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Diseño De Un Recipiente A Presión


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#1 Carlos2401

Carlos2401

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Posted 08 December 2015 - 09:25 PM

Buenas noches con todos,

Actualmente me encuentro buscando la manera de contrarestar el corte de suminstro de gas natural para dos turbinas industriales de 70MW cada una. 

normalmente la empresa que nos suministra el gas natural tiene una valvula de control de presión la cual nos entrega a la presión de 400 psi y a temperatura de 90 F. durante algunos años esta valvula a venido fallando y esto a provocado apagado de las turbinas bruscamente.

 

lo que necesito hacer es diseñar una esfera o salchicha que almacene gas comprimido suficiente para poder apagar las turbinas bajandp carga tal como se deberia hacer. cada turbina consume 17,5MMPCD y el tiempo de apagado dura 25 minutos cada una (tomando como si estuvieran a maxima carga)

 

tengo la curva consumo de gas vs tiempo durante su apagado. integre la curva (area bajo la curva) para obtener el consumo (pies3) necesarios para que se apaguen las turbinas.

mi problema es cual es el procedimiento para diseñar el recipiente necesario para alamacenar este gas a 1300 psi. 



#2 talvi

talvi

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Posted 09 December 2015 - 07:55 AM

Carlos 2401:

Tienes un problema bien serio , o quizás tu información no es correcta en cuanto a la Presión de Almacenamiento .

Esferas y Recipientes horizontales se diseñan con el ASME VIII .

Creo que la Presión de almacenamiento de 1300 PSI es un dato que debes revisar .

Que gas vas a almacenar : LNG , LPG ?

Reordena tus datos en base a estos comentarios para poder ayudarte .

TALVI.



#3 Art Montemayor

Art Montemayor

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Posted 09 December 2015 - 12:15 PM

Carlos:

 

Lo que creo que buscas es una forma de tener gas natural (metano) almacenado en condiciones como para servir de alimentación en reserva para tus turbinas de gas.  ¿E acertado?  Si eso es el problema, entonces no te preocupes por disenar o fabricar tanques para gas natural comprimido.  Haz lo que hice en Lima, Perú 53 anos atrás: compra e importa unos tubos ya diseñados con el propósito de almacenar gas a alta presión.  Esto es lo que comúnmente se hace en la industria de gases comprimidos cuando se trata de almacenar gas en vez de gas licuado.  Almacenar el gas licuado es costoso en capital y operación.  Como veras en los documentos que adjunto, el sistema es simple y directo.  Los tubos son forjados y aguantan has los 200+ bares sin problema.  Todo lo que necesitas es comprimir el gas dentro los cilindros - cosa que requiere un compresorsito con el cual te puedo orientar para conseguir.

 

Creeme, este es el sistema mas practico y común para tener una reserva de gas combustible que respalda una turbina.  Espero que sepas leer el Ingles, porque no tengo el tiempo en estos momentos de traducir los documentos adjuntos.

 

Attached File  Almacenamiento de Gas a alta presión.docx   505.89KB   50 downloads

Attached File  Cylinders_for_high_pressure_gas Storage.pdf   1.07MB   29 downloads



#4 Napo

Napo

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Posted 10 December 2015 - 07:51 AM

Carlos2401,

En primer lugar trataría de solucionar el problema de la válvula de control, pues si esta se cierra bruscamente, que es lo que entiendo, realmente es un problema de paro inmediato de las máquinas.

En una planta que trabajé se tenía doble sistema de alimentación del gas, con válvulas en paralelo, con esto es más improbable que fallen las dos al mismo tiempo, pero es una solución muy particular y debe ser analizada en tu caso.

Yo supongo que por el tamaño de las turbinas que indicas deberían tener otro combustible alterno, pero aun este cambio lleva un “minimo” de tiempo y de ser brusca la caída de flujo de gas, no se puede normalmente realizar el cambio y el equipo para.

Si implementas tú idea, sea con la sugerencia de Don Art, o cualquier otra, por tus consumos de gas (de hecho serían varios cilindros), vas a tener que automatizar (y muy bien) la entrada de gas almacenado y yo creería que no va a ser suficientemente rápido para que las turbinas no se apaguen, lo que sí sé es que el equipo debe tener el sistema de postlubricación disponible para el enfriamiento de caso y evitar daños a la turbina y sus componentes.

Napo.



#5 Art Montemayor

Art Montemayor

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Posted 10 December 2015 - 07:55 PM

Carlos:

 

Toma en cuenta que lo que yo te recomendé es para el caso de tener un inventario de gas comprimido para operar las turbinas cuando haiga una falla en la alimentación de gas o en tu gasoducto.  Como bien indica Napo, no es posible el poder substituir tu alimentación de gas de gasoducto con gas almacenado a presión.  La reacción de las turbinas es demasiado rápida para permitir un cambio de fuentes de alimentación.

 

En la práctica, se requiere un paro de emergencia para las turbinas con un cambio de alimentación subsecuentemente.  No se puede planear en una reacción mecánica (como el cambio de alimentación) que iguale a una reacción electrónica - como es un apagón eléctrico seguido por una alimentación automática de electricidad proveniente de baterías.



#6 Carlos2401

Carlos2401

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Posted 21 December 2015 - 08:38 AM

muchas gracias por sus aportes amigos, realmente me han dejado en claro todas mis dudas. 

primeramente para aclarar. colocar otra valvula en paralelo no es factible ya que esa solución tendría que realizarla la planta que nos entrega el gas. 

lo que realmente necesito es almacenar el gas suficiente para 32 minutos que es lo que toma sacar de linea a las dos turbinas.

no se si me equivoque pero si almaceno gas comprimido a unos 1200 psi, (aproximadamente 3 salchichas en paralelo) con una valvula de control de presión en su descarga. es posible que con un sistema automatizado que me detecte la baja presion en la linea principal, envie una señal al sistema que intento diseñar dando apertura a las valvulas de los recipientes para comenzar el proceso de apagado de las turbinas?



#7 Carlos2401

Carlos2401

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Posted 07 January 2016 - 09:46 PM

 Estimado Art Montemayor,

 

 

quisiera saber mas información sobre este sistema ya que me parece que es la mejor solución. ahora mi inconveniente es la cantidad de recipientes que necesitaria y con que norma podria diseñarlos.

 

como dato tengo el volumen de gas que tendria que almcenar que es 270 millones de pies cubicos



#8 Art Montemayor

Art Montemayor

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Posted 08 January 2016 - 04:58 PM

Carlos:

 

La cantidad de gas natural que por fin identificas es un cantidad que, en mi opinion, no se puede justificar almacenar en forma gaseousa.  Todo lo que tienes que hacer es calcular la cantidad de tubos a presion que se requieren para tal suma de gas.

 

Sin embargo, me mantengo en esperanzas que nos des todos los detalles de tu proyecto para solucionar tu problema.

 

Tengo que borrar los otros "hilos" que has creado sobre el mismo tema.  Vuelvo a repetir:  No toleramos multiples del mismo tema.  A lo contrario se crea una casa de locos.

 

Me extrana que sigas con las mismas preguntas basicas ya te di mis recomendaciones, conjuntamente con documentacion que te permite conseguir informacion sobre los tubos de gas que recomende.

 

Ademas, ya basta con tantas repeticiones de tu tema en nuestros foros.  El presentar copias multiple de el mismo tema - especialmente en varios de nuestros foros - esta terminadamente prohibido.  Por favor, ya para de duplicar el mismo tema en nuestros foros.  De nada te sirve presentar tus inquietudes en castellano en nuestros foros de ingles.  Para ese fin hemos establecido estos dos foros que le presentan servicio a nuestros miembros de habla espanol.  La creacion de multiples "hilos" sobre el mismo tema se convierte en una casa de locos.  Nuestros miembros no sabran a cual hilo responder.  Esto no tiene sentido y solo sirve para confundir a todos.

 

Antes de seguir esta conversacion, por favor dime si eres un estudiante o un ingeniero titulado.  Para estudiantes tenemos el foro de estudiantes.  Tambien explica bien en claro si tu tema se basa en una aplicacion industrial o si es un estudio o problema academico.  Tengo que suponer que si eres ingeniero titulado, ya debes de saber como aplicar el codigo de ASME conjuntamente con sus ecuaciones de diseno.

 

Espero tu respuesta.



#9 talvi

talvi

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Posted 12 January 2016 - 04:46 PM

CARLOS :

Aunque mi participación en este hilo es tardía , quisiera dar con el adjunto que presento a esta nota , algunas sugerencias respecto al tipo de almacenamiento a ser empleado relacionado con el producto a ser almacenado ,  las condiciones operativas del recipiente , la volatilidad y tensión de vapor del producto a almacenarse .

No solucionará el dimensionamiento de tu recipiente pero te da herramientas para escoger el tipo de recipiente que mas se adecua al problema que buscas en solucionar .

TALVI.

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#10 Napo

Napo

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Posted 13 January 2016 - 07:56 AM

Carlos,

 

Permíteme que insista en el tema, me parece que va a ser prácticamente imposible que puedas suplir la deficiencia de gas por medio del almacenamiento del mismo dado el volumen que manejas.

 

Trabajo en una planta donde tenemos 10 turbinas a gas, y si el bloqueo de suministro es brusco, prácticamente no hay posibilidad de sostener en funcionamiento los equipos, lo que tenemos es un ajuste (set), que nos permite ir controlando la caída de presión gradual del gas, nosotros trabajamos a 250 psi y algunas turbina inician su cambio a combustible alterno (diésel) a 230 psi y otras a 210 de esa forma vamos gradualmente compensando la falta de gas; sin embargo, como te indico si la caída es instantánea los equipos salen de servicio y actúan los sistemas de enfriamiento y pos lubricación alimentados por baterías.

 

Pienso que por el volumen de gas que manejas de seguro que tu equipo de generación permite hacer lo que tenemos nosotros; es decir, emplear un combustible alterno, el cual puede ser más caro, pero perder o dejar de producir la energía del caso puede ser peor.

 

Cordialmente,

 

Napo.



#11 talvi

talvi

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Posted 15 January 2016 - 03:24 PM

Carlos :

He querido añadir una pestaña a mi documento en Excel presentado anteriormente  .  La idea es precisar el camino para decidir sobre el tipo de almacenamiento más adecuado a las necesidades del proyecto . Por lo anteriormente expuesto la hoja de cálculo presenta ahora dos pestañas  : 1- Tipos de Recipientes . 2 – Tipos  , Formas , Capacidades .

Me parece que este documento puede ayudar en esa línea a más del criterio propio que tenga cada diseñador  .

Por último sugiero se unifique el hilo que se trata , bien sea en Estudiantes (español) o Profesional industrial (español) tal como lo pedía el Dr. Montemayor a fin de centralizar en un solo sitio este hilo ( y no tengas que hacerle un seguimiento en dos sitios diferentes).

TALVI .

Attached Files



#12 Carlos2401

Carlos2401

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Posted 17 January 2016 - 10:24 AM

señores muchas gracias por sus comentarios y realmente quiero aclarar bien todo este tema:

 

soy ing mecanico y trabajo en un central termolectrica.

 

el problema se centra en el cierre de una valvula de seguridad que se activa en el momento en que la valvula de presión se abre por una variación de presión en la linea dando salida a los quemadores. (en este sistema no se puede hacer nada ya que son factores o eventos que se van de nuestras manos).

 

ahora tengo el consumo que necesito durante 15 minutos que dura el apagado de emergencia de las turbinas el cual es 180 000 pies3. (tuve un error al decirles milones de pies cubicos).

 

bien, ahora necesito un recipiente a presion que almacene esta cantidad de gas (deberia ser mas que uno) que me entregue 375 psi como minimo y que se almacene a 800 psi (a 90°F), ya que esta presión es la que esta antes de la valvula reguladora de presión y de ahi me conectaria para llenar el tanque.

 

tengo un problema en calcular las dimensiones del tanque para que cumpla con lo antes descrito quisiera su ayuda con esto por favor...

una vez que sepa cuantos recipientes necesito y de que dimensiones serán, el diseño si lo domino y se que debo usar la asme VIII D1.

 

de antemano gracias por su tiempo y aportes en este foro.



#13 talvi

talvi

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Posted 19 January 2016 - 03:46 PM

CARLOS :

A las condiciones de almacenamiento del producto 800 PSI / 90 °F cual es su densidad ?

Para diseñar el Recipiente creo poder ayudarte después del día miércoles que me libero de una obligación profesional .

TALVI.



#14 Carlos2401

Carlos2401

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Posted 19 January 2016 - 09:05 PM

Muchas gracias por tu respuesta TALVI, pues las condiciones del producto a almacenar son las siguientes:

gas natural /estado gaseoso)

presion maxima de almacenamiento: 800 psi

volumen a almacenar: 180000 pies3

Temperatura 90F

presion minima de almacenamiento: 375 psi

densidad: asumiendo gas metano CH4 aplicando la formula densidad = (Pm)P/RT= 2,2147 lbm/pies3



#15 talvi

talvi

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Posted 21 January 2016 - 05:59 PM

carlos :

 

El volumen a ser almacenado es importante (180.000 ft3 equivalen a casi 5100 m3) . Debes descartar Salchichas (Recipientes Horizontales con Cabezas bien sea Elípticas , Torisféricas o Hemisféricas) . Tu posibilidad de Almacenamiento a Presión Plena (800 psi) y Temperatura de 90°F ,radica en un Recipiente Esférico (Esfera) . También debes descartar un solo recipiente esférico (yo pensaría en Tres Esferas de 1700 m3 a primera vista . Por último es inpensable el Diseño con el ASME VIII Div. 1 , y hay que intentar una Solución con el ASME VIII Div.2 . Un recipiente de estas características debe ser fabricado por una Empresa altamente especializada y experimentada ; por lo demás el Recipiente debe ser Estampado .

No veo otra solución y ésta que te menciono es costosa .

Acabo hoy de entregar un trabajo (un día mas tarde de lo previsto) y a partir de mañana voy a trabajar en tu tema .

 

Cordialmente.

TALVI.



#16 talvi

talvi

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Posted 25 January 2016 - 06:35 PM

CARLOS :

 

En mi pasado correo recalcaba que usar el ASME VIII Div.1 NO ES RECOMENDABLE  para los GRANDES RECIPIENTES (grandes volúmenes = 180.000 ft3 ≈ 5100 m3 ) SOMETIDOS A ALTAS PRESIONES  , por los grandes espesores obtenidos con la metodología de cálculo indicada en el Código y , también en que los esfuerzos permisibles  (MAXIMUM ALLOWABLE STRESS VALUES FOR FERROUS MATERIALS) señalados en la Tabla 1 del ASME II – D  son desfavorables por el  FS  (Factor de Seguridad) utilizado , lo mismo que el valor de la eficiencia en la junta .

Si por el contrario usas el ASME VIII , Div.2 , la metodología de cálculo y , los esfuerzos permisibles de los aceros (MAXIMUM ALLOWABLE STRESS VALUES Sm FOR FERROUS MATERIALS) señalados en la Tabla 5 A , del ASME II – D te permiten obtener espesores menores . No puedo darte una Copia del Código ASME VIII , pero en mi Hoja de Excel comprimida adjunta a este correo , te indico las fórmulas empleadas .

 

He preparado en la hoja de cálculo adjunta un ejemplo usando los 2 métodos , haciendo un “verificación inicial” de los espesores en el punto superior de la Esfera (Esfera Capacidad Volumétrica 1700 m3) . (Para una Solución con tres esferas) .

Generalmente este tipo de recipientes son estampados , y hay empresas calificadas que son conocidas mundialmente que te garantizarán un trabajo de alta calidad apegado al Código de Diseño y Construcción empleado (Por Ejemplo CHICAGO BRIDGE , u otros que tu conozcas en base a tu experiencia) .

Siendo posible su fabricación desde el punto de vista técnico y económico se debe medir con otras soluciones para ver la relación costo / beneficio respecto a esas otras soluciones.

Te estoy adjuntando tres boletines de CB&I (han dejado de publicarlos) que te pueden ayudar a tomar una decisión respecto a la solución más conveniente :

• BULLETIN NO. 4300 - Hortonsphere Pressure Vessels.

• BULLETIN NO. 8450 - Refrigerated Storage Facilities.

• BULLETIN NO. 8600 - Cryogenic Storage Facilities .

Desconozco en detalle tu proyecto para poder determinar la solución idónea respecto al almacenamiento de tales volúmenes de Gas Natural  (180.000 ft3 ≈ 5100 m3) en base  al requerimiento operativo  de Presión = 800 PSI .

Tanto el Dr. Montemayor como NAPO te han compartido sus experiencias en el problema que has manifestado en tu hilo .

TALVI .

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