Full-pipe-spool-with-ring-reinforced-expansion-joint-BELMAN_Web_C

EXCELLENCIA EN

JUNTAS DE EXPANSIÓN
PARA REFINERÍA
DE PETRÓLEO

CASO REAL

Petróleo y gas

Caso real

SECCIÓN PREFABRICADA DE TUBERÍA (CARRETE DE ASPIRACIÓN) CON JUNTA DE EXPANSIÓN
CON ANILLO DE REFUERZO PARA UNA PRESIÓN DE 96,5 BARG (PROBADA A 144,75 BARG)

Planta de producción marina

Gabón (Offshore)

EJMA y ASME B31.1

Para su instalación en una plataforma de perforación autoelevable reconvertida en planta de producción marina con 12 ranuras para pozos en aguas de Gabón, Belman diseñó y fabricó una junta de expansión con tirantes de doble fuelle con anillo de refuerzo independientes y una sección prefabricada de tubería completa (carrete de aspiración) que incorpora una junta de expansión con tirantes. Todo esto se instalará en las conexiones de aspiración y descarga de las bombas de tubería.

EL PROBLEMA DEL CLIENTE
El cliente opera una plataforma de perforación autoelevable reconvertida en planta de producción marina donde el petróleo extraído se transporta por una larga tubería a un FPSO (unidad flotante de producción, almacenamiento y descarga) para su procesamiento y almacenamiento antes de su descarga a petroleros. Para la planta reconvertida, el cliente precisaba varias juntas de expansión de alta presión que permitieran absorber el movimiento generado por las bombas de la tubería. Específicamente, las juntas de expansión debían absorber desplazamientos con resistencia mínima en las conexiones de aspiración y descarga de las bombas de la tubería. El cliente buscaba soluciones duraderas y flexibles capaces de soportar las exigentes condiciones operativas en el punto de instalación, incluyendo una presión de 96,5 barg, un rango de temperaturas de -15/+120 °C y un entorno marino agresivo con aire cargado de sal. Para satisfacer estos requisitos, el cliente recurrió a Belman en busca de apoyo.

Iniciativas más ecológicas en el sector del petróleo y el gas

La industria del petróleo y el gas ha intensificado su enfoque en iniciativas más ecológicas; por ejemplo, este cliente está reutilizando activos productivos existentes para prolongar su vida útil económica. Este enfoque acorta el tiempo hasta la primera extracción de petróleo y reduce significativamente la inversión en desarrollo del campo y la huella de carbono. Proyectos de conversión de este tipo suelen ofrecer excelentes resultados en materia de seguridad, salud y medio ambiente (HSE). Algunas plataformas autoelevables reconvertidas pueden procesar y, en algunos casos, almacenar hidrocarburos provenientes de pozos, en lugar de usarse solo para perforación.

LA SOLUCIÓN DE BELMAN

Sección prefabricada de tubería (carrete de aspiración) con juntas de expansión con anillos de refuerzo + una junta de expansión con tirantes independiente – ambas para 96,5 barg

Mediante un diálogo estrecho con el cliente, Belman identificó la solución óptima para esta aplicación. Para garantizar una eficiente absorción de movimientos en estas exigentes condiciones, se evaluaron varias opciones de diseño. Basándose en un análisis detallado y una colaboración continua con el cliente, Belman propuso finalmente una solución optimizada y mejorada. Se discutieron y evaluaron múltiples diseños y soluciones, incluyendo un diseño de junta de expansión autocompensada. Sin embargo, el cliente concluyó que la combinación de una junta de expansión con tirantes con doble fuelle independiente y una junta de expansión con tirantes con fuelle simple soldada en el carrete de tubería completa era la solución más adecuada. Tras esta selección, el cliente verificó y confirmó todas las dimensiones de tuberías y bombas, así como el diseño presentado, permitiendo a Belman finalizar la fabricación detallada, especialmente de la sección prefabricada de tubería que incorpora una junta de expansión con anillos de refuerzo. Belman apoyó adicionalmente al cliente optimizando costes y rendimiento mediante una cuidada selección de materiales. Aunque algunos materiales seleccionados ofrecían soluciones rentables con resistencia limitada a la corrosión, se aplicó un sistema de recubrimiento especializado elegido específicamente para resistir el entorno marino corrosivo en el punto de instalación.

Las dos soluciones flexibles suministradas fueron:

La junta de expansión con tirantes independiente con doble fuelle y anillos de refuerzo
La junta de expansión con tirantes fue diseñada con doble fuelle para absorber simultáneamente movimientos axiales, laterales y angulares. Los tirantes se posicionaron estratégicamente para controlar la absorción de movimientos y restringir el empuje de presión. Debido a la alta presión de servicio de 96,5 barg, los fuelles se reforzaron con anillos para garantizar la integridad de la presión sin perder flexibilidad. Los fuelles se fabricaron con Inconel 625, un material ampliamente utilizado en el sector del petróleo y gas por su excelente resistencia a la corrosión. Las bridas y el tubo intermedio se fabricaron en acero A350 Gr. LF2 CL1 y A106 Gr. B, materiales adecuados para aplicaciones de alta presión y protegidos con un sistema especial de recubrimiento. Dado que la junta de expansión independiente debía operar a la misma presión que el carrete de tubería completa, también fue probada a presión a 144,75 barg.

Una sección prefabricada de tubería completa con junta de expansión con anillos de refuerzo
Según las especificaciones del cliente y en estrecha colaboración con él, las bridas y el accesorio weldolet se fabricaron en material A350 LF2, mientras que el reductor, la pieza en T, la tapa de tubo y el codo se fabricaron en material A420 Gr. WPL6. El material del tubo fue A333 Gr. 6, con todos los materiales seleccionados por su idoneidad para entornos corrosivos y de alta presión. Los fuelles fueron fabricados en Inconel 625, mientras que el anillo de refuerzo se fabricó con 1.4571 (AISI 316Ti), materiales comúnmente escogidos para aplicaciones en petróleo y gas. Debido al requisito de alta presión, todos los componentes del carrete se diseñaron con secciones de pared gruesa. Para mantener la flexibilidad y garantizar una absorción eficaz de movimientos, los fuelles se fabricaron con múltiples capas delgadas de material de fuelle de Inconel 625, apoyados por un anillo de refuerzo, asegurando así la integridad de la presión, flexibilidad y un funcionamiento fiable a largo plazo.

Para el control de calidad, un inspector verificó el recubrimiento, realizó una prueba de presión y llevó a cabo la alineación láser.

¿Cómo se diseñan las juntas de expansión para alta presión?

Las juntas de expansión para aplicaciones de alta presión deben diseñarse cuidadosamente para soportar de forma segura la presión interna y, a la vez, adaptarse a los movimientos necesarios. La alta presión genera un empuje de presión significativo que puede imponer cargas elevadas a los sistemas de tuberías y equipos conectados. Para gestionar estas fuerzas, las juntas de expansión se diseñan con geometrías y características estructurales específicas que equilibran o restringen el empuje de presión. La construcción del fuelle está optimizada para reducir tensiones y garantizar suficiente vida útil por fatiga en operaciones cíclicas. La selección del espesor del material en función de las características de diseño es clave. En las juntas de expansión se suelen escoger componentes de paredes gruesas, como bridas, tubos intermedios, tirantes, etc. El fuelle es más delicado, ya que debe ser flexible: cuanto más gruesas sean sus capas, más rígido será. Para optimizar la integridad de la presión y la flexibilidad, a menudo se opta por un refuerzo de anillo en el fuelle que le permite soportar mejor la presión. Cuando están bien diseñadas, las juntas de expansión contribuyen a la seguridad y durabilidad de los sistemas de tuberías de alta presión.

Elementos clave de diseño para juntas de expansión de alta presión:

Control de presión mediante diseños autocompensados, con bisagras, con junta de cardán o con tirantes
Geometría del fuelle optimizada y combinación de capas delgadas y anillo de refuerzo
Refuerzos y unidades de control para limitar cargas en anclajes y equipos
Materiales de alta resistencia y paredes gruesas adecuados para alta presión y, en muchas situaciones, también para temperaturas bajas o elevadas, medios corrosivos, etc.

Para minimizar la soldadura y el tiempo de control de calidad, incluidos los controles por terceros, Belman implementó un método especial para fijar el anillo de refuerzo del extremo: un anillo colocado alrededor de la tangente del fuelle en la parte superior, con agujeros. Esta solución utiliza un anillo perforado en lugar de los refuerzos estándar. Esta solución proporciona una distribución más uniforme de las tensiones en la tubería, mientras que los refuerzos generan concentraciones locales de tensión en la pared debido a la transferencia de carga a través de áreas de contacto relativamente pequeñas. Las perforaciones permiten el acceso para la inspección de soldaduras y facilitan el control de calidad durante las pruebas de presión.

Participación de Belman Design

Belman Design es una entidad de diseño de tuberías dentro de Belman Group. Apoyó al cliente con los modelos 3D de un carrete de tubería completa sugerido que deseaban diseñar e instalar. Basándose en las especificaciones del cliente y en un fragmento isométrico proporcionado por este, Belman Design creó un modelo 3D completo en Autodesk Inventor y elaboró los planos finales de producción, que se usaron directamente para fabricar tanto la junta de expansión independiente como el carrete de tubería completa. Más información sobre el trabajo de Belman Design aquí: Belman Design

Belman: amplia experiencia en soluciones flexibles de alta presión para la industria del petróleo y el gas

Con más de 30 años de experiencia en el diseño y fabricación de juntas de expansión personalizadas, Belman ha consolidado un sólido historial en juntas de expansión para el sector del petróleo y gas. A lo largo de los años hemos suministrado numerosos diseños destacados, como una junta de expansión de 30 toneladas con una boca de acceso especial para una aplicación FCCU, una junta de expansión con anillo de refuerzo capaz de soportar 82 barg en un campo petrolífero y juntas de expansión universales para temperaturas criogénicas en un buque de GNL, entre otros.

CARACTERÍSTICAS DE DISEÑO

Parámetros de diseño de la junta de expansión con anillos de refuerzo en la sección prefabricada de tubería y la junta de expansión independiente

Tipo: Juntas de expansión dobles con tirantes • Cantidad: 1 ud. • Dimensiones: DN 250 • Longitud de instalación: 922 mm • Medio: – • Presión de diseño: 96.5 barg • Temperatura de diseño: -15°C/+120°C • AX: +/-1,5 mm • LA: +/-2 mm • AN: -/+1° • Fuelles: 2.4856 (Inconel 625) • Bridas: A 350 Gr. LF2 CL1 • Tubo intermedio: A 106 Gr. B • Anillo de refuerzo: 1.4571 (AISI 316Ti) • Código de diseño: EJMA

Tipo: Junta de expansión con tirantes (en el carrete de tubería) • Cantidad: 1 ud. • Dimensiones: DN 250 • Longitud de instalación: 704,6 mm • Medio: Crudo • Presión de diseño: 96,5 barg (probadas a 144,75 barg) • Temperatura de diseño: -15°C/+120°C • LA: +/-2 mm • AN: -/+1° • Fuelles: 2.4856 (Inconel 625) • Bridas: 1.0473 (P355GH) • Extremo de la tubería: 1.0486 (A333) • Anillo de refuerzo: 1.4571 (AISI 316Ti) • Código de diseño: EJMA

BENEFICIOS PARA EL CLIENTE

Minimiza las cargas en las bombas de la tubería de la planta de producción marina
Acomoda eficientemente los movimientos con mínima resistencia en las conexiones de aspiración y descarga de las bombas de la tubería
Diseño específico para absorber grandes movimientos axiales y laterales bajo alta presión (96,5 barg), asegurando un funcionamiento fiable
Construcción robusta, materiales resistentes a la corrosión y recubrimientos protectores garantizan durabilidad en condiciones exigentes “offshore”
Solución de junta de expansión y carrete de tubería completa que prolonga la vida útil de la instalación mediante materiales duraderos resistentes a la corrosión y recubrimientos especialmente diseñados para ambientes marinos corrosivos y salinos
Reduce riesgos de instalación y tiempos de inactividad con soluciones completamente diseñadas, probadas a presión y con alineación verificada
Optimiza los costes totales del proyecto, equilibrando un diseño de alto rendimiento con inteligentes elecciones de materiales y recubrimientos
Aprovechamiento del considerable conocimiento de un fabricante con experiencia en juntas de expansión de gran tamaño

Full-pipe-spool-with-ring-reinforced-expansion-joint-BELMAN_Web_

Full-pipe-spool-with-ring-reinforced-expansion-joint-BELMAN_Web_2

Full-pipe-spool-with-ring-reinforced-expansion-joint-BELMAN_Web_3

Full-pipe-spool-with-ring-reinforced-expansion-joint-BELMAN_Web_4

INFORMACIÓN RELACIONADA

INFORMACIÓN TÉCNICA

Más información sobre las juntas de expansión con anillos de refuerzo en el catálogo de juntas de expansión de Belman en la
página 379
Más información sobre las juntas de expansión con tirantes en el catálogo de juntas de expansión de Belman en la
página 27

REFERENCIAS

Total Fina Elf • BP • OMV • Gunvor Petroleum (Prev. Kuwait Petroleum Europoort B.v (Q8)) • Shell • Statoil • Rosneft • Enap • TOR • MOL • Chevron • Eni • Murco Petroleum Limited • Linde Ag • Qapco • Lukoil • Preem • Total • PKN Orlen • Saudi Aramco • KNPZ • Maersk Oil • Tatneft • Ceylon Petroluem • Termo Petroleo • Repsol • Equinor (Statoil) • Novatek • Valero • China National Petroleum Corporation (CNPC) • Ineos • National Refinery • Valero • GE Oil & Gas • ExxonMobil • Sinopec • Petrogal • NOV • Ruhr Oel

VER MÁS REFERENCIAS

TRABAJO A MEDIDA Y DE CONFIANZA

CASOS REALES RELACIONADOS

Junta de expansión
probada a
356 barg

Junta de expansión de alta presión diseñada para 215 barg y probada a 356 barg, destinada a su instalación en la industria petroquímica. Para soportar la alta presión, los fuelles se reforzaron con anillos. Al reforzar los fuelles multicapa de la junta de expansión con anillos, se consigue una combinación óptima de integridad de presión y una mayor vida útil.

U-shaped pipe assembly for vaccum incorporating pipe bellows

Conjunto de tuberías
en U con juntas
de expansión

Conjunto especial en forma de U con juntas de expansión, diseñado para una sección de tubería donde dos tubos se unen. El conjunto en forma de U presenta un diámetro menor (DN 400) en un lado frente al otro (DN 500), garantizando que el mismo caudal de medio de ambos lados pase por las juntas de expansión y continúe hacia la tubería DN 500 en la parte inferior del conjunto.

Expansion Joint handles high pressure thrust

Controlan la fuerza de empuje a alta presión en una plataforma petrolífera

Junta de expansión especial Inconel 625 para altas presiones, diseñada para su instalación en una plataforma petrolífera que cuenta con dos tuberías que confluyen en una, ubicadas en un ciclón para extracción de arena. Esta configuración de tuberías provocó alta presión y empuje de presión elevado en esta sección de la tubería, condiciones que esta junta de expansión fue capaz de soportar.

OBTENGA MÁS CONOCIMIENTOS SOBRE ESTA SOLUCIÓN

INFORMACIÓN TÉCNICA RELACIONADA

SHOWS THA PAGE PREVIEW OF RING REINFORCED EXPANSION JOINTS

MÁS INFORMACIÓN SOBRE
JUNTAS DE EXPANSIÓN
CON ANILLO DE REFUERZO

PAGE PREVIEW OF THE Fluid Catalytic Cracking Units (FCCU)

MÁS INFORMACIÓN SOBRE
JUNTAS DE EXPANSIÓN
PARA FCCU

DEJE QUE DISEÑEMOS UNA SOLUCIÓN DE DISEÑO PERSONALIZADA PARA USTED

CONTACTE CON NOSOTROS

(+45) 7515 5999

belman@belman.com

SECCIÓN PREFABRICADA DE TUBERÍA (CARRETE DE ASPIRACIÓN) CON JUNTA DE EXPANSIÓN CON ANILLO DE REFUERZO PARA UNA PRESIÓN DE 96,5 BARG (PROBADA A 144,75 BARG)

SECCIÓN PREFABRICADA DE TUBERÍA (CARRETE DE ASPIRACIÓN) CON JUNTA DE EXPANSIÓN
CON ANILLO DE REFUERZO PARA UNA PRESIÓN DE 96,5 BARG (PROBADA A 144,75 BARG)