Modelamiento y análisis de esfuerzo de la línea 30’’ P5009-FCAA en Enap region del Bío Bío.

Abstract

El objetivo de este trabajo es crear un modelo detallado y realizar un análisis de esfuerzos en la línea de tubería 30" P5009-FCAA utilizando el software CAESAR II. La elaboración de este modelo detallado servirá para realizar modificaciones de forma interna tanto en la línea de tubería como en la estructura de soporte. Esta capacidad de realizar ajustes contribuirá significativamente a mejorar el proyecto en caso de que ENAP determine la necesidad de introducir ciertas modificaciones durante la etapa de ejecución en el terreno. Para lograrlo, se inició con una revisión completa del proceso de cracking catalítico, abordando tanto los aspectos fundamentales como los elementos que conforman el sistema de tubería. Luego, se procedió a modelar la futura configuración de la tubería utilizando el software CAESAR II, incorporando todas las modificaciones propuestas por la empresa de ingeniería asociada al proyecto. Esto se llevó a cabo para realizar una comparación entre los resultados obtenidos y los proporcionados por la entidad. Ambos análisis emplearon los mismos escenarios de carga y condiciones límite, con el propósito de entender las diferencias identificadas. Se observó una convergencia en los resultados entre ambos estudios, reforzando la confiabilidad de la herramienta de análisis. No obstante, diferencias en el enfoque sísmico causaron discrepancias en ciertos casos, indicando la importancia de considerar enfoques adecuados en análisis de carga sísmica. Uno de los hallazgos dentro de la comparación fue que la empresa de ingeniería subestimó la temperatura del regenerador, lo que contribuye a tener resultados inexactos debido a la expansión térmica que experimentan los equipos conectados a la tubería, esta temperatura se considera en el estudio posterior. Luego, se creó el modelo actual de la tubería y se utilizó el modelo con la configuración futura mencionada anteriormente para realizar una comparación entre los dos modelos, donde se incorporó la temperatura real de diseño del regenerador. En la configuración actual, el caso 3 presentó los mayores esfuerzos, aunque dentro del rango elástico del material, con un margen de seguridad con respecto al esfuerzo de fluencia. Se destaca que la planta ha estado operativa sin incidentes durante 56 años, lo que evidencia la fiabilidad de la configuración actual. Al realizar una comparación con la configuración futura, se observó que los esfuerzos máximos se mantuvieron similares o incluso disminuyeron en algunos puntos. La verificación en terreno demostró que no existen interferencias en términos de desplazamientos entre las tuberías y equipos cercanos, validando el diseño propuesto. Respecto a la integridad de las boquillas, se ha recurrido al boletín WRC-107 para confirmar que los esfuerzos máximos de la configuración futura no superan los presentes en la configuración actual. En última instancia, se ha constatado que las bridas de la válvula de aislamiento operan dentro de los límites admisibles, asegurando su correcto desempeño en el sistema. En conjunto, estos hallazgos respaldan la factibilidad de incorporar la válvula en la nueva configuración y ratifican la continuidad de la seguridad del sistema de tuberías.

The objective of this work is to create a detailed model and perform a stress analysis on the 30" P5009-FCAA pipeline using the CAESAR II software. The development of this detailed model will serve to make internal modifications to both the pipeline and the support structure. This capability to make adjustments will significantly contribute to improving the project in case ENAP determines the need for certain modifications during the field execution stage. To achieve this, the process of catalytic cracking was thoroughly reviewed, addressing both fundamental aspects and the elements comprising the pipeline system. Subsequently, the future pipeline configuration was modeled using the CAESAR II software, incorporating all the modifications proposed by the engineering company associated with the project. This was done to compare the results obtained with those provided by the entity. Both analyses utilized the same loading scenarios and boundary conditions, with the purpose of understanding the identified differences. There was a convergence in the results between both studies, reinforcing the reliability of the analysis tools. However, differences in the seismic approach caused discrepancies in certain cases, highlighting the importance of considering appropriate approaches in seismic load analysis. One of the findings within the comparison was that the engineering company underestimated the regenerator's temperature, which contributes to inaccurate results due to the thermal expansion experienced by the equipment connected to the pipeline. This temperature is considered in the subsequent study. Next, the current pipeline model was created, and the model with the aforementioned future configuration was used to compare the two models, incorporating the actual regenerator design temperature. In the current configuration, Case 3 exhibited the highest stresses, though still within the material's elastic range, with a safety margin with respect to yield stress. It's worth noting that the plant has operated without incidents for 56 years, demonstrating the reliability of the current configuration. When comparing with the future configuration, it was observed that the maximum stresses remained similar or even decreased at certain points. Field verification demonstrated that there are no interference issues in terms of displacements between nearby pipes and equipment, validating the proposed design. Regarding the integrity of the nozzles, the WRC-107 bulletin has been referenced to confirm that the maximum stresses of the future configuration do not exceed those present in the current configuration. Ultimately, it has been verified that the isolation valve flanges operate within permissible limits, ensuring their proper performance in the system. Collectively, these findings support the feasibility of incorporating the valve in the new configuration and reaffirm the continued safety of the pipeline system.