Baixe N-0057 Projeto Mecânico de Tubulações Industriais e outras Manuais, Projetos, Pesquisas em PDF para Engenharia de Petróleo, somente na Docsity!
N-57 REV. H^ 01 / 2017
PROPRIEDADE DA PETROBRAS 92 páginas, Índice de Revisões e GT
Projeto Mecânico de
Tubulações Industriais
Procedimento
Esta Norma substitui e cancela a sua revisão anterior. Cabe à CONTEC - Subcomissão Autora, a orientação quanto à interpretação do texto desta Norma. A Unidade da PETROBRAS usuária desta Norma é a responsável pela adoção e aplicação das suas seções, subseções e enumerações.
CONTEC
Comissão de Normalização Técnica
Requisito Técnico : Prescrição estabelecida como a mais adequada e que deve ser utilizada estritamente em conformidade com esta Norma. Uma eventual resolução de não segui-la (“não conformidade” com esta Norma) deve ter fundamentos técnico-gerenciais e deve ser aprovada e registrada pela Unidade da PETROBRAS usuária desta Norma. É caracterizada por verbos de caráter impositivo.
SC - 17
Prática Recomendada : Prescrição que pode ser utilizada nas condições previstas por esta Norma, mas que admite (e adverte sobre) a possibilidade de alternativa (não escrita nesta Norma) mais adequada à aplicação específica. A alternativa adotada deve ser aprovada e registrada pela Unidade da PETROBRAS usuária desta Norma. É caracterizada por verbos de caráter não impositivo. É indicada pela expressão: [Prática Recomendada].
Cópias dos registros das “não conformidades” com esta Norma, que possam contribuir para o seu aprimoramento, devem ser enviadas para a CONTEC - Subcomissão Autora.
Tubulação As propostas para revisão desta Norma devem ser enviadas à CONTEC - Subcomissão Autora, indicando a sua identificação alfanumérica e revisão, a seção, subseção e enumeração a ser revisada, a proposta de redação e a justificativa técnico-econômica. As propostas são apreciadas durante os trabalhos para alteração desta Norma.
“A presente Norma é titularidade exclusiva da PETRÓLEO BRASILEIRO S. A. - PETROBRAS, de aplicação interna na PETROBRAS e Subsidiárias, devendo ser usada pelos seus fornecedores de bens e serviços, conveniados ou similares conforme as condições estabelecidas em Licitação, Contrato, Convênio ou similar. A utilização desta Norma por outras empresas/entidades/órgãos governamentais e pessoas físicas é de responsabilidade exclusiva dos próprios usuários”.
Apresentação
As Normas Técnicas PETROBRAS são elaboradas por Grupos de Trabalho
- GT (formados por Técnicos Colaboradores especialistas da Companhia e de suas Subsidiárias), são comentadas pelas Unidades da Companhia e por suas Subsidiárias, são aprovadas pelas Subcomissões Autoras - SC (formadas por técnicos de uma mesma especialidade, representando as Unidades da Companhia e as Subsidiárias) e homologadas pelo Núcleo Executivo (formado pelos representantes das Unidades da Companhia e das Subsidiárias). Uma Norma Técnica PETROBRAS está sujeita a revisão em qualquer tempo pela sua Subcomissão Autora e deve ser reanalisada a cada 5 anos para ser revalidada, revisada ou cancelada. As Normas Técnicas PETROBRAS são elaboradas em conformidade com a Norma Técnica PETROBRAS N-1. Para informações completas sobre as Normas Técnicas PETROBRAS, ver Catálogo de Normas Técnicas PETROBRAS.
Sumário
- N-57 REV. H 01 /
- 1 Escopo
- 2 Referências Normativas
- 3 Termos e Definições............................................................................................................................
- 4 Condições Gerais
- 4.1 Responsabilidades da Projetista
- 4.2 Apresentação do Projeto
- 4.3 Campos de Aplicação
- 4.4 Materiais
- 4.5 Critérios de Cálculo
- 4.6 Identificação de Tubulações
- 4.7 Coordenadas e Elevações
- 4.8 Isolamento Térmico
- 4.9 Aquecimento Externo
- 4.10 Fabricação e Montagem
- 5 Requisitos de Cálculo Mecânico de Tubulações
- 5.1 Cálculos Contemplados por esta Norma
- 5.2 Cálculo da Espessura de Parede.........................................................................................
- 5.3 Cálculo do Vão Entre Suportes
- 5.4 Análise de Tensões Estáticas (Cálculo de Flexibilidade)
- 5.5 Análise Dinâmica de Tubulações
- 5.6 Cálculo dos Esforços Sobre os Suportes
- 6 Disposição Geral das Tubulações
- 7 Arranjo de Tubulações Conectadas a Equipamentos
- 7.1 Condições Gerais
- 7.2 Tubulações Ligadas a Bombas
- 7.3 Tubulações Ligadas a Turbinas
- 7.4 Tubulações Ligadas a Vasos
- 7.5 Tubulações Ligadas a Permutadores de Calor....................................................................
- 7.6 Tubulações Ligadas a Compressores.................................................................................. - N-57 REV. H 01 /
- 8 Requisitos para TPD em Serviços Críticos ou Perigosos
- 8.1 Requisitos para TPD de Processo
- 8.2 Requisitos para TPD dos Sistemas Auxiliares de Bombas de Produto...............................
- 8.3 Requisitos para TPDs de Sistemas de Instrumentação e Controle
- 8.3.1 Requisitos para as Tomadas de Impulso para Instrumentos
- 8.3.2 Tubulações de PSVs....................................................................................................
- 9 Válvulas
- 9.1 Considerações Gerais
- 9.2 Válvulas de Segurança e de Alívio
- 9.3 Válvulas de Controle
- 10 Juntas de Expansão
- 11 Sistemas de Purga para Tubulações e Equipamentos
- 12 Suportes, Apoios e Restrições de Tubulação
- 13 Diversos
- Anexo A - Figuras
- Anexo B - Tabelas de Vãos Máximos entre Suportes
- Anexo C - Alívio Contra a Pressurização Devido á Expansão Hidráulica do Produto
- Anexo D - Seleção de Linhas para Análise Dinâmica - Alternativos Anexo E - Requisitos Suplementares para Projeto Mecânico de Tubulações Ligadas a Compressores - e Tubulações Sujeitas a Vibração....................................................................................... Anexo F - Padrões de Suportes para Tubulações de Pequeno Diâmetro Conectadas a Equipamentos - de Processo Anexo G - Critério para Determinação de Tensão Admissível para Análise de Fadiga em Tubulações
- Figura 1 - Suportes do Tipo Trava Vertical (“Hold Down”) Figuras
- Figura 2 - Esquema Para Tomadas de Impulso de Instrumentação.....................................................
- Figura 3 - Detalhe Típico para Arranjo de PSV
- Figura A.1 - Tubulações em Tubovias
- Figura A.2 - Arranjo Esquemático de uma Unidade
- Figura A.3 - Posicionamento de Furos de Flanges - N-57 REV. H 01 /
- Figura A.4 - Arranjos Típicos de Linhas de Sucção de Bombas...........................................................
- Figura A.5 - Arranjo Típico de Tubulação em Bombas
- Figura A.6 - Aquecimento de Bomba Reserva
- Figura A.7 - Arranjo Típico da Tubulação
- Figura A.8 - Espaçamento entre Tubos
- Figura A.9 - Espaçamento entre Tubos e Vasos
- Figura A.10 - Arranjos Típicos de Tubulações em Compressores
- Figura A.11 - Afastamentos Mínimos para Linhas de Sucção de Compressores de Ar
- Figura A.12 - Arranjo Típico de Válvulas de Controle
- Figura A.13 - Isométrico da Instalação de Purgadores em Equipamentos - Principais Sujeitas a Vibração Utilizando Braçadeira Figura F.1 - Desenho Esquemático de Suportação de Drenos e Suspiros Paralelos as Linhas - Principais Sujeitas a Vibração Utilizando Reforço Integral Figura F.2 - Desenho Esquemático de Suportação de Drenos e Suspiros Paralelos as Linhas
- Figura F.3 - Detalhe Típico de Suportação de Drenos e Suspiros em Linhas Sujeitas a Vibração - Principais Sujeitas à Vibração Figura F.4 - Desenho Esquemático de Suportação de Drenos e Suspiros Transversais às Linhas
- Figura F.5 - Desenho Esquemático de Suportação de Ramais Verticais em Linhas Sujeitas à Vibração
- Tabela 1 - Campos de Aplicação para Normas e Códigos de Tubulação Tabelas
- Tabela 2 - Temperatura Limite do Material
- Tabela 3 - Espessuras Mínimas Estruturais de Parede de Tubulações
- Computacionais................................................................................................................... Tabela 4 - Sistemas que Devem ter a Análise de Flexibilidade Realizada Utilizando Métodos
- Tabela 5 - Temperaturas de Metal para Projeto Mecânico de Linhas Sujeitas a Limpeza com Vapor
- Tabela 6 - Fator de Simultaneidade em Função do Número de Tubos
- Tabela 7 - Dimensionamento das Válvulas
- Tabela 8 - Materiais para Tubo de Condução
- Tabela 9 - Limite de Espessura para Tubo de Condução - Linhas de Vapor
- Tabela 10 - Limite de Espessura para Tubo de Condução - Água de Resfriamento
- Tabela 11 - Limite de Espessura para Tubo de Condução - Óleo de Lubrificação
- Tabela 12 - Uso de Simples e Duplo Bloqueio para Isolamento de Sistemas para Manutenção
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Tabela B.1 - Vãos Máximos entre Suportes de Tubulação (“On Site”) - Flecha : 6 mm, Espessura de Corrosão: 1,6 mm (Continuação) ..................................................................................... 71
Tabela B.2 - Vãos Máximos entre Suportes de Tubulação (“On Site”) - Flecha : 6 mm, Espessura de Corrosão: 3,2 mm............................................................................................................. 73
Tabela B.3 - Vãos Máximos entre Suportes de Tubulação (“On Site”) - Flecha : 25 mm, Espessura de Corrosão: 1,6 mm............................................................................................................. 76
Tabela B.4 - Vãos Máximos entre Suportes de Tubulação (“Off Site”) - Flecha : 25 mm, Espessura de Corrosão: 3,2 mm............................................................................................................. 79
Tabela C.1 - Fator de Correção para o Efeito da Temperatura ............................................................ 85
Tabela G.1 - Tensões Admissíveis para Análise de Fadiga de Tubulações Sujeitas a Vibração (Nota 1) ............................................................................................................................ 92
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PETROBRAS N-553 - Bombas Centrífugas para as Indústrias Petroquímica, de Gás Natural e de Petróleo;
PETROBRAS N-894 - Projeto de Isolamento Térmico a Baixa Temperatura;
PETROBRAS N-896 - Montagem de Isolamento Térmico a Baixa Temperatura;
PETROBRAS N-1522 - Identificação de Tubulações Industriais;
PETROBRAS N-1645 - Critérios de Segurança para Projeto de Instalações Fixas de Armazenamento de Gás Liquefeito de Petróleo;
PETROBRAS N-1674 - Projeto de Arranjo de Instalações Industriais Terrestres de Petróleo, Derivados, Gás Natural e Álcool;
PETROBRAS N-1692 - Apresentação de Projetos de Tubulação;
PETROBRAS N-1693 - Diretrizes para Elaboração de Material de Tubulação para Instalações de Refino e Transporte;
PETROBRAS N-1756 - Projeto e Aplicação de Proteção Passiva Contra Fogo em Instalações Terrestres;
PETROBRAS N-1758 - Suporte, Apoio e Restrição para Tubulação;
PETROBRAS N-1882 - Critérios para Elaboração de Projetos de Instrumentação;
PETROBRAS N-1931 - Material de Tubulação para Instrumentação;
PETROBRAS N-2163 - Soldagem e Trepanação em Equipamentos, Tubulações Industriais e Dutos em Operação;
PETROBRAS N-2546 - Critérios para Utilização de Válvulas Esfera Testada a Fogo ("Fire Tested Type");
PETROBRAS N-2791 - Detalhes de Instalação de Instrumentos ao Processo;
ABNT NBR 5580 - Tubos de Aço-carbono para Usos Comuns na Condução de Fluidos - Especificação;
ABNT NBR 5590 - Tubos de Aço-carbono com ou sem Solda Longitudinal, Pretos ou Galvanizados - Especificação;
ABNT NBR 12712 - Projeto de Sistemas de Transmissão e Distribuição de Gás Combustível;
ABNT NBR 15280-1 - Dutos Terrestres, Parte 1: Projeto;
ABNT NBR 15280-2 - Dutos Terrestres, Parte 2: Construção e Montagem;
ISO 15649 - Petroleum and Natural Gas Industries - Piping;
API RP 551 - Process Measurement Instrumentation;
API RP 553 - Refinery Valves and Accessories for Control and Safety Instrumented Systems;
API RP 686 - Recommended Practice for Machinery Installation and Installation Design;
API RP 688 - Pulsation and Vibration Control in Positive Displacement Machinery Systems for Petroleum, Petrochemical, and Natural Gas Industry Services;
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API SPEC 5L - Specification for Line Pipe;
API STD 520 Part I - Sizing, Selection, and Installation of Pressure-relieving Devices Part I - Sizing and Selection;
API STD 520 Part II - Sizing, Selection, and Installation of Pressure-relieving Devices Part II
API STD 521 - Pressure-Relieving and Depressuring Systems;
API STD 526 - Flanged Steel Pressure-relief Valves;
API STD 610 - Centrifugal Pumps for Petroleum, Petrochemical and Natural Gas Industries;
API STD 611 - General-Purpose Steam Turbines for Petroleum, Chemical, and Gas Industry Services;
API STD 612 - Petroleum, Petrochemical and Natural Gas Industries - Steam Turbines - Special-Purpose Aplications;
API STD 614 - Lubrication, Shaft-Sealing, and Oil-Control Systems and Auxiliaries;
API STD 617 - Axial and Centrifugal Compressors and Expander-Compressors;
API STD 618 - Reciprocating Compressors for Petroleum, Chemical, and Gas Industry Services;
API STD 682 - Pumps - Shaft Sealing Systems for Centrifugal and Rotary Pumps;
ASME B31.1 - Power Piping;
ASME B31.3 - Process Piping;
ASME B31.4 - Pipeline Transportation Systems for Liquids and Slurries;
ASME B31.8 - Gas Transmission and Distribution Piping Systems;
ASME B36.10M - Welded and Seamless Wrought Steel Pipe;
ASME B36.19M - Stainless Steel Pipe;
ASME BPVC Section VIII Division 1 - Boiler and Pressure Vessel Code - Section VIII - Rules for Construction of Pressure Vessels - Division 1;
ASME BPVC Section VIII Division 2 - Boiler and Pressure Vessel Code - Section VIII - Rules for Construction of Pressure Vessels - Division 2: Alternative Rules;
ASME BPVC Section III 1 APPENDICES - Rules for Construction of Nuclear Facility Components;
ASME OM - Division 2 - Part 3 - Operation and Maintenance of Nuclear Power Plants;
ASTM A36/A36M - Standard Specification for Carbon Structural Steel;
ASTM A106/A106M - Standard Specification for Seamless Carbon Steel Pipe for High-Temperature Service;
BSI PD 8010-1 - Pipeline Systems- Part 1: Steel Pipelines on Land - Code of Practice;
EJMA STD - Standards of the Expansion Joint Manufacturers Association;
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HRC ("Hardness Rockwell C") Escala de dureza Rockwell C
ISO
International Organization for Standardization
local seguro região na qual é admissível a descarga de gases inflamáveis ou tóxicos. Para suspiros, conforme PETROBRAS N-1674. Para drenos, conforme PETROBRAS N-
NEMA
“National Electrical Manufacturers Association”
NPS
"Nominal Pipe Size"
passagem de tubulação termo genérico para referenciar faixa destinada ao encaminhamento de tubulações, tais como pontes de tubulação, tubovias e trincheiras
PIs (“Pressure Indicator”) dispositivos indicadores de pressão
plantas de arranjo para fins de aplicação desta Norma são também aplicáveis todos os termos relativos as plantas de arranjo definidos na PETROBRAS N-
ponte de tubulação (“pipe rack”) passagem de tubulações onde a elevação dos tubos é superior em mais de 1 m aos greides das áreas adjacentes
produtos quentes fluidos com temperatura acima de 60 °C
produtos frios fluidos com temperatura abaixo ou igual a 60 °C
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projeto mecânico conjunto de atividades de engenharia e o seu produto destinados a apresentar informações necessárias e suficientes para adquirir, construir, operar e manter os sistemas de tubulações de instalações petrolíferas. O conjunto de informações fornecidas pelo projeto é constituído dos documentos listados na PETROBRAS N-
NOTA Projeto mecânico e projeto de detalhamento de tubulações devem ser considerados sinônimos para fins desta Norma.
(PSA) “Purification System Adsorber” sistema de unidades de purificação de hidrogênio
PSV (“Pressure Safety Valve”) termo utilizado, de forma genérica, como sinônimo de válvula de segurança, válvula de alívio e válvula de segurança e alívio
reparo qualquer intervenção que vise estabelecer a operacionalidade após falha ou corrigir não conformidades com relação ao projeto original
serviços críticos ou perigosos para fins desta Norma, entende-se como serviços críticos ou perigosos aqueles em que há perigo de explosão, autoignição, fogo e/ou toxidade ambiental, nos casos de vazamentos. As enumerações a seguir, são exemplos de sistemas de tubulação nestas condições, mas não limitados a estes sistemas de tubo:
a) linhas conduzindo fluidos com concentração de H 2 S superior a 3 % em peso; b) linhas com fluidos em pressão parcial de H 2 superior a 441 kPa (4,5 kgf/cm 2 ); c) linhas de solução Dietanolamina (DEA), Monoetanolamina (MEA) ou soda cáustica, contaminadas ou não; d) linhas com fluidos líquidos inflamáveis em temperatura de operação igual ou superior a temperatura de “flash” ou de autoignição; e) linhas de gás inflamável: gás residual de processo, GLP, gás combustível, gás natural e gás para tocha; f) linhas com produto tóxico “categoria M” da ASME B31.3; g) linhas de hidrocarbonetos e produtos químicos conectadas a máquinas alternativas; h) linhas de hidrocarbonetos e produtos químicos com elevado nível de vibração; i) linhas de hidrocarbonetos e produtos químicos, em temperatura de trabalho superior a 260 ºC ou pressão de trabalho superior a 2 000 kPa (20 kgf/cm^2 ); j) linhas de hidrocarbonetos e produtos químicos com sobre espessura de corrosão ou erosão acima de 3,2 mm; k) linhas de hidrocarbonetos e produtos químicos sujeitas a corrosão sob tensão; l) linhas de hidrocarbonetos e produtos químicos que atingem temperaturas abaixo de 0 ºC, em caso de vazamento, devido à despressurização súbita à pressão atmosférica.
sistema de tubulação conjunto de tubulações usadas para conduzir fluidos, interligadas entre si e/ou a equipamentos estáticos ou dinâmicos e sujeitas às mesmas condições de projeto (temperatura e pressão)
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4 Condições Gerais
4.1 Responsabilidades da Projetista
4.1.1 A projetista deve sempre assumir a total responsabilidade sobre o projeto e elaborar desenhos detalhados, cálculos e todos os demais documentos que constituem o projeto. É de exclusiva responsabilidade da projetista a estrita observância de todas as prescrições aplicáveis desta Norma, bem como de todas as disposições legais que possam afetar o projeto mecânico de tubulações industriais. Devem também ser seguidas pela projetista todas as exigências das normas específicas para cada uma das unidades industriais citadas em 1.1.
4.1.2 Com base nos requisitos da NR-13, o profissional habilitado deve definir a extensão e a abrangência das linhas e sistemas de tubulação enquadradas na NR-13. Este enquadramento deve ser realizado por sistema de tubulação, devendo considerar as tubulações e linhas que conduzem o mesmo fluido de processo, possuem o mesmo material e estão sujeitas a taxas de corrosão semelhantes. Esta classificação deve ser realizada pela CONTRATADA com apoio e orientação da PETROBRAS durante o projeto de detalhamento.
4.1.3 Para parques de armazenamento de GLP, devem ser consideradas adicionalmente as prescrições da PETROBRAS N-1645.
4.1.4 A liberação ou aceitação, total ou parcial, do projeto por parte da PETROBRAS em nada diminui a responsabilidade da projetista pelo projeto.
4.2 Apresentação do Projeto
O projeto deve ser apresentado como determinado pela PETROBRAS N-1692.
4.3 Campos de Aplicação
Os campos de aplicação das normas de projeto, cálculo, especificação de material e montagem de tubulações industriais devem estar conforme a Tabela 1.
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Tabela 1 - Campos de Aplicação para Normas e Códigos de Tubulação
Instalação
Objeto
Refinarias e Unidades de processamento terrestres
Áreas reservadas em refinarias ou plantas de processo para instalação de dutos
Bases, terminais e estações, exceto braços de carregamento
Linha tronco de dutos
Projeto e Cálculo Esta Norma
Esta Norma (Ver Nota) ABNT NBR 15280- (oleoduto) ABNT NBR 12712 (gasoduto)
Esta Norma
ABNT NBR 15280-
(oleoduto) ABNT NBR 12712 (gasoduto)
Material PETROBRAS N-
PETROBRAS
N-76 (Ver Nota) ABNT NBR 15280- (oleoduto) ABNT NBR 12712 (gasoduto)
PETROBRAS
N-
ABNT NBR 15280-
(oleoduto) ABNT NBR 12712 (gasoduto)
Montagem
PETROBRAS
N-
PETROBRAS
N-115 (Ver Nota) PETROBRAS N-
PETROBRAS
N-
PETROBRAS
N-
Norma ASME ASME B31.
ASME B31.
ASME B31.
(oleoduto) ASME B31. (gasoduto)
ASME B31.
ASME B31.
(oleoduto) ASME B31. (gasoduto)
ASME B31.
(oleoduto) ASME B31. (gasoduto)
NOTA Utilizada quando aplicada ASME B31.3.
4.4 Materiais
4.4.1 Devem ser adotadas no projeto, as padronizações de material de tubulação, da PETROBRAS N-76, cujas abrangências devem estar definidas na PETROBRAS N-1693. A responsabilidade pela seleção das padronizações de material de tubulação é de responsabilidade da projetista.
4.4.2 Para os serviços não cobertos por nenhuma das padronizações de material de tubulação, citadas em 4.4.1, a projetista deve preparar padronizações de material utilizando o formulário padronizado pela PETROBRAS N-1693 devendo ser preenchidos todos os espaços que forem aplicáveis. Para elaboração destas padronizações devem-se seguir as recomendações da PETROBRAS N-1693.
4.4.3 Os materiais das padronizações preparadas pela projetista devem ser os que constam nas normas ISO, ABNT, ASTM, ASME e API. Somente devem ser utilizados materiais de acordo com outras normas com autorização da PETROBRAS.
4.4.4 Para temperaturas de operação superiores a 15 °C devem ser consideradas as recomendações constantes da Tabela 2. Em serviços corrosivos, os limites de temperatura devem ser estabelecidos para cada caso.
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4.5 Critérios de Cálculo
Os cálculos mecânicos do projeto de tubulações devem obedecer aos critérios da Seção 5 desta Norma.
4.6 Identificação de Tubulações
Todas as tubulações devem receber um código de identificação de acordo com a PETROBRAS N-1522, exceto se definido de forma diferente pela PETROBRAS. A identificação de cada tubulação deve figurar obrigatoriamente, em destaque, em todos os desenhos (tais como: fluxogramas, plantas e isométricos), listas, folhas de dados e demais documentos do projeto nas quais a referida tubulação aparecer ou estiver citada.
4.7 Coordenadas e Elevações
4.7.1 Todas as construções, equipamentos e tubulações, bem como arruamentos, limites de terreno, limites de área e quaisquer outras informações relevantes de situação devem ser locados nos desenhos por coordenadas referidas a um sistema de dois eixos ortogonais denominados “Norte-Sul de Projeto” e “Leste-Oeste de Projeto”. Nos projetos de ampliação de unidades existentes deve ser utilizado o mesmo sistema de coordenadas do projeto inicial.
4.7.2 Salvo indicação em contrário, as elevações básicas de pisos, bases de equipamentos e estruturas devem estar de acordo com a PETROBRAS N-1674.
4.8 Isolamento Térmico
4.8.1 O projeto e a instalação do isolamento térmico de tubulação devem obedecer às PETROBRAS N-250, N-550, N-894 e N-896.
4.8.2 As tubulações com isolamento térmico devem ser indicadas conforme as PETROBRAS N-58 e N-59, na Folha de Dados de tubulação e nos documentos de projeto necessários.
4.9 Aquecimento Externo
O projeto para aquecimento externo de tubulações deve ser conforme a PETROBRAS N-42.
4.10 Fabricação e Montagem
A fabricação e a montagem de tubulações devem estar de acordo com a PETROBRAS N-115.
5 Requisitos de Cálculo Mecânico de Tubulações
5.1 Cálculos Contemplados por esta Norma
5.1.1 Os seguintes cálculos de tubulação, considerados como elemento mecânico, estão abrangidos por esta Norma:
a) cálculo da espessura de parede; b) cálculo do vão entre suportes;
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c) cálculo de flexibilidade, juntas de expansão e suportes não rígidos; d) cálculo dos esforços sobre os suportes.
5.1.2 Nos projetos de tubulação em que sejam necessários outros cálculos mecânicos, não abrangidos por esta Norma, como, por exemplo, efeitos dinâmicos (tais como: impacto, vento, terremoto, vibração, reações de descarga e choques hidráulicos), sua execução deve ser feita de acordo com a prática da projetista e submetidos à aprovação da PETROBRAS.
5.1.3 As tubulações ligadas a bombas alternativas ou compressores alternativos devem ser submetidas à análise dinâmica, cuja execução deve ser feita por métodos computacionais, com programas previamente aprovados pela PETROBRAS.
5.2 Cálculo da Espessura de Parede
5.2.1 Devem ser calculadas as espessuras das tubulações não cobertas ou não definidas pelas padronizações de material de tubulação da PETROBRAS N-76. As espessuras das conexões devem estar de acordo com o tubo de diâmetro correspondente.
5.2.2 O cálculo da espessura de parede de tubulações, em função da pressão interna ou externa, deve ser feito como exigido pelas ASME B31.1, B31.3, ABNT NBR 15280-1 e ABNT NBR 12712, conforme o campo de aplicação de cada norma.
5.2.3 Considerações Específicas
5.2.3.1 Os valores da pressão de projeto e da temperatura de projeto, usados para o cálculo da espessura de parede, devem ser como determinados pelas normas ASME citadas no 5.2.2, em função das condições de operação da tubulação.
5.2.3.2 No projeto deve ser definida a conveniência de se estabelecer a temperatura máxima de operação como um valor maior do que aquele que o fluido atinge nas condições normais de operação.
5.2.3.3 Para as tubulações sujeitas a efeitos dinâmicos deve ser observado o descrito no 5.1.2 desta Norma.
5.2.3.4 As tubulações de grande diâmetro (NPS > 48) e de parede fina (relação D/e > 100), devem ser analisadas quanto à resistência ao colapso pela pressão atmosférica, caso haja formação eventual de vácuo na tubulação.
5.2.3.5 Todas as tubulações com pressão de operação inferior à atmosférica devem ser calculadas para vácuo total.
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5.3 Cálculo do Vão Entre Suportes
Aplicável para as tubulações dentro do escopo dos códigos ASME B31.1 e B31.3. Os vãos máximos são os apresentados nas Tabelas do Anexo B, que são válidas para tubulações de qualquer tipo de aço-carbono, com o mínimo de resistência estrutural do tubo API 5L Gr. B. No próprio Anexo B são apresentadas as expressões válidas para outros materiais metálicos.
5.4 Análise de Tensões Estáticas (Cálculo de Flexibilidade)
5.4.1 O cálculo de flexibilidade devido às dilatações (ou contrações) térmicas, aos movimentos dos pontos extremos da tubulação, ou à combinação desses efeitos, deve ser realizado como exigido pelas ASME B31.1 e B31.3, ABNT NBR 15280-1 e NBR 12712, onde aplicável.
5.4.2 Esse cálculo é obrigatório para todas as tubulações, exceto nos seguintes casos:
a) casos de dispensa previstos nas ASME B31.1 e B31.3, ABNT NBR 15280-1 e NBR 12712; b) tubulações com temperatura máxima de operação entre 5 °C e 40 °C, não expostas ao sol e não sujeitas à limpeza com vapor (“steam out”).
5.4.3 O cálculo de flexibilidade deve ser feito pelos seguintes métodos:
a) método analítico geral; b) métodos gráficos reconhecidos, desde que a tubulação em questão enquadre-se exatamente dentro do campo estrito de aplicação do gráfico.
NOTA 1 Devem ser adotados programas de computador previamente aprovados pela PETROBRAS. NOTA 2 Outros métodos podem ser admitidos desde que previamente aprovados pela PETROBRAS.
5.4.4 Os sistemas listados na Tabela 4 devem ser submetidos ao cálculo de flexibilidade utilizando métodos computacionais.
Tabela 4 - Sistemas que Devem ter a Análise de Flexibilidade Realizada Utilizando
Métodos Computacionais
NPS Sistemas Temperatura (ºC) ≤11/2 2 3 4 6 8 10 12 14 16 18 ≥ 20 Tanques de armazenamento
Qualquer
Resfriadores a ar Qualquer Rotodinâmicos Qualquer
Geral
260 Análise de Flexibilidade Computacional Obrigatória ≥ 205 e < 260 ≥ 150 e < 205 ≥90 e < 150 ≥ 40 e < 150 Análise de Flexibilidade Computacional não Obrigatória ≥5 e < 40 < 5 Análise de Flexibilidade Computacional Obrigatória
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5.4.5 A análise deve contemplar todas as condições de carregamento possíveis e aplicáveis, tais como: projeto, operação normal, teste hidrostático, limpeza com vapor, descarga de PSV, vapor de aquecimento, vento, entre outros.
5.4.6 Para cálculo de flexibilidade de linhas com temperatura acima de 40 °C devem ser considerados os critérios do código de projeto aplicável. Para determinação dos ranges de tensão devem ser consideradas as temperaturas descritas abaixo, associadas ao valor da pressão atuante simultaneamente:
a) temperatura de projeto; b) temperatura de operação; c) temperatura do vapor de aquecimento, no caso de tubulação com aquecimento com vapor (“steam tracing”); d) 60 °C: para todas as tubulações não isoladas expostas ao sol. e) temperaturas eventuais, tais como: anormalidades operacionais, emergência, limpeza com vapor (“steam out”), descoqueamentos de fornos (“steam air decoking”);
NOTA Nos casos mais críticos, recomenda-se calcular com maior precisão a distribuição de temperatura ao longo da tubulação em análise. [Prática Recomendada]
5.4.6.1 Incursões de temperatura por curto período, de tubulações de processo (ASME B31.3), devem ser analisadas segundo os critérios do apêndice V do ASME B31.3.
5.4.6.2 Outros valores de temperatura possíveis, mas não listados nas enumerações anteriores, devem ser considerados, necessariamente, como casos de análise.
5.4.6.3 Para linhas conectadas a máquinas alternativas devem ser utilizadas temperaturas realistas evitando margens excessivas para determinação de temperatura de projeto.
5.4.6.4 No caso de limpeza com vapor (“steam out”) considerar as condições estabelecidas na Tabela 5.
Tabela 5 - Temperaturas de Metal para Projeto Mecânico de Linhas Sujeitas a Limpeza
com Vapor
Vapor de baixa Vapor de média
T (°C)
P
(kgf/cm^2 )
T (°C)
P
(kgf/cm^2 ) Linha não isolada 80 0,5 170 2, Linha isolada 130 0,5 200 2, Interno de Válvula 130 - 200 - Equipamentos não isolados 70 - 160 - Equipamentos isolados 130 - 200 - NOTA 1 Dados válidos para análise de flexibilidade. NOTA 2 Para determinação das temperaturas de metal foram consideradas as seguintes condições:
vapor de baixa T = 130 °C a 150 °C e P = 2 a 3 kgf/cm^2 ; vapor de média T = 200 °C a 250 °C e P = 10 a 12,5 kgf/cm 2.
NOTA 3 Para condições de vapor diferentes deve ser avaliada a temperatura de metal.
