PP-XANAB

MEMORIA DE CÁLCULO
"INGENIERÍA, PROCURA Y CONSTRUCCIÓN DE UNIDADES DE
INFRAESTRUCTURA MARINA MULACH-B Y YAXCHE-AI, A INSTALARSE EN
LA SONDA DE CAMPECHE, GOLFO DE MÉXICO"
PROY. No. S/N
ELABORÓ: G.B.C.
FECHA: 13/03/23
REV. No. C
PP-XANAB-201-MC-S-005
HOJA
1
DE
52
CLIENTE:
DIRECCIÓN GENERAL DE PEMEX EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN
SUBDIRECCIÓN DE PROYECTOS DE EXPLOTACIÓN ESTRATÉGICOS
GERENCIA DE SUPERVISIÓN DE PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA ESTRATÉGICA
GERENCIA DE INGENIERÍA DE PROYECTOS DE INFRAESTRUCTURA ESTRATÉGICA
No. Contrato: 640852818
“INGENIERÍA BASICA Y DE DETALLE DE LA PLATAFORMA MARINA XANAB-201 A
INSTALARSE EN LA SONDA DE CAMPECHE, GOLFO DE MÉXICO.”
MEMORIA DE CÁLCULO DE MAYOR RIESGO
C
13/03/23
PARA REVISIÓN Y/O COMENTARIOS
DE PEP.
G.B.C.
R.C.M.G
A.G.S
E.P.H.
H.I.P.R.
B
06/03/23
PARA REVISIÓN
INTERDISCIPLINARIA
G.B.C.
R.C.M.G
N/A
N/A
N/A
A
27/02/23
PARA REVISIÓN INTERNA
G.B.C.
R.C.M.G
N/A
N/A
N/A
REV.
FECHA
ELABORÓ
NOMARNA
REVISÓ
NOMARNA
VALIDÓ
PERMADUCTO
APROBÓ
PERMADUCTO
COORDINÓ
PERMADUCTO
DESCRIPCIÓN
PERMADUCTO S.A. DE C.V., NOMARNA
MEMORIA DE CÁLCULO
PP-XANAB-201-MC-S-005
HOJA
2
DE
52
Rev. C
ÍNDICE
1.0
GENERALIDADES ....................................................................................................... 3
1.1
DEFINICIONES ..........................................................................................................................................3
1.2
CÓDIGOS, NORMAS Y REFERENCIAS ...................................................................................................3
1.3
NORMAS EXTRANJERAS ........................................................................................................................3
1.4
ESPECIFICACIONES DE PEMEX .............................................................................................................3
1.5
CONDICIONES AMBIENTALES................................................................................................................4
1.6
ALCANCES ................................................................................................................................................4
2.0
CRITERIOS Y CONSIDERACIONES DE DISEÑO ...................................................... 4
3.0
DESARROLLO ............................................................................................................. 6
3.1
DIÁMETRO DEL ANILLO PRNCIPAL DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA CONTRA INCENDIO ................6
4.0
ANÁLISIS HIDRÁULICO.............................................................................................. 7
4.1
ANÁLISIS HIDRÁULICO EN HELIPUERTO .............................................................................................7
4.2
ANÁLISIS HIDRÁULICO DEL ESCENARIO DE MAYOR RIESGO (PRESURIZACIÓN MEDIANTE
CONEXIÓN TIPO STORZ ..........................................................................................................................7
4.3
CORRIDA HIDRAULICA (ESCENARIO 1) ................................................................................................8
4.4
CORRIDA HIDRAULICA (ESCENARIO 2) ..............................................................................................16
4.5
CORRIDA HIDRAULICA ESCENARIO DE MAYOR RIESGO ................................................................25
5.0
ANALISIS DE REULTADOS Y CONCLUSIONES......................................................52
5.1
CONCLUSIONES .....................................................................................................................................52
PERMADUCTO S.A. DE C.V., NOMARNA
MEMORIA DE CÁLCULO
PP-XANAB-201-MC-S-005
HOJA
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Rev. C
1.0 GENERALIDADES
El campo Xanab se localiza frente a las costas del Estado de Tabasco en agua territoriales del Golfo de
México. Geológicamente se ubica dentro del área denominada Pilar Reforma-Akal, fue descubierto en
2005 por la perforación del Pozo Xanab 1, en rocas del Cretácico Medio y con la perforación del pozo
delimitador Xanab-1 y la Perforación del pozo de desarrollo Xanab-5 ambos en objetivo K, en noviembre
del 2008 se descubrió el yacimiento JSK con aceite ligero de 32 °API.
Para continuar con la explotación y cumplir con el desarrollo del campo Xanab, se tiene visualizado la
Unidad de Producción Xanab-201 que considera la instalación de la Plataforma de Perforación tipo trípode
y su ducto asociado. La adición de la plataforma Xanab-201 a este campo, se considera como un apoyo a
la estrategia de Pemex Exploración y Producción (PEP) para incrementar su producción de aceite y gas,
contribuyendo a satisfacer de esta manera la demanda de hidrocarburos en la Región Marina Suroeste.
1.1
DEFINICIONES
Boquillas de aspersión - Las boquillas aspersoras son parte complementaria de la sección seca de la red
contra incendio, están diseñadas para hacer que el agua salga a una presión y flujos determinados
dependiendo de las condiciones de diseño.
Válvula de diluvio - Accesorio de control de flujo de agua contra incendio que contiene agua corriente
arriba hasta recibir una señal de apertura que puede ser manual, neumática o eléctrica, debido a la
detección de fuego liberando el agua corriente abajo hacia los sistemas de protección contra incendio
constituidos por boquillas de aspersión.
Densidad de aplicación - La tasa unitaria de aplicación de agua a un área o superficie expresada en
gpm/ft2 (lpm/m2).
Sistema de aspersión - Un sistema de tuberías fijas de accionamiento automático o manual conectado a
un suministro de agua y equipado con agua pulverizada.
1.2
CÓDIGOS, NORMAS Y REFERENCIAS
Los códigos, normas y referencias enumerados formarán parte de la presente memoria de cálculo. Salvo
que se indique lo contrario, se aplicarán las últimas ediciones y revisiones. En caso de que dos o más
referencias contengan requisitos en conflicto, la referencia más rigurosa prevalecerá.
1.3
NORMAS EXTRANJERAS
NFPA 15
API-RP-2030
ISO 13703
1.4
Standard for Water-Spray Fixed Systems for Fire Protection.
Applications of fixed water spray systems for fire protection in the petroleum and
petrochemical industries.
Design and installation of piping systems on offshore production platforms.
ESPECIFICACIONES DE PEMEX
PEMEX-EST-SS-127-P1
ETP-127
Seguridad, Salud, Protección al medio ambiente y Sustentabilidad Contratación - Servicio de ingeniería y construcción de sistemas
contraincendios a base de agua - Instalaciones Fijas Costa Afuera.
Sistemas contra incendio a base de agua de mar en instalaciones fijas
costa afuera.
PERMADUCTO S.A. DE C.V., NOMARNA
PP-XANAB-201-MC-S-005
MEMORIA DE CÁLCULO
1.5
HOJA
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Rev. C
CONDICIONES AMBIENTALES
Las condiciones ambientales de la zona para el desarrollo del proyecto son las siguientes:
Tabla 1. Condiciones ambientales Xanab-201.
PARÁMETRO
Temperatura (°c)
Presión barométrica (mm Hg)
Vientos
Precipitación pluvial (mm/h)
Humedad relativa (%)
Atmósfera
1.6
INDICACIÓN
Promedio mes más caliente:
38.00
Máxima promedio:
33.00
Mínima extrema:
20.00
Promedio anual:
760.0
Predominantes:
Este a Oeste
Reinantes:
SE - NO; NO - SO; N - S
Velocidad máxima:
240 km/h en condiciones de
tormenta
Máxima:
88.00
Diseño:
100.00
Máxima:
100.00
Mínima:
82.70
Ambiente marino, altamente corrosivo
ALCANCES
Determinar los requerimientos de gasto y presión a suministrar por el sistema de bombeo de agua
contraincendio de la plataforma PAE hacia la plataforma de Xanab-201, para protección de los equipos y/o
áreas de proceso.
Determinar el diámetro del anillo principal contra incendio de la plataforma de perforación Xanab-201.
2.0 CRITERIOS Y CONSIDERACIONES DE DISEÑO
Para establecer el arreglo y efectuar el diseño de los sistemas de aspersión contra incendio del equipo a
proteger se tomarán de base los siguientes criterios:
 Consumo de agua: Capacidades de acuerdo a los requerimientos del proyecto nunca menor a 0,001
m3/s (20 gpm) por boquilla.
 La presión mínima disponible debe ser de 60 psi lb/in2 (4.218 kg/cm2) en la boquilla más alejada.
 Para la determinación del diámetro de las tuberías del sistema de aspersión se consideran
velocidades máximas de flujo de 3.65 m/s a 4.57 m/s (12 ft/s a 15 ft/s).
 En ningún caso el diámetro de la tubería del cabezal de distribución de agua debe ser menor a 2” de
diámetro nominal aun cuando por cálculo resulte menor. Así mismo, para la alimentación a boquillas
individuales los diámetros no deben ser menores a 1” Ø de acuerdo con NFPA 15.
 Boquillas con patrón de aspersión cono lleno y ángulo de aspersión amplio: 120°
 Densidad de aplicación para los equipos a proteger como lo indica el extracto de la Tabla 1 Densidad
de aplicación para equipo y protección de estructura, tomada de la API 2030, punto 7.3
 Como buena práctica de diseño se considera un porcentaje de traslape entre las áreas cubiertas por
la descarga de las boquillas aspersores.
PERMADUCTO S.A. DE C.V., NOMARNA
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MEMORIA DE CÁLCULO
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Rev. C
Las bases y criterios de diseño para realizar los análisis hidráulicos de la red de agua contra incendio,
consideran los puntos establecidos en las normas, NFPA 15 en su última edición y API 2030.
Los datos del coeficiente de fricción de Hazen & Williams serán los siguientes de acuerdo al material de la
tubería:
Tabla 2. Coeficiente de Hazen & Williams.
COEFICIENTE DE HAZEN & WILLIAMS
Material de tubería
Factor “C”
Acero al carbón
120
 Para la determinación del diámetro de las tuberías del sistema de aspersión se consideran
velocidades máximas de flujo de 3.65 m/s a 4.57 m/s (12 ft/s a 15 ft/s).
 Rango de presión de operación de 60 psi (4.22 Kg/cm 2) a 125 psi (8.79 Kg/cm 2).
 Para el coeficiente de Hazen-Williams “C” se considera un valor de 120 para acero al carbón.
Tabla 3. Diámetros internos de tubería.
DIÁMETRO INTERNO
DIÁMETRO
NOMINAL
Ced. 80
Ced. 160
Ced. 80
Ced.40
ACERO AL CARBÓN
mm
Ft
1
24.3
0.080
2
49.2
0.162
3
66.6
0.220
4
97.2
0.319
5
122.3
0.401
6
146.4
0.480
7
193.7
0.635
8
247.7
0.812
12
289
0.995
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HOJA
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3.0 DESARROLLO
En la siguiente tabla se muestra el resumen de la demanda de agua requerida por los sistemas de
aspersión que protegen a cada uno de los equipos de proceso de la plataforma Xanab-201.
El detalle del cálculo de cada sistema de aspersión se puede consultar en las memorias de PP-XANAB201-MC-S-002, PP-XANAB-201-MC-S-003 y PP-XANAB-201-MC-S-004.
Tabla 4. Comparativa de gasto requerido por válvula de diluvio.
RESULTADOS DE LOS
ANÁLISIS HIDRÁULICOS
RESULTADOS TEÓRICOS DE MEMORIAS DE CÁLCULO
VÁLVULA
DE
DILUVIO
VD-1/1
VD-1/2
VD-1/3
3.1
ÁREA A
PROTEGER
Área de
Pozos y
PA-1200 y
FA-1250
FA-1000
HL-1500 y
PA-1300
NO.
BOQUILLAS
ARREGLO
FLUJO
TOTAL
REQUERIDO
POR VD
(GPM)
FLUJO DE
MONITORES
(GPM)
FLUJO
TOTAL
REQUERIDO
(GPM)
FLUJO
TOTAL
REQUERIDO
(GPM)
PRESIÓN
REQUERIDA
(PSI)
6
372.958
1000
1372.958
1,461.99
101.76
25
789.371
1000
1789.371
1,813.41
101.76
8
225.603
500
725.603
758.94
84.34
DIÁMETRO DEL ANILLO PRNCIPAL DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA CONTRA INCENDIO
Para determinar el diámetro del anillo de distribución de la red contra incendio, se realiza considerando el
flujo nominal el cual es de 2000 gpm, garantizando así el suministro de agua para el escenario con mayor
demanda:
El diámetro requerido para la línea de suministro de agua contra incendio para el área de: PA-1200 y FA1250 y FA-1000 es de 6” Ø, el cual fue determinado en la memoria de cálculo PP-XANAB-201-MC-S-003,
y cuyos datos se pueden observar en la tabla 1.
Para el cálculo del anillo principal se consideran:
Gasto nominal de 2000 gpm considerando que el área de mayor demanda requiere un flujo de 1813.41
gpm y una velocidad máxima de 4.57 m/s (15 ft/s)
El anillo de distribución de agua contra incendio debe tener la capacidad de soportar el flujo suministrado
por la bomba contra incendio, así como el flujo de mayor demanda requerido por el sistema.
DETERMINACIÓN DEL DIÁMETRO DEL ANILLO PRINCIPAL
Gasto requerido por el área de mayor
demanda
Diámetro del anillo principal
Q mayor demanda
7570.82
lpm
2000
gpm
7.312
pulg.
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MEMORIA DE CÁLCULO
Diámetro de los anillos comercial
HOJA
8.0
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Rev. C
pulg.
De acuerdo con la ETP-127, el diámetro de la tubería que forma el anillo, no debe ser menor de DN 200
(NPS 8) ni mayor de DN 300 (NPS 12), el cual se determina a partir del cálculo del riesgo mayor, por lo
tanto, el diámetro para el anillo contra incendio de la plataforma Xanab-201 será de 8” de diámetro.
4.0 ANÁLISIS HIDRÁULICO
4.1
ANÁLISIS HIDRÁULICO EN HELIPUERTO
Para el desarrollo del análisis hidráulico se considera en el helipuerto se consideran los siguientes
escenarios.
Escenario 1:
El análisis hidráulico del sistema de espuma del helipuerto, se realiza considerando las trayectorias de
tuberías observadas en la figura 1. partiendo desde la alimentación del anillo por medio de la línea donde
se interconectará el paquete de perforación el cual presurizará a la red contra incendio, y de este punto
hasta el punto crítico (punto hidráulicamente más remoto).
Escenario 2:
Se considera la presurización de la red contra incendio por medio de la conexión tipo storz, proveniente
del embarcadero, considerando que cuando el paquete de perforación se retire, en caso de un evento de
fuego se pueda suministrar agua por medio del sistema de bombeo de una embarcación.
4.2
ANÁLISIS HIDRÁULICO DEL ESCENARIO DE MAYOR RIESGO (PRESURIZACIÓN MEDIANTE
CONEXIÓN TIPO STORZ
Para este análisis, se considera el suministro de agua a través de la conexión tipo storz localizada en el
embarcadero cuando se tenga un escenario donde el paquete de perforación se haya retirado y se pueda
suministrar agua por medio del sistema de bombeo de una embarcación. El sistema a evaluar es el
sistema con mayor requerimiento de agua (considerado como el de mayor riesgo). La VD-1/2 presenta el
mayor requerimiento de flujo y protege a los equipos PA-1200 y FA-1250 y FA-1000. Para este escenario
no se considera el apoyo mediante hidrantes monitores esto debido a que al tratarse de una plataforma de
perforación tipo satélite y al no encontrarse en maniobras de perforación no existirá personal a bordo de la
plataforma que pueda operar y accionar los hidrantes monitores.
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4.3
CORRIDA HIDRAULICA (ESCENARIO 1)
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15
Figura 1. Nodos del paquete de perforación a monitores de espuma para helipuerto.
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4.4
CORRIDA HIDRAULICA (ESCENARIO 2)
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24
Figura 2. Nodos de la conexión tipo storz a monitores de espuma para helipuerto.
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4.5
CORRIDA HIDRAULICA ESCENARIO DE MAYOR RIESGO
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Figura 3. Nodos de la conexión tipo storz a la VD-1/2.
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Figura 4. Nodos de VD-1/2 a cabezales de alimentación para los sistemas de aspersión de FA-1000, PA-1200
y FA-1250.
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Figura 5. Nodos del sistema de aspersión de FA-1250.
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Figura 6. Nodos del sistema de aspersión de PA-1200.
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Figura 7. Nodos del sistema de aspersión de FA-1000.
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5.0 ANALISIS DE REULTADOS Y CONCLUSIONES
Tabla 5. Comparativa de resultados.
Q boq.
Q total.
K
P. requerida en salida de VD.
V máx.
P. residual monitor (zona
húmeda del sistema) HM-1/3
P. residual monitor (zona
húmeda del sistema) HM-1/4
M.C.
A.H.
ESCENARIO 1
(BOMBEO DEL
PAQUETE DE
PERFORACION)
30.36 gpm
1789.371gpm
-
30.33 gpm
1813.41 gpm
3.6
101.76 psi
14.91 ft/s
A.H.
ESCENARIO 1
(SUMINISTRO A
TRAVES DE
CONEXIÓN
STORZ)
30.33 gpm
806.28 gpm
3.6
148.43 psi
14.91 ft/s
-
101.83 psi
nota 1
-
101.05 psi
- nota 1
Nota 1: No se considera el apoyo mediante hidrantes monitores ya que al tratarse de una plataforma tipo
satélite y al no encontrarse en maniobras de perforación no existirá personal a bordo para operar los
equipos.
Con base en los resultados obtenidos de los diferentes escenarios considerados, se evaluó la red contra
incendio de la plataforma Xanab-201 considerando la presurización del anillo principal por medio de las
bombas del paquete de perforación, así como el escenario considerando la presurización por medio del
sistema de bombeo de un barco a través de la conexión tipo storz localizada en el embarcadero.
Para las corridas hidráulicas considerando el suministro de agua por medio de la conexión storz, se
tomaron los escenarios más críticos en cuanto a gasto de flujo siendo la VD-1/2 la que requiere un gasto
mayor y como escenario hidráulicamente, más desfavorable se consideraron los monitores de espuma en
helipuerto al estar localizados en el punto hidráulicamente más alejados.
5.1
CONCLUSIONES
Se verificaron y validaron los flujos y diámetros de las válvulas de diluvio obtenidos en la memoria de
cálculo teórica.
El sistema de bombeo contra incendio del Paquete de Perforación que suministre agua contra incendios a
la Plataforma Xanab-201 debe garantizar como mínimo una bomba de 2000 gpm para poder suministrar
1,813.41 gpm demandado por los equipos de proceso PA-1200, FA-1250 y FA-1000 y una presión de
117.69 psi para cumplir con los criterios de presión en los monitores del Helipuerto, siendo estos el punto
hidráulicamente más desfavorable.
La embarcación que suministre agua contra incendios a Xanab-201 en caso de emergencia por fuego,
debe garantizar como mínimo una bomba de 1000 gpm @ 174 psi para poder suministrar 808.66 gpm
para el escenario con mayor demanda de flujo, y una presión de 173.98 psi demandado en el helipuerto,
siendo el punto hidráulicamente más alejado.
La velocidad del agua a manejar en las tuberías principales de la red contra incendio, no rebasa en la
velocidad máxima permitida de 4.57m/s (15 ft/s) para tuberías que manejan agua salada en plataformas
marinas, por lo tanto, es posible decir que se cumple normativamente con este punto.