Soporte de tuberías: tipos, propósito, diseño, códigos, reglas de optimización (PDF)

El soporte de tuberías juega un papel muy importante en el buen funcionamiento de los sistemas de tuberías. El soporte de la tubería soporta el peso de la tubería con su contenido. Para mantener la integridad del sistema de tuberías, se debe sostener una tubería siguiendo un tramo adecuado. La ingeniería de soporte de tuberías es muy importante para el éxito de cualquier proyecto, ya que se requiere una selección precisa y juiciosa del soporte de tuberías. Las tuberías como marcos de espacios irregulares no son autoportantes, por lo que deben estar soportadas. Tubería Las cargas se transmiten desde la tubería a las estructuras de soporte con la ayuda de soportes de tubería. El conocimiento adecuado del soporte de la tubería durante la etapa de diseño es ventajoso.

El sistema de tuberías es una parte importante de cualquier industria de hidrocarburos. El conocimiento adecuado del soporte de la tubería durante la etapa de diseño es ventajoso. Tubería Las cargas generadas debido al peso, la presión, la temperatura o eventos ocasionales deben transmitirse desde la tubería a las estructuras de soporte con la ayuda de soportes de tubería adecuados.

Diferencia entre soporte de tubería y restricción de tubería

El término “restricciones” se usa invariablemente para soportes de tubería. Sin embargo, hay una pequeña diferencia entre el soporte de tubería y la restricción. Los soportes de tubería se utilizan para soportar el sistema de tuberías al soportar la carga vertical, mientras que las restricciones de tubería limitan los movimientos de la tubería, por lo tanto, tenga cuidado con las cargas horizontales. Entonces, según la definición, Resto simple es soporte de tubería, pero Guía y topes de línea son restricciones de tubería. Normalmente, todas las restricciones de tubería vienen en combinación con soportes de tubería. El soporte de tubería y las restricciones combinadas pueden ser dichos sistemas de soporte de tubería. De ahora en adelante, el término soporte de tubería se refiere al sistema de soporte de tubería.

Propósito o Funciones del soporte de tubería

Las diversas funciones que cumple el soporte de tubería son las siguientes:

  • Para evitar que las tensiones de la tubería excedan lo permitido.
  • Para eliminar las Fugas en juntas.
  • Para absorber vibraciones de línea excesivas.
  • Para contrarrestar los efectos indeseables de Sísmicos, vientos, golpes de ariete, babosas y otras cargas dinámicas.
  • Para eliminar el desacoplamiento no intencional (levantamiento) de la tubería de sus soportes.
  • Para evitar un hundimiento excesivo de la tubería (normalmente más de 10 mm para tuberías de proceso y 2,5 mm para tuberías de alimentación; 12,5 mm para tuberías GRE/GRP)
  • Para eliminar la exposición de elementos a temperaturas extremas, fuera de su límite de diseño.
  • Para limitar los movimientos de línea no deseados para proteger los equipos sensibles contra sobrecargas.
  • Redirigir los movimientos térmicos de las tuberías en la dirección favorable.
  • para reducir la carga excesiva en el soporte mismo

Para el correcto funcionamiento del sistema de tuberías, debe estar debidamente soportado. El propósito principal de los soportes de tubería se puede elaborar de la siguiente manera:

Soportes de tuberías para transportar pesos

Se requieren soportes de tubería para sostener la línea en todas las condiciones, es decir, durante la operación y durante las pruebas. En el caso de la línea de vapor, esta diferencia será muy grande debido a las pruebas hidráulicas. Los soportes deben diseñarse para esta carga (a menos que se decida lo contrario en el proyecto). A veces, la línea es capaz de tener un tramo más largo, pero la carga que llega al soporte puede ser muy grande (especialmente con tuberías de gran diámetro). Luego, para distribuir la carga de manera uniforme, el número de apoyos debe proporcionarse con una luz menor. Nota: 1. Cabe señalar que durante las condiciones de prueba no hay carga térmica. 2. Todos los soportes de resorte están bloqueados durante la prueba.

Soportes de Tuberías para Tomar la ‘Carga Térmica o de Expansión’

Cuando la expansión térmica está restringida por los soportes de las tuberías, introduce una carga adicional en el soporte. Las restricciones de apoyo deben diseñarse para soportar esta carga además de todas las demás cargas.

Los soportes de tuberías transfieren las cargas ocasionales de terremotos

El sismo está normalmente asociado a una aceleración horizontal del orden de 1 a 3 m/seg2. Esto es alrededor del 10% al 30% de la aceleración gravitacional e introduce una fuerza horizontal de alrededor del 10 al 30% de la carga vertical (o masa soportada). Al diseñar el soporte de la tubería, esto debe tenerse en cuenta.

Tome ‘Empuje hidráulico en tuberías’

El empuje hidráulico (Fig. 1) en la tubería está presente en ciertos puntos como válvula reductora de presión, válvula de alivio, fuelle, etc.

Si la válvula de control tiene un gran diferencial de presión y el tamaño de la línea es mayor, entonces esta fuerza puede ser muy alta.

Figura que muestra la fuerza de empuje
Fig. 1: Figura que muestra la fuerza de empuje

El soporte debe proporcionarse y diseñarse para soportar esta carga, de lo contrario, esto cargará el sistema de tuberías y puede causar fallas.

Los soportes de tuberías absorben la ‘vibración del sistema de tuberías’

Cuando la tubería se somete a maquinaria en movimiento o flujo pulsante o flujo de muy alta velocidad, la tubería puede comenzar a vibrar vigorosamente y finalmente puede fallar, particularmente si el tramo es grande. Para evitar esto, puede ser necesario introducir soportes adicionales en un tramo más pequeño además de otros requisitos. Puede que no tome carga axial pero debe controlar los movimientos laterales.

Llevar la ‘carga de viento ocasional’:

El viento introduce una carga lateral en la línea. Esta carga es considerable, especialmente en tuberías de gran diámetro y aumenta a medida que aumenta el tamaño de la línea. Esta carga tiende a desviar la línea de su posición normal y la línea debe guiarse adecuadamente contra ella para evitar cualquier tipo de mal funcionamiento. En el caso de líneas aéreas de gran diámetro, sostenidas por soportes altos que se extienden desde el piso, la carga del viento introduce grandes momentos de flexión y debe considerarse críticamente.

Apoyar el sistema durante el ‘Período transitorio de planta y espera’

Condición transitoria: la condición transitoria se refiere a la condición de encendido o apagado en la que un equipo puede calentarse más rápido y el otro se calienta más lentamente. Debido a esto la dilatación de un equipo que en funcionamiento normal se anulará, puede no anularse y ejercer una carga térmica sobre los soportes.

Condición de funcionamiento en espera
Fig. 2: Condición de funcionamiento en espera

La condición de espera también es similar. Si hay dos bombas, una en espera y ambas conectadas en paralelo (como se muestra), la temperatura de diseño y funcionamiento de ambas conexiones será la misma. Pero la expansión de dos piernas paralelas no se anulará porque a la vez solo una pierna estará caliente y otra fría.

Soportes de tuberías para ‘Control de ruido’

En la mayoría de las plantas, el ruido es el resultado de la vibración y, si se controlan tales vibraciones, el ruido se reduce en gran medida. En tales líneas, entre la abrazadera (es decir, el soporte) y la tubería, se coloca tela de asbesto para absorber vibraciones y evitar ruidos.

El ruido debido al flujo pulsante se puede reducir usando un silenciador en la línea. Aún así, si no está por debajo de un nivel aceptable de recinto acústico, se puede utilizar. El aislamiento sobre la línea también ayuda a reducir el ruido.

Apoyar el sistema durante las ‘Condiciones de mantenimiento’

Cuando para mantenimiento se extrae cierto equipo o componente como la válvula, el resto del sistema no debe dejarse sin soporte.

Figura que muestra la adición de soporte durante las actividades de mantenimiento
Fig. 3: Figura que muestra la adición de soporte durante las actividades de mantenimiento

Con referencia a la FIG-3, el soporte ‘S1’ será suficiente, pero cuando se extraiga la válvula ‘V1’ para mantenimiento, no habrá ningún soporte para la pata vertical. Por lo tanto, puede ser necesario un segundo soporte ‘S2’ para solucionar tales condiciones.

Soporte de tuberías para ‘condiciones de parada’

En condiciones de parada, es posible que todos los equipos no estén en las mismas condiciones que en condiciones de funcionamiento. Por ejemplo, consulte la línea de descarga de la bomba en la FIG-4, el punto A está en reposo, los puntos B y C son soportes de resorte y el punto D es la boquilla de descarga de la bomba. Los resortes se diseñan en base a pesos considerando el peso del fluido así como los movimientos térmicos y de la tubería. Pero durante las condiciones de parada, el fluido puede drenarse y la tubería se vuelve más liviana. Por lo tanto, el resorte dará una reacción hacia arriba y cargará la boquilla ‘D’ más allá del límite permisible.

Uso de elementos Limit en resorte durante parada
Fig. 4: Uso de elementos Limit en resorte durante parada

En este caso, se utiliza un tope límite que no permitirá que el punto C se mueva por encima del nivel horizontal. (Sin embargo, permitirá el movimiento hacia abajo durante las condiciones de funcionamiento).

Uso de soporte de tubería para condiciones de montaje

Las condiciones de montaje pueden ser diferentes a las condiciones de funcionamiento, lo que debe tenerse en cuenta al diseñar los soportes.

Por ejemplo, para el funcionamiento normal, en la FIG-5 se muestra un recipiente largo sostenido por tres soportes, S1, S2 y S3. Si el soporte S2 es más alto, toda la carga actuará solo en S2. Durante una erección, si el nivel de S2 es más bajo que toda la carga se dividirá en dos soportes S1, S2 solamente. Por lo tanto, la base de S1, S2 y S3 debería ser capaz de aceptar tales condiciones.

Embarcación apoyada en tres apoyos.
Fig. 5: Vasija apoyada en tres apoyos.

En la FIG. 6 anterior se muestra una tubería sostenida por S1, S2 y S3 tomada de la embarcación. Durante la operación, no habrá peso en S2 y S3 (ya que es la única guía), pero las condiciones del viento estarán presentes. Las cargas debidas a tales condiciones deben tenerse en cuenta al diseñar los soportes.

Tubería sostenida por cornamusas del buque.
Fig. 6: Tubería sostenida por cornamusas de la embarcación.

Códigos y Normas para diseño de soporte de tubería

Los siguientes códigos y normas se utilizan para el diseño de soportes de tuberías.

  • MSS-SP-58- Establece los criterios de material, diseño e inspección a utilizar en la fabricación de soportes de tubería estándar. (EE.UU)
  • MSS-SP-69- Brinda recomendaciones para la selección y aplicación de soportes para tuberías. (EE.UU)
  • MSS-SP-89- Brinda recomendaciones para la fabricación e instalación de soportes para tuberías. (EE.UU)
  • BS-3974- Especificación de soportes de tubería 1, 2, 3. (Reino Unido)
  • VGB-R-510 L- Pautas de soporte estándar. (Alemania)
  • RCC-M- Especificaciones para soportes de tubería. (Francia)
  • MITI 501- Reglamentos técnicos (Japón)

Diseño y selección de soportes de tuberías

El requisito complejo del diseño de soporte de tuberías actual es un funcionamiento confiable, una operación sin mantenimiento, instalaciones económicas y sencillas, entrega rápida de componentes y precios unitarios bajos.

Los principales criterios (parámetros) que rigen la selección del hardware de soporte de la tubería son

  • Función de soporte de tubería,
  • Tubería Material de construcción
  • La magnitud de la carga operacional y ocasional esperada,
  • Limitaciones de espacio disponible,
  • Temperatura de diseño del sistema de tuberías,
  • Efectos de expansión de los sistemas de tuberías,
  • La conexión de tuberías y la compatibilidad del material de la estructura de soporte,
  • Aislamiento/revestimiento de tuberías, material y espesor
  • Adecuación al medio ambiente,
  • Facilidad de operación, inspección e instalación.

Tipos de soporte de tuberías

Los soportes de tubería se clasifican en función de los siguientes parámetros

  1. Basado en conexión con Pipe
    • Soporte de tubería primaria
    • Soporte de tubería secundaria
  2. Basado en la rigidez del hardware de soporte
    • Soporte rígido
    • Soporte resistente/ Soporte elástico
    • Soporte ajustable
  3. Basado en aislamiento de tuberías
    • Soportes de tubería para aislamiento caliente
    • Soportes de tuberías de aislamiento en frío
    • Soportes de Tubería para Aislamiento Acústico
  4. Basado en soldadura
    • Soporte de tubería soldada
    • Soporte de tubería con abrazadera
  5. Basado en la función de soporte de tubería
    • Apoyo en reposo
    • Soporte de guía
    • Parada axial o parada de línea
    • Soporte de anclaje

Soporte de tubería primaria

Los soportes de tubería que están conectados directamente a la tubería se denominan soportes de tubería primarios. Por ejemplo, soporte de zapata, soporte de abrazadera, soporte de guía, soporte de tope de línea, soporte de muñón, etc. El diseño y la selección del soporte de tubería principal (Fig. 1) es responsabilidad del equipo de tuberías.

Soporte de tubería secundaria

Los soportes de tubería que no están conectados directamente a la tubería se denominan soportes de tubería secundarios. Los soportes de soporte, los elementos de acero secundarios sobre los que descansan las tuberías o los soportes primarios, los postes en T, los postes de portería, las traviesas, los bastidores, etc. son ejemplos de soportes de tuberías secundarios. El diseño y selección de soportes de tubería secundaria (Fig. 7) son responsabilidad del equipo civil.

Soporte primario vs secundario
Fig. 7: Soporte primario vs secundario

Guía de soporte de tuberías para optimización

Se deben seguir los siguientes puntos para optimizar el soporte de la tubería.

  • Agrupe las tuberías para minimizar el número de estructuras necesarias únicamente para los soportes de las tuberías.
  • Líneas de ruta cerca del posible punto de apoyo (es decir, pendiente o estructura que se proporciona para otros fines).
  • Los soportes o riostras se ubicarán en o cerca de los puntos neutrales. (pts nulos térmicos)
  • Los soportes deben ubicarse lo más cerca posible de cargas concentradas como válvulas, bridas, actuadores pesados, etc.
  • Las tuberías susceptibles a vibraciones, como las líneas conectadas al compresor, se deben sostener de forma independiente. El uso de soportes de sujeción o similares que ofrezcan resistencia al movimiento y proporcionen cierta capacidad de amortiguación para ser utilizados en lugar de soportes de tipo colgante.
  • Las tuberías conectadas a la parte superior del recipiente se sujetarán ventajosamente desde el recipiente para minimizar el movimiento relativo entre los soportes y las tuberías.
  • Mantenga siempre la distancia entre los soportes según la tabla de distancias entre soportes recomendada por las especificaciones del proyecto. (solo se aplica a tramos rectos de tubería). Cuando se produce un cambio de dirección en un plano horizontal, se sugiere que el espacio se limite a ¾ veces el tramo estándar de la tubería.
  • Debe proporcionarse suficiente espacio para facilitar la instalación, inspección y mantenimiento del conjunto de soporte.
Soportes de tubería
Fig. 8: Soportes de tubería típicos en planta operativa

Terminologías y definiciones de soporte de tuberías

Arriostramiento o soporte de arriostramiento : un dispositivo destinado principalmente a resistir el desplazamiento de la tubería debido a fuerzas distintas a la expansión térmica y la gravedad.

Soporte de anclaje o soporte fijo : una restricción rígida que proporciona una fijación sustancialmente completa se denomina anclaje. El soporte de anclaje restringe los seis grados de libertad y no permite que la tubería se mueva en ninguna dirección. Normalmente, los soportes totalmente soldados o atornillados se denominan soportes de anclaje. Los soportes Full Anchor (Fig. 10) rara vez se utilizan en los sistemas de tuberías.

Detener : un dispositivo que permite la rotación pero evita los movimientos de traslación de la tubería. Un tope de línea o tope axial (Fig. 9) evita el movimiento de la tubería en la dirección axial de la tubería. También se le conoce como tapón.

Guía- Un dispositivo que evita la rotación de uno o más ejes se llama guía (Fig. 10). Los soportes de guía (Fig. 8) evitan los movimientos laterales de la tubería.

Soporte de sujeción: un dispositivo que mantiene la tubería en posición impidiendo el movimiento ascendente vertical o permite un movimiento ascendente decidido. Los soportes de sujeción evitan que la tubería se desenganche de la estructura de soporte.

Suspensión: un soporte por el cual la tubería se suspende de una estructura que funciona llevando la carga de la tubería en tensión.

Soporte resiliente : un soporte que incluye uno o más miembros en gran medida elásticos para soportar las cargas térmicas y de soporte de la tubería al mismo tiempo que permite el movimiento térmico de la tubería en la dirección deseada.

Soporte de descanso o soporte deslizante : un dispositivo que se proporciona debajo de la tubería para soportar cargas de gravedad y que no ofrece otra resistencia que la fricción al movimiento horizontal. Los soportes de descanso (Fig. 8) no permiten que la tubería se hunda o se mueva hacia abajo.

Soporte rígido : un soporte que proporciona rigidez en al menos una dirección.

Elemento de amortiguación: un dispositivo que aumenta la amortiguación de un sistema que ofrece alta resistencia contra el desplazamiento rápido, causado por la carga dinámica, al mismo tiempo que permite un movimiento esencialmente libre.

Soporte ajustable: se puede ajustar un soporte ajustable (Fig. 9) en el sitio durante la operación de la planta. Estos soportes se proporcionan normalmente para fines de alineación de tuberías y equipos.

Pierna ficticia : básicamente, un tubo de extensión soldado a un codo, para brindar apoyo ya sea como apoyo, anclaje, etc.

Tope de línea y soporte de muñón ajustable
Fig. 9: Tope de línea y soporte de muñón ajustable

Tipos de soportes para tuberías

Los siguientes tipos de soportes para tuberías son los más populares en la industria petroquímica del petróleo y el gas.

  • Soportes de suspensión – 1) Suspensión variable 2) Suspensión constante 3) Suspensión rígida. Haga clic aquí para saber más sobre las perchas de resorte.
  • Soportes cargados dinámicamente: 1) Puntales 2) Amortiguadores 3) Tirante oscilante 4) Absorbedores de energía 5) Abrazaderas para tuberías 6) Sujetadores de sujeción/látigo para tuberías.
  • Componentes de cojinetes de tubería: 1) Sillín de tubería 2) Zapata de tubería 3) Muñón de tubería 4) Almohadilla de desgaste.
  • Miembros roscados: 1) tuerca para soldar 2) fijación de viga soldada 3) Horquilla 4) Tensor 5) Tirante 6) Espárrago, tuerca, contratuerca, arandelas elásticas, etc.
  • Placas de cojinete deslizante: teflón, acero inoxidable, grafito.
Soporte de anclaje y soporte de zapatos con guía
Fig. 10: Soporte de anclaje y soporte de zapata con guía

Soporte de tubería Fabricantes

El número de fabricantes de soportes para tuberías es bastante amplio. Sin embargo, los siguientes son los más populares:

  • Tecnología de tuberías y productos Ltd.
  • carpintero y paterson ltd.
  • Lisega Ltda.
  • grupo aglutinante ltd.
  • Pipe Support Group Ltd.
  • Sarathi Engg Ent Pvt Ltd.
  • Anvil Group, etc., por nombrar algunos

Ingeniería de soporte de tuberías

Datos mínimos requeridos para comenzar a brindar soporte

  1. Tubería GAD
  2. Disposición de bandejas/zanjas de cables eléctricos e Inst.
  3. Planos civiles y estructurales
  4. Especificaciones de tuberías y lista de líneas
  5. Especificaciones de aislamiento
  6. pesos de valvulas
  7. Desplazamientos de conexión de equipos
  8. Recomendaciones de esfuerzos (Stress isometrics) y Cargas de apoyo.

Tramo de soporte de tubería

Normalmente, las tuberías se apoyan a intervalos regulares sobre soportes de acero empotrados en cimientos de hormigón o directamente sobre la estructura de acero. La distancia entre apoyos es el tramo de apoyo.

La base para el cálculo del tramo máximo de soporte.

Hay tres factores principales que afectan el tramo de soporte.

Reglas de soporte de tuberías

Soporte de líneas críticas de estrés

  • Criterios para líneas críticas
  • Ubicación de soporte por diseñadores
  • Tipo de soporte por ingeniero de estrés
  • Aditamentos primarios y soportes secundarios por diseñadores
  • Parada de línea/espacios de guía que deben cuidarse

Soporte de líneas no críticas

  •  Diseñador sénior para decidir el tipo de soporte
  •  Lapso de soporte
  •  tramo de guía
  •  Cargas concentradas, por ejemplo, válvulas, inst.
  •   Tubería larga, se debe consultar al ingeniero de estrés

Soporte de tuberías aisladas

  •  Sin apoyo directo, se debe proporcionar zapata de tubería
  • La distancia mínima entre el aislamiento y la estructura de soporte debe ser de al menos 50 mm.

Soporte de Tuberías No Aisladas

Directamente descansado excepto siguiendo

  • Tuberías con tamaños superiores a DN 600
  • Tuberías CS con menos de SCH 20
  • Tuberías SS con menos de SCH 10S
  • La tubería que requiere una pendiente
  • Material diferente para evitar la corrosión galvánica
  • La tubería debe apoyarse en la zapata de la tubería para evitar dañar la pared de la tubería

Soporte de tubería vertical

Para el soporte de tuberías verticales, se siguen las pautas mencionadas a continuación.

  •   La tabla de tramos de soporte de tubería estándar no se aplica
  •   Los soportes se ubicarán en la mitad superior de la porción (es decir, por encima del centro de gravedad de la tubería)
  •   El espaciado de la guía vertical es normalmente más bajo que el espaciado de la guía horizontal
  •   Soportes con abrazaderas con orejetas de corte soldadas para evitar que la tubería se deslice debajo de la abrazadera

Soportes de tubería especiales o SPS

Los soportes de tubería que no entran en la categoría anterior se denominan soportes de tubería especiales. Se requieren varios tipos de tuberías especiales para líneas críticas. El diseño normalmente es un poco complicado y se prepara un dibujo separado para cada soporte de tubería especial. Por ejemplo

  • Percha de resorte junto con guía
  • Percha junto con guía y tope de línea.
  • Soporte primario normal que requiere un refuerzo adicional debido al aumento de la carga, etc.

El dibujo normalmente es preparado por el ingeniero de soporte de tubería o tensión de tubería y verificado por un ingeniero civil para determinar la capacidad de carga del miembro estructural.

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