruces submarinos: a) Cruce con Ductos existentes a alta Temperatura de operación.- Con la finalidad de evitar riesgos de pandeo global, no se debe modificar o alterar su configuración geométrica. b) Cruce con Cables eléctricos.- Se debe evitar modificar o alterar la configuración geométrica de cables eléctricos existentes. c) Ductos existentes en operación.- Se debe evitar modificar la configuración geométrica de ductos submarinos existentes con más de 10 años de operación. 8.1.1.16.2 Cruce submarino con estratos de roca sepultados someros o que afloran 8.1.1.16.2.1 Estratos de roca sepultados someros. Cuando el trazo del ducto submarino de proyecto genere cruzamientos con zonas de afloramientos rocosos sepultados someramente, que se localicen a una profundidad menor de 2,0 m con respecto al lecho marino, el diseño del ducto de proyecto debe establecer que no se tape en la zona del cruce y que se debe apoyar únicamente sobre una cama de elementos prefabricados de concreto, instalados sobre el lecho marino previo al tendido, posterior al tendido del ducto y en caso de ser necesario se deben colocar elementos prefabricados de concreto o material de aporte sobre el Ducto para garantizar su estabilidad hidrodinámica en el fondo marino. Cuando la profundidad que se establece en el proyecto para el Ducto, medida desde el lecho marino al lomo inferior del ducto lastrado y la profundidad de enterramiento del estrato de roca sepultado sea de 2,0 m como mínimo, no es necesario instalar elementos prefabricados de concreto entre el Ducto submarino y el estrato de roca sepultado. 8.1.1.16.2.2 Estratos de roca que afloran. Se deben evitar los cruces del Ducto submarino con estratos de roca que afloran. En caso de no ser posible evitarlos, se deben diseñar para la zona de afloramientos rocosos a fin de generar el menor riesgo para el Ducto y en tal caso, el diseño del cruce se debe realizar previo a iniciar el tendido del Ducto, así como prever que se coloque una cama de material de aporte sobre la zona de estratos a cruzar para mantener una separación mínima de 0,30 m (12 in) entre el Ducto lastrado y el estrato de roca que aflora. Posterior al tendido y en caso de ser necesario se debe colocar una segunda capa de material de aporte o elementos prefabricados de concreto sobre el Ducto para garantizar su estabilidad hidrodinámica. 8.1.1.16.3 Cruce submarino con fallas geológicas. Se debe evitar diseñar e instalar Ductos submarinos sobre fallas geológicas activas o potencialmente activas para salvaguardar la integridad de las instalaciones submarinas de Pemex. 20/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 En el caso de no existir otra alternativa y el trazo del Ducto submarino cruce con fallas geológicas activas o potencialmente activas, se debe solicitar a Pemex el estudio detallado de interpretación de la falla geológica a cruzar, que determine las probabilidades de desplazamiento, magnitud, dirección y sentido del movimiento de las placas que conforman la falla geológica durante la vida útil del proyecto. Así mismo y en función del tipo de movimiento diferencial detectado en las fallas geológicas activas o potencialmente activas a cruzar, se debe incluir en el diseño estructural del cruce submarino, un arreglo con la flexibilidad requerida para permitir al Ducto, disipar la energía de deformación generada por el movimiento diferencial de las placas que conforman la falla geológica. 8.1.1.17 Claros libres. Se debe limitar la longitud de los claros libres tanto en la línea regular como en el ducto ascendente, de tal manera que siempre se cumpla con los esfuerzos circunferenciales y longitudinales permisibles, así como con los criterios de pandeo, vorticidad y fatiga establecidos en esta Especificación Técnica. El análisis de esfuerzos debe incluir como mínimo lo siguiente: Condiciones de soportes frontera en los extremos del claro. Interacción con claros adyacentes. Vibraciones inducidas por viento, oleaje y corrientes marinas. Tensión en el Ducto. Erosión del suelo adyacente al Ducto. Depresión del lecho marino. 8.1.1.18 Vorticidad. El desprendimiento alternado de vórtices debido al flujo transversal del agua de mar actuando en un tramo libre del Ducto, induce oscilaciones tanto normales como paralelas al vector de flujo, que puede presentar el fenómeno de resonancia que genera oscilaciones de gran amplitud, si la frecuencia de excitación por vorticidad se encuentra cercana a la frecuencia natural de vibración del Ducto en el claro libre. La frecuencia de excitación por vorticidad se debe obtener con la siguiente expresión: fv StV ..................................................................................................................................................... (1 D Dónde: ƒv St V D = = = = Frecuencia de vorticidad, Hz. Número de Strouhal = 0,2 Velocidad de la corriente marina. m/s (ft/s). Diámetro externo total incluyendo el crecimiento marino, m (ft). Para calcular la velocidad del flujo se debe incluir la altura de ola máxima para Zona B y altura de ola significante para Zona A. La vorticidad se debe revisar para periodos de retorno de 10 y 100 años. La frecuencia de excitación por vorticidad no debe estar dentro del rango de 0,8 Fn y 1,2 Fn, siendo Fn la frecuencia natural del Ducto, la cual se obtiene de la siguiente expresión: C EI Fn 2 L claro m e 1/ 2 ................................................................................................................................... (2 21/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 Dónde: C = = Lclaro = E = I = me = Constante que depende de las condiciones de apoyo. /2 Para tramos guiados, 3,57 para tramos fijos y 2,45 para un apoyo guiado y el otro extremo fijo. Longitud del claro, cm (in). 2 Módulo de elasticidad del acero, kg/cm (psi). 4 4 Momento de inercia del acero, cm (in ). Masa efectiva por unidad de longitud kg/cm (slug/ft). Para la determinación de los rangos de velocidad donde pueden ocurrir oscilaciones producidas por la vorticidad, se deben utilizar los siguientes dos parámetros: Vr Ks Vc Vw ................................................................................................................................................ (3 FnD 2m e D 2 Dónde: VC Vw Fn Ks = = = = = = ................................................................................................................................................... (4 Velocidad de la corriente marina perpendicular al ducto m/s (ft/s) Velocidad por el oleaje m/s (ft/s) Frecuencia natural del ducto, Hz Parámetro de estabilidad Decremento logarítmico del amortiguamiento estructural 3 3 Densidad del agua, kg/m (lb/pie ) La masa efectiva por unidad de longitud de ducto se obtiene de la expresión: me Wt Wr Wcm Wl Wc CmWa / g ............................................................................................. (5 Dónde: Wt Wr Wcm Wl Wc Wa Cm g = = = = = = = = Peso del tubo, (kg/m) (lb/pie) Peso del recubrimiento anticorrosivo, (kg/m) (lb/pie) Peso del crecimiento marino, (kg/m) (lb/pie) Peso del lastre de concreto, (kg/m) (lb/pie) Peso del contenido, (kg/m) (lb/pie) Peso del agua, (kg/m) (lb/pie) Coeficiente de masa agregada de acuerdo a la figura 3 2 2 Gravedad, m/seg (ft/seg ) 8.1.1.18.1 Oscilaciones en dirección paralela con el vector velocidad. La vorticidad puede generar oscilaciones que hagan entrar en resonancia al tubo cuando se tengan valores de Vr entre 1,0 y 3,5 y de Ks 1,8. 8.1.1.18.2 Oscilaciones en dirección perpendicular con el vector velocidad. Pueden ocurrir oscilaciones perpendiculares al vector velocidad cuando Ks 16 y cuando Vr se encuentra entre los valores máximo y mínimo definidos en la figura 4. En caso de obtenerse valores de Vr y Ks como los indicados en 8.1.1.18.1 y 8.1.1.18.2, se debe modificar la separación de las abrazaderas en el ducto ascendente o reducir los claros libres en la línea regular. 22/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 3.0 D Cm H 2.29 2.0 1.0 0 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 H/D Figura 3. Valores recomendados para el coeficiente de masa agregada, C m para ducto Figura 4. Velocidad Reducida vs. Número de Reynolds 8.1.1.19 Fatiga. Se debe realizar un análisis por fatiga en la línea regular y el ducto ascendente, dependiendo de la longitud de los claros libres que se encuentren sometidos a cargas cíclicas producto de vibraciones por vorticidad, cargas hidrodinámicas, variación cíclica de presión y temperatura, entre otros. En el caso general donde se presenta variación de esfuerzos debido a la fluctuación de la amplitud de cargas cíclicas, se puede utilizar la hipótesis de daño lineal o Regla de Miner, la cual incluye un histograma de esfuerzos en función de las amplitudes de carga. La vida de diseño por fatiga calculada con este método, debe ser como mínimo 10 veces la vida útil. El criterio de fatiga entonces se expresa como: s DFAT N i1 ni 0.10 ..................................................................................................................................... (6 i 23/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 Dónde: DFAT ni Ni i = = = = Daño acumulado por fatiga Número de ciclos sostenidos en la i ésima amplitud de esfuerzo Número de ciclos a la falla en la i ésima amplitud de esfuerzo Número de amplitud de esfuerzo i = 1,…s 8.1.1.20 Expansión y flexibilidad. Se deben revisar los esfuerzos por expansión y flexibilidad en zonas críticas como son: ducto ascendente, curva de expansión, cruces, interconexiones y otros. Se debe incluir en el análisis de flexibilidad el gradiente de temperatura a lo largo del Ducto submarino, así como su perfil de profundidad en el lecho marino. El esfuerzo equivalente se debe calcular usando la siguiente expresión con base al esfuerzo combinado de Von Mises. eq h2 l2 h l 3 2 ........................................................................................................................ (7 Dónde: h l = Esfuerzo circunferencial debido a la presión del fluido, en N/mm2 (psi) 2 = Esfuerzo longitudinal, en N/mm (psi) 2 = Esfuerzo cortante, en N/mm (psi) El esfuerzo equivalente máximo no debe exceder: eq feqSMYS (8 Dónde: feq es el factor de diseño de esfuerzo equivalente. feq = 1,00 (Instalación) feq = 0,90 (Operación) SMYS = Specified Minimum Yield Strength (Esfuerzo de Fluencia Mínimo Especificado del material del 2 ducto), en N/mm (psi) 8.1.1.21 Conexiones ramal. Las conexiones ramal y cabezales submarinos, se deben diseñar como Zona A, como parte de la línea regular de acuerdo a la figura 2 de esta Especificación Técnica, estas se debe diseñar como superficiales y especificar que se les coloque acolchonamientos. Para garantizar una flexibilidad suficiente con el fin de absorber los desplazamientos producidos por efecto de expansión, se debe diseñar e instalar una curva de expansión. Las conexiones ramal se deben diseñar con tes de flujo que cumplan con los requisitos que establece la NRF-096-PEMEX-2010 e incluir válvulas con jaulas de protección para garantizar las condiciones de operación y seguridad. 8.1.1.22 Análisis hidráulico. Debe realizarse un análisis hidráulico a régimen estacionario y transitorio bajo condiciones de flujo mínimo, normal y máximo, que permita determinar las solicitaciones que se deben utilizar en el diseño mecánico-estructural del ducto submarino durante su vida de servicio. 24/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición 8.1.1.23 P.2.0722.03:2015 Corrosión 8.1.1.23.1 Corrosión Externa. Los Tubos y accesorios que conforman el Ducto Submarino, se deben proteger mediante sistemas que minimicen los efectos de la corrosión externa, los cuales deben ser los siguientes: 8.1.1.23.1.1 Sistema de recubrimiento anticorrosivo. La selección de los sistemas de recubrimiento que se deben utilizar en la línea regular, curva de expansión y ducto ascendente hasta la zona de mareas y oleaje, se realiza en función del ambiente de exposición donde se proyecta instalar, la temperatura del fluido a transportar, así como la vida útil de diseño especificada en las bases de usuario y/o de diseño. Para la zona sumergida, el sistema de recubrimiento anticorrosivo se debe seleccionar y cumplir con los requerimientos que se establecen en la NRF-026-PEMEX-2008. Para la zona de mareas y oleajes el sistema de protección y de recubrimiento anticorrosivo, se debe seleccionar y cumplir con los requerimientos que se establecen en la NRF-177-PEMEX-2014. Para la zona atmosférica entre la trampa de diablos y la zona de mareas y oleaje, el sistema de recubrimiento anticorrosivo se debe seleccionar y cumplir con los requerimientos que se establecen en la NRF-053-PEMEX-2006, NRF-004-PEMEX-2011 y/o NRF-295-PEMEX-2013 según aplique. 8.1.1.23.1.2 Protección catódica. Todos los ductos submarinos se deben diseñar con un sistema de protección catódica para su protección ante los efectos corrosivos que se pueden presentar debido a una falla del sistema de recubrimiento anticorrosivo durante su aplicación o durante la instalación y operación del Ducto. El diseño e instalación del sistema de protección catódica se debe realizar para cumplir con los requisitos que se establecen en la NRF-047-PEMEX-2014; para ánodos de sacrificio de acuerdo a la NRF126-PEMEX-2011. Los sistemas submarinos que se conecten con otros Ductos existentes, deben tener un sistema de protección catódica con ánodos de sacrificio de acuerdo a la NRF-126-PEMEX-2011. En Ductos con lastre, el espesor del ánodo debe ser igual o menor al espesor del lastre de concreto. El diseño debe establecer que en la construcción, los ánodos deben ser del tipo brazalete y estar soldados para la continuidad eléctrica con el Ducto. En Ductos sin lastre, los ánodos se deben proteger en sus extremos para evitar daños durante el tendido del Ducto. En caso que el espesor de lastre de concreto obtenido del análisis de estabilidad hidrodinámica resulte de una pulgada y el espesor mínimo del ánodo especificado por diseño resulte mayor, entonces en el tramo con ánodo, el espesor del lastre de concreto se debe igualar al espesor del ánodo. Se debe especificar como mínimo un ánodo de sacrificio en la curva de expansión y otro en el ducto ascendente, la cantidad total final se debe determinar por cálculos de diseño del sistema de protección. En la zona aérea, arriba de la abrazadera ancla se debe especificar una junta aislante para seccionar eléctricamente el Ducto submarino de la subestructura de la plataforma o de las instalaciones terrestres, para cumplir con los requisitos que establecen la NRF-047-PEMEX-2014 y/o NRF-297-PEMEX-2012. 8.1.1.23.2 Corrosión interna. Los ductos submarinos para transporte de hidrocarburos líquidos o gaseosos y otros servicios que contengan agentes agresivos o corrosivos, desde su diseño deben incluir las previsiones para los sistemas de evaluación de su velocidad de corrosión interior y los sistemas para su protección interior a base de inhibidores de corrosión, así como el equipo y dispositivos para su integración y 25/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 habilitar los accesos al interior de la tubería de proceso con máquina perforadora, antes de iniciar su operación. Los sistemas para evaluación de velocidad de corrosión interior y para protección interior de ductos a base de inhibidores de corrosión se deben incluir por diseño y especificar que se cumplan los requisitos establecidos para tal efecto en la NRF-005-PEMEX-2009. 8.1.2 Clasificación de ductos submarinos Se establecen tres Categorías de Seguridad y Servicio (CSS) para diseño de un ducto submarino, en función del tipo de fluido, la zonificación y el volumen de producción transportado; para aplicar el factor de diseño correspondiente, el cual incluye las condiciones de riesgo del ducto submarino. Dichas categorías son: Muy alta, Alta y Moderada. La zonificación de una línea submarina se define de la siguiente manera: NOTA: En caso de no existir trampa de diablos, el ducto submarino se delimita hasta las válvulas de bloqueo 1 y 3. Figura 2. Zonificación de un ducto submarino 26/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 Zona A Comprende la línea regular y ramales. Zona B Comprende trampa de diablos, cuello de ganso, ducto ascendente y curva de expansión. Con relación al tipo de fluido que transporta se deben clasificar en dos grupos: Gas Gases inflamables y/o tóxicos además de mezclas de hidrocarburos (oleogasoductos). Líquido Líquidos inflamables y/o tóxicos. La categorización de un ducto específico que transporta gas o mezcla de crudo y gas, se debe estimar un volumen en Miles de Barriles de Crudo Pesado Equivalente Diario (MBCPED) de acuerdo al Anexo B. Esta categorización puede ser elevada a una categoría mayor con base en una estimación cuantitativa de riesgo y consecuencias de falla 8.1.2.1 Ductos que transportan gases inflamables y/o tóxicos. Las CSS para ductos submarinos que transportan gases inflamables y/o tóxicos se deben seleccionar de acuerdo con lo que establece la tabla 1. NIVEL DE PRODUCCIÓN ZONA A ZONA B 0 - 300 MBCPED ALTA MUY ALTA Tabla 1. Categorías de Seguridad y Servicio para ductos submarinos que transportan gases inflamables y/o tóxicos 8.1.2.2 Ductos que transportan líquidos inflamables y/o tóxicos. Las CSS para ductos submarinos que transportan líquidos inflamables y/o tóxicos se deben seleccionar de acuerdo con lo establecido en la tabla 2. NIVEL DE PRODUCCIÓN ZONA A ZONA B 0 - 100 MBCPED MODERADA MODERADA 101 – 1000 MBCPED MUY ALTA ALTA Tabla 2. Categorías de Seguridad y Servicio para ductos submarinos que transportan líquidos inflamables y/o tóxicos 8.1.2.3 Ductos que transportan fluidos no inflamables y no tóxicos. En ductos que transporten fluidos que no sean inflamables y no tóxicos como agua o nitrógeno entre otros, se deben categorizar con la clasificación Moderada. 8.1.3 Efectos Mecánicos 8.1.3.1 Presión interna. El ducto y sus componentes se deben diseñar para resistir la presión interna de diseño (Pint) y la presión externa (Pext) debida a la carga hidrostática, la cual no debe ser menor a la presión interna en cualquier punto del ducto en una condición estática. El espesor requerido por presión interna para diseño de ductos submarinos que transportan líquido o gas, se debe obtener con la siguiente expresión: t Pi D .................................................................................................................................. (9 2 SMTS fpb f t Pi 27/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 Dónde: Zona A Pi = Pint – Pext ................................................................................................................................................ (10 Zona B Pi = Pint .......................................................................................................................................................... (11 Pi Pint Pext D t SMTS fPb ft 2 = = = = = = Presión interna, en N/mm (psi) 2 Presión interna de diseño, en N/mm (psi) 2 Presión externa hidrostática actuante en el ducto, en N/mm (psi). Diámetro exterior nominal del tubo, en mm (in). Espesor de pared de acero del tubo por presión interna, en mm (in). Specified Minimum Ultimate Tensile Strength (Esfuerzo de Tensión Ultimo Mínimo Especificado 2 del material del ducto), en N/mm (psi) = Factor para diseño por presión interna indicado en la Tabla 3. = Factor por temperatura indicado en la Tabla 4. Contenido Gas Crudo MODERADA No Aplica 0,63 ZONA A ALTA 0,60 No Aplica MUY ALTA No Aplica 0,57 MODERADA No Aplica 0,52 ZONA B ALTA No Aplica 0,47 MUY ALTA 0,44 No Aplica Tabla 3. Factores para diseño por presión interna (fPb) FACTOR POR TEMPERATURA °C °F ft 121 o menos 250 o menos 1,000 130 266 0,989 140 284 0,977 150 302 0,966 Nota: Para temperaturas intermedias se debe interpolar. TEMPERATURA Tabla 4. Factor por temperatura (ft) para ductos de acero 8.1.3.1.1 Espesor mínimo requerido. El espesor mínimo de pared requerido para soportar los esfuerzos producidos por presión interna se determina mediante la siguiente expresión: tr = t + tc......................................................................................................................................................... (12 Dónde: tr = Espesor mínimo requerido por presión interna, en mm (in) t = Espesor de diseño por presión interna (Ver 8.1.3.1.1.1), en mm (in) tc = Tolerancia por corrosión (Ver 8.1.3.1.1.2), en mm (in) Para el caso de diseño de ductos submarinos, el espesor comercial se debe seleccionar a partir del espesor mínimo requerido (tr). A éste espesor comercial se debe restar el espesor correspondiente a su tolerancia de 28/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 fabricación que se establece en el 8.1.3.1.1.3 de esta Especificación Técnica, ésta diferencia debe ser mayor o igual al mínimo requerido. En caso contrario se debe seleccionar el inmediato superior que se fabrique de acuerdo con el ASME B36.10M. tr tcom - tfab ................................................................................................................................................... (13 Dónde: tcom = Espesor comercial para presión interna, en mm (in) tfab = Tolerancia por fabricación (Ver 8.1.3.1.1.3), en mm (in) 8.1.3.1.1.1 Espesor de diseño. El espesor de diseño (t) por presión interna se calcula utilizando las expresiones 9 a 11. 8.1.3.1.1.2 Tolerancia por corrosión. Se debe utilizar un espesor adicional para desgaste por corrosión interior el cual se debe determinar de la siguiente forma: a) Identificar sitios con mayor susceptibilidad de presencia de corrosión generalizada y predecir la mayor velocidad de corrosión esperada por medio de simulaciones probabilísticas del flujo. b) Cuando se disponga de resultados estadísticos representativos de los sitios más susceptibles de presencia de corrosión generalizada, que además sean fidedignos para el mismo fluido y condiciones de operación que el ducto submarino que se va a diseñar, se debe tomar el valor de la mayor velocidad de corrosión determinada. c) Comparar los valores de velocidad de corrosión a que se refieren los incisos a) y b) para identificar la mayor velocidad de corrosión. d) El mayor valor de velocidad de corrosión conforme con el inciso c), se debe agregar como espesor adicional por corrosión por cada año de la vida de diseño, mismo que en ningún caso debe ser menor de 0,159 mm (6,25 mil) por año para línea regular (Zona A) y de 0,254 mm (10 mil) por año para ducto ascendente (Zona B). e) Para ductos de transporte de hidrocarburos, productos y subproductos con características de presión, temperatura, concentraciones de CO2, H2S, H2O en estado líquido y cloruros, el sobre espesor será puntualmente determinado con los resultados del estudio de simulación de flujo y de corrosión a elaborarse durante la etapa de la ingeniería básica del proyecto. 8.1.3.1.1.3 Tolerancia por fabricación. El espesor de tolerancia por fabricación, se debe obtener en función de los valores que se muestran en la Tabla 5. ESPESOR DE PARED t mm (in) TOLERANCIAS mm (in) DUCTO SIN COSTURA 0,6 (0.024) 0,5 (0.020) 0,150 t – 0,125 t 3,7 (0.146) ó 0,1 t, el que sea mayor 3,0 (0.120) ó – 0,1 t, el que sea mayor ≤ 4,0 (0.157) 4,0 (0.157) a 25,0 (0.984) ≥ 25,0 (0.984) Tabla 5. Tolerancia por fabricación de espesores de pared 29/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 ESPESOR DE PARED t mm (in) TOLERANCIAS mm (in) DUCTO CON COSTURA ≤ 5,0 (0.197) ± 0,5 (0.020) 5,0 (0.197) a 15,0 (0.591) ± 0,1 t ≥ 15,0 (0.591) ± 1,5 (0.060) Tabla 5. Tolerancia por fabricación de espesores de pared (continuación) 8.1.3.1.1.4 Espesor por temperatura para ductos restringidos. El espesor del ducto debe ser suficiente para soportar los esfuerzos generados por las cargas térmicas. El cálculo de espesor por este efecto para líneas restringidas (línea regular) debe realizarse de acuerdo con la siguiente expresión: tt 0,7 (Pint Pext ) D .............................................................................................................. (14 2 0,9 SMYS f t E T2 T1 Dónde: tt Pint Pext D SMYS = = = = = ft E = = = T1 = T2 = Espesor de pared de acero del tubo por temperatura, en mm (in) 2 Presión interna de diseño, en N/mm (psi) 2 Presión externa hidrostática actuante en el ducto, en N/mm (psi) Diámetro exterior nominal del tubo, en mm (in) Specified Minimum Yield Strength (Esfuerzo de Fluencia Mínimo Especificado del material del 2 ducto), en N/mm (psi) Factor por temperatura indicado en la Tabla 4. 2 Módulo de elasticidad del acero del ducto indicado en la Tabla 6, en N/mm (psi) Coeficiente de expansión térmica, en mm/mm/°C (in/in/°F). 11.7 x 10-6 mm/mm/°C para -6 temperaturas hasta 121 °C (6.5 x 10 in/in/°F para temperaturas hasta 250 °F) y para temperaturas mayores conforme a lo indicado en la tabla 832.2-1 del ASME B31.8. Temperatura de instalación, en °C (°F); A menos que se cuente con un valor medido o estadístico de la temperatura de fondo, ésta debe ser considerada de 15°C. Temperatura de diseño, en °C (°F). MODULO DE ELASTICIDAD TEMPERATURA °C °F lb/in² x 10 21 70 29,5 90 194 28,8 110 230 28,6 130 266 28,5 150 302 28,3 6 Nota: Para temperaturas intermedias se debe interpolar. Tabla 6. Módulos de elasticidad para aceros al carbono 30/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 El espesor comercial se debe seleccionar como el inmediato superior al calculado por temperatura. A éste espesor comercial se debe restar el espesor de tolerancia por fabricación conforme con el 8.1.3.1.1.3 de esta Especificación Técnica, esta diferencia debe ser igual o mayor al espesor requerido por temperatura. En caso contrario se debe seleccionar el inmediato superior que se fabrique de acuerdo con el ASME B36.10M. El espesor comercial seleccionado para la zona de línea regular del ducto, debe ser el mayor entre el requerido por temperatura alta de acuerdo a este numeral y el requerido por presión interna de acuerdo a 8.1.3.1 de esta Especificación Técnica. En caso que el espesor comercial para la línea regular del ducto sea mayor que el espesor comercial seleccionado para la curva de expansión, ducto ascendente cuello de ganso y ductos de las trampas de diablos, se debe igualar con el espesor para la línea regular. El espesor calculado por temperatura en tramos rectos restringidos no debe ser menor al valor de 20 ni mayor al valor de 45 en la relación D/t. En caso contrario se puede incrementar el grado de material en función de las limitaciones establecidas en la NRF-001-PEMEX-2013 o bien se puede diseñar la instalación superficial del ducto, con una configuración a base de curvaturas horizontales inducidas, en cuyo caso se debe revisar la estabilidad hidrodinámica para la condición de operación de acuerdo a 8.1.4 de esta Especificación Técnica. 8.1.3.2 Revisión de espesor por otras condiciones. El espesor de pared requerido por presión interna o temperatura, debe ser el calculado para soportar otros posibles efectos, producto de las solicitaciones a las cuales puede estar sujeto el ducto durante la instalación u operación, incluyendo expansión y flexibilidad, conforme con lo siguiente: a) Instalación: t1 = tcom – tfab ....................................................................................................................... (15 b) Operación: t2 = tcom – tfab – tc................................................................................................................. (16 Dónde: t tcom tfab tc = = = = Espesor utilizado para la revisión por otros efectos, en mm (in) Espesor comercial obtenido para presión interna, en mm (in) Tolerancia por fabricación (Ver 8.1.3.1.1.3), en mm (in) Tolerancia por corrosión (Ver 8.1.3.1.1.2), en mm (in) 8.1.3.2.1 Tensión longitudinal (Tu). Para fines de prever este efecto se deben incluir los esfuerzos longitudinales que se presenten en la fase de instalación u operación. La capacidad del ducto a tensión longitudinal está dada por la siguiente expresión: Tu 1,1SMYSAs ........................................................................................................................................ (17 Dónde: Tu = Tensión longitudinal última, en N (lb). SMYS = Specified Minimum Yield Strength (Esfuerzo de Fluencia Mínimo Especificado del material del 2 ducto en N/mm (psi) 2 2 As = Área de la sección transversal de acero del ducto, en mm (in ), calculada como: As =π•(D-t1)•t1 La capacidad permisible de tensión longitudinal (T cp) se debe calcular utilizando cualquiera de las siguientes expresiones dependiendo de las fases de diseño: 31/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 Tcp 0,62 Tu (Fase de Instalación) ............................................................................................................ (18 Tcp 0,56 Tu (Fase de Operación)............................................................................................................. (19 Dónde: Tcp en N (lb). 8.1.3.2.2 Presión externa. Durante las fases de Instalación y Operación, los ductos submarinos están sujetos a condiciones de presión externa, lo que se presenta como un diferencial de presión con respecto a la presión interna actuando en el ducto, lo que puede causar el colapso del ducto. En virtud de tal situación, se debe realizar una revisión de los efectos de presión de colapso y propagación de pandeo para garantizar la resistencia requerida del ducto, en función de las variaciones de las propiedades geométricas, ovalamiento, esfuerzos y presiones externas (Pext). 8.1.3.2.2.1 Presión de colapso (Pc). La capacidad a presión neta de colapso (Pc) se debe calcular mediante la expresión: 2 P D PC PC - 1 - 1 2 C f o ...................................................................................................... (20 P Pe Py y t1 Dónde: 2 Pc = Presión de colapso, en N/mm (psi). Py = Presión de fluencia por colapso 2 t(SMYS) .................................................................................... (21 D 3 Pe = Presión elástica por colapso fo 2 E t1 ....................................................................................... (22 1-² D = factor de ovalización ................................................................................................................... (23 SMYS = Specified Minimum Yield Strength (Esfuerzo de Fluencia Mínimo Especificado del material del 2 ducto), en N/mm (psi) 2 E = Módulo de elasticidad del acero del ducto, en N/mm (psi) = Relación de Poisson = 0,30 para el acero D = Diámetro nominal del tubo, en mm (in). Dmax = Diámetro máximo de la sección transversal del ducto, en mm (in) Dmin = Diámetro mínimo de la sección transversal del ducto, en mm (in) t1 = Espesor de pared del tubo conforme a 8.1.3.2, en mm (in) La capacidad permisible del ducto sometido a presión externa se debe calcular con la expresión: PCDE 0,70Pc ............................................................................................................................................. (24 32/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 Dónde: 2 PCDE = Capacidad permisible de presión de colapso en Ducto submarino, en N/mm (psi). La presión de colapso permisible calculada con la expresión 24, debe garantizar que: PCDE > Pext - Pint ............................................................................................................................................. (25 8.1.3.2.2.2 Propagación de pandeo (Pp). La presión de propagación en ductos se debe calcular con la siguiente expresión: Pp t 34 1 SMYS D 2, 5 ................................................................................................................................... (26 Dónde: 2 Pp = Presión de propagación, en N/mm (psi) SMYS = Specified Minimum Yield Strength (Esfuerzo de Fluencia Mínimo Especificado del material del 2 ducto en N/mm (psi) t1 = Espesor de pared del tubo calculado de acuerdo a 8.1.3.2, en mm (in) D = Diámetro nominal del tubo, en mm (in). La capacidad permisible del ducto ante el efecto de propagación de pandeo se debe calcular con la expresión: Ppc 0,73Pp .............................................................................................................................................. (27 Dónde: 2 Ppc = Capacidad permisible por presión de propagación, en N/mm (psi). La presión de propagación permisible calculada con la expresión 27, debe garantizar que: Ppc > Pext - Pint ............................................................................................................................................... (28 Para el cálculo de la presión externa, se debe realizar para una altura de ola máxima para un periodo de retorno de 10 años en la condición de instalación. Para la condición en operación se debe revisar la presión de propagación para una altura de ola por tormenta, para un periodo de retorno de 100 años. 8.1.3.2.3 Momento flexionante (Mu). Para fines de predecir este efecto se deben sumar todos los esfuerzos flexionantes que se presenten en la fase de instalación u operación. La capacidad a flexión transversal del ducto está dada por las siguientes expresiones: D Mu 1,1SMYS D 2 t 1 - 0,001 ............................................................................................................ (29 t Dónde: Mu = Momento último por flexión transversal para diseño, en N•mm (lb•in) 33/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 SMYS = Specified Minimum Yield Strength (Esfuerzo de Fluencia Mínimo Especificado del material del 2 ducto), en N/mm (psi) D = Diámetro exterior nominal del tubo, en mm (in) t = Espesor de pared del tubo calculado de acuerdo a 8.1.3.2, en mm (in), deben revisarse las dos condiciones para t1 y t2 La capacidad permisible del ducto, se debe calcular con la siguiente expresión: Muc fMMu ................................................................................................................................................. (30 Dónde: Muc = Capacidad permisible de momento flexionante, en N· mm (lb· in) fM = Factor de diseño por flexión transversal indicado en la Tabla 7 ZONA OPERACIÓN A 0,57 B 0,53 INSTALACIÓN 0,67 Tabla 7. Factores de diseño por Momento Flexionante (fM) 8.1.3.2.4 Pandeo global (Cg). Se debe revisar el pandeo global en tramos rectos sometidos a fuerzas de compresión pura, que se puedan presentar en claros libres y cruces. La capacidad permisible del ducto, se debe calcular con la expresión: Cg 1,1 SMYS 1,2 - 0,25 2 As ................................................................................................................. (31 Dónde: Cg = Carga de compresión por pandeo global, en N (lb). SMYS = Specified Minimum Yield Strength (Esfuerzo de Fluencia Mínimo Especificado del material del 2 ducto), en N/mm (psi). = Relación de esbeltez .................................................................................................................. (32 K L = Factor de longitud efectiva que depende de las condiciones de apoyo en los extremos del tramo. Para extremos empotrados K = 0,5 y para extremos articulados K = 1,0. = Longitud del tramo, mm (in). r = Radio de giro = ........................................................................................................................... (33 I As As E = = = = 4 4 Momento de inercia de la sección de acero del ducto, en mm (in ) 2 2 Área de la sección transversal de acero del ducto, en mm (in ), calculada como: π•(D-t1)•t1 2 Módulo de elasticidad del acero del ducto, en N/mm (psi) 34/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 La capacidad permisible que tendrá el ducto se debe calcular con la expresión: Cgp 0,54Cg ............................................................................................................................................. (34 Dónde: Cgp = Capacidad permisible por pandeo global para diseño, en N (lb). Para el caso de ductos en tramos rectos superficiales o enterrados, el cálculo de la capacidad de pandeo global debe prever el efecto de la restricción lateral y/o vertical del suelo. 8.1.3.2.5 Formulaciones de diseño para estados de carga combinados. Durante la etapa de tendido o instalación del ducto submarino, se debe cumplir con los requerimientos establecidos para los siguientes efectos combinados de carga: 8.1.3.2.5.1 Tensión y Momento flexionante (Tu-Mu). La capacidad del ducto para soportar esfuerzos combinados de Tensión y Momento Flexionante, se debe verificar mediante la siguiente expresión: M 2 T 2 M u Tu 0,5 f TM ..................................................................................................................... (35 Dónde: fTM Mu Tu M T = = = = = Factor de diseño para combinación de Tensión y Momento Flexionante = 0,54. Momento último por flexión transversal, en N•mm (lb•in). (Ec. 29). Tensión longitudinal última, en N (lb). (Ec. 17) Momento flexionante aplicado, en N•mm (lb•in). Fuerza axial aplicada, en N (lb) 8.1.3.2.5.2 Tensión axial, Momento flexionante y Presión de colapso (Tu–Mu–Pc). La capacidad del ducto para soportar esfuerzos combinados de Tensión Axial, Momento Flexionante y Presión de Colapso, se debe verificar mediante la siguiente expresión: M 2 P 2 T 2 Tu Pc Mu 0,5 fTMPc ......................................................................................................... (36 Dónde: P Pc M Mu T Tu fTMPc = = = = = = = 2 Presión externa actuante, en N/mm (psi). 2 Presión de colapso, en N/mm (psi). (Ec. 20). Momento flexionante aplicado, en N•mm (lb•in). Momento último por flexión transversal para diseño, en N•mm (lb•in). (Ec. 29). Fuerza axial aplicada, en N (lb). Tensión longitudinal última, en N (lb). (Ec. 17). Factor de diseño para combinación de tensión, momento flexionante y presión de colapso = 0,80. 35/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición 8.1.3.2.6 P.2.0722.03:2015 Formulaciones de diseño por criterio de deformación para estados de carga combinados En secciones del ducto sometidas a deformaciones axiales de compresión, debido a flexión (f), fuerza axial (fa) y a presión interna (pi), se deben diseñar para satisfacer la siguiente condición: εsd ≤ εRd .................................................................................................................................................. (37 εsd = Deformación actuante por compresión (función de la flexión, fuerza axial y presión interna). εRd = Deformación resistente. εRd = εc / γε para D/t ≤ 45 y pi ≥ pe ..................................................................................................... (38 La condición establecida en la ecuación 37 de esta Especificación Técnica, debe prever los defectos en la soldadura circunferencial, ya que esta tiene un impacto significante en la capacidad de deformación por compresión. t εc = 0.78 ∙ [ 1 − 0.01] ∙ [1 + 5.75 ∙ 𝑃𝑏 = D 2∙𝑡1 ∙ 𝑓𝑐𝑣 ∙ 𝐷−𝑡1 𝑓𝑐𝑣 = 𝑀𝑖𝑛 [𝑓𝑦 ; ∝𝑔𝑤 = 1 − 0.4 ∝𝑔𝑤 = 1 2 √3 pb ] ∙ α−1.5 ∙ αgw h 𝑓𝑢 𝐷 −20 𝑡2 ] .................................................................................................................................................................................................. (41 Para D/t1 ≥ 20 ......................................................................................................... (42 Para D/t1 < 20 ......................................................................................................... (43 ∝ℎ = ( 𝑅𝑡0.5 εc = Deformación ultima a compresión. γε Pimin Pe Pb αh Rt0.5 Rm Αgw t1 = = = = = = = = = 𝑅𝑚 Dónde: (39 ...................................................................................................................................................................................................... (40 1.15 40 pmin −pe ) .................................................................................................................................................... (44 Factor de deformación límite (ver tabla 7.1) Presión interna mínima Presión externa Presión de reventamiento Endurecimiento mínimo por deformación Resistencia a la fluencia (indicada en el ISO-3183:2012) Resistencia a la tensión (indicada en el ISO-3183:2012) Factor de soldadura circunferencial Espesor de pared del tubo conforme a 8.1.3.2, en mm (in) Para ductos lastrados se debe incluir un factor de concentración de esfuerzos en la unión de campo y para este caso la deformación resistente se debe determinar cómo: εRdf = εRd /1.25 .............................................................................................................................................. (45 36/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 Categoría de seguridad Moderada Alta Muy Alta 2.0 2.5 3.3 Tabla 7.1 Factor de deformación límite (γε) 8.1.4. Estabilidad hidrodinámica Se debe realizar un análisis de estabilidad hidrodinámica para comprobar que los factores de estabilidad horizontal del ducto cumplen con lo establecido en este numeral, éste análisis se debe realizar para sus condiciones de instalación y operación, así como utilizar los niveles 2 y/o 3 del programa AGA “Analysis for Submarine Pipeline On-Bottom Stability”. Se deben combinar fuerzas verticales y horizontales que actúen simultáneamente, así como la direccionalidad del oleaje y corriente. El peso del ducto sumergido se puede controlar con la combinación del espesor y densidad del lastre de concreto. Para la condición de instalación el análisis se debe realizar con el ducto expuesto, vacío y para un período de tormenta de 10 años. Los parámetros de diseño para ésta condición se establecen en la Tabla 8 de esta Especificación Técnica. El análisis de estabilidad hidrodinámica para la condición de operación se debe realizar únicamente si la línea regular del ducto o un tramo de ésta, no se encuentran bajo el lecho marino por alguno de los motivos indicados en 8.1.1.14 de esta Especificación Técnica. El análisis en esta fase se debe realizar con el ducto expuesto, lleno del fluido y un período de tormenta de 100 años. Los parámetros de diseño a utilizar para la fase de operación se establecen en la Tabla 9 de esta Especificación Técnica. Durante el análisis hidrodinámico del ducto submarino, el factor de estabilidad seleccionado, se debe comparar con el obtenido para las siguientes velocidades de fondo inducidas por el oleaje: a) Una velocidad de fondo (U1/100), para un período de 4 horas de desarrollo de tormenta. b) Una velocidad de fondo (U1/1,000), para un período de 3 horas de tormenta completamente desarrollada. Los dos factores de estabilidad calculados para las dos velocidades de fondo, deben ser iguales o mayores que el factor de estabilidad establecido en las Tablas 8 y 9 de esta Especificación Técnica, según sea el caso. Los parámetros oceanográficos que se deben incluir en el análisis, se fijan esta Especificación Técnica, en el 8.1.4.2 para periodos de retorno de 10 años y 8.1.4.3 para periodos de retorno de 100 años. Se debe revisar que los ductos en la condición vacía durante su instalación, sean estables verticalmente, para lo cual se debe verificar que el peso sumergido del ducto sea como mínimo 1,10 veces la fuerza de levantamiento para las condiciones a) y b) anteriormente indicadas. Los ductos se deben revisar en su condición de cubiertos con el lecho marino en cuanto a hundimiento y flotación. Tanto para ductos de gas como de líquido, el hundimiento se debe evaluar asumiendo que se encuentra lleno de agua y la flotación asumiendo que se encuentra vacío. Si el peso específico sumergido del ducto lleno de agua es menor que el del lecho marino que soporta, no se requiere de ningún otro análisis en cuanto al hundimiento. Si de acuerdo a las características del suelo se puede presentar licuación, se debe revisar que la profundidad de hundimiento del ducto no genere esfuerzos mayores al 18% del SMYS a consecuencia de la curvatura. 37/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 Si el peso específico sumergido del ducto vacío es menor que el del lecho marino que soporta, se debe revisar que la resistencia al corte del lecho marino sea la requerida para prevenir la flotación. Si no se puede garantizar la estabilidad del ducto con el lastre de concreto y con la capa de lecho marino que soporta, se puede utilizar como opción un sistema de anclaje, malla lastrada o modificar la trayectoria del ducto. PARÁMETROS DE DISEÑO FASE DE INSTALACIÓN - Enterrado inicial del ducto. Superficial al lecho marino - Factor de estabilidad horizontal. (1) . FE = 1,1 - Peso del fluido. Tubo vacío. - Características del suelo. Tomar datos del estudio geotécnico del corredor, realizado con pruebas estáticas y dinámicas, de acuerdo al inciso 8.1.1.4. - Altura de ola significante. Datos del Anexo A correspondientes a un periodo de retorno de 10 años. - Velocidad de corriente a 95% de la profundidad. Datos del Anexo A correspondientes a un periodo de retorno de 10 años. - Período pico de la ola para la Sonda de Campeche y el Litoral Tabasco. 11,3 seg. - Período pico de la ola para la Zona Norte y Lankahuasa. 11,9 seg. - Gravedad específica mínima. 1,2 (2) (2) (1) Se puede proponer una profundidad de enterrado en el lecho marino, diferente a una condición superficial en función de un análisis de asentamiento instantáneo provocado por actividades de instalación del ducto. (2) Se debe prever la direccionalidad del oleaje y de la corriente como se establece en 8.1.4.2.2 de esta Especificación Técnica Tabla 8. Parámetros de diseño por estabilidad hidrodinámica horizontal de ductos submarinos en fase de instalación 38/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 PARÁMETROS DE DISEÑO FASE DE OPERACIÓN - Enterrado del ducto. Superficial al lecho marino CSS - Factor de estabilidad horizontal. MODERADA ALTA MUY ALTA FE gas ---1,0 ---- (1) . FE crudo 1,1 ---1,3 - Peso del fluido. Tubo lleno - Características del suelo. Tomar datos del estudio geotécnico del corredor, realizado con pruebas estáticas y dinámicas, de acuerdo al inciso 8.1.1.4. - Altura de ola significante. Datos del Anexo A correspondientes a un periodo de retorno de 100 años. - Velocidad de corriente a 95% de la profundidad. Datos del Anexo A correspondientes a un periodo de retorno de 100 años. - Período pico de la ola para la Sonda de Campeche y el Litoral Tabasco. 13,0 seg. - Período pico de la ola para la Zona Norte y Lankahuasa. 12,3 seg. (2) (2) (1) Se puede proponer una profundidad de enterrado en el lecho marino, diferente a la superficial en función de un análisis de asentamiento instantáneo provocado por actividades de instalación y prueba hidrostática del ducto. (2) Se debe prever la direccionalidad del oleaje y de la corriente como se establece en 8.1.4.3.2 de esta Especificación Técnica. Tabla 9. Parámetros de diseño por estabilidad hidrodinámica horizontal de ductos submarinos en fase de operación 8.1.4.1 Análisis de flotabilidad de ducto enterrado bajo el lecho marino. Cuando el ducto está enterrado bajo el lecho marino, tiende a flotar o hundirse en condiciones de tormenta, este fenómeno depende del peso del ducto y su contenido, densidad del lecho marino y su resistencia al esfuerzo cortante. La revisión de la flotabilidad de ductos en esta condición, se debe realizar de la siguiente manera: 1) Resistencia del lecho marino más la resistencia adicional generada por su peso sobre el ducto. 2) 2C S sD t HC ...................................................................................................................... (46 3) R S Dt A t Dónde: RS CS Dt s Hc At = = = = = = 3 Fuerza de resistencia del suelo al hundimiento o flotación por unidad de volumen del ducto, en lb/ft . 2 2 Resistencia al esfuerzo cortante del suelo no drenado, en N/m (lb/ft ) Diámetro exterior total del ducto, incluyendo el lastre de concreto, en m (ft). 3 3 Peso sumergido del suelo marino, en N/m (lb/ft ). Espesor de suelo marino arriba del ducto, en m (ft). 2 2 Área transversal del ducto, incluyendo el lastre de concreto, en m (ft ). 39/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 F 2) Fuerza de flotación WS Wa ............................................................. (47 At Dónde: 3 3 F = Fuerza de flotación, en N/m (lb/ft ) W s = Peso seco del ducto por unidad de longitud, en N/m (lb/ft). Incluye la suma de los pesos del ducto, contenido, lastre de concreto y recubrimiento anticorrosivo W a = Peso del volumen de agua desalojada por el ducto, en N/m (lb/ft) 2 2 At = Área transversal del ducto, en m (ft ). Incluye el espesor del lastre de concreto Se debe cumplir la desigualdad siguiente: F < RS ............................................................................................................................................................................................................................................... (48 La revisión anterior se debe realizar aplicando la resistencia al corte del suelo remoldeado. 8.1.4.2 Parámetros oceanográficos para período de retorno de 10 años 8.1.4.2.1 Altura de ola y velocidad de corriente. Las alturas de ola y velocidades de corriente para las diferentes zonas del Golfo de México para un período de retorno de 10 años se establecen en esta Especificación Técnica, en las figuras A-1 a A-4 del Anexo A. 8.1.4.2.2 Dirección de oleaje y corriente. El análisis de estabilidad hidrodinámica se debe realizar en función del ángulo de incidencia del oleaje y la corriente con el ducto submarino. 8.1.4.2.2.1 Sonda de Campeche y Litoral Tabasco. La dirección del oleaje más probable que se debe utilizar para diseñar ductos en esta zona geográfica, debe ser con un rumbo de S 11° 15’ E, mientras que la dirección de la velocidad de corriente es paralela a la batimetría conforme con la Figura 5 de esta Especificación. La batimetría se debe asumir como uniforme y regular. N Dirección del Oleaje S 11° 15’ E Dirección de la Velocidad de Corriente paralela a la Batimetría Figura 5. Dirección del oleaje y la corriente para el periodo de retorno de 10 y 100 años en la Sonda de Campeche y Litoral Tabasco 40/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 8.1.4.2.2.2 Zona Norte y Lankahuasa. La dirección del oleaje más probable que se debe utilizar para diseñar ductos en esta zona geográfica, debe ser con un rumbo de S 33° 45’ W, mientras que la dirección de la velocidad de corriente es paralela a la batimetría conforme con la Figura 6 de esta Especificación. La batimetría se debe asumir como uniforme y regular. N Dirección de la Velocidad de Corriente paralela a la Batimetría Dirección del Oleaje S 33° 45’ W Figura 6. Dirección del oleaje y la corriente para el periodo de retorno de 10 años en la Zona Norte y Lankahuasa 8.1.4.3 Parámetros oceanográficos para periodo de retorno de 100 años 8.1.4.3.1 Altura de ola y velocidad de corriente. Las alturas de ola y velocidades de corriente para las diferentes zonas del Golfo de México para un periodo de retorno de 100 años se establecen en esta Especificación, en las figuras A-5 a A-8 del Anexo A. 8.1.4.3.2 Dirección de oleaje y corriente 8.1.4.3.2.1 Sonda de Campeche y Litoral Tabasco. La dirección del oleaje más probable que se debe utilizar para diseñar ductos en esta zona geográfica, debe ser con un rumbo de S 11° 15’ E, mientras que la dirección de la velocidad de corriente es paralela a la batimetría conforme con la Figura 5 de esta Especificación. La batimetría se debe asumir como uniforme y regular. 8.1.4.3.2.2 Zona Norte y Lankahuasa. La dirección del oleaje más probable que se debe utilizar para diseñar ductos en esta zona geográfica, debe ser con un rumbo de S 78° 45’ W, mientras que la dirección de la velocidad de corriente es paralela a la batimetría conforme con la Figura 7 de esta Especificación. La batimetría se debe asumir como uniforme y regular. 41/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 Figura 7. Dirección del oleaje y la corriente para el período de retorno de 100 años en la Zona Norte y Lankahuasa 8.1.5 Documentación entregable en diseño Al final del proyecto, se debe entregar a Pemex en papel y en archivo electrónico como mínimo lo siguiente: Bases de diseño. Información básica que involucre todos los aspectos considerados en el diseño. Memorias de cálculo. Determinación del espesor por presión interna, temperatura alta y revisión por otros efectos. Análisis de flexibilidad (ducto ascendente, claros libres, cruces, interconexiones, entre otros). Análisis de vorticidad. Análisis de estabilidad hidrodinámica. Protección catódica. Diseño de abrazaderas. Diagramas de flujo. Hojas de especificaciones particulares. Planos de proyecto (Cuando las condiciones de operación sean mayores de 90 °C, se debe incluir una nota en cada plano que indique lo siguiente: Después de concluida la construcción del ducto, se debe efectuar un estudio geofísico detallado que permita conocer el perfil del ducto a lo largo del corredor, con el fin de detectar los claros libres e irregularidades para su correspondiente análisis de esfuerzos y evitar problemas de pandeos verticales “upheaval” o pandeos laterales). Isométricos. Volumen de obra. Requisiciones. Pemex debe establecer en las bases técnicas del procedimiento de contratación, la documentación y alcance adicional de documentación e información entregable. 8.1.5.1 Análisis de Riesgo del Ducto. Todos los análisis de riesgos necesarios para el Proyecto del sistema, deben cumplir con los requisitos establecidos en la NRF-018-PEMEX-2007. 42/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 9. Responsabilidades 9.1 Petróleos Mexicanos, Empresas Productivas Subsidiarias y Empresas Filiales 9.1.1 Proporcionar al proveedor de los servicios de diseño la información requerida por esta Especificación Técnica para el desarrollo de las actividades contratadas. 9.1.2 Otorgar las aprobaciones de los documentos que se requieran antes durante y al final de las actividades requeridas por esta Especificación Técnica. 9.1.3 Realizar o hacer que se lleve a cabo en forma documentada, la verificación de la conformidad con los requisitos de la Especificación Técnica. 9.2 Contratistas 9.2.1 El contratista de los servicios de diseño de Ductos submarinos debe demostrar que cuenta con experiencia empresarial comprobable en el desarrollo del diseño de proyectos similares. 9.2.2 Debe demostrar que dispone de personal especializado o calificado, si aplica, en las áreas de diseño de Ductos submarinos. 9.2.3 El contratista debe disponer de equipo, instrumentación e infraestructura suficiente y apropiada para el cumplimiento de las actividades y obligaciones requeridas por esta Especificación Técnica. 9.2.4 El contratista debe proporcionar al representante de Pemex acceso a instalaciones o información relacionada con las actividades requeridas por esta Especificación Técnica durante la vigencia del contrato. 9.2.5 El Contratista debe elaborar y entregar a Pemex los documentos de la Ingeniería contratada. 9.2.6 Los documentos se deben entregar a Pemex en el correspondiente Libro de Proyecto el que debe cumplir con los requisitos establecidos en la NRF-271-PEMEX-2011. 9.2.7 Los documentos deben estar en idioma español y en el Sistema General de Unidades de Medida internacional, de conformidad con la NOM-008-SCFI-2002 y la ES. 9.2.8 Los Contratistas extranjeros pueden emplear su idioma de origen entre paréntesis, anteponiendo la correspondiente traducción al idioma español, que es base para la aceptación y lo que se desprenda en términos de ley, garantías o reclamaciones, entre otros. 9.2.9 Los reportes de resultados de software, de origen extranjero, pueden ser en Idioma inglés o español. 9.2.10 La revisión o verificación de los documentos por Pemex o quien Pemex designe, como la omisión de éstas, no libera al Contratista de su responsabilidad de cumplir con esta Especificación Técnica y con el Contrato, quedando obligados a subsanar a satisfacción de Pemex, cualquier desviación, omisión, error, mala interpretación, defecto, vicio oculto, entre otros en que incurra. 9.2.11 Los documentos se deben avalar con el nombre, firma y cédula profesional o equivalente extranjero del Ingeniero responsable de la Contratista, así como del responsable de aseguramiento de calidad del Contratista, los documentos se deben incluir la siguiente información mínima como identificación: a) Nombre y Logotipo del Contratista. b) Nombre del Proyecto. 43/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición c) d) e) f) g) h) i) j) k) 10. P.2.0722.03:2015 Número de Contrato. Título del documento. Número de identificación del documento. Número de revisión. Descripción de la revisión. Fecha de la revisión. Nombre, servicio y clave del Ducto. Origen y Destino del Ducto. Lista del contenido y paginación consecutiva. Concordancia con normas mexicanas o internacionales Esta Especificación Técnica no tiene concordancia con normas mexicanas o internacionales (Ver anexo D). 11. Bibliografía Esta Especificación Técnica se fundamenta con las referencias técnicas bibliográficas que se indican a continuación: 11.1 ISO 13623:2009. Petroleum and natural gas industries - Pipeline transportation systems, First edition, June 2009. (Industrias del petróleo y gas natural -Sistemas de transporte por ductos, primera edición, abril 2000). 11.2 American Gas Association. (AGA). Submarine Pipeline on-Bottom Stability, 1993. (Estabilidad en suelos marinos de ductos submarinos, 1993). 11.3 API SPEC. 5L/ISO 3183. Specification for Line Pipe. Forty-Fourth Edition, October 2007. (Especificación para ducto Cuadragésima cuarta edición, octubre 2007). 11.4 API RP 1111-2009. Recommended Practice for Design, Construction Operation, and Maintenance of Offshore Hydrocarbon Pipelines “Limit State Design”. fourth edition, December 2009. (Práctica recomendada para el diseño, construcción, operación y mantenimiento de ductos para transporte de hidrocarburos costa afuera “Diseño por estado límite”. Cuarta edición, Diciembre 2009). 11.5 API RP 1111-1993. Recommended Practice for Design, Construction, Operation, and Maintenance of Offshore Hydrocarbon Pipelines. Second edition, November / 1993. (Práctica recomendada para el diseño, construcción, operación y mantenimiento de ductos para transporte de hidrocarburos costa afuera. Segunda edición, noviembre / 1993). 11.6 ASME B31.G-2012. Manual for Determining the Remaining Strength of Corroded Pipelines, Supplement to B31 Code for Pressure Piping, 2012. (Manual para la determinación de la resistencia remanente de ductos corroídos, Suplemento al Código B31 para ductos a Presión, 2012). 11.7 B31.4-2012. Pipeline Transportation Systems for Liquid and Slurries. (Sistemas de línea para transporte de líquidos y lodo). 11.8 ASME B31.8-2012. Gas Transmission and Distribution Piping Systems. (Sistemas de ductos para transporte y distribución de gas). 44/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 11.9 ASTM A 36/A 36M-12. Standard Specification for Carbon Structural Steel, 2005. (Especificación para acero al carbono estructural, 2005). 11.10 ASTM A 53/A 53M-12. Standard Specification for Pipe, Steel, Black and Hot-Dipped, Zinc-Coated, Welded and Seamless, 2006. (Especificación para ducto, acero, negro y sumergido en caliente, revestido en zinc, soldado y sin costura, 2006). 11.11 Bea Robert. Risk Based Criteria for Design and Requalification of Pipelines and Risers in the Bay of Campeche. Bea Robert, October /1997. (Criterios de riesgo para el diseño y recalificación de líneas submarinas y ductos ascendentes en la Sonda de Campeche. Reporte para PEMEX / IMP, octubre / 1997). 11.12 Det Norske Veritas (DNV). (Rules for Submarine Pipeline Systems, 1981 / 1996). (Reglas para sistemas de ductos submarinos, 1981 / 1996). 11.13 OFFSHORE STANDARD DNV-OS-F101. Submarine Pipeline Systems, October 2007. 11.(Sistemas de ductos submarinos, octubre 2007). 11.14 Diavaz, S.A. de C.V. Inspecciones a ductos ascendentes en 1996, para Pemex Exploración y Producción. 11.15 IMP. Obtención de los factores de diseño por esfuerzos permisibles (f) para los posibles efectos actuantes en líneas submarinas (Fases de operación e instalación). Proyecto F-00926, febrero de 2001. 11.16 IMP. “Evaluación a ductos ascendentes y líneas submarinas del Activo Cantarell”. Proyecto FA-4934, enero de 1997. 11.17 IMP. “Análisis de riesgo para líneas submarinas superficiales”. Proyecto FA-2325, marzo de 1991. 11.18 IMP. “Información metaoceánica para el diseño de líneas submarinas en la Sonda de Campeche”. Octubre de 1997. 11.19 Oceanweather. Update of Meteorological and Oceanographic Hindcast Data and Normal and Extremes, Bay of Campeche). Oceanweather, November / 1996. (Información actualizada de datos históricos, meteorológicos y oceanográficos de la Sonda de Campeche. Reporte para Pemex / IMP. Oceanweather, noviembre / 1996). 11.20 Oceanweather. Update of MetOcean Design Data for Zona Norte and Sonda de Campeche. Oceanweather, July / 2006. (Actualización de datos de diseño metaoceánicos para la Sonda de Campeche y Zona Norte. Reporte para IMP. Oceanweather, julio / 2006). 11.21 Especificación Técnica P.2.0721.04-2009. Sistemas de protección del ducto ascendente en la zona de mareas y oleaje para temperatura alta. 11.22 ISO 15589-2. Petroleum, petrochemical and natural gas industries - Cathodic protection of pipeline transportation systems. Industrias del petróleo, petroquímica y gas natural - Protección catódica de los sistemas de transporte por líneas. 11.23 DNV-RP-F103. Cathodic protection of submarine pipelines by galvanic anodes. (sledges). Protección catódica de ductos submarinos por ánodos galvánicos. (Para camas anódicas). 45/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición 12. P.2.0722.03:2015 Anexos Anexo A. Información oceanográfica para el Golfo de México 140 130 120 cm/s VELOCIDAD DE CORRIENTE EN LA SUPERFICIE VELOCIDAD DE CORRIENTE (cm/s) 120 110 100 VELOCIDAD DE CORRIENTE A 50% DE LA PROFUNDIDAD 90 80 70 VELOCIDAD DE CORRIENTE A 95% DE LA PROFUNDIDAD 60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 PROFUNDIDAD (m) Figura A-1. Velocidades de corriente en la superficie, a 50 y 95% de profundidad para la Sonda de Campeche y Litoral Tabasco (Periodo de retorno de 10 años) 46/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 160 150 140 VELOCIDAD DE CORRIENTE (cm/s) 130 120 cm/s VELOCIDAD DE CORRIENTE EN LA SUPERFICIE 120 110 VELOCIDAD DE CORRIENTE A 50% DE LA PROFUNDIDAD 100 90 80 VELOCIDAD DE CORRIENTE A 95% DE LA PROFUNDIDAD 70 60 50 40 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 PROFUNDIDAD (m) Figura A-2. Velocidades de corriente en la superficie, a 50 y 95% de profundidad para la Zona Norte y Lankahuasa (Periodo de retorno de 10 años) 47/67 85 90 95 100 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 14 13 ALTURA DE OLA M ÁXIM A 12 11 ALTURA DE OLA (m) 10 9 8 7 ALTURA DE OLA SIGNIFICANTE 6 5 4 3 2 1 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 PROFUNDIDAD (m ) Figura A-3. Altura de ola máxima y significante para la Sonda de Campeche y Litoral Tabasco (Periodo de retorno de 10 años) 48/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 17 16 15 ALTURA DE OLA M AXIM A 14 13 ALTURA DE OLA (m) 12 11 10 9 8 ROM PIENTE DE LA OLA ALTURA DE OLA SIGNIFICANTE 7 6 5 4 3 2 1 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 PROFUNDIDAD (m ) 65 70 75 Figura A-4. Altura de ola máxima y significante para la Zona Norte y Lankahuasa (Periodo de retorno de 10 años) 49/67 80 85 90 95 100 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 160 150 140 VELOCIDAD DE CORRIENTE EN LA SUPERFICIE VELOCIDAD DE CORRIENTE (cm/s) 130 125 cm/s 120 110 100 90 VELOCIDAD DE CORRIENTE A 50% DE LA PROFUNDIDAD 80 70 60 VELOCIDAD DE CORRIENTE A 95% DE LA PROFUNDIDAD 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 PROFUNDIDAD (m) Figura A-5. Velocidades de corriente en la superficie, a 50 Y 95% de profundidad para la Sonda de Campeche y Litoral Tabasco (Periodo de retorno de 100 años) 50/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 170 160 150 cm/s VELOCIDAD DE CORRIENTE EN LA SUPERFICIE 150 VELOCIDAD DE CORRIENTE (cm/s) 140 VELOCIDAD DE CORRIENTE A 50% DE LA PROFUNDIDAD 130 120 110 VELOCIDAD DE CORRIENTE A 95% DE LA PROFUNDIDAD 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 PROFUNDIDAD (m) 65 70 75 80 Figura A-6. Velocidades de corriente en la superficie, a 50 y 95% de profundidad para la Zona Norte y Lankahuasa (Periodo de retorno de 100 años) 51/67 85 90 95 100 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 20 19 ALTURA DE OLA M AXIM A 18 17 16 15 ALTURA DE OLA (m) 14 ROM PIENTE DE LA OLA 13 12 11 ALTURA DE OLA SIGNIFICANTE 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 PROFUNDIDAD (m ) Figura A-7. Altura de ola máxima y significante para la Sonda de Campeche y Litoral Tabasco (Periodo de retorno de 100 años) 52/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 20 19 ALTURA DE OLA M ÁXIM A 18 17 ALTURA DE OLA (m) 16 15 14 13 12 ROM PIENTE DE LA OLA 11 10 9 ALTURA DE OLA SIGNIFICANTE 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 PROFUNDIDAD (m ) Figura A-8. Altura de ola máxima y significante para la Zona Norte y Lankahuasa (Periodo de retorno de 100 años) Anexo B. Conversión de la producción de gas y crudo ligero a miles de barriles de crudo pesado 1) La producción en ductos de gas se debe convertir a Miles de Barriles de Crudo Pesado Equivalente Diarios con la siguiente expresión: 3 1 MBCPED = 139,798 m (4.937 millones de pies cúbicos) diarios de gas. 2) La producción en ductos de crudo ligero se debe convertir a Miles de Barriles de Crudo Pesado Equivalente Diarios con la siguiente expresión: 3 1 MBCPED = 140,83 m (0,886 miles de barriles) de crudo ligero diarios. Anexo C. Zona de Aplicación Esta Especificación Técnica se debe aplicar para diseñar ductos submarinos localizados en el Golfo de México, en las profundidades y las zonas delimitadas por las coordenadas que se establecen a continuación y que se muestran en la Figura 1 de esta Especificación Técnica. Coordenadas Geográficas N19° 00’, W93° 30’, N18° 26’ y W92° 00’ (Litoral Tabasco), tirantes de agua hasta 200 m (656,17 ft). N20° 10’, W92° 40’, N18° 55’ y W91° 55’ (Sonda de Campeche), tirantes de agua hasta 200 m (656,17 ft). 53/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINAS EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 N20° 42’, W97° 31’, N22° 18’ y W96° 56’ (Zona Norte), tirantes de agua hasta 100 m (328,09 ft). N20° 30’, W96° 53’, N20° 40’ y W96° 39’; N20° 10’, W96° 14’ y N19° 59’, W96° 29’ (Zona Lankahuasa), tirantes de agua hasta 100 m (328,09 ft). Coordenadas UTM Determinadas de acuerdo con el World Geodetic System 1984 (Datos del Sistema Geodésico Mundial de 1984), información basada en el elipsoide WGS 1984. Zona: Q Huso: 15 Meridiano central: 93° X = 447361.18; Y = 2100977.45; X = 605595.47; Y = 2038498.53 (Litoral Tabasco). X = 534820.22; Y = 2230029.28; X = 614073.04; Y = 2092032.27 (Sonda de Campeche). Zona: Q Huso: 14 Meridiano central: 99° X = 654454.94; Y = 2289719.33; X = 712880.76; Y = 2467549.27 (Zona Norte). X = 720721.41; Y = 2268308.32; X = 744799.59; Y = 2287096.34 X = 789166.06; Y = 2232401.17; X = 763326.79; Y = 2211684.03 (Zona Lankahuasa). Figura 1. Zona de aplicación de la Especificación 54/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINA EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición Anexo D. Tabla Comparativa NRF-013-PEMEX-2009 & ISO 13623-2009 NRF-013-PEMEX-2009 8. 8.1 DESARROLLO. Diseño de Líneas Submarinas. Los factores de diseño para presión interna fueron obtenidos en base a un criterio de confiabilidad para un estado límite de servicio y se encuentran inmersos en los numerales 8.1.2.1 y 8.1.2.2 y en la Bibliografía: Obtención de los factores de diseño por esfuerzos permisibles (f) para los posibles efectos actuantes en líneas submarinas (Fases de operación e instalación). Proyecto F-00926, febrero de 2001. 8.1.1.3 Selección de la ruta. La trayectoria de una línea submarina debe seleccionarse tomando en cuenta la seguridad del personal, la protección del medio ambiente y la probabilidad de daño del ducto u otras instalaciones. Para su selección, se deben tomar en cuenta las siguientes consideraciones como mínimo: P.2.0722.03:2015 ISO-13623:2009 OBSERVACIONES 6 Design of pipeline and primary piping. 6.1 Design principles Reliability-based limit-state design methods shall not be used to replace the requirements in Tables 2 and 3 for the maximum permissible hoop stress due to fluid pressure. La norma ISO 13623 no indica cómo fueron obtenidos los factores de diseño señalados en la tabla 3. Y además no permite el uso de criterios de confiabilidad para modificarlos. Lo anterior contradice a lo indicado en el segundo párrafo de la Introducción de la ISO 13623 que indica: This International Standard allows the use of innovative techniques and procedures, such as reliability-based limit state design methods. 6.2 Route selection 6.2.1 Considerations 6.2.1.1 General Route selection shall take into account the design, construction, operation, maintenance and abandonment of the pipeline in accordance with this International Standard. To minimize the possibility of future corrective work and limitations, anticipated urban and industry developments shall be considered. Tráfico de embarcaciones. Actividad pesquera. Instalaciones costafuera: Plataformas fijas, plataformas autoelevables, líneas existentes, UFP, PLEM´s entre otros. Características del fondo marino: inestable, irregular, depresiones y otros (Reporte 55/67 La ISO 13623 describe de manera general, las recomendaciones para selección de ruta, enfocándose a ductos terrestres. La NRF-013-PEMEX considera criterios específicos de selección de rutas para Ductos submarinos de las Regiones Marinas de Pemex. lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINA EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición Geofísico). Accidentes, fallas geológicas o peligros potenciales (Reporte geotécnico). Actividad sísmica. Obstrucciones. Futuros desarrollos en el área y métodos de instalación aplicables. Áreas ecológicamente sensibles y protegidas. Estratos de roca sepultados y aflorante. Consideración de aspectos económicos. 8.1.2.1 Tabla 1. Categorías de Seguridad y Servicio para líneas submarinas 8.1.2.2 Tabla 2. Categorías de Seguridad y Servicio para líneas submarinas que transportan líquidos inflamables y/o tóxicos. P.2.0722.03:2015 6.2.1.2 Public safety Pipelines conveying category B, C, D and E fluids should, where practicable, avoid built-up areas or areas with frequent human activity. In the absence of public safety requirements in a country, a safety evaluation shall be performed in accordance with the general requirements of Annex A for pipelines conveying category D fluids in locations where multi-storey buildings are prevalent, where traffic is heavy or dense, and where there can be numerous other utilities underground; pipelines conveying category E fluids. 56/67 La tabla considerada en el ISO 13623 está basada en áreas con frecuente actividad humana y enfocada a ductos terrestres. Las tablas consideradas en la NRF-013-PEMEX están enfocadas y dirigidas para el manejo de fluidos para Ductos submarinos de las Regiones Marinas de Pemex. lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINA EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición 8.1.1.6 Solicitaciones. Deben identificarse y tomarse en cuenta en el diseño de líneas submarinas, todas las cargas que pueden causar o contribuir a una falla en el ducto, considerando al menos las siguientes: 8.1.1.6.1 Presión. Los ductos deben diseñarse para soportar una presión interna de diseño, la cual debe ser igual a 1,1 veces la presión de operación máxima (Pom). Debe considerarse en el diseño el diferencial positivo máximo posible entre la presión interna de diseño y la presión externa. 8.1.1.6.2 Cargas vivas. Incluyen el peso del fluido transportado y cualquier otro material externo como crecimiento marino, que se encuentre adherido al ducto. 8.1.1.6.3 Cargas muertas. Se deben considerar las cargas muertas impuestas al ducto, las cuales incluyen el peso propio del tubo, componentes o accesorios, recubrimientos y colchón de suelo en caso de existir y presión externa. Las cargas muertas son de especial importancia cuando se tengan tramos de tubería sin soportar. P.2.0722.03:2015 6.3 Loads 6.3.1 General 6.3.2 Functional loads 6.3.2.1 Classification Loads arising from the intended use and residual loads from other sources shall be classified as functional. NOTE The weight of the pipeline, including components and fluid, and loads due to pressure and temperature are examples of functional loads arising from the intended use of the system. Pre-stressing, residual stresses from installation, soil cover, external hydrostatic pressure, marine growth, subsidence and differential settlement, frost heave and thaw settlement, and sustained loads from icing are examples of functional loads from other sources. Reaction forces at supports from functional loads and loads due to sustained displacements, rotations of supports or impact by changes in flow direction are also functional. 6.3.2.2 Design pressure The design pressure at any point in the pipeline system shall be equal to or greater than the maximum allowable operating pressure (MAOP). Pressures due to static head of the fluid shall be 57/67 La ISO 13623 clasifica las cargas de manera general, funcionales y ambientales para ductos marinos y terrestres. La NRF-013-PEMEX considera las cargas funcionales y ambientales y hace una descripción detallada de las mismas para Ductos marinos de las Regiones Marinas de Pemex. lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINA EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición 8.1.1.6.4 Cargas dinámicas. El diseño debe considerar las cargas dinámicas y los esfuerzos que éstas producen en la tubería. Estas incluyen impacto, vibración debida a los vórtices generados por la corriente, oleaje, sismo, movimiento del suelo. 8.1.1.6.5 Incremento de presión por expansión del fluido. El diseño debe tomar en cuenta el incremento de presión ocasionado por el calentamiento del fluido transportado. 8.1.1.6.6 Cargas por contracción y expansión térmica. Se deben tomar las medidas necesarias para considerar los efectos por expansión y contracción térmica en los sistemas de tubería. 8.1.1.6.7 Interacción suelo-tubo. En el diseño debe considerarse la interacción entre el suelo del lecho marino y la tubería, para determinar los desplazamientos longitudinales y las deformaciones de ésta última. P.2.0722.03:2015 included in the steady-state pressures. Incidental pressures during transient conditions in excess of MAOP are permitted, provided they are of limited frequency and duration, and the MAOP is not exceeded by more than 10 %. NOTE Pressure due to surges, failure of pressure control equipment, and cumulative pressures during activation of over-pressure protection devices are examples of incidental pressures. Pressures caused by heating of blocked-in static fluid are also incidental pressures, provided blocking-in is not a regular operating activity. 6.3.2.3 Temperature The range of fluid temperatures during normal operations and anticipated blowdown conditions shall be considered when determining temperatureinduced loads. Both a maximum design temperature and a minimum design temperature shall be established. La interacción suelo-tubo depende de las características del suelo (resistencia al corte y propiedades de deformación), la tubería (peso sumergido, diámetro y rugosidad de la superficie) y las cargas. 8.1.3.1 Presión interna. La tubería y sus componentes deben diseñarse para resistir la presión interna de diseño (Pint) y la presión externa (Pext) debida a la carga hidrostática, la 6.4 Strength requirements 6.4.1 Calculation of stresses 6.4.1.1 Hoop stress due to fluid pressure The circumferential stress, hp, due to fluid pressure only (hoop stress), shall be calculated as given in Equation (1): 58/67 A diferencia de la NRF-013-PEMEX, la norma ISO 13623 NO considera lo siguiente: Criterio de análisis para evaluación de lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINA EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 cual no debe ser menor a la presión interna en cualquier punto del ducto en una condición estática. El espesor requerido por presión interna para diseño de líneas submarinas que transportan líquido o gas, se obtiene con la siguiente expresión: 2 Pi Presión interna, en N/mm 2 (lb/pulg ). Pint Presión interna de diseño, en 2 2 N/mm (lb/pulg ). Pext Presión externa hidrostática 2 actuante en la tubería, en N/mm 2 (lb/pulg ). D Diámetro exterior nominal del tubo, en mm (pulg.). t Espesor de pared de acero del tubo por presión interna, en mm (pulg.). SMTS Specified Minimum Ultimate Tensile Strength (Esfuerzo de Tensión Ultimo Mínimo Especificado del material de la tubería), en N/mm2 (lb/pulg2). Factor para diseño por presión fPb interna indicado en la Tabla 3. ft Factor por temperatura indicado en la Tabla 4. 6.4.1.2 Other stresses Circumferential, longitudinal, shear and equivalent stresses shall be calculated taking into account stresses from all relevant functional, environmental and construction loads. Accidental loads shall be considered as indicated in 6.3.5. The significance of all parts of the pipeline and all restraints, such as supports, guides and friction, shall be considered. When flexibility calculations are performed, linear and angular movements of equipment to which the pipeline is attached shall also be considered 6.4.2 Strength criteria 6.4.2.1 General Pipelines shall be designed for the following mechanical failure modes and deformations: yielding; buckling; fatigue; ovality. 6.4.2.2 Yielding The maximum hoop stress, σhp, due to fluid pressure shall be determined in accordance with Equation (3): Pipelines using steel grades above L555 should be designed using a reliability-based limit-state design approach in accordance with ISO 16708 or other recognized code or standard. If a limit59/67 la vorticidad. Las expresiones para cálculo de la capacidad de la tubería para presión externa (colapso hidrostático y propagación de pandeo). La revisión del espesor de tensión y flexión. Tolerancia de corrosión. Datos y parámetros metaoceánicos. Factores de diseño para el cálculo de estabilidad hidrodinámica. Factor por temperatura. lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINA EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 state design approach is not used, the maximum hoop stress due to fluid pressure shall be determined in accordance with Equation (4): where σD is the design strength, which is the lesser of SMYS or the specified minimum tensile strength (SMTS) divided by 1,15 for grades above L555. A permissible strain criterion may be applied for the construction of pipelines to determine the allowable bending and straightening associated with reeling, J-tube pull-ups, installation of a bending shoe riser and similar construction methods. 6.4.2.3 Buckling The following buckling modes shall be considered: local buckling due to external pressure, axial tension or compression, bending and torsion, or a combination of these loads; buckle propagation; restrained buckling due to axial compressive forces induced by high operating temperatures and pressures. 6.4.2.4 Fatigue Fatigue analyses shall be performed on pipeline sections and components that can be subject to fatigue from cyclic loads in order to demonstrate that initiation of cracking does not occur; or define requirements for inspection for fatigue 60/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINA EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 6.4.2.5 Ovality Ovality, or out-of-roundness, O, expressed as a percentage, is defined as given in Equation (6): 6.5 Stability Pipelines shall be designed to prevent horizontal and vertical movement, or shall be designed with sufficient flexibility to allow predicted movements within the strength criteria of this International Standard. Factors which should be considered in the stability design include hydrodynamic and wind loads; axial compressive forces at pipeline bends and lateral forces at branch connections; lateral deflection due to axial compression loads in the pipelines; exposure due to general erosion or local scour; geotechnical conditions including soil instability due to, for example, seismic activity, slope failures, frost heave, thaw settlement and groundwater level; construction method, including bundled or piggybacked lines; trenching and/or backfilling techniques. 8.1.1.16 Cruce submarino con ductos. En caso de presentarse limitaciones para bajar la línea existente, se puede realizar el cruce con radio de curvatura o mediante el diseño de una pieza puente formada por codos y tramos 6.9 Crossings and encroachments 6.9.1 Consultations with authorities The pipeline design loads, including frequency, construction methods and requirements for the protection of crossings, shall be established in consultation with the appropriate authorities. 61/67 La ISO 13623 describe de manera general cruces con instalaciones terrestres. lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINA EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición rectos, de tal manera que exista la separación mínima de 0.3048 m (12 in) entre las dos líneas. En el caso de pieza puente, se deben colocar colchacretos o matrices de concreto para que se apoyen ambos codos (inicio y término de la pieza puente), así como entre las dos líneas y arriba de la pieza puente, de tal manera que el fluido que se transporta no provoque levantamientos de la misma. Se debe realizar un análisis hidráulico detallado para definir el efecto que tendrá ésta en el comportamiento del fluido. Los codos utilizados en la pieza puente deben ser mínimo de 3 diámetros de radio de tal manera que se permita el paso del diablo instrumentado. Para el caso de radio de curvatura, la configuración final de la línea, debe ser tal que el radio mínimo, bajo ninguna circunstancia genere esfuerzos mayores a un 18% del esfuerzo de cedencia mínimo especificado. Además, se debe revisar que no exceda el esfuerzo combinado permisible. Cruce submarino con ductos existentes En el diseño de un cruce, la separación vertical mínima, de paño a paño considerando el lastre de concreto, entre ductos debe ser de 0.3048 m (12 in). Se deben colocar colchacretos o matrices de concreto, que garanticen la separación entre ellos. De preferencia, previo análisis de factibilidad, se debe aumentar el nivel de enterrado del ducto existente, de tal manera que se cumpla con la separación mínima entre paño y paño, y cumplir con el requerimiento de 0.3048 m (12 in). Entre las dos líneas se debe colocar un elemento protector a base de colchacretos o matrices de concreto, para asegurar dicha separación. La configuración final de la línea existente, debe P.2.0722.03:2015 6.9.2 Roads Roads should be classified as major or minor for the application of the hoop-stress design factor. Motorways and trunk roads should be classified as major and all other public roads as minor. Private roads or tracks should be classified as minor even if used by heavy vehicles. The hoop stress design factors in Table 2 and the cover depth requirements in Table 5 should, as a minimum, apply to the road right-of-way boundary or, if this boundary has not been defined, to 10 m from the edge of the hard surface of major roads and 5 m for minor roads. Pipelines running parallel to a road should be routed outside the road right-of-way boundary where practicable. 6.9.3 Railways The hoop stress design factors in Table 2 and the cover depth requirements in Table 5 should, as a minimum, apply to 5 m beyond the railway boundary or, if the boundary has not been defined, to 10 m from the rail. Pipelines running parallel to the railway should be routed outside the railway right-of-way where practicable. The vertical separation between the top of the pipe and the top of the rail should be a minimum of 1,4 m for open-cut crossings and 1,8 m for bored or tunnelled crossings. 6.9.4 Waterways and landfalls Protection requirements for pipeline crossings of canals, shipping channels, rivers, lakes and 62/67 Sin embrago, en el numeral 6.9.5 indica cruces con ductos y cables, no especificando si éste es ducto marino o terrestres y el criterio de diseño de los cruces. La NRF-013-PEMEX considera los criterios de diseño particulares para cruces submarinos en las Regiones Marinas de Pemex. lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINA EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición garantizar un nivel de esfuerzo equivalente no mayor del 90% del SMYS. 8.1.1.16.1 Cruce submarino con ductos y cables. El ángulo entre dos líneas que se cruzan debe ser lo más cercano a 90° y preferentemente no menor a 30°. Cuando sea factible incrementar el nivel de enterramiento de las líneas submarinas existentes (localizadas en zona A) que permita mantener el nivel de enterramiento de la línea de proyecto sin modificación en la zona del cruce, se deberá diseñar la configuración geométrica y perfil de enterramiento de los ductos existentes utilizando radios de curvatura adecuados que no generen esfuerzos mayores al 18% del Esfuerzo de Fluencia Mínimo Especificado del material de la tubería. Además, se debe revisar mediante análisis de flexibilidad, que la configuración geométrica de diseño de la línea existente no exceda el esfuerzo combinado permisible. En caso de presentarse limitaciones para bajar la línea existente en cruces submarinos localizados en la línea regular (zona A), la línea de proyecto deberá modificar su configuración geométrica en la zona del cruce mediante el uso radios de curvatura determinados por diseño que no generen esfuerzos mayores al 18% del Esfuerzo de Fluencia Mínimo Especificado del material de la tubería. Para el caso de Ductos de alta temperatura, el cruce submarino deberá considerar análisis de pandeo vertical. El radio de curvatura para ductos submarinos en P.2.0722.03:2015 landfalls should be designed in consultation with the water and waterways authorities. Crossings of flood defences can require additional design measures for the prevention of flooding and limiting the possible consequences. The potential for pipeline damage by ships' anchors, scour and tidal effects, differential soil settlement or subsidence, and any future works such as dredging, deepening and widening of the river or canal, shall be considered when defining the protection requirements. 6.9.5 Pipeline/cable crossings Physical contact between a new pipeline and existing pipelines and cables shall be avoided. Mattresses or other means of permanent separation should be installed if necessary to prevent contact during the design life of the pipeline. Crossings should occur at as close as practicable to 90°. 6.9.6 Pipeline bridge crossings Pipeline bridges may be considered when buried crossings are not practicable. Pipeline bridges shall be designed in accordance with structural design standards, with sufficient clearance to avoid possible damage from the movement of traffic, and with access for maintenance. Interference between the cathodic protection of the pipeline and the supporting bridge structure shall be considered. Provision shall be made to restrict public access to pipeline bridges. 63/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINA EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 zona de cruces y curvas horizontales se determina mediante la siguiente expresión: R Dónde: R= ExD 2 x fc x SMYS 6.9.7 Sleeved crossings Sleeved crossings should be avoided where possible. NOTE API RP 1102 provides guidance on the design of sleeved crossings. Radio de curvatura, en cm (pulg) E= Módulo de elasticidad del acero, k D= Diámetro nominal de la tubería s Specified Minimum Yield S Especificado de la tubería), en N/m Factor de curvatura ≤ 0.18 SMYS = fc = En los cruces submarinos localizados en la zona de arribos a plataformas (zona B), el diseño del cruce se podrá resolver mediante piezas puente utilizando codos con radios de curvatura mínimo de 3 diámetros de tal manera que se permita el paso del equipos de limpieza e inspección. En cualquier caso, la configuración final del cruce submarino deberá garantizar una separación mínima entre ductos y cables submarinos de 0.30m (12 pulg) medida de paño a paño considerando el lastre de concreto. Para asegurar dicha separación entre las líneas, se deberán colocar elementos prefabricados de concreto entre los ductos que se cruzan. El conformado del acolchonamiento con elementos prefabricados de concreto debe evitar el contacto entre los ductos submarinos Para garantizar la configuración geométrica y 64/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINA EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 estabilidad del cruce submarino así como su acolchonamiento, el diseño deberá considerar los asentamientos instantáneos y por consolidación generados durante las etapas de instalación y operación. Todos los tramos de tubería expuestos que generen claros libres debidos a la configuración del diseño del cruce submarino, deberán ser analizados por vorticidad y estabilidad hidrodinámica utilizando parámetros metaoceánicos correspondiente a una tormenta con periodo de retorno de 10 y 100 años. Así mismo, y en caso de requerirse, se podrá complementar su estabilidad hidrodinámica mediante la instalación de elementos prefabricados de concreto colocados en la parte superior del ducto. Limitaciones submarinos: f) para el diseño de cruces Cruce con Líneas existentes de Alta Temperatura.- Con la finalidad de evitar riesgos de pandeo lateral o vertical en ductos existentes que están operando a alta temperatura, no se permite modificar o alterar su configuración geométrica. g) Cruce con Cables eléctricos.- No se permite modificar o alterar la configuración geométrica de cables eléctricos existentes. h) Ductos existentes en operación.- No se permite modificar la configuración geométrica de ductos submarinos 65/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINA EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 existentes que presenten más de 10 años de operación. 8.1.1.16.2 Cruce submarino con estratos de roca sepultados someros o aflorantes. 8.1.1.16.2.1 Estratos de roca sepultados someros. Cuando el trazo del ducto submarino de proyecto genere cruzamientos con zonas de afloramientos rocosos sepultados someros que se localicen a una profundidad menor de 2.0 m con respecto al lecho marino, el ducto de proyecto no deberá enterrarse en la zona del cruce, debiendo apoyarse únicamente sobre una cama de elementos prefabricados de concreto instalados sobre el lecho marino previo al tendido, posterior al tendido del ducto y en caso de ser necesario se deberán colocar elementos prefabricados de concreto o material de aporte sobre la tubería para garantizar su estabilidad hidrodinámica en el fondo marino. En caso de que la profundidad proyectada para el enterramiento del ducto medida desde el lecho marino al lomo inferior del ducto lastrado y la profundidad de enterramiento del estrato de roca sepultado genere una separación de 2.0 m o mayor, no será necesario instalar elementos prefabricados de concreto entre el ducto submarino y el estrato de roca sepultado. 8.1.1.16.2.2 Estratos de roca aflorantes. Se debe evitar los cruces del ducto submarino con estratos de roca aflorantes, así mismo, en caso de no ser factible, se deberá diseñar el cruce del ducto por la zona de afloramientos rocosos que genere menor riesgo al ducto, en tal caso, el diseño del ducto deberá considerar previo al 66/67 lOMoARcPSD|13463844 DISEÑO DE LÍNEAS SUBMARINA EN EL GOLFO DE MÉXICO Segunda Edición P.2.0722.03:2015 tendido del ducto, la colocación de una cama de material de aporte sobre la zona de estratos a cruzar que permita mantener una separación mínima de 0.30 m (12 pulg) entre la tubería lastrada y el estrato de roca aflorante, posterior al tendido del ducto y en caso de ser necesario se deberá colocar una segunda capa de material de aporte o elementos prefabricados de concreto sobre la tubería para garantizar su estabilidad hidrodinámica. 8.1.1.16.3 Cruce submarino con fallas geológicas. Con la finalidad de salvaguardar la integridad de las instalaciones submarinas de Pemex, se debe evitar la instalación de ductos submarinos sobre fallas geológicas activas o potencialmente activas. En el caso de no existir otra alternativa y el trazo del ducto submarino cruce con fallas geológicas activas o potencialmente activas, se deberá solicitar a PEP el estudio detallado de interpretación de la falla geológica a cruzar que determine las probabilidades de desplazamiento, magnitud, dirección y sentido del movimiento de las placas que conforman la falla geológica durante la vida útil del proyecto. Así mismo y en función del tipo de movimiento diferencial detectado en las fallas geológicas activas o potencialmente activas a cruzar, se deberá considerar en el diseño estructural del cruce submarino, un arreglo suficientemente flexible que permitan a la tubería la disipación de la energía de deformación generada por el movimiento diferencial de las placas que conforman la falla geológica. 67/67