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MEMORIA DE CÁLCULO HIDRÁULICA Tipo de Documento: CS

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17403 MEMORIA DE CÁLCULO HIDRÁULICO PROYECTO 17403 Reubicación del Sistema de Carga en Cisternas Perú – 131

26 de Junio de 2017 REVISADO POR

APROBADO POR

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C.G.

M.M.

STATUS

FECHA

0

AFC

26/Jun/2017

APROBADO PARA CONSTRUCCIÓN

C4

IFC

12/Jun/2017

EMITIDO PARA REVISIÓN DEL CLIENTE

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C.G.

M.M.

C3

IFC

27/Mar/2017

EMITIDO PARA REVISIÓN DEL CLIENTE

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C.G.

M.M.

C2

IFC

15/Mar/2017

EMITIDO PARA REVISIÓN DEL CLIENTE

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C.G.

M.M.

C1

IFC

23/Feb/2017

EMITIDO PARA REVISIÓN DEL CLIENTE

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M.M.

CEPSA PERUANA, SAC

DESCRIPCIÓN

EMITIDO POR

REV

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CONTENIDO 1.

OBJETIVO .............................................................................................................. 3

2.

ALCANCE................................................................................................................ 3

3.

CÓDIGOS Y ESTÁNDARES........................................................................................ 3

4.

DOCUMENTOS A CONSULTAR .................................................................................. 3

5.

Descripción del proyecto .......................................................................................... 4 5.1.

Fluido del Proceso ............................................................................................ 4

5.2.

Perfil del Flowline ............................................................................................. 6

6.

límites de batería .................................................................................................... 8

7.

premisas de diseño ................................................................................................. 8

8.

MÉTODOlogía DE CÁLCULO .................................................................................... 10

9.

cálculos y selección de equipos ............................................................................... 11 9.1.

Bombeo y Sistema de Carga de Cisternas existentes en plataforma LA-1X ............ 11

9.2.

Bombeo en plataforma LA-1X y sistema de carga en nuevo cargadero. ................ 13

10. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES................................................................... 22 11. ANEXOS ................................................................................................................ 22 11.1. Información técnica Tubería Flexible Soluforce:.................................................. 23 11.2. Información técnica tubería flexible ................................................................... 24 11.3. Curva de la bomba P-101/102 .......................................................................... 25 11.4. Hoja de datos referencial bomba P-200-001 A/B ................................................ 26 11.5. Presión de entrada a sistema de carga .............................................................. 28 11.6. Coordenadas (X,Y,Z), longitud y progresiva de la ruta del Flowline. ..................... 29

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1. OBJETIVO Presentar los resultados del cálculo hidráulico realizado para el diseño del Flowline LA-1X (Campo Los Ángeles-Pozo 1X) y Sistema de Cargadero a ser instalados en el Lote 131. Los principales resultados de este reporte son: 

Dimensionamiento de las nuevas Bombas de Transferencia de Crudo. desde los tanques nuevos TR2107/2108.



Evaluar la posibilidad de usar las nuevas bombas transferir el crudo desde los actuales tanques TR2101/2102/2103.



Dimensionamiento del flowline o línea de flujo a ser instalada desde la plataforma LA-1X hacia el nuevo cargadero.

2. ALCANCE El alcance de la presente Memoria de Cálculo Hidráulico contempla presentar de forma general, junto con la descripción del proceso, los criterios de diseño a emplear y el input o información a considerar para llevar a cabo la simulación y cálculos hidráulicos, el esquema del proceso y el análisis de resultados para el diseño del Flowline LA-1X (Campo Los Ángeles-Pozo 1X) y Sistema de Cargadero.

3. CÓDIGOS Y ESTÁNDARES 

API Standard 610, 9th ed. - Centrifugal Pumps for Petroleum, Petrochemical and Natural Gas Industries.



ASME B31.4 Pipeline Transportation Systems for Liquid Hydrocarbons and Other Liquids.



ASME B31.3 Tuberías de Proceso de Refinerías y Plantas Químicas



API RP 1004 Bottom loading and vapor recovery for MC-306 Tank motor vehicles.



D.S. 015-2006-MEM “Reglamento para la protección ambiental en las actividades de hidrocarburos”.



D.S. 032-2004-EM “Reglamento de las actividades de exploración y explotación de hidrocarburos”.



D.S. 043-2007-EM “Reglamento de seguridad para las actividades de hidrocarburos”.



D.S. 081‐2007‐EM “Reglamento de hidrocarburos de transporte de hidrocarburos por ductos”.



ESP-PRO-103 Process Design & Sizing criteria.



PRE-2621 Process Centrifugal Pump-API 610.



PRE-2623 Centrifugal Pump Class II-ISO 5199.

4. DOCUMENTOS A CONSULTAR Fluid Analysis Report – Black Oil. Schlumberger Reservoir Laboratories. Report No: OPB-1460L v4. Rio de Janeiro, RJ, Brasil. 27-Mar-2014. Plano 3D Flowline LA-1X y Sistema de Cargadero PE-131-LA-17403-SPE-PRO-001 Bases y criterios de diseño PE-131-LA-17403-REP-PVV-001 Informe de selección de material de tubería flexible. CEP-LA1-ME-DS-001 Hoja de datos de bombas P-101/102 PE-131-LA-17403-REP-ROT-001 Bombas de Transferencia Existentes (revisión) CEPSA PERUANA, SAC

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5. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO El pozo LA-1X (Campo Los Ángeles-Pozo 1X) perforado y probado con resultados positivos en el 2013, actualmente posee instalaciones temporales que fueron construidas para realizar pruebas extendidas del pozo durante 6-12 meses con inicio en Setiembre del 2014. La concesión del Bloque 131 pertenece a CEPSA y está ubicado entre las regiones de Huánuco, Pasco y Ucayali. Pucallpa es la principal ciudad del área, siendo el centro neurológico logístico de la zona. La carretera Federico Basadre conecta las ciudades de Lima y Pucallpa. LA-1X es el primer pozo exploratorio perforado y probado por CEPSA PERUANA, SAC en diciembre 2013 con resultados positivos. Este pozo fue completado como productor de petróleo y en septiembre 2014 se establecieron unas instalaciones temporales en la misma plataforma del pozo para realizar las pruebas extendidas con una producción media de 2.200 bopd. En abril 2015 se puso en servicio el segundo pozo exploratorio (LA-3X) y en junio 2015 el tercer pozo (LA2CD); ambos fueron puestos en servicio mediante las mismas instalaciones existentes ubicadas en la plataforma LA-1X, para lo cual se construyó una línea de recolección con el fin de poder llevar el fluido desde el pozo LA-3X hasta las instalaciones LA-1X. Actualmente la producción de crudo es transportada por camiones cisterna desde la plataforma LA-1X hasta la ciudad de Pucallpa. Las facilidades de carga de camiones cisternas actualmente están ubicadas en la plataforma LA-1X y existe una trocha de aproximadamente 4.5 km, por donde se los camiones cisterna transportan el crudo hasta la carretera Federico Basadre la cual llega hasta la ciudad de Pucallpa. CEPSA PERUANA, SAC tiene planificado llevar a cabo el tendido de un flowline de aproximadamente 3.5 km que permita el envío del crudo producido en las plataformas LA-1X y LA-3X hasta unas nuevas facilidades de carga de cisternas, la cual estará ubicada próxima a la carretera Federico Basadre. Esto permitirá reducir los costos de mantenimiento de la trocha actual, y también los costos logísticos pues se podrían emplear cisternas de mayor capacidad. El Flowline o línea de flujo será alimentado a través de la descarga de las nuevas Bombas P-200-001 A/B de Transferencia de Crudo, inicialmente dichas bombas succionarán crudo desde los tanques TR2101/2102/2103 hasta que se pongan en servicio los nuevos tanques TR-2107/2108. Las la cual enviará directamente el crudo hacia los puntos de carga de crudo a cisternas, en el nuevo cargadero.

5.1. Fluido del Proceso En el diseño del Flowline LA-1X y Sistema de Cargadero, se maneja como fluido de proceso principal Crudo Liviano, cuya composición y propiedades se muestran a continuación:

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Emitido por: AYESA PERÚ Tabla 1. Composición en % molar del Crudo Liviano LA-1X

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Componente

% molar

Componente

% molar

CO2

0.15

C10

7.21

H2S

0.00

C11

6.00

N2

0.41

C12

4.82

C1

4.52

C13

4.41

C2

0.79

C14

3.71

C3

0.88

C15

3.36

i-C4

0.62

C16

2.66

n-C4

1.57

C17

2.29

i-C5

1.76

C18

2.08

n-C5

2.63

C19

1.84

C6

6.73

C20

1.57

Mcyclo-C5

0.5

C21

1.36

Benzene

0.07

C22

1.23

Cyclo-C6

0.67

C23

1.09

C7

8.11

C24

0.95

Mcyclo-C6

2.3

C25

0.84

Tolueno

0.01

C26

0.74

C8

9.24

C27

0.68

C2-Benceno

0.23

C28

0.59

m&p-Xylene

0.23

C29

0.55

o-Xylene

0.82

C30+

3.08

C9

6.68

TOTAL

99.98

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Fuente: Fluid Analysis Report – Black Oil. Table 5: Composition of Bottomhole Sample SSB 2946-MA, 1865.5-1872.5 m MD (3.01)

Tabla 2. Condiciones de muestreo. Presión Temperatura Profundidad de la muestra

psia °F m MD

2650 195 1827.25

Fuente: Analysis Report – Black Oil. Table 4: Reservoir Conditions of Bottomhole Sample SSB 2946-MA, 1865.5-1872.5 m MD (3.01)

Tabla 3. Propiedades del Crudo Ligero LA-1X. Densidad Viscosidad Compresibilidad del Crudo

g/cm3

0.752

cP

0.92

-6

10 /psia

9.34

Fuente: Analysis Report – Black Oil. Table 6: Fluid Properties at Reservoir Conditions of Bottomhole Sample SSB 2946-MA, 1865.5-1872.5 m MD (3.01)

5.2. Perfil del Flowline Para mayor exactitud a la hora de modelar el Flowline en la Simulación, se obtuvieron las coordenadas X, Y, Z a partir de un archivo CAD en 3D y a partir de ahí la longitud progresiva del mismo. La ruta propuesta parte como inicio en la plataforma LA-1X y termina en el nuevo cargadero. La tabla que contiene la data, se encuentra en el Anexo 1. A continuación, el perfil topográfico de la ruta:

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Figura 1. Perfil del Flowline

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6. LÍMITES DE BATERÍA En la figura 2 se muestra el esquema donde se muestra el esquema del proyecto, mostrando en rojo el alcance del proyecto.

Figura 2. Límites de batería del proyecto

TR-2107/2108

Nuevas Bombas

P-10Sistema de Nuevo carga de cisternas

Sistema de carga de cisternas actual

LEYENDA Existente Futuro (Alcance Ayesa) P-1

TR-2101/2102/2103

Futuro (por otros)

P101/102

De la figura 2 se observa que los límites de batería del proyecto son:    

Brida 6” x150# disponible en la troncal de descarga de las actuales bombas P101/102. Brida 8” x 150#, para interconexión con las futuras bombas de carga. En el nuevo sistema cargadero, el límite de batería serán los adaptadores API 4” para interconexión con los camiones cisterna. Si bien la instalación de las bombas existentes (P-101/102) y de las nuevas bombas no está dentro del alcance del proyecto. Si está dentro del alcance el dimensionamiento y la especificación de las nuevas bombas.

7. PREMISAS DE DISEÑO En la figura 3 se muestra el perfil de los tramos a evaluar, el cual incluye un tramo aéreo en la plataforma LA-1X, un tramo enterrado que corresponde al flowline (Tubería flexible) y finalmente un tramo aéreo en el nuevo cargadero de cisternas.

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Figura 3 Esquema las tuberías evaluadas PLATAFORMA LA-1X L= 97 m f = 6"/ 8" Q = 450 gpm

CARGADERO DE CISTERNAS FLOWLINE L= 15 m f = 3" Q = 150 gpm Dif. Cotas 27.88 m

L= 6 m f = 3" Q = 150 gpm

L= 3417 m f = 6"/8" Q = 450 gpm aprox 3.5 m

En la figura 3 se muestran las principales dimensiones de las tuberías, las diferencias de cotas entre la plataforma LA-1X y del nuevo cargadero de cisternas, así como los diámetros de los tramos y los caudales de crudo. En rojo se muestran las tuberías de material termoplástico. Cabe indicar que, de acuerdo a información del proveedor, la caída de presión en el sistema de carga es de aproximadamente 2.0 bar. 

Las tuberías aéreas, serán de acero al carbono.



Las tuberías enterradas serán de material termoplásticas (flowline).



Capacidad de cada punto de carga: 150 gpm.



Capacidad de las bombas de carga 450 gpm.



Se efectuará el cálculo hidráulico para los siguientes casos: 1. Instalaciones actuales que incluye bombas P-101/102 y puntos de carga de cisternas. 2. Instalaciones futuras para este caso se evaluarán dos alternativas: 

Flowline 6”.



Flowline 8”.



Los camiones cisternas tienen una capacidad de 9 000 galones, en el futuro podrán despacharse cisternas de hasta 12 000 galones.



Para una producción estimada de crudo de 4,000 BPD, el tiempo neto de carga sería de 6.2 horas, si se considera que habrá un 25% de tiempo muerto, para las maniobras de estacionamiento, conexión de aterramiento, verificación de compartimentos (antes y después de la carga), conexión y desconexión de la manguera a la cisterna, etc, el tiempo de operación del sistema de carga de cisternas sería aproximadamente 7.8 horas/día.



El perfil del flowline se muestra en el ítem 5.2 (Diferencia de cotas -27.88 m).

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Emitido por: AYESA PERÚ 

El diámetro nominal de la tubería c.s. en la plataforma LA-1X es de 6”f.



Se está evaluando dos valores de diámetro nominal del flowline 6” y 8” f, el diámetro interno se basa en información de proveedores (ver ítems 11.1 y 11.2).



El diámetro de las tuberías del sistema de despacho es de 3”f, el adaptador API para conexión con los camiones cisterna es de 4”.



El nivel final estimado de crudo en los camiones cisterna es de aproximadamente 3.5 m sobre el nivel de piso del cargadero.



Para el flowline, se está asumiendo un 15% adicional de longitud, para compensar las curvaturas propias del terreno y que tendrá que seguir el flowline.

De acuerdo a la curva la actual bomba P-101/102 el head diferencial es de 102 ft, lo que equivale a 2.34 barg (34 psig), en el ítem 11.3 se adjunta la curva de la bomba. De acuerdo al informe PE-131-LA-17403-REP-ROT-001 el diámetro del impulsor de las bombas debe ser incrementado de 10” a 10.5” para incrementar la presión de descarga a 41 psig, esto para evitar que algunos tramos del flowline estén a una presión inferior a la atmosférica. De acuerdo a información de proveedores el estimado de caída de presión en un sistema de carga de cisternas es de aproximadamente 1.5 a 2.0 bar.

8. MÉTODOLOGÍA DE CÁLCULO Para la presente memoria de cálculo se usa la correlación de Darcy Weisbach mostrada en la fórmula 1. ℎ𝑓 = 𝑓.

𝐿.𝑉 2 𝐷.2.𝑔

….. (1)

Donde: hf

:

Caída de presión (m)

f

:

factor de fricción de Darcy (adimensional)

L

:

Longitud de la tubería (m)

V

:

velocidad del fluido en la tubería (m/s)

D

:

Diámetro de la tubería (m)

g

:

gravedad (m/s2)

Para el cálculo del factor de fricción de Darcy se ha usado la correlación de Beggs & Brill (1972)  



Los valores de rugosidad absoluta para las tuberías involucradas en el proyecto se muestran a continuación:  Acero :

4,6.10-5 m (fuente: Mott, mecánica de fluidos)

 RFP

1,5.10-6 m (fuente: Brochure Soluforce).

:

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Para el cálculo de la potencia de la bomba se usa la siguiente correlación:

P=

𝑄 . 𝜌. 𝑔. ℎ 3,6. 𝜂. 106

Donde: Q

:

Caudal (m3/h)



:

Densidad (kg/m3)

g

:

Gravedad (9.81 m/s2)

h

:

Head diferencial (m)



:

Eficiencia de la bomba (%)

9. CÁLCULOS Y SELECCIÓN DE EQUIPOS 9.1. Bombeo y Sistema de Carga de Cisternas existentes en plataforma LA-1X A continuación, se muestra el estimado de la caída de presión de las actuales bombas P-101/102: SUCCIÓN BOMBAS gpm m3/s

Caudal de bombas Tubería 6" Longitud tubería Longitud equivalente Diámetro interno Altura hidrostática crudo dP fricción Pv Patm NPSH d Velocidad

m m m m m psia m psig m m m/s

450 0.0284 54.90 63.98 0.15 1 -1.00 5 -4.58 14.70 13.44 8.86 1.52

(de acuerdo al simulador de procesos)

Como se observa la el NPSH disponible es de 8.86 m, en la hoja de datos de las bombas P-101/102 no se indica el valor del NPSH requerido, en el anexo 11.3 se muestra la curva de la bomba P-101/102 , donde se muestra que el NPSH requerido es de 3.4 m (11 ft), por otro lado el valor de velocidad es de 1.52 m/s un 26.7% mayor a la velocidad máxima de 1.2 m/s recomendada en la especificación ESP-PRO-103, para tuberías de 3” a 6”f. Durante la visita a campo, se ha observado en campo que la línea de descarga de las bombas tiene tramos de diferentes diámetros:   

Descarga de las bombas 4” f. Troncal de descargas y distribución a puntos de carga 6” f. Líneas de carga a cisternas (incluye filtro, válvulas de bloqueo, medidor de flujo y manguera) 3”f.

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En el extremo de la manguera de despacho existe reducción 4”x3” y conexión API para adaptarse a boquilla 4” de los camiones cisterna. A continuación, se muestra el cálculo de pérdidas de carga para el sistema de carga existentes. DESCARGA DE BOMBAS Tubería 4" Presión descarga

Caudal de bombas Longitud tubería Longitud equivalente Diámetro interno Altura hidrostática crudo dP fricción Velocidad Tramo 6" Longitud tubería Longitud equivalente Diámetro interno dP fricción Velocidad

psig barg

34 2.34

gpm m3/s m m m m m m/s

450 0.0284 18.0 20.7 0.102 1 -2.37 3.46

m m m m m/s

4.00 4.97 0.154 -0.08 1.52

gpm m3/s m m m m m/s bar m m bar barg

150 0.0095 6.00 7.28 0.078 -0.41 1.98 -1.5 -3.5 -26.30 -1.98 0.36

Tramo 3" Caudal de bombas Longitud tubería Longitud equivalente Diámetro interno dP fricción Velocidad dP sistema de carga dP altura cisterna dP Total Presión entrada a cisterna

En el tramo de 3” se asume que el caudal por cada punto de despacho es 150 gpm. Las velocidades en los tramos de tuberías están en el rango 1.5 a 3.5 m/s que están dentro del rango de 1.5 a 4.5 m/s especificados en el ESP-PRO-103. La presión de descarga de la bomba es 2.34 barg, la caída de presión de la descarga de la bomba incluyendo el sistema de despacho (contómetro y filtro) se estima en 1.98 bar, con ello la presión de entrada a la cisterna se estima en 0.36 barg.

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9.2. Bombeo en plataforma LA-1X y sistema de carga en nuevo cargadero. Como parte del desarrollo del Lote 131, se ha previsto la instalación de nuevos tanques (TR-2107/2108) de 10 000 barriles de capacidad nominal c/u, las bombas P-200-001 A/B succionarán de dichos tanques. Las bombas P-200-001A/B deben succionar crudo de los tanques existentes (TR-2101/2102/2103), mientras aún no estén operativos los tanques TR-2107/2108. En la figura 4 se muestra un layout donde se estima que la distancia desde el tanque existente más alejado (TR-2101/2102/2103) sería aproximadamente 259 m, la tubería de succión debería ser de 8” de diàmetro, para cumplir con el criterio de velocidad en la succión de bombas (ESP-PRO-103).

Figura 4. Layout y dimensiones de línea de succión nuevas bombas

En la tabla 4 se muestra el estimado de las pérdidas de carga en la línea de succión, para todos los casos evaluados:

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Tabla 4 Cálculo de caída de presión en succión de bombas

Succión temporal 6" Sch 40 8" Sch 40 450 450 0.028 0.028 35.0 224.0 2 3 2 4 1 2 38.5 246.4 154.1 202.7 246.0 246.0 247.0 247.0 246.1 246.1 0.90 0.90

Desde TR-2107/08 Definitiva 8" Sch 40 450 0.0284 65.0 5 4 2 69.55 202.7 246.00 247.00 246.05 0.90

Desde TR-2101/02/03 Parámetro Caudal de bombas Longitud tubería # codos 90° # Tees Válvula compuerta Longitud equivalente Diámetro interno Cota losa TR-2101/02/03 Cota losa TR-2107/08 Cota losa P-200-001 A/B Nivel crudo TR-2101/02/03 Altura succion bomba P200-001 A/B Altura hidrostática crudo Caída de presión fricción Presión vapor Presión atmosférica Presión succión NPSH d NPSH r Velocidad

Unidades gpm m3/s m -.-.-.m mm msnm msnm msnm m m m psi m psi psia m psig m psig psia m m m m/s

Diámetro tubería de succión 8" Sch 40 6" Sch 40 450 450 0.0284 0.028 259.0 259.0 5 5 4 4 2 2 271.95 271.95 202.7 154.1 246.00 246.00 247.00 247.00 246.05 246.05 0.90 0.90 0.50

0.50

0.50

0.50

0.35 0.374 -1.37 -1.47 5 -4.68 14.70 13.76 -1.09 13.61 12.74 8.1 4.15 0.88

0.35 0.374 -5.42 -5.8 5 -4.68 14.70 13.76 -5.42 9.28 12.74 4.0 4.15 1.52

0.35 0.374

1.35 1.442 -0.35 -0.38 5 -4.68 14.70 13.76 1.06 15.76 12.74 10.1 4.15 0.88

-0.75 -0.82

-1.16 -1.3 5 -4.68 14.70 13.76 -1.72 13.0 12.74 7.52 4.15

1.52

0.88

La tubería de succión de las actuales bombas (P-101/102) es de 6”. Si considera una tubería de 8” en todo el recorrido de la succión de las bombas P-200-001A/B, incluyendo el cabezal de descarga de los tanques existentes (TR-2101/2102/2103) que actualmente es de 6", el NPSH

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disponible sería unos 8.16 m (26.8 ft) contando con suficiente margen respecto del NPSH requerido 4.15 m (13.6 ft). Si la succión se mantiene en los tramos existentes de 6” y se completa la línea de succión con tubería de 8”, el NPSH disponible sería de 7.65m contando con suficiente margen respecto del NPSH requerido (aprox. 4.2 m). Cabe indicar que sólo cuando se instalen los nuevos tanques TR-2107/2108 y con una línea de succión de 8”, el NPSH disponible es de 10.19 m. Considerando la succión desde los tanques existentes (TR-2101/2102/2103) se presentan presiones negativas en la succión de las bombas P-200-001A/B debido a las pérdidas por fricción en las tuberías. Con base a esto, se han estimado los niveles mínimos de crudo que se deben mantener en los tanques que aseguren que la presión de succión en dichas bombas sea positiva. Estos niveles son 2.55, 2.32 y 2.10 m para los tanques TR2103, TR-2102 y TR-2101, respectivamente. Los operadores deberán considerar estos niveles mientras se ponen en servicio los nuevos tanques TR-2107/2108, desde los cuales el bombeo de crudo es controlado por los transmisores de nivel de líquido a instalar en cada tanque. En el anexo 11.6 se muestra la tabla con los cálculos para determinar los niveles mínimos de los tanques para asegurar la presión positiva en la succión de la bomba P-200-001 A/B. Para el sistema futuro de bombeo, hasta el nuevo cargadero de cisternas, se evalúan las siguientes alternativas: 

Flowline de 6” f.



Flowline de 8” fimpulsor de bomba 10”).

Al realizar los cálculos hidráulicos, entre la ubicación actual de las bombas y la ubicación definitiva, se escogió esta última, por ser la más alejada y por ende la que generaría la mayor pérdida de carga. Ambas alternativas sólo se diferencian en el diámetro de la tubería RTP del flowline, el resto de tuberías tanto en la plataforma LA-1X, como en la zona del nuevo cargadero de cisternas son idénticas para ambas alternativas. En la Tabla 5 se muestran los cálculos de las pérdidas de carga para las alternativas evaluadas

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Tabla 5. Cálculo de pérdidas de carga

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Caso Parámetro

Unidades -.barg

0.752 12.10

Flowline 8” (impulsor 10") 0.752 2.34

m3/h (gpm) m3/s

450 0.0284

450 0.0284

msnm

246.3

246.3

m m Pulg mm m/s m

97 106.7 8 Sch 40 202.7 0.88 -1.71

97 106.7 8 Sch 40 202.7 0.88 -1.71

m m Pulg mm m/s m

3514 4041 6 125 2.31 -144.7

3514 4041 8 202.7 0.880 -14.12

m3/h (gpm) m3/s msnm m m m/s

150.0 0.0095 218.4 25 45.0 1.98

150.0 0.0095 218.4 25 45.0 1.98

m

-2.49

-2.49

m

-0.34

-0.34

m bar

-149.3 -11.22

-18.7 -1.40

m

27.9

27.9

bar m

2.10 -3.5

2.10 -3.5

bar

-0.26

-0.26

bar

-9.39

0.43

bar

3.0

3.0

sp-gr Crudo Presión descarga bomba PLATAFORMA LA-1X Caudal Cota plataforma LA-1X Longitud tubería (c.s.) L. equivalente (c.s.) Diámetro Nominal Diámetro interno Velocidad crudo Caída de presión fricción FLOWLINE Longitud tubería (RTP) L. equivalente (RTP) Diámetro Nominal Diámetro interno Velocidad crudo Caída de presión fricción CARGADERO CISTERNAS Caudal (por punto de carga) Cota plataforma LA-1X Longitud tubería (C.S) L. equivalente (C.S.) Velocidad crudo Caída de presión fricción (C.S) Caída de presión fricción (manguera) PÉRDIDAS DE CARGA Caída de presión fricción Diferencia de presión hidrostática (LA-1X / Cargadero) Diferencia de presión Hidrostática (Nivel de cisterna) Caída de presión total (tuberías) P. entrada a Sistema de carga

De la tabla 5 se puede observar lo siguiente:

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Flowline 6”

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Para el caso de uso de empleo de un flowline de 6” la caída de presión por fricción de la tubería RTP es de 149.3 m versus 18.7 m para el flowline de 8”. La presión de descarga de la bomba (12.2 barg ó 177 psig), para el caso del flowline 6”, ha sido fijada para que la presión de entrada a las cisternas sea similar a la estimada para el caso de flowline de 8” (impulsor 10”). De acuerdo a recomendación de un proveedor del sistema de carga, la presión de entrada al sistema de despacho deberá ser de aproximadamente 3 barg (ver anexo 11.5). La velocidad de crudo en el flowline de 6” es de 2,3 m/s, la cual está dentro del rango de velocidad recomendado en el ESP-PRO-103 “Process Design & Sizing criteria -Gen” (1,5 a 4,5 m/s) para líneas en la descarga de bombas. No existe un criterio específico para líneas de transferencia. Para el flowline de 8”, la velocidad del crudo es de 0.877 m/s (2.88 ft/s), la cual es ligeramente inferior a la velocidad recomendada de 3 ft/s, valor aceptado en la industria para líneas de transferencia de hidrocarburos que pudiesen contener sólidos y/o agua en suspensión, para evitar la precipitación y/o acumulación de sólidos y/o agua en los puntos bajos del flowline. Cabe indicar que dicha velocidad recomendada es para sistemas donde el flujo es continuo. El resto de tramos de tuberías presentan velocidades dentro del rango recomendado (1,5 a 4,5 m/s). En el gráfico 1 se muestra el perfil de presiones fue construido estimando las pérdidas de carga, para cada uno de los tramos del flowline, para los casos de ductos de 6” y 8. La presión de descarga de la bomba para el caso del flowline de 8” corresponde a la presión de descarga de la actual P-101/102 (34 psig), en el gráfico 1 se muestra los perfiles de cotas y presiones en el flowline para este escenario. Gráfico 1 Perfiles de cotas y presión Flowline 8” (impulsor 10”)

6.0

290

5.0

270

4.0

250

3.0

230

Flowline 8"

2.0

210

1.0

Cotas (msnm)

Presión (Barg)

Perfiles niveles y presión caso Flowline 8" (impulsor 10")

190

0.0

170

0 -1.0

500

1000

1500

2000

2500

3000

4000 150

Progresiva Flowline (m) Presión (barg)

3500

H

Como se observa en la figura 1 se muestra que existe un tramo donde existen presiones negativas donde, de acuerdo a la simulación, se generan vapores tal como se muestra en la figura 5.

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Figura 5 Perfiles de cotas y presión Flowline 8” (impulsor 10”)

Para evitar la formación de vapores en el flowline de 8” se debería incrementar la presión de descarga de la bomba, ello se lograría incrementa el diámetro de su impulsor a al menos 10-½”, con ello la presión de descarga se incrementaría a 41 psig. Los perfiles de presiones y cotas para el flowline de 6” y el de 8” (impulsor 10-½”) se muestran en el gráfico 2, todas las presiones son positivas y no se produciría vaporización del crudo. Gráfico 2 Perfiles de cotas y presión Flowline 8” (impulsor 10”)

Perfiles niveles y presión caso Flowlines 6" y 8" (impulsor 10-½") 14.0 12.0

Presión (Barg)

10.0

Flowline 6"

8.0 6.0

Flowline 8"

4.0 2.0 0.0

0

500

1000

1500

2000

2500

Progresiva Flowline (m) Presión (barg)

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Presión (barg)

3000

3500

4000

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En la tabla 6 se muestran los resultados del cálculo de pérdida de cargas para el caso del tendido del flowline de 8” con un impulsor de 10-½”. Tabla 6. Cálculo de pérdidas de carga Parámetro sp-gr Crudo Presión descarga bomba PLATAFORMA LA-1X Caudal Cota plataforma LA-1X Longitud tubería (c.s.) L. equivalente (c.s.) Diámetro Nominal Diámetro interno Velocidad crudo Caída de presión fricción FLOWLINE Longitud tubería (RTP) L. equivalente (RTP) Diámetro Nominal Diámetro interno Velocidad crudo Caída de presión fricción CARGADERO CISTERNAS Caudal (por punto de carga) Cota plataforma LA-1X Longitud tubería (C.S) L. equivalente (C.S.) Velocidad crudo Caída de presión fricción (C.S) Caída de presión fricción (manguera) PÉRDIDAS DE CARGA Caída de presión fricción Diferencia de presión hidrostática (LA-1X / Cargadero) Diferencia de presión Hidrostática (Nivel de cisterna) Caída de presión total (tuberías) P. entrada a Sistema de carga

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-.barg

Caso Flowline 8” (impulsor 10-½") 0.752 2.82

m3/h (gpm) m3/s

450 0.0284

msnm

246.3

m m Pulg mm m/s m

97 106.7 8 Sch 40 0.20 0.88 -1.71

m m Pulg mm m/s m

3514 4041.1 8 202.7 0.877 -14.12

m3/h (gpm) m3/s msnm m m m/s

150 0.0095 218.4 25 45.0 1.98

m

-2.49

m

-0.34

m bar

-18.7 -1.40

m

27.9

bar m

2.10 -3.5

bar

-0.26

bar

0.43

bar

3.5

Unidades

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Emitido por: AYESA PERÚ CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBAS

El cálculo de las potencias de las bombas para ambos casos se muestra en la tabla 7: Tabla 7 cálculo de la potencia de las bombas Caso Parámetro

Unidades

Caudal Densidad Head bomba Eficiencia bomba Potencia Bomba

m3/h kg/m3 m % HP kW

Flowline 6”

Flowline 8” impulsor 10"

Flowline 8” impulsor 10-½"

102.2 752 165 62% 98.8 73.7

102.2 752 31.1 70% 16.6 12.4

102.2 752 37.5 70% 20.0 14.9

La eficiencia de la bomba, está basada a información técnica de un proveedor de bombas (ver ítem 11.4). Tanto el head como la potencia de la bomba requerida para el caso de instalación de un flowline de 6” es mucho mayor al de las bombas existentes, se requerirán nuevas bombas si se selecciona la alternativa de instalación del flowline de 6”f. CÁLCULO DE TIEMPO DE RECUPERO DE INVERSIÓN En el documento 131-LA-17403-SPE-PVV-001 se estimó el CAPEX del tendido de flowlines de 6” y 8”, además con el modelo del generador eléctrico Cummins modelo C135 D6 4 y un estimado del costo de instalación de nuevas bombas (estimación preliminar por AYESA), requeridas para el flowline de 6”, se ha estimado período de recupero de la inversión (método simple payout). Diferencia Eficiencia generador Consumo energía Tiempo servicio bomba Consumo Energía Consumo Diesel Consumo diesel Costo diesel Poder calorifico

65.0 US$/Bbl 18,500.00 BTU/lb 5.51 MMBTU/bbl

CAPEX flowline 6" (1) CAPEX nueva bomba (2) Total CAPEX FL 6"

1,028,359 US$ 152,000 US$ 1,180,359 US$

CAPEX flowline 8" (1) Difer. CAPEX

1,328,509 US$ 148,150 US$

Diferencial consumo EE Simple payout (1) Ver 131-LA-17403-REP-PVV-001 (2) 2 nuevas bombas, incluye instalación

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58.81 kWh 0.31 189.70 kWh 0.65 MMBTU/h 8.0 Horas/día 1,864.16 MMBTU/año 338.32 Bbl/año 21,990.8 US$/año

21,991 US$ 6.74 años

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Como se observa el período de recupero de la inversión por el ahorro en consumo energético es de aproximadamente 6.7 años (simple payout). Cabe recalcar que para el caso del flowline de 8”, no se ha previsto un costo por nuevas bombas, porque se podría usar las bombas existentes (P-101/102) y se podrían reubicar cerca a los nuevos tanques (TR2107/2108) una a una sin necesidad de parar la carga de cisternas por el sistema actual. En el caso se decida la compra de nuevas bombas (con las características de las actuales P-101/102) la diferencia del CAPEX entre ambas alternativas se incrementaría y el tiempo de recuperación de la inversión se incrementaría.

10. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 

Las actuales bombas P-101/102 de carga a cisternas, podrían transferir el crudo al nuevo cargadero si se usa un flowline de 8” y se incrementa el diámetro de su impulsor de 10” a al menos 10.5”, esto para evitar presiones negativas en el interior del ducto lo que ocasionaría formación de vapores.



En caso se defina instalar un flowline de 6” se requerirá bombas nuevas con un head y potencias mayores al de las actuales bombas P-101/102.



Las nuevas bombas en su ubicación definitiva, cerca de los nuevos tanques, podrían succionar crudo de los tanques existentes (TR-2101/2102/2103), sólo en los casos que toda la tubería de succión fuese de 8” o que se mantenga un tramo de tubería de 6” (39 m) y un tramo nuevo de 8” (224 m), ya que para ambos casos el NPSH disponible (8.1 y 7.6 m respectivamente) son mayores que el NPSH requerido (4.15 m) mostrado en curva preliminar de la bomba P-200-001 A/B (ver en el anexo 11.5).



Si toda la tubería de succión de las bombas P-200-001 A/B fuese de 6”, se requeriría instalarlas en un pit con una profundidad de al menos 1 m por debajo de la losa de los tanques TR-2101/2102/2103.



Se recomienda que la línea de succión de la bomba P-200-001 A/B mantenga el tramo de 6” desde los nuevos tanques y se complete con tubería de 8”, con ello se asegura que el NPSH disponible sea mayor al NPSH requerido, por ello no se necesita que las bombas se instalen en una cota menor que los tanques TR-2101/02/03.



Como el cargadero de cisternas sólo trabajaría en horas del día, durante la noche se decantará el agua y sedimentos en los puntos bajos del flowline, sea cual fuere el diámetro del flowline.



El consumo de potencia es un 79.8% menor para el caso de un flowline de 8”, esto significa un ahorro estimado de aproximadamente 22 000 US$/año.



El CAPEX de la implementación de un flowline de 8” es aproximadamente 148 150 US$ mayor al CAPEX del flowline de 6”.



El menor consumo potencia, pagaría la diferencia de CAPEX (Flowline 8” vs. Flowline 6”) en aproximadamente 6.7 años (método payout simple) o más.



Como el flowline de 8” requiere una mayor inversión (comparado con el CAPEX del flowline de 6”), e la velocidad del fluido estaría por debajo de los valores recomendados (que podría originar acumulación de agua en puntos bajos) no se recomienda el uso de un flowline de 8”, se recomienda seleccionar la alternativa de implementar un flowline de 6”.

11. ANEXOS

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11.1.

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Información técnica Tubería Flexible Soluforce:

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11.2.

Información técnica tubería flexible

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11.3.

Curva de la bomba P-101/102

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11.4.

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Hoja de datos referencial bomba P-200-001 A/B

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11.5.

Presión de entrada a sistema de carga

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11.6.

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Tabla de cálculo de niveles mínimos de los tanques.

Desde TR-2107/08 Definitiva

Desde TR-2101/02/03 Parámetro

Unidades

Caudal de bombas Longitud tubería # codos 90° # Tees Válvula compuerta Longitud equivalente Diámetro interno Cota losa TR-2101/02/03 Cota losa TR-2107/08 Cota losa P-200-001 A/B Nivel crudo TR-2101/02/03 Altura succion bomba P200-001 A/B Altura hidrostática crudo dP fricción Pvapor Patm Presión succión NPSH d NPSH r Velocidad

11.7.

gpm m3/s m -.-.-.m mm msnm msnm msnm m m m psi m psi psia m psig m psig psia m m m m/s

TR-2103 6" Sch 40 8" Sch 40 450 450 0.028 0.028 35.0 224.0 2 3 2 4 1 2 38.5 246.4 154.1 202.7 246.0 246.0 247.0 247.0 246.1 246.1 2.55 2.55

Succión temporal TR-2102 6" Sch 40 8" Sch 40 450 450 0.028 0.028 25.0 224.0 2 3 2 4 1 2 27.5 246.4 154.1 202.7 246.0 246.0 247.0 247.0 246.1 246.1 2.32 2.32

TR-2101 6" Sch 40 8" Sch 40 450 450 0.028 0.028 15.0 224.0 2 3 2 4 1 2 16.5 246.4 154.1 202.7 246.0 246.0 247.0 247.0 246.1 246.1 2.10 2.10

8" Sch 40 450 0.0284 65.0 5 4 2 69.55 202.7 246.00 247.00 246.05 0.90

0.50

0.50

0.50

0.50

2 2.136

1.77 1.890

1.55 1.655

1.35 1.442 -0.35 -0.38 5 -4.68 14.70 13.76 1.06 15.76 12.74 10.1 4.15 0.88

-0.75 -0.82

-1.16 -1.3

-0.54 -0.59

5 -4.68 14.70 13.76 0.05 14.7 12.74 9.17 4.15 1.52

-1.16 -1.3

-0.32 -0.35

5 -4.68 14.70 13.76 0.04 14.7 12.74 9.16 4.15 0.88

1.52

-1.16 -1.3 5 -4.68 14.70 13.76 0.03 14.7 12.74 9.15 4.15

0.88

1.52

0.88

Coordenadas (X,Y,Z), longitud y progresiva de la ruta del Flowline.

Tabla 4. Coordenadas (X,Y,Z), longitud y progresiva. Punto

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Y

X

Z

Longitud (m)

Progresiva (m)

1

492378.71 9013498.16 246.30

-

0

2

492378.64 9013517.69 247.11

19.54

19.54

3

492378.78 9013518.12 247.14

0.45

19.99

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4

492379.16 9013518.67 247.18

0.67

20.66

5

492379.77 9013519.23 247.24

0.83

21.50

6

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MEMORIA DE CÁLCULO HIDRÁULICA Tipo de Documento: CS

Disciplina: PRO

Fecha:

26/Jun/2017

Página 31 de 42

Emitido por: AYESA PERÚ

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Número de Documento 131-LA-17403-CS-PRO-001 Revisión: 0 Status: AFC

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MEMORIA DE CÁLCULO HIDRÁULICA Tipo de Documento: CS

Disciplina: PRO

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26/Jun/2017

Página 32 de 42

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CEPSA PERUANA, SAC

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Página 33 de 42

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Disciplina: PRO

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26/Jun/2017

Página 34 de 42

Emitido por: AYESA PERÚ 156

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26/Jun/2017

Página 35 de 42

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CEPSA PERUANA, SAC

MEMORIA DE CÁLCULO HIDRÁULICA Tipo de Documento: CS

Disciplina: PRO

Número de Documento 131-LA-17403-CS-PRO-001 Revisión: 0 Status: AFC Fecha:

26/Jun/2017

Página 38 de 42

Emitido por: AYESA PERÚ 308

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CEPSA PERUANA, SAC

MEMORIA DE CÁLCULO HIDRÁULICA Tipo de Documento: CS

Disciplina: PRO

Número de Documento 131-LA-17403-CS-PRO-001 Revisión: 0 Status: AFC Fecha:

26/Jun/2017

Página 39 de 42

Emitido por: AYESA PERÚ 346

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CEPSA PERUANA, SAC

MEMORIA DE CÁLCULO HIDRÁULICA Tipo de Documento: CS

Disciplina: PRO

Número de Documento 131-LA-17403-CS-PRO-001 Revisión: 0 Status: AFC Fecha:

26/Jun/2017

Página 40 de 42

Emitido por: AYESA PERÚ 384

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CEPSA PERUANA, SAC

MEMORIA DE CÁLCULO HIDRÁULICA Tipo de Documento: CS

Disciplina: PRO

Número de Documento 131-LA-17403-CS-PRO-001 Revisión: 0 Status: AFC Fecha:

26/Jun/2017

Página 41 de 42

Emitido por: AYESA PERÚ 422

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3.40

3410.55

CEPSA PERUANA, SAC

MEMORIA DE CÁLCULO HIDRÁULICA Tipo de Documento: CS

Disciplina: PRO

Número de Documento 131-LA-17403-CS-PRO-001 Revisión: 0 Status: AFC Fecha:

26/Jun/2017

Página 42 de 42

Emitido por: AYESA PERÚ 460

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CEPSA PERUANA, SAC