ores a Fuego Directo Para

No. de Documento: NRF-089-PEMEX-2011 Fecha: 17 de Abril de 2011 PGINA 1 DE 79 COMIT DE NORMALIZACIN DE PETRLEOS MEXICANOS Y ORGANISMOS SUBSIDIARIOS SUBCOMIT TCNICO DE NORMALIZACIN DE PEMEX PETROQUMICA

CALENTADORES A FUEGO DIRECTO PARA PLANTAS DE PROCESO(Esta norma cancela y sustituye a la NRF-089-PEMEX-2004 del19 de Junio de 2004)

Comit de Normalizacin de Petrleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios

CALENTADORES A FUEGO DIRECTO PARA PLANTAS DE PROCESO

No. de Documento NRF-089-PEMEX-2011 REV. 0 PGINA 3 DE 79

CONTENIDO CAPTULO 0. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. INTRODUCCIN. OBJETIVO. ALCANCE. CAMPO DE APLICACIN. ACTUALIZACIN. REFERENCIAS. DEFINICIONES. SIMBOLOS, ACRONIMOS, SIGLAS Y ABREVIATURAS. PGINA 5 5 5 6 6 6 7 13 15 15 15 15 17 18 26 30 30 34 35 36 37 40 40 40

DESARROLLO.8.1 8.2 Generalidades. Consideraciones de diseo 8.2.1 Diseo Termo-hidrulico. 8.2.2 Diseo mecnico. 8.2.3 Serpentn de tubos. 8.2.4 Tubera externa, terminales y cabezales mltiples. 8.2.5 Soportes de tubos. 8.2.6 Refractario. 8.2.7 Acero Estructural. 8.2.8 Plataformas y escaleras. 8.2.9 Chimeneas, ductos y caja de humos. 8.2.10Quemadores. 8.2.11Sopladores de holln. 8.2.12Reguladores de tiro. 8.2.13Ventiladores.




8.2.14Precalentadores de aire. CONTENIDO CAPTULO 8.2.15Compuertas. 8.2.16Conexiones para instrumentos y auxiliares. 8.3 Fabricacin. 8.3.1 Generalidades. 8.4 Inspeccin y Pruebas. 8.4.1 Generalidades. 8.5 8.6 8.7 8.8 Embarque. Partidas suministradas por otros. Informacin requerida con la cotizacin. Informacin requerida durante la fabricacin. 8.8.1 Dibujos de arreglo general. 8.8.2 Diagrama de cargas en cimentacin. 8.8.3 Otros Documentos. 8.8.4 Dibujos y diagramas certificados. 8.8.5 Registro final. 9. RESPONSABILIDADES. 9.1 9.2 9.3 Responsabilidades de Petrleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios. Responsabilidades del proveedor. Garanta del proveedor.

42

PGINA 44 44 45 45 47 47 48 48 48 49 49 50 50 51 51 52 52 53 53 53 53 57 57 57 56

10. CONCORDANCIA CON NORMAS INTERNACIONALES. 11 BIBLIOGRAFIA. 12 ANEXOS. 12.1 Anexo A. Hoja de Datos de Calentadores a Fuego Directo. 12.2 Anexo B. Tipos de calentadores a fuego directo. 12.3 Anexo C. Numeracin UNS de Metales y Aleaciones




0.

INTRODUCCIN.

Los calentadores a fuego directo son equipos requeridos dentro de la industria de Refinacin y Petroqumica para suministrar grandes cantidades de energa a corrientes de proceso contenidas en serpentines tubulares a partir de la combustin de combustibles lquidos y gaseosos, para elevar sus niveles de temperatura y modificar sus caractersticas qumicas y fsicas, para cumplir con las condiciones de proceso. Estos equipos son conocidos tambin como calentadores de proceso u hornos de proceso. El diseo de un calentador a fuego directo requiere de un amplio conocimiento y experiencia que involucran problemas de transferencia de calor, combustin, flujo de fluidos, as como problemas mecnicos y estructurales, por lo que es importante especificar correctamente los calentadores y asegurarse que todos los elementos esenciales se han considerado. En la elaboracin de esta norma de Referencia, participaron: Petrleos Mexicanos. Pemex Exploracin y Produccin. Pemex Gas y Petroqumica Bsica. Pemex Refinacin. Pemex Petroqumica. Participantes externos: Instituto Mexicano del Petrleo. Foster Wheeler Mexicana. Cmara Nacional de la Industria de la Transformacin. Petro-Chem Development Co. Inc./Industrias Therme S.A. de C.V.

1.

OBJETIVO.

Establecer las especificaciones mnimas para la adquisicin, seleccin y diseo de calentadores a fuego directo en instalaciones industriales

2. 2.1. 2.2.

ALCANCE. Esta Norma de Referencia es de aplicacin y observancia obligatoria para Petrleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios en la seleccin y diseo de calentadores a fuego directo. Esta Norma de Referencia establece los requerimientos tcnicos y documentales que se deben de cumplir para la seleccin y diseo de calentadores a fuego directo requeridos para Petrleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios. Esta Norma de Referencia contempla dos opciones del alcance de las actividades para la etapa de diseo nicamente, lo cual se debe definir claramente por Petrleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios. El diseo total de los calentadores: termo-hidrulico, mecnico y estructural. Solamente el diseo mecnico y estructural de los calentadores, ya que cuenta con el diseo termo-hidrulico, el cual se debe proporcionar.

2.3.

a) b)




3.

CAMPO DE APLICACIN.

Esta norma de referencia es de aplicacin general y observancia obligatoria en la adquisicin o arrendamiento de los bienes objeto de la misma, que lleven a cabo los centros de trabajo de Petrleos Mexicanos y organismos Subsidiarios. Por lo que, debe ser incluida en los procedimientos de contratacin: licitacin pblica, invitacin a cuando menos tres personas, o adjudicacin directa, como parte de los requisitos que debe cumplir el proveedor, contratista, o licitante.

4.

ACTUALIZACIN.

Esta Norma de Referencia se debe revisar, y en su caso modificar y actualizar cada 5 aos, o antes, si las sugerencias y recomendaciones de cambio lo ameritan. Las sugerencias para la revisin de esta norma, deben ser enviadas al Subcomit Tcnico de Normalizacin de Pemex Petroqumica, quien deber programar y realizar la actualizacin de acuerdo a la procedencia de las mismas y en su caso, proceder a travs del Comit de Normalizacin de Petrleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios a inscribirla en su programa anual de normalizacin. Las propuestas de cambio deben dirigirse por escrito a: Subcomit Tcnico de Normalizacin de Pemex Petroqumica. Jacarandas No. 100 Nivel B-2. Fracc. Rancho Alegre I C.P. 96558. Coatzacoalcos Ver. Telfono Dir.: 01-921-21-11072

5.

REFERENCIAS. Sistema general de unidades de medida. Eficiencia energtica en aislamientos trmicos industriales. Recipientes sujetos a presin y calderas-Funcionamiento-Condiciones de seguridad. Emisin mxima permisible de contaminantes a la atmsfera en fuentes fijas. Contaminacin Atmosfrica - Fuentes Fijas-Determinacin de flujo de gases en un conducto por medio de tubo de pitot. Calificacin y certificacin de soldadores y soldadura. Sistemas de tubera en plantas industriales Instalacin y pruebas. Clasificacin de reas peligrosas y seleccin de equipo elctrico.

NOM-008-SCFI-2002 NOM-009-ENER-1995 NOM-020-STPS-2002 NOM-085-SEMARNAT-1994 NMX-AA-09-1993-SCFI NRF-020-PEMEX-2005 NRF-035-PEMEX-2005 NRF-036-PEMEX-2003




NRF-053-PEMEX-2006 NRF-137-PEMEX-2006. ISO 7268:1983 Amd 1:1984 ISO 13704:2007/Cor. 1-2008

Sistemas de proteccin anticorrosiva a base de recubrimientos para instalaciones superficiales Diseo de Estructuras de Acero Pipe components -- Definition of nominal pressure (Componentes para tubera Definicin de presin nominal) Industrias del petrleo, petroqumica y gas natural -- Clculo de espesores de tubo para calentadores en refineras de petrleo - Petroleum, petrochemical and natural gas industries -- Calculation of heater-tube thickness in petroleum refineries) Industrias del petrleo, petroqumica y gas natural - Calentadores a fuego directo para servicio general en refinacin - Petroleum, petrochemical and natural gas industries -- Fired heaters for general refinery service) Petroleum and natural gas industries Piping (Industria del petrleo y gas natural Tubera)

ISO 13705:2006

ISO 15649:2001

6.

DEFINICIONES.

Para los fines de esta Norma de Referencia se establecen las siguientes definiciones: 6.1 6.2 Aire primario. Porcin del total del aire de combustin que primeramente se mezcla con el combustible. Aire secundario. Porcin del total del aire de combustin que se suministra para los productos de la combustin y el combustible no quemado despus de la seccin donde el combustible y el aire primario son mezclados. Anclaje para refractario. Dispositivo metlico o refractario para sostener el recubrimiento aislante o refractario en su lugar. Atomizador. Dispositivo usado para reducir un combustible lquido a una neblina fina. La atomizacin se puede producir por vapor, aire o medios mecnicos. Cada de presin del serpentn. Diferencia de la presin de entrada del serpentn y la presin de salida, sin considerar la carga esttica. Caja de cabezales. Compartimiento estructural aislado internamente, separado de la corriente de gases de combustin, el cual se utiliza para cubrir retornos o cabezales de distribucin. El acceso se proporciona por medio de puertas articuladas o paneles removibles. Caja de viento. Cmara que circunda los quemadores y que se utiliza para distribuir el aire a los quemadores y/o reducir el ruido de la combustin. Calentador de tiro balanceado. Utiliza un ventilador de tiro inducido para eliminar los gases de combustin y un ventilador de tiro forzado para suministrar el aire para la combustin.

6.3 6.4 6.5 6.6

6.7 6.8




6.9 6.10

Calentador de tiro forzado. Unidad en la cual el aire para la combustin se suministra por un ventilador u otro medio mecnico. Calentador de tiro inducido. Usa un ventilador para eliminar los gases de combustin y mantener la presin negativa en el calentador para inducir el aire para la combustin sin un ventilador de tiro forzado. Calentador de tiro natural. Unidad en la cual el efecto chimenea induce el aire para la combustin y eliminar los gases de combustin. Calor de absorcin. Calor total absorbido por el serpentn excluyendo cualquier aire de combustin precalentado, expresado en MW. Cara caliente del recubrimiento refractario. Recubrimiento refractario expuesto a las ms altas temperaturas en un recubrimiento multicapas o multicomponentes. Carga trmica. Cantidad de calor que puede absorber el fluido de proceso a su paso por el calentador. Chimenea. Conducto vertical usado para descargar los gases de combustin a la atmsfera. Concreto refractario.- Es un producto constituido por una mezcla de materiales refractarios, de adecuada granulometra, con agregado de un cemento resistente al calor, que asegure el fraguado hidrulico cuando se mezcla con agua, generalmente fragua en el lugar donde se coloca, toma la forma o estructura rgida por la accin qumica. Condiciones de operacin (temperatura, presin, gasto del fluido de proceso, carga trmica, etc.). Condiciones de proceso que estn especificadas en las hojas de datos de calentadores a fuego directo y que indican los parmetros bajo los cuales esta operando normalmente el calentador durante su vida til. Conducto de gases. Seccin del calentador donde los gases de combustin son colectados despus del ltimo serpentn de conveccin para transmitirlo a la chimenea o a los ductos de salida. Corrosin permisible. Espesor de material adicional para permitir prdidas de material durante la vida de diseo de un componente. Creep (Termofluencia). Es la continuacin de la deformacin de un material bajo esfuerzos y temperaura, a lo largo del tiempo. Descoquizado. Proceso que hace posible la eliminacin del carbn adherido a las paredes interiores de los tubos y cabezales del calentador. Deflector de gases. Proyeccin de la superficie refractaria para prevenir que los gases de combustin se desven de los tubos de la seccin de conveccin cuando estn en un arreglo triangular. Densidad de flujo trmico mximo. Relacin mxima de transferencia de calor local en la seccin del serpentn, expresado en kW/m2.

6.11 6.12 6.13 6.14 6.15 6.16

6.17

6.18 6.19 6.20 6.21 6.22 6.23




6.24

Densidad de flujo trmico promedio. Calor absorbido dividido entre la superficie expuesta de calentamiento del serpentn, expresado en kW/m2. La densidad de flujo promedio para un tubo con superficie extendida se debe indicar sobre la base de tubo desnudo indicando la relacin de extensin Ducto. Conducto para aire o gases de combustin. Eficiencia de combustible. Calor absorbido total dividido por el total de calor suministrado derivado solamente de la combustin del combustible (base poder calorfico inferior). Eficiencia trmica. Calor absorbido total dividido por el total de calor suministrado, derivado de la combustin de un combustible (base poder calorfico inferior) ms el calor total sensible del aire, combustible o cualquier medio de atomizacin, expresado como porcentaje. Ensuciamiento permisible. Factor para permitir que una capa de residuo incremente la cada de presin, normalmente una acumulacin de coque y escoria, en la superficie interna de los tubos del serpentn, expresado en milmetros. Este valor se debe utilizar en el clculo de la cada de presin en sucio. Envolvente. Placa metlica usada para cubrir el calentador a fuego directo. Erosin. Reduccin en el espesor de material, debido al ataque mecnico por un fluido. Exceso de aire. Cantidad de aire arriba del requerimiento estequiomtrico para completar la combustin, expresado como un porcentaje. Fibra cermica. Refractario aislante fibroso compuesto primariamente de slica y almina. Gases de combustin. Productos gaseosos de la combustin incluyendo el exceso de aire. Gua de tubo. Accesorio utilizado en los tubos verticales para restringir el movimiento horizontal mientras permite la expansin axial al tubo. Guillotina. Dispositivo de una simple hoja que es usada para aislar equipos o calentadores. Hoja de datos de calentadores a fuego directo. Hojas que contienen la informacin de operacin y diseo de los calentadores a fuego directo. Haydita. Material Vesicular, ligero y productos expandidos similares a cenizas de carbn, que resulta del calentamiento controlado de arcillas adecuadas o rocas arcillosas en un horno rotatorio a temperaturas generalmente entre 1 000C y 1 300C. El trmino es un sinnimo de los trminos " pizarra expandida" y "arcilla expandida". Interconexin salteada. Tubera de interconexin de tubera entre una seccin del serpentn. Liberacin de calor. Total de calor liberado para el combustible especificado, usando el poder calorfico inferior, expresado en MW. Liberacin de calor normal. Calor de absorcin de diseo del calentador dividido por la eficiencia del combustible calculada, expresada en MW. Liberacin de calor volumtrico. Calor liberado dividido por el volumen neto de la seccin de radiacin, excluyendo los serpentines y paredes divisorias, expresada en kW/m3.

6.25 6.26 6.27

6.28

6.29 6.30 6.31 6.32 6.33 6.34 6.35 6.36 6.37

6.38 6.39 6.40 6.41




6.42 6.43 6.44

Lumnita.- Material hecho a base de bauxita y arcilla la cual es ligeramente resistente al los cidos y al calor. Moldeado. Concreto aislante colado o lanzado en el lugar para darle una forma o estructura rgida de refractario. Mortero. Preparacin de un material refractario para recubrir y unir ladrillos refractarios, se definen por la temperatura, composicin y uso, pueden ser hmedos y secos. Multi-componente. Sistema refractario consistente de dos o ms capas de diferentes tipos de refractario, por ejemplo, concreto y fibra cermica. Mltiple. Cabezal para la coleccin y distribucin de un fluido para o de un paso mltiple paralelo de flujo. Operacin normal. Funcionamiento del equipo dentro de las variaciones previstas a las condiciones de operacin, capacidad y eficiencia especificadas en las hojas de datos y documentos posteriores, y garantizado por el vendedor, sin requerir ningn mantenimiento mayor, reparacin o reposicin de partes excepto el mantenimiento propio de dicho funcionamiento. Pared de re-radiacin. Pared vertical de ladrillo refractario, la cual es expuesta al choque de la flama directa en uno o en ambos lados. Pared divisoria. Pared que separa dos zonas adyacentes del calentador. Paso o corriente. Circuito de flujo consistente de uno ms tubos en serie. Prdida de tiro. Cada de presin, incluyendo el efecto de flotacin a travs de los ductos conductores o a travs de los tubos y equipos en sistemas de gases de combustin y aire. Prdidas por radiacin. Prdidas de calor al medio circundante de la envolvente metlica del calentador y los ductos y equipos auxiliares (cuando se utilizan sistemas de recuperacin de calor), expresado en porciento de calor liberado. Piloto. Quemador pequeo para proveer la energa de ignicin para encender el quemador principal. Poder calorfico inferior. Poder calorfico superior menos el calor latente de vaporizacin del agua formada por la combustin del hidrgeno en el combustible, tambin llamado poder calorfico neto, expresado en kJ/Nm3. Poder calorfico superior. Total de calor obtenido de la combustin de un combustible especfico a 288 K (15 C) , expresado en kJ/Nm3. Precalentador de aire. Equipo de transferencia de calor a travs del cual es pasado el aire para la combustin y calentado por un medio de mayor temperatura, tales como los productos de la combustin, vapor, u otro fluido. Precalentador de aire directo. Cambiador de calor el cual transfiere directamente el calor entre los gases de combustin y el aire de combustin. Un precalentador de aire tipo regenerativo usa elementos

6.45 6.46 6.47

6.48 6.49 6.50 6.51 6.52

6.53 6.54

6.55 6.56

6.57




rotatorios calientes y un diseo recuperativo usa tubos estacionarios, placas, o elementos de hierro fundido para separar los dos medios. 6.58 Precalentador de aire tipo indirecto. Dispositivo de transferencia de calor de un fluido al aire. La transferencia de calor se puede realizar por medio de: un fluido trmico, una corriente de proceso o una corriente de servicios auxiliares que ha sido calentada por los gases de combustin o de otra manera. Un precalentador de aire de tubos trmicos utiliza la vaporizacin/condensacin de un fluido para transmitir el calor entre los gases de combustin y el aire. Presin de diseo elstico. Presin mxima a la que estn sujetos los serpentines de los calentadores por cortos perodos de tiempo. Presin de diseo de ruptura. Presin mxima a la que estn sujetos los serpentines de los calentadores durante la operacin normal. Presin mxima permisible de operacin. Presin mxima a la que se puede trabajar un calentador dentro de los lmites de seguridad, debe ser menor a la presin de diseo. Presin nominal (PN).- Designacin numrica, el cual es un nmero conveniente redondeado para propsitos de referencia (ISO 7268). Quemador. Dispositivo que introduce el combustible y el aire a las velocidades, turbulencia y condiciones deseadas para establecer y mantener una ignicin y una combustin apropiada. Recubrimiento de respaldo. Capa refractaria detrs del recubrimiento de cara caliente. Recubrimiento monoltico. Capa de un solo componente. Recubrimiento multi-capas. Capa de varios componentes. Sistema refractario consistente de dos o ms capas del mismo refractario. Regulador de tiro. Dispositivo para introducir una resistencia variable para regular el flujo volumtrico de gases de combustin o aire. Regulador de tiro multihoja. Tipo de regulador de tiro consistente de varias hojas o labes cada una pivoteada alrededor de su centro y conectadas juntas para una operacin simultnea. Regulador de tiro tipo mariposa. Tipo de regulador de tiro consistente en una sola hoja pivoteada alrededor de su centro. Relacin de corrosin. Reduccin en el espesor de material debido al ataque qumico del fluido de proceso o gases de combustin, o ambos, expresado en milmetros por ao. Relacin de extensin. Relacin de la superficie externa total expuesta a la superficie externa del tubo desnudo. Resistencia por ensuciamiento. Factor utilizado para calcular el coeficiente global de transferencia de calor. La resistencia por ensuciamiento interno debe ser utilizada para el clculo de la temperatura de metal mxima del tubo para diseo. La resistencia por ensuciamiento externo es utilizada para compensar las prdidas de comportamiento debido a los depsitos sobre la superficie externa de los tubos o superficie extendida.

6.59 6.60 6.61 6.62 6.63 6.64 6.65 6.66 6.67 6.68 6.69 6.70 6.71 6.72




6.73 6.74 6.75 6.76 6.77 6.78 6.79 6.80 6.81

Retenedor de tubo. Accesorio usado para restringir que los tubos horizontales de radiacin se levanten de los soportes intermedios de tubos durante la operacin. Retorno. Trmino comn para un accesorio de 180 conformado que conecta dos o ms tubos. Retorno tipo tapn. Retorno fabricado de fundicin, provisto con una o ms aberturas con el propsito de inspeccin, limpieza mecnica de los tubos, o drenaje. Seccin de conveccin. Zona del calentador en la cual la transferencia de calor a los tubos primariamente es por conveccin. Seccin de radiacin. Zona del calentador en la cual el calor es transferido a los tubos primariamente por radiacin. Seccin escudo. Parte del serpentn que contiene aquellos tubos que escudan los tubos restantes de la seccin de conveccin de la radiacin directa. Seccin de sobrecalentamiento. Zona del calentador donde se logra la elevacin de la temperatura, arriba de la saturacin, del fluido manejado. Sistema refractario. Envolvente metlica del calentador, ladrillo, refractario y aislamiento, incluyendo el anclaje para refractario. Soplador de holln. Dispositivo para remover el holln u otro depsito de la superficie absorbente de calor en la seccin de conveccin. Donde el vapor es el medio que se usa normalmente para el soplado. Soporte para tubos o espejos de tubos. Cualquier dispositivo para soportar tubos. Superficie extendida. Superficie de transferencia de calor en forma de aletas o pernos, unida a la superficie absorbente de calor. Techo. Parte de la seccin de radiacin plana o inclinada opuesta al piso. Temperatura de cara caliente. Temperatura de la superficie del refractario en contacto con los gases de combustin o aire de combustin calentado. La temperatura de cara caliente es usada para determinar el espesor requerido de refractario o aislamiento y el calor transmitido. La temperatura de diseo es utilizada para especificar la temperatura de servicio de los materiales refractarios. Temperatura de diseo. Temperatura que sirve, junto con el tipo de material, para determinar el esfuerzo de trabajo del material de los componentes del calentador a fuego directo. Temperatura de servicio. Condicin de temperatura a la que operarn cada uno de los componentes de los calentadores para las condiciones de operacin especificados. Temperatura en el puente. Temperatura de los gases de combustin a la salida de la zona de radiacin. Terminal. Conexin bridada o soldada de un serpentn, donde se considera la entrada y salida del fluido.

6.82 6.83 6.84 6.85

6.86 6.87 6.88 6.89




6.90 6.91 6.92

Tiro. Presin negativa (vaco) del aire y/o gases de combustin medidos en cualquier punto del calentador, expresado en pascales (Pa). Tubera de enlace. Tubera de interconexin entre dos secciones del serpentn del calentador. Vermiculita. Cualquier grupo de minerales micceos a base de silicato hidratado relacionados con las cloritas y que se utiliza en forma expandida por calor como aislante y como un medio de cultivo. Grupo de minerales micceos que se expanden o exfolian muchas veces (Mg,Fe++,Al)3(Al,Si)4O10(OH)24(H2O) SIMBOLOS, ACRONIMOS, SIGLAS Y ABREVIATURAS.

7.

Smbolos A C F Ampere. Grado Celsius. Grado Fahrenheit.

Acrnimos PEMEX Siglas AISC API American Institute of Steel Construction (Instituto Americano Construccin de Acero) American Petroleum Institute (Instituto Americano del Petrleo) Petrleos Mexicanos

ASME American Society of Mechanical Engineers (Sociedad Americana de Ingenieros Mecnicos) ASTM American Society for Testing and Materials (Sociedad Americana de Pruebas y Materiales) AWS DN ISO NMX NOM NPS NRF PN UHC American Welding Society (Sociedad Americana de Soldadura) Dimetro nominal International Standard Organization (Organizacin Internacional de Estndares) Norma Mexicana Norma Oficial Mexicana Nominal pipe size (Dimetro nominal de tubera) Norma de Referencia Presin nominal Hidrocarburos no quemados




Abreviaturas DN ft Gcal g h in K Kcal kJ kPa kW m mA mm mPa MPa MW N Nm NPS Pa PN Dimetro nominal. pies. Gigacaloras. gramos. hora. pulgada. Temperatura Kelvin. Kilocalora. kilojoule. kilopascal. kilowatt. metro. miliampere. milmetro. milipascal. Megapascal. Megawatt. Newton. Newtonmetro. Nominal pipe size (Dimetro nominal de tubera). Pascal. Presin nominal.

ppmv Partes por milln volumtricas. psi pulg pounds per square inch (libras por pulgada cuadrdada). pulgada.




s V

segundo. Voltaje.

8. 8.1

DESARROLLO. Generalidades.

El tipo de calentador es normalmente descrito por la configuracin estructural, configuracin del serpentn de radiacin o forma y arreglo de quemadores. Algunos ejemplos de configuraciones estructurales son cilndricos, de caja, de cabina, de caja multi-celda. Ejemplos de configuraciones del serpentn son vertical, horizontal, helicoidal y rbor o pstigo. Ejemplos de arreglo de quemadores incluyen quemado en el techo, quemado en el piso, quemado en paredes frontales y laterales o multiniveles. 8.2 8.2.1 a) b) Consideraciones de diseo Diseo Termo-hidrulico. Anexo a las hojas de datos de calentadores a fuego directo y equipos accesorios se debe incluir una descripcin del proceso del cual forma parte el calentador y la funcin del mismo. Las condiciones de diseo de proceso se deben indicar en las hojas de datos de los calentadores a fuego directo y equipos accesorios. Si se requiere informacin adicional esta debe ser referenciada en una nota dentro de las hojas de datos y ser anexada la informacin a las mismas. El diseo termo-hidrulico de los calentadores se debe efectuar por un tecnlogo con experiencia demostrable en el diseo del tipo de calentador requerido, y tomando como base los datos y requisitos establecidos en la hoja de datos de calentadores a fuego directo. El diseo termo-hidrulico debe considerar la temperatura mxima permisible del fluido de proceso. Las eficiencias calculadas y reales garantizadas deben estar basadas en la carga trmica de diseo, el poder calorfico inferior del combustible suministrado y debe incluir un mnimo de 1.5% de prdidas por radiacin de la liberacin de calor de diseo. Los calentadores que emplean sistemas de precalentamiento de aire deben incluir un mnimo de 2.5% de prdidas por radiacin de la liberacin de calor de diseo. Las eficiencias calculadas para operacin en tiro natural se deben basar en un 20% de exceso de aire cuando el combustible principal sea gas, y 25% de exceso de aire cuando el combustible principal sea combustleo. Para el caso de operacin con tiro forzado, las eficiencias calculadas se deben basar en un 15% de exceso de aire para gas combustible y 20% para combustleo. Los conductos de los gases de combustin incluyendo la seccin de conveccin, caja de humos, ductos y chimenea, se deben dimensionar para mantener un tiro mnimo de 25 Pa en el puente del calentador y al 125% de la liberacin de calor normal con un exceso de aire de diseo y la temperatura mxima ambiente (temperatura de diseo) de la chimenea.

c)

d) e)

f)

g)




h)

Los calentadores multipasos se deben disear para una simetra trmica e hidrulica de todos los pasos y una cada de presin uniforme por paso. No se aceptan diseos asimtricos. El diseo debe considerar que cuando un quemador salga de operacin es necesario alcanzar las relaciones de liberacin requeridas. La colocacin de los quemadores debe ser tal que se mantenga la simetra trmica bajo esta condicin. Los calentadores con mltiples colectores y de distribucin se deben disear de tal forma que la presin dinmica en ellos, en el punto de mxima velocidad, no sea mayor que el 5% de la cada de presin individual en cada paso. La densidad de flujo trmico promedio en radiacin es el cociente del calor absorbido total por los tubos y accesorios expuestos de radiacin y el rea externa circunferencial de estos mismos tubos y accesorios expuestos de radiacin. Los tubos que estn parcial o totalmente escudados de los quemadores por otros tubos o refractario, no se deben considerar como superficie de radiacin cuando se defina la densidad de flujo trmico promedio de radiacin y la temperatura en el puente. La primera cama de tubos de la seccin escudo se debe considerar para determinar la densidad de flujo trmico promedio de radiacin cuando estos tubos estn expuestos a la radiacin directa de la flama. La densidad de flujo trmico promedio en radiacin se debe basar en tubos espaciados dos o tres veces el dimetro nominal. La mxima densidad de flujo trmico es la mxima relacin de calor para cualquier porcin de cualquier tubo del serpentn. Esta densidad no debe considerar una densidad de flujo trmico promedio de operacin en ninguna longitud dada de superficie de tubo. La mxima densidad de flujo trmico en cualquier punto de la seccin de conveccin basada en la superficie desnuda externa de los tubos, no debe exceder la mxima densidad de flujo trmico en cualquier punto de la seccin de radiacin, excepto para el serpentn de generacin de vapor. La mxima temperatura de pared de tubo se debe determinar en base a los criterios de clculo para la mxima densidad de flujo trmico establecida en el ISO 13704. La velocidad del flujo en estado de vapor o lquido-vapor debe ser limitado a un mximo de 80% de la velocidad critica. Para flujos lquido- vapor, el diseo de los calentadores debe mantener un rgimen de flujo que asegure que no se presenten patrones indeseables como: el tipo tapn y "slug", prefirindose el patrn disperso y una condicin de flujo estable sobre el rango completo de las relaciones de flujo de operacin predecidas y el calor suministrado. En caso de que no pueda ser evitado, que se presenten patrones indeseables, el nmero de tubos en el rgimen flujo tapn y "slug" deber ser mencionado para su evaluacin por Petrleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios. La temperatura mnima de los gases de combustin a la salida de la chimenea debe ser 190 C (374 F) cuando se queme gas combustible y 204 C (399 F) para cuando se queme combustleo. Cuando el combustible contenga azufre, la temperatura de metal calculada en la seccin de conveccin debe ser mayor o igual a 204 C (399 F). El clculo de las eficiencias del calentador debe ser en base a este requisito. Los calentadores se deben disear y construir para minimizar las infiltraciones de aire de tal manera que la operacin de pueda sostener continuamente con los excesos de aire a las condiciones de diseo. Se requiere que la envolvente de radiacin y conveccin y ductos de aire y gases de combustin sean sellados con soldadura.

i)

j)

k)

l)

m) n) o)

p)

q)




r) 8.2.2 a)

Todos los calentadores que sean diseados con sistema de precalentamiento de aire deben ser del tipo balanceado. Diseo mecnico. Cuando se requiera un descoquizado por aire-vapor, esta condicin debe ser considerada en el diseo del calentador y se debe especificar en las hojas de datos de calentadores a fuego directo la mxima temperatura de pared de tubo que se alcanza durante esta operacin. As mismo el vendedor debe suministrar el cabezal para el descoquizado del calentador el cual debe incluir las conexiones y lneas de aire y vapor, agua de atemperamiento, manmetros montados con colas de cochino, vlvulas, bridas y accesorios, entre otros. Cuando el calentador se disee para quemar gas, el arreglo de los tubos de la seccin de conveccin debe incluir espacio para la instalacin futura de sopladores de holln. Cuando el calentador se disee para quemar combustleo pesado o ligero, o cualquier tipo de combustible lquido, se deben suministrar sopladores de holln tipo retrctil para la limpieza de la seccin de conveccin. Todos los calentadores deben incluir en el diseo de la seccin de conveccin puertas para limpieza con un claro mnimo de la abertura de 508 mm x 508 mm (20 pulg X 20 pulg), localizadas en las paredes laterales en la cantidad mxima posible de acuerdo al arreglo estructural de las paredes, para efectuar la limpieza mecnica de los tubos durante el paro del calentador. El diseo de la seccin de conveccin debe incluir espacio para la instalacin de dos camas futuras de tubos con superficie extendida, incluyendo los espejos y soportes intermedios de tubos. La colocacin de sopladores de holln y puertas de limpieza se deben basar en la adicin de las camas futuras de tubos de superficie extendida requeridas en conveccin. La seccin escudo debe tener por lo menos tres camas de tubos desnudos. El claro mnimo del piso al punto ms cercano del registro del quemador debe ser de 2,058 m (81 pulg) para calentadores con quemado a piso. Los requerimientos mnimos de los materiales expuestos al ataque por hidrgeno a altas temperaturas y presiones se deben basar en resultados de pruebas experimentales y datos reales obtenidos de plantas en operacin, con base en el API RP 941 o equivalente, donde se establezcan los lmites prcticos de operacin de los aceros para este servicio. Para la seleccin de los materiales se deben utilizar las condiciones ms crticas de presin y temperatura para el ataque por hidrgeno. Los serpentines se deben fabricar de tubera sin costura. Para los servicios donde se requiera el uso de tubera rectificada, se debe especificar en las hojas de datos. a fuego directo las tolerancias de corrosin y erosin permisibles para el clculo del espesor de tubera y accesorios. Las tolerancias mnimas por corrosin interna de tubera deben ser: acero al carbono hasta C-1/2Mo: 3 mm (0,125 pulg); bajas aleaciones hasta 9Cr-1Mo: 2 mm (0,080 pulg); arriba de 9Cr-1Mo hasta aceros austenticos: 1 mm (0,040 pulg) Cuando se especifique un serpentn de conveccin para producir vapor y domo de vapor, se debe

b) c)

d)

e)

f) g) h)

i) j) a) b) c) k)




incluir el serpentn de vapor, domo de vapor y toda aquella tubera requerida entre el serpentn y el domo. El domo se debe localizar sobre piso y arriba de la cama superior de tubos de conveccin. Los serpentines de precalentamiento de agua para calderas, generacin de vapor, sobrecalentamiento de vapor, domo de vapor y toda aquella tubera requerida entre el serpentn y el domo se deben disear de acuerdo a los requerimientos de la Seccin I del cdigo ASME equivalente. l) m) n) Cuando la longitud efectiva de los tubos de conveccin exceda los 12,2 m (40 pies), se debe suministrar ms de una salida para los gases de combustin en el techo de conveccin o chimeneas. Cuando el calentador utilice mltiples colectores y/o de distribucin circulares, el serpentn se debe ser soportado soportar en la parte superior. La distancia de la cara caliente de la pared de refractario de la seccin de radiacin a la lnea de centro de los tubos no debe ser menor a 1,5 veces el dimetro nominal, con un claro mnimo entre la cara del refractario y la parte externa del tubo de 100 mm (4 in). El espaciamiento de centro a centro de tubos debe ser de 2 3 veces el dimetro nominal solamente. Los serpentines de sobrecalentamiento de vapor localizados en la seccin de conveccin deben disear 111 C (232 F) arriba de la mxima temperatura de pared calculada a menos que sea usada atemperacin de interfase. La mxima temperatura de pared se debe basar en la mnima relacin de flujo. El diseo de los mltiples colectores y de distribucin, incluyendo los soportes y apoyos, se deben disear de acuerdo a los requerimientos establecidos en el ISO 15649. Los soportes y apoyos de los mltiples colectores y de distribucin los deben ser suministrados por suministrar el vendedor. La presin de diseo de los mltiples colectores y de distribucin, debe ser la misma que la del serpentn al cual sirve. La temperatura de diseo, debe ser igual a la temperatura del fluido en el mltiple ms un margen de temperatura del fluido de 10 C (18 F). Serpentn de tubos. Generalidades. Los espesores de tubos para el serpentn se deben determinar de acuerdo con el procedimiento establecido en el ISO 13704 considerando una tolerancia mnima para la temperatura de pared de los tubos de 15 C (27 F). El lmite prctico para espesores mnimos para tubos nuevos debe ser como se especifica en el ISO 13704. Para materiales no incluidos en el ISO 13704, los espesores de pared de tubos, se deben determinar de acuerdo con el procedimiento establecido en el ISO 13704, usando valores de esfuerzos certificados por el fabricante de los materiales y aprobados por el comprador para 100 000 horas de servicio como mnimo. Se permite una soldadura intermedia en los tubos, si estos no se pueden ser suministrados suministrar en su longitud total, dicha soldadura se debe inspeccionar totalmente y debe tener un acabado interno que permita el uso de equipo para limpieza mecnica. Cuando los tubos de la seccin escudo y la seccin de radiacin correspondan al mismo servicio, estos deben ser del mismo material y espesor. Cuando la tubera de enlace sea externa esta debe ser de la misma metalurgia de la misma

o)

p) q)

r)

8.2.3 8.2.3.1 a)

b)

c) d)




especificacin de material que la tubera precedente de conveccin y cuando la tubera de enlace sea interna esta debe ser de la misma metalurgia de la misma especificacin de material que la tubera de radiacin. La unin de materiales diferentes debe ser bridada y no sujetas a la radiacin directa o flujo de gases de combustin, no se aceptan uniones soldadas de materiales dismiles. e) Los materiales de los tubos del serpentn de los calentadores deben ser de acuerdo a la tabla 1, o sus equivalentes. Especificacin ASTM Material Tubera (Pipe) Carbon steel Carbon-1/2Mo 1 1/4Cr-1/2Mo 2 1/4Cr-1Mo 3Cr-1Mo 5Cr-1/2Mo 5Cr-1/2Mo-Si 9Cr-1Mo 9Cr-1Mo-V 18Cr-8Ni 16Cr-12Ni-2Mo 18Cr-10Ni-3Mo 18Cr-10Ni-Ti 18Cr-10Ni-Nba Nickel alloy 800 H/800 HTb 25Cr-20Nia b

Tubo (Tube) A 192, A 210 Gr A-1 A 209 Gr T1 A 213 Gr T11 A 213 Gr T22 A 213 Gr T21 A 213 Gr T5 A 213 Gr T5b A 213 Gr T9 A 213 Gr T91 A 213, TP 304, TP 304H and TP 304L A 213, TP 316, TP 316H and TP 316L A 213, TP 317 and TP 317L A 213, TP 321 and TP 321H A 213, TP 347 and TP 347H B 407 A 213 TP 310H

A 53, A 106 Gr B A 335 Gr P1 A 335 Gr P11 A 335 Gr P22 A 335 Gr P21 A 335 Gr P5 A 335 Gr P5b A 335 Gr P9 A 335 Gr P91 A 312, A 376, TP 304, TP 304H and TP 304L A 312, A 376, TP 316, TP 316H and TP 316L A 312, TP 317 and TP 317L A 312, A 376, TP 321 and TP 321H A 312, A 376, TP 347 and TP 347H B 407 A 608 Gr HK40

Niobium (Nb) fue formalmente llamado columbio (Cb). El tamao mnimo de grano debe ser ASTM #5 o ms grueso.

Tabla 1. Materiales de tubera y tubos de calentadores a fuego directo.




8.2.3.2 a)

Superficie extendida. La metalurgia de la superficie extendida se debe seleccionar en base a la temperatura mxima calculada de perno o aleta, la cual no debe exceder los valores siguientes: Temperatura mxima del birlo C ( F) 510 (950) 593 (1100) 649 (1200) 815 (1500) 982 (1800) Temperatura mxima de la aleta C ( F) 454 (8500) 593 (1100) 815 (1500) 982 (1800)

Material de perno Acero al carbono 2 Cr-1Mo, 5Cr-1/2Mo 11 - 13 Cr Acero inoxidable 18Cr - 8Ni Acero inoxidable 25Cr - 20NiRef.: ISO 13705.

Material de la aleta Acero al carbono 11 - 13 Cr Acero inoxidable 18Cr - 8Ni Acero inoxidable 25Cr - 20Ni

Tabla 2. Materiales para superficies extendidas. b) El tipo y las dimensiones de la superficie extendida de los tubos de conveccin en funcin del tipo de combustible utilizado deben cumplir con la especificacin siguiente: Pernos Combustible Combustleo Gas Dimetro mnimo mm 12,5 --pulg. --Altura mxima mm 25 --pulg. 1 --Espesor mnimo normal mm pulg. ----1,3 0,05 Aletas Altura mxima mm --25,4 pulg --1 Densidad mxima Aletas/m --197 Aletas/pulg. --5

Ref.: ISO 13705.

Tabla 3. Dimensin de superficies extendidas. c) d) e) Todas las aletas para tubos deben ser slidas soldadas por alta frecuencia y en forma continua al tubo. Los birlos de los tubos deben ser cilndricos y soldados por resistencia de frecuencia estndar. Todos los materiales deben ser de acuerdo a las especificaciones ASTM o equivalente.




8.2.3.3

Retornos.

8.2.3.3.1 Retornos tipo tapn. a) b) Se especifican los retornos tipo tapn para permitir la limpieza mecnica interna de tubos debido a la formacin de coque o ensuciamiento, estos deben ser de dos tapones. Los retornos tipo tapn se deben localizar en caja de cabezales y se deben seleccionar para la misma presin de diseo que el tubo al que se conectan y para una temperatura de diseo igual a la temperatura mxima de operacin del fluido en ese tubo, ms un mnimo de 30 C (54 F). Las dimensiones del asiento de los cabezales para el rolado de los tubos deben cumplir con las dimensiones y tolerancias especificadas en la Tabla 4.

c)

10 Nota b F E B (Asiento del Nota b D C

A - 0.000

+ 0.011

1

0.007 /16 +0.000 -




Dimetro externo del tubo 61.087 (2.375) 73.025 (2.875) 88.9 (3.500) 101.6 (4.000) 114.3 (4.500) 127 (5.000) 141.3 (5.563) 152.4 (6.000) 168.275 (6.625) 193.675 (7.625) 219.075 (8.625)

A 61.087 (2.405) 73.787 (2.905) 89.662 (3.530) 102.362 (4.030) 115.062 (4.530) 127.762 (5.030) 142.062 5.593) 153.162 (6.030) 169.037 (6.655) 194.437 (7.655) 219.837 (8.655)

B 28.575 1 (1 /8) 31.75 (1 1/4) 34.925 3 (1 /8) 41.275 5 (1 /8) 41.275 5 (1 /8) 44.45 3 (1 /4) 47.625 7 (1 /8) 50.8 (2) 53.975 1 (2 /8) 38.1 1 (1 /2) 76.2 (3)

C 9.525 (3 / 8 ) 9.525 (3 / 8 ) 11.1125 (7/16) 11.1125 (7/16) 11.1125 (7/16) 12.7 (1 / 2 ) 14.2875 (9/16) 9.525 (3 / 8 ) 17.4625 (11/16) 19.05 (3 / 4 ) 25.4 (1)

D 9.525 (3 / 8 ) 9.525 3 ( /8 ) 11.1125 (7/16) 11.1125 (7/16) 11.1125 (7/16) 12.7 (1 / 2 ) 14.2875 (9/16) 15.875 (5 / 8 ) 17.4625 (11/16) 19.05 (3 / 4 ) 25.4 (1)

E 4.7625 3 ( /16)

F 4.7625 (3/16)

Espesor Espesor mnimo de mximo de pared pared 4.7625 (3/16) 4.7625 (3/16) 4.7625 3 ( /16) 1.5875 (1/16) 4.7625 3 ( /16) 11.1125 (7/16) 11.1125 (7/16) 11.1125 (7/16) 11.1125 (7/16) 12.7 (1 / 2 ) 12.7 1 ( /2 ) 12.7 1 ( /2 ) 14.2875 (9/16) 14.2875 9 ( /16) 15.875 5 ( /8 ) 17.4625 (11/16)

6.35(1 / 4 ) (1 / 4 ) (1 / 4 )

6.35(1 / 4 ) (1 / 4 )

6.35 6.359.525 (3 / 8 ) 9.525 (3 / 8 ) 9.525 (3 / 8 ) 9.525 (3 / 8 ) 9.525 (3 / 8 ) 12.7 (1 / 2 )

6.359.525 3 ( /8 ) 9.525 3 ( /8 ) 9.525 3 ( /8 ) 9.525 3 ( /8 ) 9.525 (3 / 8 ) 9.525 3 ( /8 )

6.35(1 / 4 ) (1 / 4 ) (1 / 4 ) (1 / 4 ) (1 / 4 ) (1 / 4 )

6.35 6.35 6.35 6.35 6.35

12.7(1 / 2 ) (1 / 2 )

12.7

Notas: a Los espesores de pared mostrados en la tabla son espesores nominales. Las tolerancias mostradas son consistentes solo con especificaciones de tubera (tubing) y no conforme a especificaciones de tubo (pipe). b Los detalles de fundicin y maquinado despus de este lmite del asiento del tubo debe ser de acuerdo a los estndares del fabricante de los cabezales. c Referencia: Estndar API 560, 3. Edicin, Mayo de 2001.

Tabla 4. Dimensiones del asiento del tubo para el rolado d) e) f) El material de los retornos debe ser igual al de los tubos que se conectan. Los tubos y retornos tipo tapn se deben arreglar de tal manera que haya suficiente espacio para las operaciones de mantenimiento en campo, tales como rolado, soldadura, y relevado de esfuerzos. Cuando se especifican retornos tipo tapn, y los tubos son horizontales de 18,3 m (60 pies) o ms largos, se deben usar retornos con tapones en ambos extremos del ensamble del serpentn. Para longitudes ms cortas del serpentn, se deben suministrar retornos con un tapn en un extremo del serpentn con retornos tipo U soldados en el extremo opuesto. Los retornos y sus correspondientes tapones se deben marcar con nmeros de golpe de bajo esfuerzo de 13 mm ( pulg) de altura numerados de acuerdo con un dibujo de localizacin de accesorios.

g)




h) h) i) j)

Cuando se requieran termopozos en el tapn de los retornos para medicin y control, se deben suministrar en acero inoxidable 18Cr - 8Ni (ASTM A 276 Tipos 304, 304L, 316 o 316L) o equivalente. La dimensin de centro a centro de tubo para retornos debe ser dos veces el dimetro nominal del tubo. Los tapones deben ser cnicos. No se aceptan tapones roscados. Los materiales de los retornos tipo tapn deben ser de acuerdo a la tabla 4, o sus equivalentes. Material Acero al carbono Carbono-1/2Mo 1 1/4Cr-1/2Mo 2 1/4Cr-1Mo 5Cr-1/2Mo 9Cr-1Mo 9Cr-1Mo-V 18Cr-8Ni TP 304 18Cr-8Ni TP 304H 18Cr-8Ni TP 304L 16Cr-12Ni-2Mo TP 316 16Cr-12Ni-2Mo TP 316H 16Cr-12Ni-2Mo TP 316L 18Cr-10Ni-3Mo TP 317 18Cr-10Ni-3Mo TP 317L 18Cr-10Ni-Ti TP 321 18Cr-10Ni-Ti TP 321H 18Cr-10Ni-Nb TP 347a 18Cr-10Ni-Nb TP 347Ha Nickel alloy 800 H/800 HTa 25Cr-20Ni Tabla 5. Especificacin ASTM A 216 WCB A 217 WC1 A 217 WC6 A 217 WC9 A 217 WC5 A 217 WC12 A 217 WC12A A 351 CF8 A 351 CF8 A 351 CF8 A 351 CF8M A 351 CF8M A 351 CF8M A 403 WP317 A 403 WP317L A 403 WP321 A 403 WP321H A 351 CF8C A 351 CF8C A 351 CT-15C A 351 CK-20 A 351 HK-40

Materiales de retornos tipo tapn.

8.2.3.3.2 Retornos tipo U. a) b) Retornos tipo U se deben utilizar para las siguientes condiciones. En fluidos limpios, donde no se espera la formacin de coque o ensuciamiento de los tubos. Donde las fugas sean un riesgo. Donde se prevean instalaciones para el decoquizado por aire-vapor de los tubos del calentador. Para serpentines horizontales, los retornos tipo U se deben localizar en caja de cabezales, y se deben seleccionar para la misma presin de diseo que el tubo al que se conectan, y para una temperatura de diseo igual a la temperatura mxima de operacin del fluido en ese tubo, ms un mnimo de 30 C (54F). Para serpentines verticales los retornos tipo U se deben localizar dentro de la seccin de radiacin y se deben seleccionar para la misma presin de diseo que el tubo al que se conectan y para una temperatura de diseo igual a la temperatura mxima de pared en ese tubo y el




espacio mnimo del retorno a la pared debe ser de 300 mm (12 pulg). Los retornos tipo U deben ser por lo menos del mismo espesor de pared que los tubos a los que se conectan, o mayores. c) d) No se aceptan retornos con costura longitudinal. Los materiales de los retornos tipo U deben ser de acuerdo a la tabla 4, o sus equivalentes.




Material Acero al carbono C-1/2Mo 1 1/4Cr-1/2Mo 2 1/4Cr-1Mo 3Cr-1Mo 5Cr-1/2Mo 9Cr-1Mo 9Cr-1Mo-V 18Cr-8Ni Type 304 18Cr-8Ni Type 304H 18Cr-8Ni Type 304L 16Cr-12Ni-2Mo Type 316 16Cr-12Ni-2Mo Type 316H 16Cr-12Ni-2Mo Type 316L 18Cr-10Ni-3Mo Type 317 18Cr-10Ni-3Mo Type 317L 18Cr-10Ni-Ti Type 321 18Cr-10Ni-Ti Type 321H 18Cr-10Ni-Nb Type 347 18Cr-10Ni-Nb Type 347H Nickel alloy 800H/800HTa 25Cr-20Nia

Especificacin ASTM o equivalente Conformado Forjado (Forged) Fundido (Cast) (Wrought) A 105 A 234, WPB A 216, WCB A 181, class 60 or 70 A 182, F1 A 182, F11 A 182, F22 A 182, F21 A 182, F5 A 182, F9 A 182, F91 A 182, F304 A 182, F304H A 182, F304L A 182, F316 A 182, F316H A 182, F316L A 182, F317 A 182, F317L A 182, F321 A 182, F321H A 182, F347 A 182, F347H B 564 A 182, F310 A 234, WP1 A 234, WP11 A 234, WP22 A 234, WP5 A 234, WP9 A 234, WP91 A 403, WP304 A 403, WP304H A 403, WP304L A 403, WP316 A 403, WP316H A 403, WP316L A 403, WP317 A 403, WP317L A 403, WP321 A 403, WP321H A 403, WP347 A 403, WP347H B 366 A 403, F310 A 217, WC1 A 217, WC6 A 217, WC9 A 217, C5 A 217, C12 A 217, C12A A 351, CF8 A 351, CF8 A 351, CF8 A 351, CF8M A 351, CF8M A 351, CF3M A 351, CF8C A 351, CF8C A 351, CT-15C A 351, CK -20 A 351, HK40

Tamao mnimo de grano debe ser ASTM #5 or mas grueso.

Tabla 6. Materiales de retornos tipo U.




8.2.4 8.2.4.1 a) b) c) d)

Tubera externa, terminales y cabezales mltiples. Generalidades. Todas las bridas deben ser de cuello soldable cara realzada de 2069 kPa (300 psi) de rango mnimo (PN 40 (Clase 300)). Tubera, terminales y cabezales colectores y de distribucin externos a la envolvente del calentador se deben disear de acuerdo a ISO 15649. No se aceptan conexiones roscadas para el manejo de hidrocarburos. Los cabezales colectores y de distribucin localizados en caja de cabezales se deben seleccionar para la misma presin de diseo de los tubos a los que se conecta, y para una temperatura de diseo igual a la temperatura mxima de operacin del fluido a esa localizacin, ms un mnimo de 30 C (54 F). Movimientos, Fuerzas y Momentos mximos permisibles en boquillas.

8.2.4.2

a) Las terminales y cabezales colectores y de distribucin, se deben disear para aceptar la accin simultnea de las fuerzas, momentos y desplazamientos siguientes.




Tamao de boquilla DN (NPS) 50 (2) 75 (3) 100 (4) 125 (5) 150 (6) 200 (8) 250 (10) 300 (12)

Fx N 445 667 890 1001 1112 1334 1557 1779

Fuerzas y momentos mximos permisibles en terminales Fy Fz Mx My N N Nm Nm 890 890 475 339 1334 1334 610 475 1779 1779 813 610 2002 2002 895 678 2224 2224 990 746 2669 2669 1166 881 2891 2891 1261 949 3114 3114 1356 1017

Mz Nm 339 475 610 678 746 881 949 1017

Nota: El eje "x" corresponde al eje axial. Ref.: ISO 13705.

Tabla 7. Fuerzas y momentos mximos permisibles en terminales.

Tamao de boquilla DN (NPS)

Fuerzas y momentos mximos permisibles en mltiples y terminales mayores de DN 300 (NPS12) Fx N 4004 4448 4893 5338 5782 6228 6670 7114 7558 8002 8446 Fy N 6672 7117 7562 8006 8451 8897 9339 9483 10227 10671 11115 Fz N 6672 7117 7562 8006 8451 8897 9339 9483 10227 10671 11115 Mx Nm 2902 3092 3282 3471 3661 3851 4041 4231 4421 4611 4801 My Nm 2170 2305 2441 2576 2712 2850 2990 3131 3272 3412 3553 Mz Nm 2170 2305 2441 2576 2712 2850 2990 3131 3272 3412 3553

350 (14) 400 (16) 450 (18) 500 (20) 600 (24) 700 (28) 750 (30) 850 (34) 900 (36) 950 (38) 1000 (40)

Nota: El eje "x" corresponde al eje axial. Ref.: ISO 13705, los valores para dimetros > DN 600 (NPS 24) fueron extrapolados.

Tabla 8. Fuerzas y momentos mximos permisibles en mltiples y terminales mayores de 305 DN.




Terminales de radiacin Terminales de conveccin

Desplazamientos permisibles en terminales Tubos horizontales Tubos verticales x y z x y mm mm 13 +13 13 +13 13 13 +13 13 -

z 13 -

Nota: El eje "x" corresponde al eje axial. Ref.: ISO 13705 y Especificacin General de Calentadores a Fuego Directo del IMP B-201, Rev.1, mayo 10, 1977 equivalente.

Tabla 9. Movimientos mximos permisibles en terminales.

+x Fx Mx

+y Fy My Fx Mx Mz +z Fz +x

+y

My Fy Fz Mz +z

Mltiples horizontales con tubos horizontales

Mltiples verticales con tubos




Desplazamientos permisibles en mltiples verticales y mltiples horizontales con tubos horizontales x Terminales de radiacin Terminales de conveccin 13 Mltiples horizontales y z mm 13 13 x 13 Mltiples verticales y z mm 13 13

Nota: El eje "x" corresponde al eje axial. Ref.: Especificacin General de Calentadores a Fuego Directo del IMP B-201, Rev.1, mayo 10, 1977 equivalente.

Tabla 10.

Movimientos mximos permisibles en mltiples verticales y mltiples horizontales con tubos horizontales.+y Fy My Fx Mx Mz +z Fz

+x

Mltiples horizontales con tubos verticales

Desplazamientos permisibles en mltiples horizontales con tubos verticales x Terminales de radiacin Terminales de conveccin Por Diseador y mm Por Diseador z Por Diseador -

Tabla 11. Movimientos mximos permisibles en mltiples horizontales con tubos verticales. b) Los desplazamientos, fuerzas y momentos mximos permisibles en terminales y cabezales colectores y de distribucin, as como los desplazamientos, fuerzas y momentos actuantes, se deben indicar en el dibujo de arreglo general para todos los casos sin excepcin alguna.




8.2.5

Soportes de tubos.

8.2.5.1 Generalidades. Todos los calentadores con tubos verticales se deben apoyar en el extremo superior y guiar en el extremo inferior, y las terminales de entrada y salida se deben localizar por la parte superior de la seccin de radiacin, excepto para casos especiales donde se requiera que las salidas sean por la parte inferior del calentador, tales como hornos de pirlisis y reformadores con peines rgidos con cabezales de distribucin. Cuando la longitud total de los tubos exceda los 13,7 m (45 pies) y el quemado sea de un solo lado, se deben colocar guas adicionales. a) La temperatura de diseo de los soportes y guas debe ser igual a la mxima temperatura de los gases de combustin en contacto con ellos, a la condicin de diseo del calentador, ms 55 C (99 F), sin considerar los efectos del recubrimiento refractario aplicado para proteccin contra corrosin. Todos los soportes y guas de tubos expuestos al calor radiante o gases de combustin, excepto los soportes extremos de los tubos (espejos de tubos), deben ser, fundicin en aleacin 25%Cr20%Ni de acuerdo a la especificacin ASTM A 351 Gr. HK40 o equivalente. Como alternativa, se pueden utilizar fundiciones de mayor aleacin tales como 60%Cr-40%Ni (ASTM A 560 Gr. 60Cr-40Ni) o 50%Cr50%Ni (ASTM A 560 Gr. 50 Cr-50 Ni) o equivalentes, para condiciones ms severas de corrosin, lo cual debe ser debidamente justificado en forma tcnica. Los soportes extremos de tubos (espejos de tubos) deben ser de acero estructural ASTM A 36 o equivalente. Cuando la temperatura de diseo exceda de 425 C (797 F) se deben utilizar aceros aleados de acuerdo a la especificacin A 387 Grs. 11 o 22 o su equivalente. Para las camas futuras de tubos se deben incluir los espejos y soportes intermedios de fundicin necesarios. Los agujeros de los espejos extremos se deben tapar con placa punteada y concreto refractario de un peso especfico de 879 kg/m3 (0.032 lb/pulg3) promedio para prevenir la fuga de gases de combustin. Las camisas de los espejos extremos, deben ser de acero inoxidable 18Cr - 8Ni (ASTM A 240 Tipos 304, 304L, 316 o 316L o equivalentes). La longitud no soportada de tubos horizontales no debe exceder 3,6 m (12 pies). La tolerancia mnima por corrosin de las superficies expuestas a los gases de combustin debe ser 1,5 mm (0.0625 pulg). Los soportes extremos de tubos (espejos de tubos) deben ser de 13 mm (0,5 pulg) de espesor de placa. Esfuerzos permisibles. El vendedor debe proporcionar la fuente de los datos de esfuerzos permisibles para cada uno de lo materiales de soportes utilizados, certificados por el fabricante de los materiales de fundicin. Los esfuerzos mximos permisibles no deben exceder los lmites siguientes: Esfuerzos por carga muerta. El esfuerzo mximo permisible por carga muerta no debe ser mayor al

b)

c)

d)

e) f) g) h) 8.2.5.2 a) b)




50% del esfuerzo requerido, para producir el 1% de deformacin plstica (creep) en 10,000 h, 50% del esfuerzo para producir ruptura en 10 000 h, lo que sea menor. Esfuerzo por carga muerta ms carga de friccin. El esfuerzo mximo permisible por carga muerta y carga por friccin no debe ser mayor del 100% del esfuerzo requerido para producir 1% de deformacin plstica (creep) en 10,000 h o del esfuerzo para producir ruptura en 10 000 h, lo que resulte menor. Para fundiciones, se debe aplicar un factor de fundicin de 0,8 a los valores de esfuerzos permisibles. Para calentadores que quemen combustleo, todos los soportes se deben recubrir con 51 mm (2 pulg) de espesor de concreto refractario, consistente de una mezcla de Lumnita (ASTM C150), Haydita (ASTM C 332 Grupo II) y Vermiculita (ASTM C 332 Grupo I) o equivalentes, en una proporcin en volumen de L:H:V 1:2:4 o un material equivalente, con anclas de acero inoxidable 18Cr - 8Ni (ASTM A 276 Tipo 304) o equivalente. El comprador debe verificar y aprobar todas las especificaciones de materiales de fundicin para soportes de tubos, incluyendo los valores de esfuerzos permisibles certificados por el vendedor de estos materiales. Refractario. Generalidades.

c) d)

e)

8.2.6 8.2.6.1

a) El diseo debe considerar que la temperatura externa de la placa envolvente no exceda de 82 C (180 F) a una temperatura ambiente de 27 C (81 F) para una velocidad de viento de cero, excepto para el caso del uso de fibra cermica donde la temperatura externa de la placa envolvente no debe exceder de 60 C ( 140 F). El piso de radiacin no debe exceder los 91 C (196 F) para las mismas condiciones de temperatura ambiente y velocidad de viento. b) El proveedor debe proporcionar las fichas tcnicas de los materiales aislantes y refractarios utilizados, la cual debe incluir la conductividad trmica, composicin qumica, resistencia a la compresin, porcentaje de cambio lineal permanente, peso especfico colocado en seco, temperatura mxima recomendada, entre otros. c) El diseo del recubrimiento refractario debe permitir la expansin o contraccin de todas sus partes. d) Cuando se queme combustleo, todos los materiales refractarios deben tener un contenido mximo de fierro de 1,5%. e) El vendedor debe proporcionar el procedimiento de secado del concreto refractario incluyendo su curva de secado especfica y la proteccin contra el desarrollo de la hidrlisis alcalina. f) Se deben proveer juntas de expansin de 13 mm ( pulg) de espesor tanto en las direcciones verticales como horizontales a cada 3 m (10 pies), en las uniones de paredes, pozos de fuego de quemadores, puertas y mirillas.

g) Cuando se usen recubrimientos multicapa o multicomponente, las juntas no deben ser continuas a travs de todo el recubrimiento. h) Todos los materiales deben estar de acuerdo con las especificaciones ASTM o equivalente.




8.2.6.2

Materiales.

Los calentadores se deben aislar usando los siguientes materiales. a) El piso de todos los calentadores se debe aislar con un ladrillo de arcilla refractaria de alta calidad en la cara caliente con un mdulo de ruptura mnimo de 3,45 MPa, un cono piromtrico equivalente de 31 de 63 mm (2 pulg) de espesor, y concreto refractario de respaldo consistente en una mezcla de Lumnita (ASTM C150), Haydita (ASTM C 332 Grupo II) y Vermiculita (ASTM C 332 Grupo I) o equivalentes, en una proporcin en volumen de L:H:V 1:2:4 o un material equivalente de acuerdo a las temperaturas de diseo. En caso de que el concreto sea instalado en taller se deben colocar anclas de acero inoxidable 18Cr - 8Ni (ASTM A 276 Tipo 304L) o equivalente, en un arreglo de triangulo equiltero con una distancia entre anclas de 2 veces el espesor del refractario. Las paredes escudadas por tubos de la seccin de radiacin cuando se queme gas o combustleo, se deben aislar con concreto refractario aislante consistente en una mezcla de Lumnita (ASTM C150), Haydita (ASTM C 332 Grupo II) y Vermiculita (ASTM C 332 Grupo I) o equivalentes, en una proporcin en volumen de L:H:V 1:2:4 o un material equivalente de acuerdo a las temperaturas de diseo, con anclas de acero inoxidable 18Cr - 8Ni (ASTM A 276 Tipo 304L) o equivalente, en un arreglo de triangulo equiltero de 2 veces el espesor del refractario de distancia entre anclas. Las paredes que no tienen proteccin de tubos en la seccin de radiacin cuando se queme gas o combustleo y se tenga una temperatura de servicio mayor a 1038 C (1900 F) y quemado vertical, se deben aislar con una pared compuesta de ladrillo de arcilla refractaria de alta calidad en la cara caliente con un mdulo de ruptura mnimo de 3,45 MPa, un cono piromtrico equivalente de 31, de 63 mm (2 pulg) de espesor especificacin ASTM C 27 o equivalente, y un recubrimiento de respaldo de concreto refractario aislante consistente en una mezcla de Lumnita (ASTM C150), Haydita (ASTM C 332 Grupo II) y Vermiculita (ASTM C 332 Grupo I) o equivalentes, en una proporcin en volumen de L:H:V 1:2:4, y/o ladrillo aislante con una densidad de 0,54 g/cm3 (0,02 lb/in3) , especificacin ASTM C 155 o equivalente. El sistema de anclaje debe proporcionar un soporte independiente de cada capa del recubrimiento para techos y posiciones sobre cabeza e inclinadas. Cuando la temperatura de servicio sea menor o igual a 1311 K (1038C), las paredes no escudadas por tubos en la seccin de radiacin se deben aislar con concreto refractario aislante consistente de una mezcla de Lumnita (ASTM C150), Haydita (ASTM C 332 Grupo II) y Vermiculita (ASTM C 332 Grupo I) o equivalentes, en una proporcin en volumen de L:H:V 1:2:4, con anclas de acero inoxidable 18Cr - 8Ni (ASTM A 368 Tipo 304) o equivalente, con un arreglo de triangulo equiltero y una distancia entre anclas de 2 veces el espesor del refractario. Las paredes laterales de la seccin de conveccin cuando se queme gas o combustleo, se deben aislar con concreto refractario, consistente de una mezcla de Lumnita (ASTM C150), Haydita (ASTM C 332 Grupo II) y Vermiculita (ASTM C 332 Grupo I) o equivalentes, en una proporcin en volumen de L:H:V 1:2:4 de acuerdo a las temperaturas de diseo, con anclas de acero inoxidable 18Cr - 8Ni (ASTM A 368 Tipo 304) o equivalente con un arreglo de triangulo equiltero y una distancia entre anclas de 2 veces el espesor del refractario. Todos los ductos que manejen gases de combustin despus de la salida de la seccin de conveccin de los calentadores, incluyendo los ductos de los sistemas de precalentamiento de aire, deben ser aislados con concreto refractario aislante consistente en una mezcla de Lumnita (ASTM C150) y Haydita (ASTM C 332 Grupo II) o equivalentes, en una proporcin en volumen de L:H 1:4 de acuerdo a las temperaturas de diseo, con anclas individuales de acero al carbono en un arreglo de triangulo equiltero de 1,75 veces el espesor del refractario de distancia entre anclas.

b)

c)

d)

e)




f)

Los espejos de tubos se deben aislar del lado de los gases de combustin con concreto refractario aislante consistente en una mezcla de Lumnita (ASTM C150) y Haydita (ASTM C 332 Grupo II) o equivalentes, en una proporcin en volumen de L:H 1:4, con anclas de acero inoxidable 18Cr - 8Ni (ASTM A 368 Tipo 304) o equivalente, en un arreglo de triangulo equiltero con una distancia entre anclas de 2 veces el espesor del refractario, teniendo un espesor mnimo de 75 mm (3 pulg) para la seccin de conveccin y 125 mm (5 pulg) para la seccin de radiacin. Todas las chimeneas deben ser aisladas con concreto refractario aislante consistente en una mezcla de Lumnita (ASTM C150) y Haydita (ASTM C 332 Grupo II) o equivalentes, en una proporcin en volumen de L:H 1:4, de 38 mm de espesor, con un sistema de anclaje de acero al carbono a base de malla cuadrada soldada elctricamente de 50 mm x 50 mm (2 pulg x 2 pulg) de acuerdo a ASTM A 185 o equivalente, y anclas individuales en material ASTM A 368 Tipo 304 o equivalente, para la malla en un arreglo en forma de triangulo equiltero con una distancia entre anclas de 6 veces el espesor del refractario. Para chimeneas a nivel de piso terminado el recubrimiento refractario se debe prolongar hasta el cenicero el cual se localiza debajo de la brida de conexin de los ductos. Las cajas de cabezales se deben aislar con concreto refractario aislante de acuerdo a la especificacin ASTM C 332 o equivalente, consistente en una mezcla de Lumnita (ASTM C150) y Haydita (ASTM C 332 Grupo II) o equivalentes, en una proporcin en volumen de L:H 1:4 de acuerdo a las temperaturas de diseo, con anclas de acero al carbono de acuerdo a ASTM A 29 Gr. 1018 o ASTM A 108 Gr. 4140 o equivalentes, en un arreglo en forma de triangulo equiltero con una distancia entre anclas de 2 veces el espesor del refractario. Los materiales refractarios para los pozos de fuego deben ser de concreto refractario de alta resistencia a la erosin con un contenido mnimo 85% de almina y ser de liga fosfrica, y esta debe venir segmentada para su armado en campo sin cemento refractario, as como garantizar como mnimo, una vida til de dos aos. Las paredes divisorias con choque de flama en ambos lados, o de un solo lado, se deben construir de ladrillo refractario de alta densidad especificacin ASTM C 27 o equivalente, con un lmite de temperatura mnimo de 1538 C (2800 F). El ladrillo se puede colocar en seco o unido con mortero. Todas las juntas de expansin, se deben rellenar con fibra cermica de acuerdo a ASTM C 892 o equivalentes, a granel perfectamente compactada, del mismo rango de temperatura de servicio que el material del ladrillo refractario. Se debe aplicar un recubrimiento bituminoso de 0,3 mm (0.012 pulg) de espesor en la cara interna de la placa envolvente para una temperatura mnima de servicio de 77C (171F) para prevenir la corrosin, excepto para el caso donde se utilice un recubrimiento monoltico de concreto refractario aislante. Los calentadores con tubos verticales localizados al centro de la seccin de radiacin con quemado lateral y que quemen solamente gas deben utilizar en la seccin de radiacin mdulos de fibra cermica de acuerdo a ASTM C 892 Grado 8 o equivalente, de 128 kg/m3 (8 lb/ft3) de densidad como mnimo, para una temperatura de servicio de 260C (500F) mayor que la temperatura de cara caliente calculada, con anclas individuales de acero inoxidable 18Cr - 8Ni (ASTM A 276 Tipo 304L) o equivalente. Todas las juntas de expansin alrededor de los pozos de fuego de los quemadores se deben rellenar con fibra cermica de acuerdo a ASTM C 892 Grado 8 o equivalente, a granel perfectamente compactada del mismo rango de temperatura de servicio que el material refractario de los pozos de fuego.

g)

h)

i)

j)

k)

l)

m)




n)

Los ductos de los sistemas de precalentamiento de aire que manejen aire caliente, los precalentadores de aire y el ventilador de tiro inducido se deben aislar externamente con lana mineral de pH neutro ASTM C-612-Tipo III con cubierta metlica y anclas de acero al carbono galvanizadas. Acero Estructural.

8.2.7

8.2.7.1 Generalidades. a) b) c) d) e) f) La estructura de acero de los calentadores a fuego directo debe ser diseada de acuerdo a la norma NRF-137-PEMEX-2006. El espesor mnimo de placa de la envolvente del calentador debe ser de 6 mm ( pulg) de espesor. La temperatura de diseo de estructuras y apndices debe ser 55 C (99 F) arriba de la temperatura de cara fra calculada. Todas las formas de los perfiles estructurales deben estar respaldados por especificaciones de productos comerciales de la industria del acero. La construccin debe ser a base de paneles soldados, para reducir al mnimo posible la filtracin de aire. Los techos estructurales externos deben contar con cada natural y drenes para evitar encharcamientos.

8.2.7.2 Estructura. 8.2.7.2.1 El diseo de la estructura debe incluir las condiciones de carga siguientes: a) b) c) Montaje. Carga muerta (serpentn vaco). Operacin normal. Peso del equipo en operacin ms carga viva ms carga por sismo o por viento. Pruebas. Carga muerta ms el peso del equipo con el serpentn lleno con agua ms carga viva.

8.2.7.2.2 Caja de cabezales, puertas y mirillas. a) b) c) Todos los retornos externos al calentador se deben alojar en cajas de cabezales hermticas de 6 mm ( pulg) de espesor, en material ASTM A 36 o equivalente. Las cajas deben ser removibles desde los espejos de tubos y deben tener orejas de izaje permanentes en cada seccin. Se deben suministrar puertas de acceso apernadas con agarraderas permanentes. Se deben suministrar empaques en todas las juntas de las cajas de cabezales para sellar fabricados en material no asbesto de acuerdo al ASME B16.20 o equivalente. Donde los serpentines entren o salgan de las cajas de cabezales, las aberturas alrededor del serpentn se deben sellar con fibra cermica de acuerdo a ASTM C 892 Grado 8 o equivalente, o con mangas de material refractario selladas hermticamente. Se deben suministrar puertas de acceso en la seccin de radiacin de todos los calentadores y localizadas libres de toda obstruccin, fabricadas en material ASTM A 36 o equivalente. Se deben suministrar un mnimo de 2 puertas de 451 mm x 610 mm (17 pulg x 24 pulg) en cada una de las

d)




paredes frontales opuestas cercanas al piso del calentador para acceso y ventilacin de cada una de las cmaras de combustin. Cuando las paredes de tubos no permiten este acceso, se debe suministrar una puerta en el piso de la cmara de combustin del calentador. e) Se deben suministrar mirillas y puertas de observacin fabricadas en material ASTM A 48 o equivalente, en un nmero suficiente para permitir la observacin visual de la longitud total de todos los tubos de radiacin y la flama de los quemadores. En todos los calentadores se deben suministrar puertas para remover los tubos. Plataformas y escaleras. Generalidades. Las cargas vivas se deben incrementar por impacto de acuerdo con la recomendacin establecida en la especificacin AISC parte 5, capitulo 1.3.3, 5a edicin 1978 o equivalente. Se elimin, estn incluidas en los valores del punto 8.2.8.2. Todas las formas de los perfiles estructurales deben estar respaldados por especificaciones de productos comerciales de la industria del acero. Se deben suministrar plataformas y escaleras para tener acceso a los puertos de muestreo de emisiones contaminantes a la atmsfera localizados en la chimenea. Se deben suministrar plataformas y escaleras marinas para acceso a cada puerta de observacin, instrumentacin, termocoples para decoquizado y bridas para propsitos de inspeccin del decoquizado. Todas las formas de los perfiles estructurales se deben ser en material ASTM A 36 o equivalente. Las rejillas de plataformas y escaleras se deben fabricar de acuerdo al ANSI/NAAMM MBG 531-00, tipo W-19-4(1 x 3/16)o equivalente, en material ASTM A 36 o equivalente.

f) 8.2.8 8.2.8.1 a)

a) b)

c) d) e)

8.2.8.2

Cargas vivas.

Valores de cargas vivas para accesos y reas de circulacin. a) b) c) d) e) Pasillos. Escaleras de rampa Plataformas para operacin Plataformas multiniveles en chimeneas Plataformas para servicio alrededor del equipo, donde partes del equipo y herramientas pesadas se puedan almacenar 1226 Pa (0.1778 psi) 2452 Pa (0.3556 psi) 2452 Pa (0.3556 psi) 1226 Pa (0.1778 psi) temporalmente




4903 Pa (0.7111 psi) 8.2.9 8.2.9.1 a) Chimeneas, ductos y caja de humos. Generalidades. Las chimeneas de acero de los calentadores a fuego directo debe ser diseada de acuerdo a la norma NRF-137-PEMEX-2006, excepto que se debe considerar una estructura tipo 4 para diseo por sismo de acuerdo al Manual de Diseo de Obras Civiles e la Comisin Federal de Electricidad. El diseo de las chimeneas deben ser de acuerdo al STS-1 del ASME o equivalente (excepto el anlisis de sismo y viento descrito en los numerlaes anteriores) y se deben considerar 3 rompedores de viento tipo espiral rectangulares de 6 mm ( pulg) de espesor a 120 grados, espaciados con un paso de 5 veces el dimetro de la chimenea y una proyeccin de 0,1 veces el dimetro de la chimenea. Todas las chimeneas se deben fabricar de placa de acero al carbono ASTM-A-36 o equivalente y deben ser del tipo auto soportada con una altura mnima de 32 m (105 pies), sobre el nivel de piso terminado. En aquellos casos en que se encuentren localizadas cerca de poblaciones, la altura se debe determinar de acuerdo al estudio de dispersin de contaminantes especfico de la planta. La tolerancia por corrosin debe ser de 3 mm ( pulg) para las chimeneas. El diseo de las chimeneas, seccin cnica, dimetro, espesores y bridas, se debe hacer de tal forma que, prevenga la resonancia en el primero y segundo periodos, debido a las velocidades del viento. Las chimeneas deben ser de construccin soldada y todas las soldaduras deben ser de penetracin completa. Los refuerzos de soldadura (anillos de respaldo) deben ser de 3 mm ( pulg) de espesor mximo. Cuando la temperatura de los gases de combustin sea hasta 315 C (599 F) es aceptable el refuerzo estructural de con acero al carbono ASTM A 36 o equivalente, y arriba de 315 C (599 F) se requiere refuerzo estructural de acero inoxidable 18Cr - 8 Ni (ASTM A 240 Tipo 304L) o equivalente. Las chimeneas y ductos deben ser capaces de manejar el volumen de los gases de combustin a las condiciones de carga mxima. La velocidad de los gases de combustin de la chimenea debe estar en el rango de 7,62 m/s a 9,144 m/s (25 pies/s a 30 pies/s) a 125% de la carga trmica de diseo. Los ltimos 1,5 m (5 pies) de la chimenea, deben ser de acero inoxidable 18Cr - 8 Ni (ASTM A 240 Tipo 304L) o equivalente, y soportar el riel para pintores, el peso total del riel y el peso del personal para pintar se deben considerar dentro de las cargas para el anlisis y diseo estructural de la chimenea. La chimenea se debe equipar y suministrar con un riel para soportar una polea para pintar. Los ductos del sistema de precalentamiento de aire, deben ser como mnimo de 5 mm ( pulg) de espesor. La construccin debe ser de paneles soldados para reducir al mnimo posible la filtracin de aire.

b)

c)

d) e) f)

g)

h) i) j)

k) l)




m) n) o)

Las cajas de humos y ductos deben ser de construccin soldada. Para calentadores de tiro natural, el regulador de tiro se debe localizar en cada chimenea. Las chimeneas, caja de humos y ductos se deben construir de acero al carbono, excepto donde se indique otro material.

8.2.10 Quemadores. 8.2.10.1 Generalidades. a) Considerar como base, las hojas de datos de quemadores anexas a la requisicin as como la composicin qumica de los combustibles que debe estar de acuerdo al anlisis efectuado por el laboratorio de cada centro de trabajo. Se debe considerar la composicin del combustible con un rango mnimo y mximo, anexndose esta a la requisicin. Todos los quemadores deben ser de alta eficiencia, bajo NOx, y con atenuador de ruido. Los quemadores integrados a los calentadores deben cumplir con la norma NOM-085-SEMARNAT1994 vigente en el momento en que inicie la operacin de los calentadores, y deben incluir, en caso de ser necesario, los sistemas requeridos para cumplir con los lmites de emisiones contaminantes establecidos en esta norma. Las boquillas para combustleo deben ser en material ASTM A 600 Tipo T1 o equivalente, y para gas en especificacin ASTM A 276 Tipo 310 o equivalente. - El diseo de los dispositivos de ajuste del can de combustleo debe ser tal que, eliminen el goteo del combustible. - Las toberas distribuidoras de la boquilla se deben disear de manera que permitan una adecuada mezcla de combustible-fluido auxiliar, adems de proporcionar una forma de flama adecuada - El diseo de la boquilla contempla un ngulo de chorro que vare lo menos posible para las condiciones de liberacin mnima normal y mxima especificada en las hojas de datos del quemador.

b) c)

d)

e) -

El quemador se debe disear para: Los lmites de operacin de 50% a 125% de la liberacin de calor de diseo basado en las caractersticas del combustible y exceso de aire de diseo, indicados en las hojas de datos del mismo, ver anexo A Funcionar con l (los) combustible (s) y excesos de aire que se indican en las hojas de datos del quemador. Prevenir el retroceso de la flama Un nivel mximo de ruido permisible de 85 decibeles (dBA) a una distancia de un metro del punto de generacin de este, medido en respuesta lenta en la escala "A" del medidor (sonmetro). En caso de rebasar este valor, el quemador debe llevar un atenuador de ruido (individual integrado bien comn para varios quemadores) para cumplir con dicho requisito. Prevenir vibraciones mecnicas y acsticas. Minimizar la erosin, taponamiento y corrosin de las boquillas cuando quemen los combustibles descritos en la hoja de datos. Considerar facilidades de operacin y mantenimiento de estos equipos, con base al espacio disponible.

-




f) g)

Los calentadores se deben disear con quemadores mltiples y deben tener un piloto por cada quemador. La cada de presin a travs del quemador no debe de ser mayor que la marcada como disponible en la hoja de datos del quemador. La cada de presin mxima a travs del quemador para calentadores a fuego directo debe ser de 7,62 mm de agua [(74,72 Pa) (0.01 psi)] a las condiciones de diseo. La garganta de los quemadores se debe disear para realizar un mezclado eficiente del aire de combustin y el combustible y lograr la eficiencia de la flama de gas o de combustleo o cualquier combinacin de ellos. El diseo del quemador debe permitir una fcil inspeccin, con objeto de reemplazar el can. El quemador completo o solamente su can, se deben desmontar mientras el calentador esta en operacin. Cuando se requiera atenuador de ruido individual por quemador, se debe atornillar directamente al quemador. Cuando se requiera atenuador de ruido comn para varios quemadores se debe fijar a la placa del calentador con seguros. La liberacin de calor por quemador y el arreglo de quemadores, debe ser tal que, la flama no alcance directamente los tubos cuando opere a un 125% de la liberacin de calor de diseo. Se deben suministrar puertas o lumbreras de encendido cuando no sea prctico hacer el encendido a travs del quemador. Se deben tomar las previsiones necesarias para que el suministro de aire a cada quemador pueda ajustarse manualmente. La seleccin del quemador debe tomar en cuenta la forma de flama requerida especificada en la hoja de datos del quemador. El quemador se debe seleccionar tomando en cuenta que la flama de este no debe tocar o pegar en alguna parte de la zona de combustin, aun cuando las condiciones de liberacin estn hasta el 25% arriba de las condiciones de diseo.

h)

i)

j) k) l) m) n) o) p)

8.2.10.2 Atomizador (para combustible lquido). a) b) c) El fabricante debe disear el atomizador para utilizar vapor como fluido auxiliar para lograr la atomizacin, a menos que se especifique atomizacin mecnica u otro fluido auxiliar. La tubera principal (atomizadora) debe ser de un tipo tal, que permita obtener un buen rango de regulacin del medio atomizador, para el caudal de combustible requerido. El atomizador debe ser de un diseo adecuado para que el consumo de vapor no exceda del 15% al 35% en peso de combustible atomizado.




8.2.10.3 Pilotos. a) b) c) d) e) f) g) La flama del piloto debe tener suficiente estabilidad y penetracin para lograr el encendido del quemador. La flama del piloto se debe regular manualmente y el diseo del mismo debe ajustarse para consumir un mnimo de combustible. La presin mnima de operacin del piloto debe ser de 33,34 kPa (4.8 psi). El piloto del quemador debe ser del tipo de premezcla y de retencin de flama. El piloto se debe disear para consumir gas combustible de caractersticas especificadas en la hoja de datos del quemador ver anexo A. El piloto debe permanecer encendido durante la operacin a menos que el comprador especifique otra cosa. El proveedor debe suministrar tres encendedores elctricos manuales porttiles por calentador, para el encendido de los pilotos.

8.2.10.4 Registros de aire. a) b) Los registros de aire primario y secundario y terciario (cuando aplique) deben presentar suficiente rea de paso para suministrar el exceso de aire requerido para la combustin. Los registros de aire primario y secundario y terciario (cuando aplique), deben ser de ajuste manual para poder regularlos en cualquier momento y deben ser fabricados de acero al carbn dctil., podr ser un ajustador para todos los aires bien un ajustador por cada aire.

8.2.10.5 Boca refractaria. a) La boca refractaria debe mantener una distancia y posicin relativa adecuada respecto a la boquilla del quemador, para que el combustible atomizado no choque con las paredes de sta, evitndose as el escurrimiento del combustible. La cermica refractaria debe tener propiedades fsicas (refractividad y emisividad) que faciliten la radiacin dentro de la cmara de combustin, y un acabado spero pero sin irregularidades notables. La cermica refractaria se debe colocar con cemento de alta resistencia. Las partes deben estar independientes del piso o la pared, con un espacio para expansin y llenos de cemento aislante, de tal forma que la cermica refractaria del quemador tenga libertad de que se pueda expandir y contraer independientemente. El ngulo relativo entre la boquilla y la boca refractaria, debe minimizar la radiacin hacia la boquilla.

b)

c)

d)




8.2.11 Sopladores de holln. a) b) c) d) Los sopladores deben ser automticos, secuenciales y totalmente retrctiles. Se deben suministrar sopladores de holln para soplar no ms de 2 camas de tubos con superficie extendida hacia arriba y 2 camas hacia abajo. Los sopladores de holln deben disearse para resistir la corrosin a las condiciones de operacin. Los sopladores de holln se disean para operar satisfactoriamente cuando el calentador queme los combustibles con las caractersticas listadas en las hojas de datos de los sopladores ver anexo A. Cuando se use combustin de aceite-gas, deben ser mandatorias las propiedades del aceite. El tamao, cantidad y espaciamiento de los orificios se deben disear de acuerdo con la seccin de conveccin y condiciones de operacin. El material de las lanzas debe ser de acero inoxidable 18Cr - 8Ni (ASTM A 213 Tipo 304 o ASTM A 312 Tipo 304 o equivalentes) y para boquillas acero inoxidable 18Cr - 8Ni (ASTM A 276 Tipo 304 o ASTM A 182 Gr. F 304L) o equivalentes. Cada soplador debe tener botn de arranque local alambrado en taller a prueba de explosin y debe cumplir con la clasificacin de reas de la instalacin segn la norma NRF-036-PEMEX-2003. Las estaciones de control local deben estar sujetas a los mismos dispositivos de proteccin y seguridad presentes en el sistema primario de control de sopladores. El mecanismo de los sopladores de holln, debe ser a prueba de polvo y totalmente hermtico. Se deben disear para permitir el mantenimiento y/o ajuste del elemento sin desmontar el cabezal. Una vez conectada la lnea de vapor a cada soplador, se procede a revisar que la operacin de los accionadores sea correcta, para lo cual se deben hacer funcionar desde el cuarto de control, asegurndose de que cada soplador gire libremente y circule el vapor de barrido a travs de l sin ninguna dificultad. Se deben suministrar todas las tuberas, vlvulas y accesorios requeridos para conectar el cabezal de vapor local de los sopladores de holln al suministro de vapor sobrecalentado. Las vlvulas deben incluir el suministro automtico del vapor y venteo para control de temperatura, vlvulas para drenaje, enlazado con el control de los sopladores de holln y vlvulas manuales para corte de vapor. Los materiales de estos componentes se deben suministrar bajo las especificaciones siguientes: -Tubera.- ASTM A 53 o equivalente. - Vlvulas.- ASTM A 105 de acuerdo a ASME B16.34 o equivalentes, - Bridas.- ASTM A 105 de acuerdo a ASME B16.5 o equivalentes. - Accesorios.- ASTM A 234 de acuerdo a ASME B16.9 o equivalentes.

e) f)

g)

h) i) j)

k)

8.2.12 Reguladores de tiro. a) El regulador de tiro debe permanecer en la ltima posicin a falla de la fuerza accionadora. Los



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