curso de tuberías para plantas de proceso - 0112 plot plan & layouts

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CURSO DE TUBERIAS PARA

PLANTAS DE PROCESO. (Químico, Petroquímico o Farmacéutico).

0112

DESCRIPCIÓN DE LOS PLANOS PARA LA

IMPLANTACIÓN DE EQUIPOS Y TUBERÍAS.

CURSO DE DISEÑO DE TUBERÍAS PARA PLANTAS DE PROCESO (2.005).

DESCRIPCIÓN DE LOS PLANOS DE IMPLANTACIÓN DE EQUIPOS Y DE TUBERÍAS.

Patrocinado por; COMFIA & FUNDACIÓN MADRID FORMACIÓN Y EMPLEO. Pº del Prado, nº 24, 5ºA; 28014 Madrid; 913-697-294, fax 914-203-074; E-mail [email protected].

Dirigido por Jesús Escobar García 639-155-420; [email protected]

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Índice de la unidad: 01 GENERALIDADES SOBRE LOS “PLOT PLANS”.

02 PLANO DE LA PLANTA.

03 PLANO DE IMPLANTACIÓN ("PLOT-PLAN").

03.1 Situación de intercambiadores.

03.2 Situación de condensadores.

03.3 Situación de rehervidores.

03.4 Situación de torres (o columnas).

03.5 Situación de bombas.

03.6 Situación de hornos.

03.7 Situación de casetas de control.

04 SUBDIVISIÓN DE ÁREAS.

05 GENERALIDADES SOBRE LOS “LAYOUTS”.

06 ESTUDIO Y DISPOSICIÓN DE TUBERÍAS ("LAYOUTS").

07 OTROS ELEMENTOS A CONSIDERAR DURANTE EL DISEÑO.

08 PLANOS DE OTROS DEPARTAMENTOS.





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03 GENERALIDADES SOBRE LOS PLANOS DE IMPLANTACIÓN.

Uno de los elementos de información necesario para el trazado de los planos de tuberías, o "piping

design", surge de las manos de un equipo de personal muy experto y especializado, cada uno

involucrado en un conocimiento parcial del tipo de planta a diseñar; que indicara la disposición general

de equipos y del resto de las instalaciones, así como de los edificios, estructuras, "racks", diques,

cubetos, etc., lo que se reflejara sobre el plano de implantación de equipos o "plot plan", basándose

en lo siguiente:

Æ Que los gastos de montaje sean bajos.

Æ Que los gastos de conservación sean mínimos.

Para ello se procurara colocar los equipos cerca del suelo, o sobre el mismo, con lo que se reducen

los costes de estructuras, y se facilita el mantenimiento.

02 PLANO DE LA PLANTA.

Es en realidad un gran “plot-plan” que contempla la planta en su conjunto y en el que se refleja la

posición de las diferentes unidades y de forma simplificada los principales equipos de la de la planta y

sus coordenadas, que fijaran el Cliente o el departamento de ingeniería.





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Figura 01; Ejemplo de “plot-plan” simplificado de la distribución de la planta.





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Figura 02; Ejemplo de plano de implantación de unidad, o “Plot-plan” de unidad.

03 PLANO DE IMPLANTACIÓN ("PLOT-PLAN").

Es aquél en el cual se hace referencia a todos los equipos de la unidad y se les acotará mediante

coordenadas, que el Cliente o el departamento de ingeniería fijaran de acuerdo a la situación y

amplitud del terreno donde se vaya a construir la planta, un ejemplo de este plano se ve en la pagina

anterior.

Este dibujo es muy importante para el departamento de "piping" y es del que se partirá para comenzar

el diseño; el jefe de grupo conservará una copia ("Master copy"), en la que se incluirán todos los

comentarios habidos durante el desarrollo del trabajo; como información complementaria, se indica en

los epígrafes siguientes, los criterios más comunes para la implantación de alguno de los equipos más

representativos, si bien dicha implantación no forma parte de las labores de un delineante de

isométricas, pero conviene que conozca dichos criterios.

03.1 Situación de intercambiadores.

Cuando los fluidos que intercambien calor, son impulsados por bombas ó en general, cuando

existe suficiente presión al comienzo de las conducciones, para impulsar los gases ó líquidos a

través de un intercambiador, este puede situarse al nivel del suelo; cuando es preciso colocar

varios intercambiadores, unos sobre otros, solo pueden superponer dos intercambiadores, si el

Ø > 300 mm., y solo para Ø <300 mm., pueden colocarse tres intercambiadores superpuestos;

esto se debe a que de no seguirse

esta regla el mantenimiento del

intercambiador más elevado y el

acceso a las válvulas de entrada,

salida, y aislamiento será muy difícil.





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Figura 03; Ejemplo de montaje de Intercambiadores superpuestos.

Los líquidos que se solidifican a la temperatura ambiente, aunque son líquidos a la temperatura

de proceso, en caso de fallo o parada de

una bomba, pueden quedar sometidos a

temperaturas bajas y producirse la

coagulación; en este caso será conveniente

colocar el intercambiador en un lugar

elevado, de forma que cuando cese de

trabajar la bomba que impulse liquido de

posible solidificación, este pueda fluir por

gravedad a un recipiente calorifugado.

Figura 04; Ejemplo de montaje de intercam-biadores elevados

03.2 Situación de condensadores.

Deben colocarse normalmente por encima del recipiente colector, o columna, de esta forma el

condensado y los gases residuales pueden

fluir libremente; solo cuando existe

suficiente presión, si no hay gas sin

condensar y previa aprobación de la

Sección de Proceso, puede colocarse el

condensador a poca altura.

Figura 05; Ejemplo de montaje de condensadores elevados.





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Cuando el condensador ha de situarse elevado, generalmente se precisa una construcción de

acero o de hormigón; los condensadores muy pequeños pueden colocarse directamente sobre

el recipiente.

03.3 Situación de rehervidores.

Es consecuencia de un acuerdo o consulta entre

la sección de Procesos y la de "Piping", para

determinar la posición del rehervidor,

especialmente en cuanto a su elevación con

respecto al fondo de la torre, que va adjunta el

rehervidor, lo que condicionara una posible

estructura.

Figura 06; Esquema de montaje de rehervidores, o “reboilrs”.

Figura 07; Sección típica de un rehervidor, o “reboiler”.





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Los rehervidores verticales tienen la ventaja de una mayor sencillez en el diseño y en el montaje

de las tuberías, ofrecen poca perdida de presión y sobre todo ocupan poco espacio; su

principal desventaja es la dificultad de conexión de tuberías con la carcasa del rehervidor por la

diferencia de dilatación entre tuberías y carcasa.

03.4 Situación de torres (o columnas).

La posición de montaje de una torre puede estar determinada por un rehervidor, como hemos

visto anteriormente ó bien por una bomba; como en el fondo de una torre, suele haber liquido

hirviendo, es por lo que es preciso mantener una altura determinada de columna de liquido por

encima del eje de la bomba, el llamado "NPSH", con objeto de evitar la formación de burbujas

de gas, en la tubería de aspiración de la bomba, esa distancia depende del tipo y cantidad de

liquido bombeado y de las características de la bomba. Su dimensión se determine

conjuntamente por los departamentos de Proceso y Mecánico; para ganar altura a veces se

coloca una bomba de tipo vertical, situada en un pozo al nivel del suelo.





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Figura 08; Planta típica de situación de torres en un “plot-plan”.

En la implantación de torres hay que dejar siempre un lado de esta, accesible desde el camino o

carretera de acceso; en principio, este acceso se utilizara para el montaje de la torre, y después

servirá durante las reparaciones, para poder quitar las tapas de agujeros de hombre, las

válvulas, etc.

03.5 Situación de bombas.

Las bombas se situaran prácticamente a ras de suelo, sobre cimentaciones individuales de unos

300 mm. de altura, la distancia alrededor de las bombas, debe ser tal, que quede un espacio

libre entre válvulas >750 mm., solo en el caso de bombas muy pequeñas, estas podrán

montarse sobre un bloque común.

Un lado de las bombas deberá dejarse libre para el paso de la grúa que se utilice para el

mantenimiento; se procurara alinear el "centerline" de las impulsiones.

Figura 09; Alzados de posiciones típicas de una bomba.





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03.6 Situación de hornos.

Como se puede apreciar en la Figura 08 (plot-plan); los hornos se agruparan en un área o

frente común, a fin de concentrar los servicios de alimentación, el trabajo de los operarios y

poder elevar los gases mediante una chimenea única. La elección de la zona de hornos, se hará

de modo que el resto de la instalación no reciba el calor llevado por los vientos dominantes y

que este situada en el lado opuesto a la sala de control.

La distancia que se observara entre la superficie del horno y los aparatos más cercanos será de

unos 15 m. como mínimo, salvo que el cliente exija distancias mayores; dentro de este limite de

15 m., se pueden situar aquellos aparatos que se consideran estrictamente relacionados con el

horno, como los reactores de instalaciones de "Reforming", cambiadores de alta presión de los

mismos, recipientes de "decoking", etc.

La zona de los hornos deberá ser pavimentada por lo menos hasta una distancia de unos 2 m.

alrededor de las paredes del horno; la pavimentación será diferenciada de las colindante, por

medio de bordillos de 15 cm. de altura, a fin de que retengan eventuales perdidas de

combustible; además, los pozos de drenaje de dicha área deberán ser siempre sifonados.

Uno de los lados menores de los hornos de catedral deberá estar siempre libre para extraer los

serpentines internos; la distancia que se dejara libre de aparatos y estructuras, deberá ser,

partiendo desde la superficie de las paredes, tan larga como el serpentín interno, más 1,50 m.

03.7 Situación de casetas de control.

Para estas casetas de control, como se refleja en la precitada figura 08 (plot-plan); se ha de

prever una zona de seguridad de 15 m.

Si por carecer de espacio es imposible disponer de esta distancia, estos edificios deberán estar

sometidos a presión, superior a la atmosférica, a cuyo efecto se instalaran soplantes





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(ventiladores), cuya toma de aire ha de situarse a 15 m. del equipo mas próximo a fin de que el

aire aspirado sea puro.

04 SUBDIVISIÓN DE ÁREAS.

Este plano es una copia del de implantación ("Plot-Plan"), en la cual se reflejaran las diferentes áreas

en las que se ha dividido la unidad, se tendrá el cuidado de no partir una zona en la que existan

equipos cuyo funcionamiento esté ligado directamente a cada una de las áreas en que se

descomponga la unidad se le dará un nº, y se indicará dicho nº sobre la subárea en el plano.

05 GENERALIDADES SOBRE LOS “LAYOUTS” .

Como se indica en el titulo del curso, no es su objetivo el proceso de realización de los "layouts"; o

planos de tubería en planta, pero como son los planos, en los que se apoya el diseñador de

isométricas, es conveniente que este conozca su proceso de elaboración (de forma simplificada), por

ello en esta Unidad, se reflejan los pasos que se suelen seguir para su realización.

Antes de iniciar el “layout” se recopilara toda la información disponible, la cual será chequeada antes

de empezar el diseño, confirmando que se dispone de los siguientes documentos:

Æ Diagramas (P&IDs).

Æ Plano general de la planta.

Æ "Plot-plan" de cada unidad.

Æ Planos y especificaciones de los equipos.

Æ Especificaciones de diseño y de materiales.





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06 DISPOSICIÓN DE TUBERÍAS("PIPING").

Con los documentos ya descritos, el proyectista de tuberías esta en condiciones de iniciar el diseño

gráfico; su primera misión será trazar un "routing" o "layout", que viene a ser un replanteo basto de los

haces de tuberías que corren en las direcciones principales de la planta, uniendo las diversas áreas de

proceso y/o almacenamientos; a partir de aquí se irán desarrollando, sin detalle aun, pero

considerando al menos todos los equipos importantes, cada una de las zonas en que se tenga dividida

la planta.

A partir del diseño inicial ya citado, se ira desarrollando, el trazado, sin detalle aun, pero considerando

los principales puntos de apoyo de la línea y planteando la posición de los instrumentos necesarios, al

menos aquéllos que necesitan ser inspeccionados periódicamente.

Para el diseño final se requerirán inevitablemente:

Æ Los planos chequeados de todos los equipos.

Æ La posición y tipo de todos los instrumentos.

Se deben tener presente en el diseño de tuberías o "piping design", al menos, estos puntos básicos:

1 Los requerimientos del proceso.

2 La economía o el principio del menor costo.

3 La accesibilidad durante la operación.

4 Las facilidades para el mantenimiento.

5 La eliminación de tensiones en las tuberías.

6 Evitar la transmisión de esfuerzos y vibraciones a los equipos.

Como complemento de lo anterior, y salvo que por alguna razón especial de proceso, se requiera la

solución simple, de unir directamente un equipo con otro, como indica el diagrama, lo que no es

habitual; debemos observar dos reglas básicas, máxime teniendo en cuenta, que en una planta

industrial hay cientos de líneas, razón por la cual debe existir un orden, que evite la confusión, y a eso

se refieren las reglas que describiremos a continuación:

Æ Determinar unas direcciones preferentes: Norte-Sur, Este-Oeste, etc.





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Æ Fijar las diversas elevaciones básicas para las tuberías de una misma dirección, para que los giros a

90 º se realicen siempre junto con un cambio de elevación, de modo que las tuberías de una

dirección tengan un nivel y las de dirección perpendicular estén a un nivel distinto.

De este modo, Los cambios de dirección, consecuentemente, se harán normalmente, con cambio de

elevación y al mismo tiempo un giro, en general a 90º, con lo que obtenemos un aspecto cuadriculado,

pero armónico dentro de lo que cabe.

Resulta una buena practica, para conseguir huecos de paso en torno a los equipos, disponer las

tuberías elevadas, y agrupadas para construir soportes comunes, lo que resulta más económico.

Otra regla que se debe tener en cuenta, para todos los elementos que deban ser accionados,

controlados, o en general visitados para cualquier operación, y que requieren una accesibilidad fácil y

rápida, como válvulas, instrumentos de control o medida y dispositivos de seguridad; es la de

emplazarlos a nivel del suelo, junto a una plataforma, o próximos a una escalera.

No debe olvidarse, que no solo en las emergencias, sino de una forma periódica, muchos equipos

requieren ser abiertos o desmontados para un mantenimiento preventivo, dentro de estos se

encuentran:

Æ Los cambiadores de calor y condensadores; que precisan de un espacio para extraer sus tubos.

Æ Las torres y columnas; que necesitan espacio para sacar sus bandejas.

Æ Las bombas; que requieren zonas despejadas para desmontar los motores o tal vez las carcasas.

Todo esto es previsible, y debe considerarse en el diseño; incluso puede ser necesario prever

monocarriles u otros aparatos de elevación que faciliten el entretenimiento de la planta.

Por otro lado, no debe olvidarse, que en estas instalaciones es fácil que se produzcan vibraciones, ya

que se trata de sistemas conectados a equipos con movimiento.

Cuando esas vibraciones puedan ser peligrosas por fatigas o resonancias, deberán eliminarse mediante

el uso adecuado de soportes o macizos de inercia, o bien aislando el sistema a partir de elementos

flexibles y adecuando el trazado de la tubería a esa situación; a veces será preciso resolver los





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problemas de vibración, mediante soportación directamente en obra, con la maquina en movimiento,

debido a que la teoría requiere a veces, confirmación practica.

Finalmente, hay un aspecto que debe tenerse muy presente, como es el del "stress" o tensiones, que en las

tuberías aparecerán inevitablemente, y que pueden ser producidas por:

Æ Las presiones internas o externas.

Æ Las tensiones residuales derivadas de la fabricación y montaje.

Æ Las dilataciones o contracciones, por temperatura, en el fluido, o en la atmósfera exterior.

Estas tensiones son consecuencia de esfuerzos restringidos, y que en algunos casos, en parte soportan

los equipos a los que están conectados las tuberías; por ello los fabricantes, de acuerdo con su diseño,

limitan los valores máximos que sus equipos pueden absorber tanto en fuerzas como en momentos;

estos suelen ser valores orientativos (generalmente más bajos) de lo que realmente podrían soportar;

no obstante, el proyectista debe considerar los valores facilitados por el fabricante del equipo, como

no superables a la hora de hacer su trabajo.

En estos planos es donde los proyectistas de tuberías después de minuciosos estudios y

comprobaciones, dejan reflejada la disposición de las mismas.

Los citados planos suelen presentar tal nivel de definición, que el delineante de isométricas tiene

prácticamente toda la información, de modo que con dichos planos y los diferentes "standards" no

suele ser necesario recurrir a más documentos, ni es precisa una mayor información. Es decir, que con

el “layout” debe bastar para diseñar la isométrica y poder contabilizar el material representado en la

misma.

En dichos “layouts” debemos encontrar siempre la necesaria información para dibujar las isométricas,

con las dimensiones suficientes pero no duplicadas, junto con los siguientes datos:

Æ Coordenadas de situación de equipos;

Æ El sello con el nº y nombre del plano, nombre de la Planta, escala, revisiones, etc.





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Æ Los equipos y columnas con su numeración y coordenadas.

Æ Las líneas con su numeración, sentido de flujo elevación, etc.

Æ Los soportes para las tuberías (esta información no siempre esta disponible al principio).

Æ La línea de continuación de planos llamada "match line" ⇔ "battery limit" ⇔ limite de batería y/o

de límites del plano (coordenadas).

Æ Las notas aclaratorias con referencia de dibujos, etc.

Æ Las coordenadas de situación de equipos y columnas, junto con la flecha del norte.

Æ Las plataformas y estructuras con su elevación; etc.

Algunas veces la complejidad de las tuberías representadas en una determinada zona obliga a realizar,

alzados o vistas aclaratorias.

En estos planos (y en general), cuando una serie de tuberías van paralelas y apoyadas a un mismo

nivel, es decir, pueden compartir un mismo soporte, se dice que forman una bandeja de tuberías o

“pipe rack”; cuando estas tuberías en paralelo, van a escasos centímetros del suelo y apoyadas en

travesaños metálicos o de hormigón, forman un "pipe track", y en el caso de estar sobre "durmientes"

hormigón, toman el nombre de “pipe way”.

En la realización de estos planos se presta especial atención a los siguientes puntos:

Æ Los comentarios de otras secciones o departementos.

Æ Las interferencias con estructuras, equipos, tuberías, bandejas eléctricas e instrumentación.

Æ El tamaño y especificación de tuberías y accesorios.

Æ La conexión de líneas de servicio y estaciones.

Æ La línea de antorcha indicando la dirección del flujo.

Æ Los puntos de venteo de alta y baja presión,

Æ Que las descargas a la atmósfera de las válvulas de seguridad, están orientadas a lugares seguros, y

a 3,0 m. sobre la plataforma.

Æ Los drenajes para pruebas hidráulicas y/o para partes bajas de líneas de vapor.

Æ La correcta instalación de las válvulas.

Æ Los soportes, "racks" de tuberías y "pipe-ways".

Æ Las aberturas en las estructuras (obra civil).





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Æ Los puntos de conexión de la instrumentación (conexiones típicas).





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Figura 10; Ejemplo de plano de implantación de equipos o “plot-plan”.





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Figura 11; Ejemplo de montaje de tuberías (layout) en el área indicada en “plot-plan” precedente.

07 OTROS ELEMENTOS QUE CONDICIONAN EL DISEÑO.

Como complemento de lo ya indicado, a la hora de disponer las tuberías en los “layouts” se deberán

tener en cuenta los siguientes aspectos, a la hora de diseñar y trazar, el recorrido de cada una de las

líneas.

1 Cualquier parte de una línea que este cerca de:

â Otra línea.

â Un equipo.

â Una estructuras de acero o de hormigón.

â Instalación de protecciones contra incendios.

2 Las posibles interferencias, con:

â Accesorios que requieren espacio libre.

â Drenajes de condensados u otros efluentes, venteos, etc.





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â Válvulas, bridas, equipos, etc...

3 Las líneas que pasan por zonas, tales como:

â Forjados o plantas, paredes, plataformas, etc...

â Pasillos de evacuación y/o vías de escape.

â Salida de emergencia.

â Carreteras de acceso principales.

â Vías de comunicación interior (camiones y/o vagonetas).

â Las situadas por debajo de los "racks" de tuberías.

â Lugares habilitados para el mantenimiento de equipos.

â Accesos a instalaciones, equipos, plataformas, o escaleras.

â Escaleras de gato.

â Espacios reservados para operación de grúas y/o elevadores.

4 Las líneas que pasan por zonas reservadas para realizar operaciones de mantenimiento, como:

â Espacios de extracción de filtros.

â Espacios de extracción de válvulas.

â Bocas de registro, o "man hole".

â Espacios de extracción de conductos de los hornos y calentadores.

â Compuertas de control de los hornos y calentadores.

â Compuertas de explosión de los hornos.

â Espacios de extracción de los intercambiadores.

â Lugares reservados para extracción de bañeras (depósitos, fosas, etc...)

â Espacios de extracción de pistones de los compresores.

â Espacios de extracción de cuerpos de las bombas.

5 Los accesos que bordean:

â Los equipos, depósitos, etc...

â Los volantes de las válvulas de accionamiento manual.

â Bocas, figuras en 8, instrumentación, etc..





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â Válvulas de seguridad, y/o de control.

â Áreas que estén debajo de venteos o drenajes.

â Lugares reservados para la extracción de los instrumentos tales como; termómetros,

caudalímetros, etc.

â Lugares reservados p/ descarga de catalizador de reactores.

â Duchas de seguridad y/o limpia ojos.

â Los equipos de seguridad contra-incendios, etc.

08 PLANOS DE OTROS DEPARTAMENTOS.

Como se ha indicado, cada sección, o departamento, dentro de la misma Compañía, emitirá una serie

de planos específicos, los cuales serán distribuidos al resto de los departamentos para “comentar”, al

mismo tiempo, cada sección emitirá una copia de estos planos para el ingeniero de proyecto, que a su

vez los comentará igualmente.

Los departamentos que habitualmente emiten copias de planos para comentarios y aprobación, que

son de interés para el trazado del “layout”, en una ingeniería suelen ser (no en orden de importancia),

los siguientes:

1 Obra Civil.

2 Eléctrico.

3 Instrumentos.

4 "Stress".

5 Recipientes o "Vessels" .

6 Hornos.

7 Mecánico.

Como ya se ha indicado, cuando a la vista de los planos recibidos de otros departamentos, se

aprecian discrepancias entre los comentarios emitidos y las soluciones adoptadas, es necesario

convocar reuniones con los responsables de los departamentos afectados por las modificaciones, para





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la propuesta de correcciones alternativas, que den respuesta valida a los problemas que no han

resuelto las citadas “soluciones”.

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