TANQUES DE ALMACENAMIENTO, ALMAC ENAMIENTO, VÁLVULAS VÁLVULAS Y BOMBAS
UNIDADES TECNOLÓGICAS DE SANTANDER BUCARAMANGA 2016
Tabla de !"#e"$d!
1% Ta"&'e( 1%1 Ge"e)al$dade( 1%2 T$*!( de #a"&'e( 1%+ Ae(!)$!( 1% C!"(#)'$-" de '" #a"&'e 1%. D$(e/! del e(*e(!) de la( *laa( 1%6 O*e)a$!"e( )'#$"a)$a( 2% VÁLVULAS 2%1% GENERALIDADES 2%2% COMONENTES BÁSICOS DE UNA VÁLVULA 2%+% ACTUADORES 2%% CLASIICACIÓN DE LAS VALVULAS 2%.% TIOS DE VÁLVULA 2%6% RERESENTACIÓN DE LOS DIERENTES TIOS VÁLVULAS EN LANOS ID 2%3% TABLA TABLA DE 4RDIDAS EN ACCESORIOS Y LONGITUDES EQUIVALENTES +% B!5ba(
TANQUES DE ALMACENAMIENTO
Una vez que el crudo ha pasado por el sistema de tratamiento (Manifold, separadores, se hace el tratamiento de emulsiones y el desalado de crudo este ya debe cumplir con las especicaciones de venta para el crudo, por lo que es almacenado en los tanques de almacenamiento posteriormente llega a la unidades LAC (!iscalizaci"n autom#tica para transferencia de custodia$ donde se mide autom#ticamente la cantidad y calidad de crudo que se est# despachando (por e%emplo si el &', el contenido de agua o sal no cumple con las especicaciones una v#lvula impide que avance en la unidad nuevamente, el crudo que cumple con las las cond condic icio ione nes s (pr (produc oducto to conf confor orme me$p $pas asa a de la unid unidad ad LAC LAC para para realizar su despacho) Los tanq tanque ues s de alm almacen acenam amie ient nto o se usan usan como como dep" dep"si sito tos s par para almacen almacenar ar una reserv reserva a suciente suciente de crudo, crudo, o derivado derivados s para su uso poste posteri rior or y*o comer comercia cializ lizaci aci"n "n)) Los Los tanqu tanques es de almac almacen enami amient ento, o, se clasican seg+n su presi"n de operaci"n, forma y construcci"n) La selecci"n del tipo de tanque depende de las presiones de operaci"n del mismo, la cual depende de la presi"n de vapor del uido que se almacenara) -ara almacenar el petr"leo de manera segura se debe hacer la selecci"n adecuada del tipo de tanque, el cual debe considerar propiedades del l.quido como volatilidad (/0-, ash point entre otras antes de realizar el dise1o del tanque$) Los Los tanqu tanques es puede pueden n clasi clasicar carse se seg+n seg+n su presi presi"n "n de oper operaci aci"n "n en atmo atmosf sf2r 2ric icos os y tanq tanque ues s de pres presi" i"n) n)L Los tanq tanque ues s atmo atmosf sf2r 2ric icos os son son tanq anques que ope operan a presi esi"n cer cercan canas a la atmosf2 sf2rica, ca, son son com+nmente com+nmente usados para almacenar l.quidos que no tienen tendencia a vaporizarse a temperatura ambiente, estos estos tanques se pueden clasicar seg+n su techo, en tanques descubiertos, techo %o (cono o domo$ y techo otante) Los tanques presurizados son contenedores que est#n dise1ados para resistir una presi"n suciente para mantener el l.quido
almace almacena nado do,, evitan evitando do su vapo vaporiz rizaci aci"n "n son usado usados s para para alma almacen cenar ar compu compuest estos os hidr hidroca ocarb rbur uros os de alta alta presi presi"n "n de vapor vapor como como prop propan ano, o, butano, i C3)
Ta"&'e( a"&'e(
e)#$ e)#$ale ale( (4
-ermiten almacenar grandes cantidades volum volum2tr 2trica icas) s) Con la limita limitante nte que solo solo se pueden pueden usar a presi presi"n "n atmosf2rica o presiones internas relativamente peque1as
Ta"&'e( $l7"d)$!( 8!)$9!"#ale(4 5s un armaz"n cil.ndrico cil.ndrico que posee unos casquetes paralelos, poseen una tapa de acceso y una ventilaci"n) 'on tanques tanques que que mane%an mane%an vol+menes vol+menes de uido uido relativame relativamente nte ba%os, ba%os, su dise1o permite que operen a presiones entre 63 psig hasta 677 psig)
Ta"&'e( e(:;)$!() 8estinad 8estinados os al almacena almacenamien miento to de hidrocar hidrocarbur buros os ligero ligeros, s, tales tales como4 como4 propano y butano, que a condiciones normales de presi"n y temperatura se encuentran en estado gaseoso) 5stos tanques est#n dise1ados para operar a presiones internas superiores a 93 psia)
Ta"&'e( ($" #e8! 5ste 5ste tipo ipo de tanq anque no usa tech echo, gene eneralm alment ente se usan para ara almacenar, cualquier tipo de agua, ya sea agua de abastecimiento o agua contra incendios, pero no son usados para almacenar petr"leo, son tanques atmosf2ricos puesto que est#n e:puestos a la atmosfera)
Ta"&'e( de #e8! <=!> Usados para el almacenamiento de petr"leo con punto de inamaci"n alto y presi"n presi"n de vapor ba%a, es decir petr"leos petr"leos que no tienen tendencia tendencia a formar vapores a temperatura ambiente, ambiente, por lo que la acumulaci"n acumulaci"n de gases en el interior del tanque es relativamente ba%a, lo que podr.a ocasionar incendios o e:plosiones, el techo no tiene ninguna posibilidad de movimiento, el tanque opera con un espacio para los vapores el cual depende del nivel del l.quido) -oseen v#lvulas de venteo que permiten la salida salida de los vapores vapores que podr.a podr.an n acumulars acumularse e continuam continuamente ente en el tanque, ya que no se dise1an para soportar sobrepresiones
Se *'ede" d$$d$) e" #a"&'e( de #e8! #$*! !"! ! d!5!% 5l tipo domo se usan para almacenar productos que tengan una presi"n de vapor m#salta, es decir, aquellos que tienen una tendencia a producir algo de vapor vapores es a la temperat temperatura ura ambiente, ambiente, este es frecuen frecuenteme temente nte usado en tanques de almacenamiento de naftas (usadas para diluci"n$) 5s el tipo de tanque m#s ampliamente conocido, desde 677 a1os atr#s se han usado, la mayar.a tiene una estructura de techo auto soportado) -ara tanques de un gran di#metro y capacidad, se usan columnas para soportar el techo, estos se pueden clasicar en atmosf2ricos, de ba%a presi"n y de alta presi"n (atm, 7)3 a 63 psig, mayor a 63 psig$ 5n los los tanq tanque ues s de tech techo o %o, %o, de acue acuerd rdo o al tipo tipo de tech techop opod odem emos os encontrar4 Auto soportado4 Conos, domos y sombrillas con refuerzos) echo echo de cono cono soportado, soportado, mediante mediante columnas columnas dentro dentro del tanque tanque
Ta"&'e( de #e8! $"#e)"! ?!#a"#e @5e5b)a"a ?!#a"#e 'on tanques de techo %o en los cuales se puede instalar una cubierta otante o membrana otante para reducir las p2rdidaspor evaporaci"n) 5stos tanques son equipados con re%illas de ventilaci"n ya sea en el techo del tanque o en la +ltima la de placas en la envolvente del tanque)
La nalidad es minimizar las p2rdidas por evaporaci"n, en tanques de techo c"nico que almacenan productos livianos; se coloca una membrana en el interior del tanque que est# dise1ada para que ote sobre el producto almacenado) 5sta membrana usa un sello al igual que los tanques de techo m"vil, el m#s com+n de los sellos es el sello tipo iper es un elemento e:ible que evita la fuga de componentes vol#tiles) 'u temperatura de operaci"n va desde <=7 hasta 969 >!) 5stos sellos son elementos e:ibles que absorben la deformaci"n e irregularidades en el desplazamiento vertical para evitar la fuga de componentes vol#tiles)
Ta"&'e( de #e8! ?!#a"#e e#e)"! 5stos tanques poseen un techo m"vil, que ota encima del producto almacenado, consta de una cubierta y un sistema de sello de aro, su venta%a es que permiten reducir en forma signicativa las p2rdidas de los l.quidos vol#tiles que se almacenan, se reduce los riesgos de incendios, contaminaci"n, su dise1o radica en eliminar el espacio de vapor sobre el liquido que tienen los de techo %o y reduce el riesgo de acumular mezclas e:plosivas 'e emplea para almacenar crudos con alto contenido de vol#tiles, la idea es reducir las emisiones de 0?C (compuestos org#nicos vol#tiles$ en m#s del @7)5l ob%etivo de usar techos otantes es reducir las emisiones de vapor, reducir las p2rdidas del producto almacenado, cumplir con los requerimientos ambientales y reducir el riesgo de incendios)
Como el techo ota directamente sobre el producto no hay espacio de vapor entonces se elimina la posibilidad de que se cree una atmosfera inamable) Las emisiones de vapor solo ser#n posibles a trav2s de los sellos) 5n t2rminos de estabilidad del tanque e integridad del dise1o los tanques de techo otante nunca son me%ores que los de techo %o ya que hay muchos par#metros desconocidos y factores de dise1o en los tanques de techo otante) 5ste tipo de tanque est# dise1ado para traba%ar a presi"n atmosf2rica) Los productos t.picos almacenados son crudo, gasolinas y componentes derivados, solventes)Los materiales de estos techos pueden ser acero o aluminio
L!( #a"&'e( de #e8! ?!#a"#e e#e)"!*'ede" (e)> Te8! ?!#a"#e #$*! *!"#-"> Un pont"n es una plataforma otante, este techo est# compuesto por un pont"n en forma de anillo) Un ensambla%e de amortiguador de tensi"n anular que est# dispuesto conc2ntricamente con el pont"n en forma de anillo, y la cubierta del techo conectada entre el pont"n y las paredes laterales del ensambla%e de amortiguaci"n, la parte central de la cubierta del techo se inclina hacia aba%o para ayudar en el drena%e de aguas lluvias las cuales generan cargas adicionales sobre el techo) (ambi2n est#n los techos de contacto directo sin fase de vapor deba%o del techo$ 5l techo debe ser lo sucientemente boyante debido a que se apoya sobre el l.quido, por lo que cuenta con un ensambla%e amortiguador sobre el pont"n radial) 5ste tipo de techo se usa para tanques con di#metro menor a 963 ft debido a la e:ibilidad de la placa de la cubierta)
Te8! ?!#a"#e de d!ble *la#a:!)5a> 8ispone de 9 plataformas que otan sobre la supercie del liquido, posee dos laminas entre las cuales e:iste un espacio lleno de aire que produce un aislamiento efectivo entre la supercie total del liquido y el
techo por lo que se usa para hidrocarburos de alta volatilidad, nunca el contendi" almacenado estar# en contacto con el techo superior) La plataforma superior presenta una inclinaci"n hacia el centro del tanque) 'e usa en tanques de di#metros superiores a 963 ft ya que la doble plataforma le proporciona mayor estabilidad y rigidez) 5stos techos son mucho m#s pesados que los de una sola plataforma ya que son m#s r.gidos, el aire atrapado entre las dos plataformas tiene un efecto de asilamiento el cual es favorable para evitar que la radiaci"n solar y el calor lleguen al producto en temporadas c#lidas y prevenir perdidas de calor durante clima frio)
De a'e)d! al #$*! de !"(#)'$-"> Ta"&'e( *e)"ad!( ienen la venta%a de ser transportados f#cilmente a la locaci"n y levantados manualmente) Beneralmente se usan para el almacenamiento de agua)'u capacidad nominal es de 677 a 67777 &b) Los tanques empernados son construidos para locaciones de tanques de peque1a capacidad o plantas de producci"n, cuya operaci"n se estima sea temporal, siendo su levantamiento o desmantelamiento f#cil al no requerir de personal especializado)
Ta"&'e( (!ldad!( 'on construidos para capacidades mayores de 777 &b) ienen la venta%a con respecto a los empernados, que las %untas de uni"n de las planchas son permanentes; evitando las fugas que regularmente se presentan en los empernados despu2s de un tiempo de servicio)
Ae(!)$!( de l!( #a"&'e( de al5ae"a5$e"#! Los tanques requieren de accesorios para su buen desempe1o y para facilitar su mantenimiento) 'u nalidad es poder realizar limpieza, revisiones o reparaciones en el interior del tanque) 5n general los tanques deben tener una escotilla de medici"n, sistemas de venteo, l.neas de entrada y salida del producto, l.neas de drena%e y diques)
Algunos accesorios son4
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Manhole4 Los tanques de almacenamiento deben contar con al menos una entrada de hombre en el cuerpo o en el techo con el n de realizar limpieza revisiones o reparaciones en el interior del tanque, deben colocarse refuerzos en los manhole) Beneralmente son de 7 in) &oquillas de entrada y salida4es usado para unir al tanque con tuber.a que ayuda al ingreso del liquido almacenado y la salida del mismo como tambi2n la evacuaci"n de residuos o agua en diferentes partes del tanque) odas las boquillas de in de di#metro y mayores deben contar con una placa de refuerzo para absorber la
concentraci"n de esfuerzos debido a la perforaci"n del material) (Las boquillas cerca del fondo del tanque son las m#s cr.ticas pues tienden a girar con la deformaci"n del tanque durante las pruebas hidrost#ticas o por operaci"n) &oquillas y penetraciones al tanque, Las aberturas en la envolvente del tanque dan resultado a esfuerzos m#s altos, se requieren insertos engrosados$ •
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-uertas de limpieza a nivel4 facilita la evacuaci"n de residuos en el fondo del tanque) 8renes y sumidero4 una abertura acoplada a una tuber.a que ayuda a la evacuaci"n del agua, lodo o residuos que est# en la parte ba%a del tanque, debe ubicarse entonces al ras del fondo dirigidas a un sumidero o por deba%o del tanque (los de fondo tiene especial atenci"n por el relleno y compactaci"n del suelo, se debe evitar asentamientos irregulares en el tanque$ 0enteo4 los tanque debe tener una boquilla e:clusiva para venteo, su nalidad es que dentro del tanque no se genere presi"n interna al ser llenado o vaciado, en lo posible debe ubicarse en la parte m#s alta del tanque 5scaleras y plataformas4su nalidad es situar al personal en zonas del tanque que requieren constante mantenimiento o supervisi"n, generalmente sobre el techo donde se localizan diversas boquillas Cone:iones para monitoreo del tanque4 los sistemas de monitoreo del tanque deben incluir medidores de presi"n, temperatura, y nivel de liquido, cuando se llega al l.mite de sobrellenado, se env.a una se1al a un -LC para accionar una v#lvula de cierre) -iernas de soporte4 en el caso de los tanques con techo otante estos deben ser provistos con unas piernas de soporte, la longitud de estas es a%ustable) Bauge4 cuanticar cuanto producto est# almacenado en el tanque y el nivel del mismo)
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ubo difusor a la entrada del tanque4 la tuber.a de alimentaci"n del tanque debe tener un difusor de distribuci"n en la parte inferior del mismo para controlar la turbulencia, la velocidad de alimentaci"n debe ser de ft *seg) 5scotilla de muestreo) C#mara de espuma4 cuando el fuego es detectado un compuesto hecho de espuma es inyectado, la idea es que la espuma se e:tienda alrededor del espacio del borde permitiendo que toda el #rea de sello sea inundad con espuma y de esta manera e:tinguir el fuego)
C!"(#)'$-" del #a"&'e> Las construcci"n de las placas de un tanque inicia con el proceso de acero granallado consiste en limpiar una supercie bombardeando un material abrasivo hacia la supercie de las placas, esto se hace usando granallas de acero las cuales pueden ser esf2ricas o angulares, se obtienen mediante un proceso de atomizaci"n es decir obtener part.culas a partir de un material 5po:y es un pol.mero muy usado para proteger de la corrosi"n como para me%orar la adherencia de las posteriores capas de pintura 5s un tratamiento que genera un revestimiento termoestable dise1ado para proteger las placas de la corrosi"n pueden operar de 677 a 97 !
C!"(#)'$-" d$(e/! del #a"&'e La determinaci"n de la capacidad del tanque es uno de los primeros pasos en el dise1o de un tanque) 'olo despu2s de que la capacidad del tanque es conocida, este puede ser dimensionado)
5sta imagen presenta como deben dise1arse los niveles y capacidades de los tanques de almacenamiento) La capacidad total es la sumatoria de la capacidad inactiva (m.nimo volumen de operaci"n remanente en el tanque$, capacidad de traba%o actual o neta (es el volumen de producto disponible ba%o condiciones normales de operaci"n la cual est# entre el nivel de liquido ba%o y el nivel de liquido alto$ y el protector de sobrellenado
D$(e/! 5e"$! del #a"&'e> 5l dise1o de esfuerzos es una de las preocupaciones m#s grandes de la ingenier.a ya que provee la integridad b#sica del tanque) -ara el c#lculo de la estabilidad del tanque, se debe considerar vientos fuertes, tomando atenci"n a las velocidades$ 5l dise1o b#sico de esfuerzos que se debe considerar para la carga del tanque son4 presi"n e:terna, carga de viento, carga s.smica cargas localizadas debido a los accesorios
•
-ared del armaz"n del tanque debido a la carga interna y e:terna
•
-laca de fondo
• echo de tanque
Conociendo la capacidad del tanque se denen las dimensiones del tanque, altura y di#metro, por lo tanto se puede construir el fondo del tanque) -ara el dise1o del tanque el cliente debe proporcionar una informaci"n m.nima requerida como4 volumen, temperatura, peso espec.co del l.quido, corrosi"n permisible, velocidad del viento, coecientes s.smicos de la zona, etc) 8ado que es el que conoce con e:actitud las caracter.sticas tanto del uido que desea almacenar y el lugar donde se ha de instalar dicho tanque)
!"d! del #a"&'e 'e construye con la superposici"n de placas de acero con el n absorber las deformaciones sufridas, estas placas son unidas mediantes soldadura) Las soldaduras entre el fondo del tanque y la envolvente se someten a la mayor.a de los esfuerzos, por lo que son puntos cr.ticos) -ara el dise1o del tanque se debe considerar los cimientos donde este va ser ubicado, la corrosi"n de fondo y el tama1o del tanque) Beneralmente las placas de acero usadas para el fondo son de menor espesor que las usadas para la envolvente) 8ebido a que se encuentra soportado por concreto, arena o asfalto, lo m#s importante es que haya hermeticidad para evitar la ltraci"n del producto almacenado hacia las bases) 5l espesor m.nimo nominal usado para las placas de fondo es de 6*= in (67)9 lb*ft9$) 5l tanque puede estar soportado tambi2n por una placa anular, por lo que el espesor de la placa anular debe ser considerado) Al igual que en la envolvente las placas rectangulares deben tener un ancho m.nimo de D9 in) La placas de fondo deber#n ser ordenadas de un tama1o suciente de modo que cuando sean traslapadas por lo menos 6 in de ancho deber# proyectarse mas all# del borde e:terior de la soldadura de %aci"n del fondo con la envolvente)
E=e5*l!> S'*!"$e"d! &'e el d$(e/! del #a"&'e (e )eal$9a)a *a)a '"a a*a$dad #!#al de +2. Bb% de *e#)-le! !" '"a G%E de 0%F6, '"a #!le)a"$a a la !))!($-" de 0%062. $"% Se debe !"($de)a) '" :a#!) de (e')$dad &'e *a)a e(#e e=e5*l! (e) del 20H% E"#!"e( la a*a$dad de l7&'$d! (e)> V T =V ∗1.20 V T =9325∗1.20=11190 Bb .
Usualmente la relaci"n entre el di#metro del tanque y la altura del nivel de l.quido es mayor a 6)) Considerando una relaci"n de 6)EE se tiene4 3
La capacidad de dise1o del tanque es
Bb∗5.615 ft 3 V =11190 =62831.85 ft 1 Bb
2
V =
π D H 4
D =1.66 H 2
62831.85
=
π D D
∗
4 1.5
D= 49.32 ≅ 50 ft
H =
50 1.66
=30 ft 1
Espesor del fondo deltanque = + 0.0625= 0.31∈¿ 4
D$(e/! de la e"!le"#e La envolvente del tanque es construido por las de placas de acero, se debe calcular el espesor para de las placas de acero para cada la, las las del fondo deben tener mayor espesor de acero debido a la presi"n hidrost#tica) La construcci"n de la envolvente debe considerar tanto la carga hidrost#tica como el pandeo debido al viento) 5l espesor incluye tambi2n una tolerancia a la corrosi"n)5l espesor de las placas de la envolvente requerido debe ser mayor que el espesor de dise1o, incluyendo la tolerancia a la corrosi"n, la prueba hidrost#tica para el espesor, pero el espesor no deber# ser menor a los nominales4
D$5e#)! "!5$"al del #a"&'e @:# .0 .0 a 120 120 a 200 K200
E(*e(!) "!5$"al de la( *laa( @$" +J16 1J .J16 +JF
a)a )eal$9a) el l'l! del e(*e(!) 57"$5! de la( *laa( se puede usar el m2todo 6 foot, seg+n la norma A-F E37 el cual calcula el espesor m.nimo requerido as.4 t t =
2.6 D
( H −1 ) G sd
+ CA
t t =
2.6 D
( H −1 )
st
8onde tdG espesor m.nimo de dise1o del armaz"n (in$ ttG espesor m.nimo del armaz"n por prueba hidrost#tica (in$ HG nivel de liquido de dise1o (ft$ BGBravedad especica del liquido que ser# almacenado CAG tolerancia a la corrosi"n (es la disminuci"n de acero permisible debido a la corrosi"n$ 'dGtolerancia de esfuerzos para las condiciones de dise1o (psi$ 'tG esfuerzo permisible para las condiciones de la prueba hidrost#tica (psi$ 8G di#metro (ft$ 5l m2todo no puede ser usado para tanques mayores a E7 m in di#metro) 5l c#lculo del m.nimo espesor de las placas se debe realizar para cada una de las las, para esto debe seleccionarse primero cuales especicaciones de placa ser#n usados) 5sfuerzos de traba%o4 el esfuerzo m#:imo permisible, del materialseleccionada para el dise1o del tanque debe estar de acuerdo a los esfuerzos del dise1o estructural del tanque)
Ca)a(> 'e calculan suponiendo que el tanque est# totalmente lleno con agua o el uido que ser# almacenado si este es m#s pesado que el agua) -ara el dise1o del cuerpo especicaciones A E (A EM$)
del
tanque
se
usara
la
placa
de
-ropiedades mec#nicas del material
E(*e$<a$!" e( de la *laa
E(:'e)9! de d$(e/! Sd@lbJ$"2
E(:'e)9! de *)'eba 8$d)!(##$a, S#@lbJ$"2
A +6 @A +6M%
T!le)a"$a a la !))!($-" @$"
9977 9=@77 7)7E93 'eg+n la norma A-F para tanques de di#metro igual a 37 ft el espesor m.nimo nominal es 6*= y el ancho m.nimo de las placas de acero debe ser de D9 in (Eft$) Como el uido que ser# almacenado tiene una B)5 de 7)IE, para los c#lculos de dise1o se tomara la B igual a 6 asumiendo que se llena con agua) t d=
t t =
2.6 D
( H −1 ) G sd
2.6 D
( H −1 )
st
=
+ CA =
(
( )(
2.6 50 30
abla de resultados
) ( −1 )( 1)
2.6 50 30
24900
23200
−1 )
+ 0.0625
N!
1 2 + .
A"8! de la *laa @:#
@:#
E E E E E
7 9= 6I 69 E
t t
t d
@$"
@$" 7)993 7)6@6 7)63D 7)69= 7)7@7
7)636 7)697 7)7II 7)73D 7)79E
t min.
t act.
@$"
@$"
7)93 7)93 7)93 7)93 7)93
7)93 7)93 7)93 7)93 7)93
C!"(#)'$-" del #e8! del #a"&'e 5l dise1o de los esfuerzos en el techo (en este caso ser# un techo c"nico auto soportado$
Espesor minimo=
D 400 senθ
√
T 45
+ CA ≥
3 16
∈¿
8onde 8G di#metro nominal del armaz"n del tanque (ft$ G la mayor de la combinaci"n de las cargas (lb*ft9$(8epende de las cargas muertas cargas vivas en el techo, nieve y presi"n e:terna de dise1o$ J G #ngulo de los elementos del cono (entre @)3> y D >$
ser# la mayor combinaci"n de las siguientes
D L + Lr + 0.4 e D L + 0.4 Lr + e
8onde 8l es la carga muerta Lr carga viva m.nima en el techo -e presi"n e:terna de dise1o
Considerando una presi"n e:terna de dise1o de IE)= lb*ft9, una carga viva debido a la nieve de 93 lb*ft 9 y una carga muerta de 97)= lb*ft9 se tiene 2
T 1 =79.96 lb / ft T 2 =116.8
Espesor minimo=
50 400 sen 30
√
116.8 45
+ 0.0625= 0.46 ∈¿
Med$$!"e( e(##$a( de #a"&'e(> 5s la medida de vol+menes temperaturas y propiedades f.sicas de los hidrocarburos
Med$$-" de "$el de l7&'$d!%
•
•
•
•
-ermite medir la altura de los l.quidos que hay en el tanque, esa lectura permite determinar el volumen de acuerdo a una tabla de aforo)
•
'e puede realizar medida a fondo y al vacio) 5l m2todo de fondo permite determinar el nivel de agua libre almacenada en el tanque)
'i dos de las tres medidas son iguales esta se puede reportar como v#lida, teniendo en cuenta que la diferencia con respecto a la tercera no sobrepase 6 mm 'i las tres medidas consecutivas son diferentes y su diferencia una con respecto a la otra es de 6 mm, la medida a tomar es el promedio de las tres) 5n caso que las lecturas arro%en diferencias superiores a mil.metros, se sugiere revisar que las v#lvulas del tanque est2n cerradas y que efectivamente el uido haya estado en reposo entre una o dos horas dependiendo del uido y realizar nuevamente la medici"n)
C$"#a *a)a 5ed$) a :!"d! 5sta cinta tiene el cero en la punta de la escala de la plomada, la cual hace parte de la cinta, es decir, que la escala para la cinta se inicia en forma ascendente desde el cero de referencia de la plomada)
C$"#a *a)a 5ed$$-" a a$! 5sta tiene el cero de la escala en el gancho de uni"n entre la cinta y la plomada) La escala para la cinta se inicia en forma ascendente desde el cero de referencia y para la plomada en forma descendente desde el mismo punto, la plomada debe tener forma rectangular)
Med$$!"e( de #e5*e)a#')a>
La determinaci"n de la temperatura se puede hacer mediante term"metros electr"nicos digitales o de mercurio de vidrio)
Fntroducir el term"metro hasta la mitad del liquido o haga tres mediciones en las zonas superior, media e inferior, si el nivel es mayor a 67 pies)
8e%e el term"metro el tiempo necesario, seg+n la tabla)
Bravedad A-F
iempo de inmersi"n (min$
K37 =7<=@ 7<@ 97<9@ 97
10 1. 2. . F0
Med$$-" de e(*e$<a$!"e( de al$dad 'e debe tomar una muestra representativa y homog2nea para determinar A-F, contenido de agua, contenido de s"lidos) 5ste muestreo se hace Los recipientes deben ser &otellas de vidrio claro para que pueda e:aminarse f#cilmente la limpieza del producto, la presencia de agua libre y otras impurezas) Los tapones para estas botellas deben ser corchos que garanticen un buen a%uste) o se deben usar tapones de cauchos)
Med$$-" a'#!5#$a @#ele5e#)7a Medici"n de nivel con otador4 un otador esta sobre la supercie del liquido y conectado al e:terior del tanque indicando directamente el nivel sobre una escala graduada Medici"n de nivel con desplazador (servo$4 consta de tres partes compartimento de motor, de tambor y de alimentaci"n el2ctrica) Medici"n con radar4 env.a ondas a una frecuencia (?C!M$, la diferencia de frecuencia de la se1al que es ree%ada por el nivel del l.quido es proporcional a la distancia recorrida
2. VÁLVULAS 2.1. GENERALIDADES Los ingenieros de producción son responsables por el tratamiento, almacenamiento y el transporte eficiente de los hidrocarburos a través de las facilidades de superficie. Los ingenieros de producción utilizan un sistema de control computarizado para manipular los equipos que no ven a primera vista. Aunque ellos están aleados de la realidad f!sica de la facilidad, los ingenieros necesitan tener un conocimiento detallado de las caracter!sticas f!sicas de las l!neas y de los equipos de la misma para poder tomar decisiones efectivas. Las válvulas son una parte cr!tica de las operaciones de producción porque éstas dirigen el fluo de hidrocarburos en las l!neas. Aunque los ingenieros no controlan todas las válvulas del sistema, ellos deben entender todos los tipos de válvula y su comportamiento.
Figura 1: Usos de las válvulas en las facilidades de producción
"l controlador usa válvulas para dirigir o aislar el fluo, regular el fluo, y controlar la presión y el aislamiento. Las válvulas protegen el tubo y los equipos de superficie contra la sobre presurización e impiden el fluo inverso del gas a través de los compresores. #or eemplo, una válvula de retención (Check $ no es directamente controlada, pero comprendiendo su función, su propósito y comportamiento, le permite al controlador detectar posibles problemas que impartan las operaciones del sistema de gasoductos. "l uso y la operación correcta de las válvulas son esenciales para la eecución satisfactoria de todos los procedimientos y maniobras en un sistema de producción. 2.2. COMPONENTES BÁSICOS DE UNA VÁLVULA La válvula es un dispositivo que controla el fluo de fluidos a través de una l!nea. %uando una válvula está completamente abierta, el fluido fluye sin impedimento por la l!nea. %uando una válvula está parcialmente abierta, tiene un efecto estrangulador sobre el fluo. %uando la válvula está cerrada, el fluido no puede pasar por el tubo. Los componentes t!picos de una válvula son& • %uerpo de la válvula • %asquete de la válvula • "lemento de cierre • 'ástago de la válvula • Asiento, sellos(anillos de asentamiento, y
• )ridas
Figura 2: Válvula de tapón con sus principales componentes.
2.2. COMPONENTES BÁSICOS DE LA VÁLVULA 2.2.1. Cuerpo de la vlvula. "l cuerpo de la válvula es el casco de la válvula que contiene al miembro *elemento$ de cierre. "l cuerpo de la válvula proporciona soporte estructural para la válvula, y es la parte f!sicamente suetada a la tuber!a. La forma del cuerpo de la válvula ayuda a determinar cómo fluye el fluido por la válvula. "l cuerpo de la válvula se puede suetar con pernos, soldadura, o roscas.
2.2.2. Ele!e"#o de $%erre "l elementode cierre, con frecuencia llamado el dispositivo de cierre, es la barrera f!sica usada en la válvula para controlar el fluo. "l elemento de cierre se abre o se cierra cuando el controlador lo estime necesario para parar el fluo, estrangular el fluo o permitir que el fluo pase por completo. "+isten tres tipos de elementos de cierre& compuerta, bola y tapón.
Figura : !ipos de elemento de cierre
2.2.&. V'#a(o "l miembro de cierre está conectado al actuador por medio del vástago de la válvula. "l actuador levanta, baa o rota el vástago de la válvula, que causa un cambio correspondiente al miembro de cierre.
2.2.). A'%e"#o de la vlvula "l asiento de válvula esta dentro del cuerpo de la válvula, al lado del miembro*elemento$ de cierre. "l anillo de asentamiento y(o los sellos proveen un sellohermético entre la válvula y el asiento.
Figura ": #sientos de la válvula.
2.2.*. Ca'+ue#e de la vlvula
Figura $: Vástago de la válvula
"l casquete de la válvula es la cubierta de la válvula que le da soporte a las partes internas de la válvula que no están soportadas por el cuerpo y le suministra aloamiento al elemento de cierre, cuando es levantado del área de asentamiento. "l personal de mantenimiento abre el casquete para reparar la válvula.
Figura %: Cas&uete de la válvula.
2.2.,. A"%llo de a'e"#a!%e"#o - 'ello' "l anillo de asentamiento y(o los sellos mantienen al elemento de cierre contra el asiento. stos proveen un sellado hermético y paran el fluo entre la válvula y el asiento, eliminando fugas cuando la válvula está cerrada y filtración dentro del cuerpo de la válvula cuando la válvula está abierta.
2.&. ACTUADORES Los actuadores remotos se usan para controlar las válvulas en el campo convirtiendo la energ!a eléctrica o liquida en energ!a mecánica para abrir o cerrar una válvula. -e env!a un comando desde el %entro de %ontrol, indicando al #L% un comando de apertura o cierre. "l #L% env!a una seal activando el actuador y arrancando el motor. %uando el actuador recibe la seal del #L%, el motor del actuador abre o cierra la válvula.
Figura ': Válvula de lo&ueo con su actuador.
Los actuadores electromecánicos usan pequeos motores para operar el vástago de la válvula. -iempre se instalan volantes de maniobra en caso de un mal funcionamiento. "+isten tres clases de actuadores catalogados por el método usado para activar la válvula.
"nerg!a hidráulica • "nerg!a neumática • "nerg!a eléctrica •
Los actuadores electromecánicos se usan más frecuentemente cuando la velocidad de apertura o cierre de la válvula no es cr!tica y cuando la válvula ni se abre ni se cierre con frecuencia. Los actuadores electromecánicos se usan para las siguientes aplicaciones& • 'álvulas de desv!o *)ypass$ • 'álvulas de control en la descarga y succión de la estación de compresión • 'álvulas de bloqueo del gasoducto.
• 'álvulas de la estación de medición. Los actuadores neumáticos se usan casi e+clusivamente para darles servicio a las válvulas de bloqueo de la l!nea principal. La presión del gasoducto provee la energ!a para mover el pistón que abre y cierra la válvula. Los actuadores neumáticos se usan en las válvulas de cierre *bloqueo$ de emergencia que pueden ser activadas por la ca!da s/bita de presión que indica que ha ocurrido una ruptura en la l!nea.
Figura ): #rra* +oldings Compan*. Catálogo de actuadores neumáticos.
Los actuadores hidráulicos no son com/nmente usados en sistemas de gasoducto. -u uso es más frecuente en sistemas de l!quidos.
Figura ,: #rra* +oldings Compan*. Catálogo de actuadores hidráulicos.
2.). CLASIICACI/N DE LAS VALVULAS
Figura 1-: Clasificación de las válvulas.
2.).1. Vlvula' de A%'la!%e"#o - Blo+ueo -on las válvulas utilizadas para aislar un segmento de la l!nea.0urante la operación estas se encuentran abiertas totalmente o cerradas totalmente. Los tipos de válvula de bloqueo o aislamiento t!picamente usados en las l!neas de superficie son& • 'álvulas de compuerta. • 'álvulas de tapón. • 'álvulas de bola.
2.).2. Vlvula' de $o"#rol de pre'%0" -on las válvulas utilizadas en un sistema de produccióndonde la presión del gas necesita ser controlada por razones de seguridad, confiabilidad y medición e+acta de los vol/menes de gas. "n la distribución de gas, las presiones son controladas en muchos puntos del sistema. Los reguladores se instalan para asegurar un suministro seguro, eficiente y continuo de gas natural al cliente. Los tipos de válvula de control de presión usadas en las l!neas de superficie son& • 'álvulas de globo. • 'álvulas de agua.
2.).&. Vlvula' de $o"#rol de luo #ara controlar el fluo presente en una l!nea, se mide la tasa instantánea de fluo. "ste valor es comparado con un punto predeterminado y, si es necesario, se austa la válvula de control, para modificarlo. "l control de las ca!das de presión es un medio para controlar el fluo en las l!neas de producción. -e utilizan dispositivos, tales como válvulas, y reguladores, para crear presiones diferenciales. "stas ca!das de presión dan como resultado el caudal previsto o planificado.
Los tipos de válvula de control de fluo t!picamente usados en las l!neas de superficie son& • 'álvulas de globo • 'álvulas de agua. • 'álvulas de diafragma. • 'álvulas de mariposa.
2.).). Vlvula' de Se(ur%dad 1a que las válvulas reguladoras de presión pueden fallar, es vital la protección contra la sobrepresión. La protección contra la sobrepresión provee un medio para mantener una presión má+ima segura en la l!nea de producción.Los tipos principales de válvulas de protección contra la sobrepresión son& • 'álvulas de alivio. • 'álvulas de retención * Check $. 2.*. TIPOS DE VÁLVULA
2.*.1. Vlvula de $o!puer#a "s una válvula cuyo elemento de cierre es una placa plana o con forma disco la cual se mueve perpendicular a la dirección del fluo. %uando la compuerta bloquea totalmente la apertura, la válvula se cierra. %uando la apertura en la compuerta está alineada con el gasoducto, la válvula se abre y el fluo pasa a través de la válvula sin impedimentos. Las válvulas de compuerta están diseadas para operarse ya sea completamente abiertas o completamente cerradas. "l estrangulamiento de una válvula de compuerta daa los asientos y los sellos y deteriora la capacidad de la válvula para desempear su función. Las válvulas de compuerta se controlan de manera manual o remota, dependiendo de la ubicación y del servicio. stas tienen diseos sencillos que requieren mantenimiento m!nimo.
2.*.2. Vlvula de Tap0" La válvula de tapón es una válvula que se cierra y se abre girando un tapón que se mueve perpendicular a la pared del tubo. "l tapón tiene una cavidad a través de éste, que está alineada con el tubo en posición abierta permitiendo que el gas fluya a través. 2n cuarto de giro rápidamente abre y cierra la válvula, en comparación con el gran tiempo que se demora en subir o baar la compuerta en la válvula de compuerta. %uando el tapón gira 345, la cavidad o la dirección del fluo se volteaperpendicular a la dirección del fluo, bloqueando el l!quido.
2.*.&. Vlvula de 3ola 2na válvula de bola es similar en diseo a la válvula de tapón, e+cepto que el elemento de cierre es esférico, y la cavidad a través de la bola es redonda. Las v#lvulas de bola son de N de vuelta, es decir, cuando la cavidad esta paralela al tubo, la válvula se abre, y el fluido puede fluir. %uando se gira la bola para que el hueco este perpendicular al tubo, la válvula se cierra, y el fluido no puede fluir.
Figura 11: Funcionamiento de una válvula tipo ola.
2.*.). Vlvula de Re#e"$%0" 4Check 5 2na válvula de retención es una válvula de una sola dirección, es decir, el fluido puede pasar por la válvula en un sentido *corriente arriba o corriente abao$ solamente. Las válvulas de retención normalmente no tienen ning/n vástago niactuador e+terno. -on abiertas por la presión del fluido que fluye. %uando el fluose detiene o cambia de dirección, la válvula se cierra. "l fluido no puede fluir ensentido opuesto cuando la válvula está cerrada. Aunque los operadores no controlan directamente las válvulas de retención, conocercómo se comportan, permite la detección de posiblesproblemas que pueden impactar la operación de la l!nea.
-i una válvula de retención * Check $ ubicada en un gasoducto no se puede cerrar, el gas podr!a recircular o podr!a reciclarse hacia atrás por medio de un compresor, daando el equipo o causando una operación deficiente.
Figura 12: Funcionamiento de una válvula check.
La función principal de la válvula de retención *%hec6$ es la prevención del contrafluo. "l contrafluo puede causar errores de medición y daos a las unidades de compresión. Las válvulas de retención *%hec6$ se utilizan& • "n sitios estratégicos a lo largo del gasoducto en caso de ruptura. •"ntre las l!neas de succión y descarga en una desviación *bypass$ de la unidad de compresión para impedir recirculación.
2.*.*. Vlvula de al%v%o Las válvulas de alivio se encuentran en posición totalmente abierta o cerrada. Los componentes de las válvulas de alivio son& • "l resorte de carga. • La barra *cuerpo obturador$. • "l disco blando. • "l anillo de asiento. %uando la presión de ingreso se eleva por sobre la presión prefiada, la barra es empuada del asiento de metal. "sto reduce el aumento de presión. Luego, la válvula se cierra.
Figura 1: Funcionamiento de una válvula de alivio.
2.*.,. Vlvula de (lo3o La válvula globo ha sido denominada as! debido a la forma de la cavidad que rodea la región del orificio. "l tapón se mueve hacia arriba y abao paracontrolar la cantidad de fluido que pasa por su orificio. %uando está completamentecerrado, el tapón descansa sobre un asiento, interrumpiendo el fluo porcompleto. "l asiento de la válvula globo está paralelo a la dirección del fluo que corre por la l!nea. "sto hace que la válvula globo sea muy compatible para situaciones de restricción, porque la resistencia del fluo a un cambio de 347 en la dirección reduce la presión. Adentro de la válvula globo, cambia 8 veces la dirección, permitiendo una disminución substancial de presión.
2.*.6. Vlvula de a(ua -on básicamente válvulas de globo con un elemento de cierre cónico similar a una agua, este se austa con precisión en sus asientos. -u diseo es aerodinámico. "stas válvulas poseen una acción gradual de cerrado.
2.*.7. Vlvula de !ar%po'a Las válvulas mariposa tienen un diseo muy sencillo. 2na válvula mariposa es un disco rotativo, relativamente plano, montado sobre un coinete que lepermite girar. %uando está abierto, el disco ofrece resistencia m!nima al fluo,porque está en posición paralela con respecto a la dirección del fluo. %uando secierra, el disco gira hasta alcanzar un ángulo recto con respecto a la direccióndel fluo. "sto permite operar de acuerdo con una gran variedad de puntospredeterminados. Las válvulas mariposa son muy económicas en términos decapacidad de fluo por dólar invertido.
2.*.8. Vlvula de d%ara(!a
"fect/an el cierre por medio de un diafragma fle+ible sueto a un elemento compresor. %uando el vástago de la válvula hace descender el compresor, el diafragma produce sellamiento y corta la circulación. -e utilizan para el corte y estrangulación de l!quidos que pueden llevar una gran cantidad de sólidos en suspensión y para fluidos viscosos. 9ambién permiten el bloqueo de la l!nea. *Apertura total o cierre total$
Figura 1": Funcionamiento de una válvula de diafragma
2.,. REPRESENTACI/N DE LOS DIERENTES TIPOS VÁLVULAS EN PLANOS P9ID.
Figura 1$: lano /0. roceso de separación de una corriente de hidrocaruros.
Figura 1%: epresentación de los tipos de válvulas en un plano /0.
2.6. TABLA DE P:RDIDAS EN ACCESORIOS ; LONGITUDES E
Figura 1': 34# 12th. !ala de perdidas en accesorios.
26.1 Perd%da' e" vlvula' - a$$e'or%o'
Los tipos de válvula que producen mayores pérdidas en tuber!a, son las válvulas tipo globo.
Los tipos de válvula que producen menores pérdidas en tuber!a, son las válvulas tipo compuerta.
Figura 1): erecha. Válvula de gloo.
B!5ba(
05&uierda. Válvula de compuerta
Una bomba es una m#quina generadora que transforma la energ.a (generalmente energ.a mec#nica$ con la que es accionada en energ.a hidr#ulica del uido incompresible que mueve) 5l uido incompresible puede ser l.quido o una mezcla de l.quidos y s"lidos) 5n general, una bomba se utiliza para incrementar la presi"n de un l.quido a1adiendo energ.a al sistema hidr#ulico, para mover el uido de una zona de menor presi"n o altitud a otra de mayor presi"n o altitud)
Cla($<a$-" e"e)al de la( B!5ba(>
5:isten innidad de formas de clasicaci"n de bombas pero fundamentalmente se pueden dividir en dos grandes grupos4
B!5ba( !l'5;#)$a( ! de de(*la9a5$e"#! *!($#$!, entre las que se encuentran por e%emplo las alternativas, rotativas y las neum#ticas, pudiendo decir a modo de s.ntesis que son bombas de pist"n, cuyo funcionamiento b#sico consiste en recorrer un cilindro con un v#stago) O B!5ba( d$"5$a( ! de e"e)7a $";#$a> !undamentalmente consisten en un rodete que gira acoplado a un motor) 5ntre ellas se sit+an las regenerativas, las especiales, las perif2ricas o de turbinas y una de las m#s importantes, las centr.fugas) 5n todos los tipos de bombas para l.quidos deben emplearse medidas para evitar el fen"meno de la cavitaci"n, que es la formaci"n de un vac.o que reduce el u%o y da1a la estructura de la bomba) A las bombas empleadas para gases y vapores se las denominan compresores)
BOMBAS VOLUM4TRICAS O DE DESLAAMIENTO OSITIVO 5n las bombas de desplazamiento positivo e:iste una relaci"n directa entre el movimiento de los elementos de bombeo y la cantidad de l.quido movido) 5:isten diversos tipos de bombas de desplazamiento positivo, pero todas suelen constar de una pieza giratoria con una serie de aletas que se mueven en una carcasa muy a%ustada) 5l l.quido queda atrapado en los espacios entre las aletas y pasa a una zona de mayor presi"n) Un dispositivo corriente de este tipo es la bomba de engrana%es, formada por dos ruedas dentadas engranadas entre s.) 5n este caso, las aletas son los dientes de los engrana%es) 5n todas estas bombas, el l.quido se descarga en una serie de pulsos, y no de forma continua, por lo que hay que tener cuidado para que no aparezcan condiciones de resonancia en los conductos de salida que podr.an da1ar o destruir la instalaci"n
B!5ba( de De(*la9a5$e"#! *!($#$! #$*! d$a:)a5a
El ele5e"#! de b!5be! e" e(#e a(! e( '" d$a:)a5a ?e$ble, !l!ad! de"#)! de '" 'e)*! e))ad! &'e (e a$!"a de(de el e#e)$!) *!) '" 5ea"$(5! )e$*)!a"#e%
BOMBAS DE ENERGA CIN4TICA 5n este tipo de bombas la energ.a es comunicada al uido por un elemento rotativo que imprime al l.quido el mismo movimiento de rotaci"n, transform#ndose luego, parte en energ.a y parte en presi"n) 5l caudal a una determinada velocidad de rotaci"n depende de la resistencia al movimiento en la l.nea de descarga)
BOMBAS CENTRUGAS
Las bombas centr.fugas tienen un rotor de paletas giratorio sumergido en el l.quido) 5l l.quido entra en la bomba cerca del e%e
del rotor, y las paletas lo arrastran hacia sus e:tremos a alta presi"n) 5l rotor tambi2n proporciona al l.quido una velocidad relativamente alta que puede transformarse en presi"n en una parte estacionaria de la bomba, conocida como difusor) 5n bombas de alta presi"n pueden emplearse varios rotores en serie, y los difusores posteriores a cada rotor pueden contener aletas de gu.a para reducir poco a poco la velocidad del l.quido) 5n las bombas de ba%a presi"n, el difusor suele ser un canal en espiral cuya supercie transversal aumenta de forma gradual para reducir la velocidad) 5l rotor debe ser cebado antes de empezar a funcionar, es decir, debe estar rodeado de l.quido cuando se arranca la bomba) 5sto puede lograrse colocando una v#lvula de retenci"n en el conducto de succi"n, que mantiene el l.quido en la bomba cuando el rotor no gira) 'i esta v#lvula pierde, puede ser necesario cebar la bomba introduciendo l.quido desde una fuente e:terna, como el dep"sito de salida) -or lo general, las bombas centr.fugas tienen una v#lvula en el conducto de salida para controlar el u%o y la presi"n) 5n el caso de u%os ba%os y altas presiones, la acci"n del rotor es en gran medida radial) 5n u%os m#s elevados y presiones de salida menores, la direcci"n de u%o en el interior de la bomba es m#s paralela al e%e del rotor (u%o a:ial$) 5n ese caso, el rotor act+a como una h2lice) La transici"n de un tipo de condiciones a otro es gradual, y cuando las condiciones son intermedias se habla de u%o mi:to)
Cara$#er='#%$a' (e"erale' de la' 3o!3a'
Ca)a#e)7(#$a( de la( B!5ba( Ce"#)$:'a(
La( b!5ba( (!" d$(*!($#$!( &'e $")e5e"#a" la e"e)7a d$(*!"$ble del l7&'$d! &'e la( a#)a$e(a% Se '(a" *a)a 5a"#e"e) el a'dal e" '" !"d'#! ! #'be)7a%
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La a*a$dad de a(*$)a$-" e( #a"#! 5e=!) 'a"#! 5e"!) e( el NS )e&'e)$d! de la b!5ba% Se e*)e(a e" '"$dade( de e"e)7aJ*e(! de ?'$d!, N5JN ! 5% La a*a$dad de a(*$)a$-" de la b!5ba d$(5$"'e al a'5e"#a) el a'dal, e( de$), el NS )e&'e)$d! a'5e"#a !" el a'5e"#! del a'dal% E( $5*!)#a"#e d$(#$"'$) el NS )e&'e)$d! *!) la b!5ba del NS d$(*!"$ble e" la $"(#ala$-"% La a*a$dad de a(*$)a$-" de '"a b!5ba *'ede (e) ('<$e"#e e" '"a $"(#ala$-" "! (e)l! e" !#)a%
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