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PDVSA
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
PDVSA N°
TITULO
MDP–08–SD–01
0
NOV.97
REV.
FECHA
APROB.
E1994
SISTEMAS DE DISPOSICION
APROBADO
36
DESCRIPCION
FECHA NOV.97
O.R.
PAG. REV.
APROB.
L.R.
APROB. APROB.
FECHA NOV.97
ESPECIALISTAS
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
PDVSA
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
SISTEMAS DE DISPOSICION
PDVSA MDP–08–SD–01
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1 OBJETIVO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
2 ALCANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
3 REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
4 DEFINICIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
5 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
5.1
5.2
Venteos y Drenajes de Equipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Disposición de Efluentes Acuosos de la Planta Contaminados
con Hidrocarburos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Tambores de Purga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sistemas de Evacuación de Efluentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Almacenaje de Desvíos de Corrientes de Proceso y de Desechos . . . . .
7
9
22
27
6 NOMENCLATURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
30
7 APENDICE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31
5.3
5.4
5.5
3
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OBJETIVO
El propósito de las instalaciones descritas en este documento es lograr el manejo
seguro de materiales de varios drenajes y de corrientes de emergencia, de manera
que puedan ser dirigidas con seguridad a cloacas, tanques, mechurrio u otro
destino apropiado. Los sistemas de drenaje aquí especificados aseguran que
materiales inflamables o tóxicos pueden ser desechados sin peligro de incendio
o de daños cuando el equipo se saca de servicio. También se describen sistemas
para manejar decantados de agua de proceso, agua de enfriamiento y otras
corrientes de efluente acuoso que puedan estar contaminadas con hidrocarburos
y que podrían de otra manera crear condiciones peligrosas si fueran descargadas
directamente al sistema de cloacas.
Los alivios de válvulas de seguridad se dirigen a tambores de purga, también
conocidos como tambores de alivio, cuando la presencia de líquido, propiedades
tóxicas u otros factores harían peligrosa la descarga a la atmósfera. Estos criterios
se detallan en el documento PDVSA–MDP–08–SA–05: “Instalación de Válvulas
de Alivio de Presión”. Las facilidades para el alivio de emergencia de vapores y la
evacuación de líquido para unidades de proceso se describen en el documento
PDVSA–IR–P–01: “Sistemas de Paradas de Emergencia, Bloqueo,
Despresurización y Venteo de Equipos y Plantas”.
Este documento, es una actualización de la Práctica de Diseño “Seguridad en el
diseño de plantas, subsección 15D: Sistemas de Disposición”, presentada en la
versión de Junio de 1986 del MDP.
2
ALCANCE
Este documento presenta el diseño de: (a) instalaciones para manejar drenajes
y efluentes acuosos contaminados procedentes de equipos y también para
enviarlos a una disposición apropiada; (b) sistemas de tambor de purga para
recibir descargas cerradas de válvulas de seguridad, alivios de vapores de
emergencia; y (c) instalaciones para procesar desvíos de corrientes y almacenaje
de desechos. También se cubren los criterios para seleccionar el método
apropiado de disposición. El diseño de los mechurrios se cubre en el documento
PDVSA–MID 90616.1.021 Guía de Ingeniería: “Sistemas de Mechurrios”, versión
más reciente que la de Agosto 1990, y el documento PDVSA–MDP–08–SA–05:
“Instalación de Válvulas de Alivio de Presión”, incluye criterios para el diseño de
cabezales de mechurrios y cabezales de válvulas de seguridad.
3
REFERENCIAS
Manual de Diseño de Proceso (versión 1986)
S Vol I, Sección 2 “Temperatura de diseño, presión de diseño y clasificación de
bridas”.
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S Vol IX, Subsección 15C “Sistemas de alivio de presión”.
S Vol IX, Subsección 15D: “Sistemas de Disposición”.
Manual de Diseño de Proceso (versión actualizada)
S PDVSA–MDP–01–DP–01: “Temperatura y Presión de Diseño”.
Manual de Ingeniería de Diseño
S Guía de Ingeniería 90616.1.001: “Guías de Seguridad en el Diseño”, de
Agosto 1994.
S Guía de Ingeniería 90616.1.021: “Sistemas de Mechurrios”, de Agosto 1990.
S Especificación de Ingeniería H–251–R: “Requerimientos de Diseño de
Tuberías de Procesos y de Servicios”, de Junio 1993.
S Especificación de Ingeniería HE–251–PRT: “Sistemas de Drenaje”, de
Septiembre 1995.
Manual de Ingeniería de Riesgo
S IR–P–01: “Sistemas de Paradas de Emergencia, Bloqueo, Despresurización
y Venteo de Equipos y Plantas”, de Mayo 1993.
S IR–S–01: “Filosofía de Diseño Seguro”, de Marzo 1995.
Otras Referencias
1. API–RP520, “Sizing, selection and installation of pressure–relieving
devices in refineries, Part I, 6th edition, Marzo 1993.
2. API RP 521, 3th edition, Noviembre 1990 (“Guide for Pressure–Relieving
and Depressuring Systems”).
4
DEFINICIONES
Véase documento PDVSA–MDP–08–SA–01 “Principios Básicos”.
5
PROCEDIMIENTO DE DISEÑO
5.1
Venteos y Drenajes de Equipos
Los requerimientos generales para el suministro de válvulas y descarga para
todas las conexiones de venteo y de drenaje en equipos del proceso, se detallan
en el documento PDVSA–MID–H–251–R Especificación de Ingeniería:
“Requerimientos de Diseño de Tuberías de Procesos y de Servicios”. Este
documento cubre drenajes en puntos bajos y venteos en puntos altos, así como
también conexiones específicamente provistas para drenaje y venteo de equipos
durante una parada o cuando se sacan de servicio. También cubre venteos y
drenajes para instrumentos, visores de nivel, puntos de muestreo, etc. Como un
requerimiento adicional no cubierto allí, todas las conexiones de drenaje y puntos
de muestreo en servicio para fracciones livianas que se usan regularmente deben
tener válvulas dobles.
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Los requerimientos adicionales para la descarga de materiales peligrosos a
sistemas de drenaje cerrados se presentan por los siguientes párrafos:
Disposición del Drenaje del Contenido de Equipos de Proceso – Cuando se
sacan de servicio equipos de procesos en el área de la planta, o bien
individualmente durante la operación de la planta o para mantenimiento general,
deben proveerse medios para el drenaje y disposición segura del contenido de
hidrocarburos líquidos residuales, de acuerdo con lo siguiente:
Fracciones
Livianas
Recipientes con un inventario
de líquido mayor de 0.1 m3 (3.5
pie3) (1) (2) (7)
Recipientes con un inventario
de líquido menor o igual que
0.1 m3 (3.5 pie3) (1) (2) (7)
Bombas
Carcazas de Compresores,
drenaje de cilindros y de
recipientes de separación de
líquidos
Cabezal de
drenaje
cerrado
A la
atmósfera
(4) (6)
A la
atmósfera
(4) (5) (6)
Cabezal de
drenaje
cerrado
Más pesados que las
fracciones livianas, a
temperatura por encima
del punto de inflamación
Cabezal de drenaje cerrado
Más pesados que las
fracciones livianas, a
temperatura por debajo
del punto de inflación
A cloacas (3)
A cloacas (3) (6)
A cloacas (3)
A cloacas (3) (6)
A cloacas (3)
––
––
NOTAS:
1. El término “recipientes” incluye columnas, tambores y equipos misceláneos en el área de la planta,
tales como, filtros, coladores, separadores, etc. Los intercambiadores de calor se tratan
separadamente más abajo (Ver la Nota 7).
2. El término “inventario” se refiere al contenido de hidrocarburos líquidos en el tope del rango de nivel
de trabajo. Se incluye la retención de las bandejas de columnas, pero no se toma en cuenta el
contenido de tuberías.
3. La conexión abierta al depósito de retención de la cloaca de agua aceitosa debe estar, por lo menos
a 15 m (50 pie) de cualquier fuente de ignición continua. Debe lavarse con agua en el punto de
descarga. Sin embargo, esta ruta de disposición no debería usarse para el drenaje de equipos que
contienen materiales de alto punto de fluidez que se solidificarían en la cloaca, a menos que se
provean conexiones de aceite liviano de la vado para desplazar tales materiales de los equipos.
4. El alivio controlado a la atmósfera debe estar por lo menos a 15 m (50 pie) de cualquier fuente de
ignición continua.
5. Pueden estar justificadas las conexiones al cabezal de drenaje cerrado para bombas con un alto
volumen de fracciones de livianos.
6. Las prioridades de la refinería pueden exceder estos requerimientos. En tales casos, pueden
instalarse conexiones adicionales de 25 mm (1 pulg), desde los equipos al cabezal de drenaje
cerrado (las conexiones de 20 mm (3/4 pulg) son adecuadas para bombas).
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7. Los intercambiadores de calor que tienen válvulas para mantenimiento durante la operación
deberían considerarse como “recipientes” en la tabla anterior, de acuerdo con su inventario y
contenido. Los lados de la carcaza y de los tubos deberían tratarse separadamente. Sin embargo,
si el contenido líquido de un intercambiador puede ser enviado por gravedad a un equipo
interconectado a través de la tubería de proceso antes de cerrar todas las válvulas de aislamiento,
entonces puede cancelarse el requerimiento para drenaje a un cabezal de drenaje cerrado (si es
como lo establecido en la tabla anterior).
Los intercambiadores que no tienen válvulas para su mantenimiento durante la operación
solamente requieren un medio de drenaje para una situación de parada de la unidad. Si el contenido
líquido de un intercambiador de calor no puede ser evacuado por gravedad o desplazado (como
parte del procedimiento de parada) a un recipiente interconectado que está provisto de medios de
drenaje apropiados, entonces el intercambiador debería considerarse como un “recipiente” y por
tanto debe también ser provisto de instalaciones de drenaje de acuerdo a su inventario y contenido
en la tabla.
8. Los métodos de drenaje de los equipos anteriormente descritos se considera que proveen una
disposición segura de los contenidos de hidrocarburos líquidos, para su aplicación a la mayoría de
los diseños de unidades de proceso. El drenaje a la atmósfera o a cloacas, cuando está permitido
por los lineamientos anteriores, está sujeto a una buena capacidad de juicio operacional,
considerando las condiciones que prevalezcan (dirección del viento, fuentes de ignición
adyacentes, necesidad de vestimenta protectora, etc.) Consideraciones de control de la
contaminación pueden requerir un uso más amplio de conexiones a cabezales de drenajes
cerrados.
Sistemas de Cabezales de Drenaje Cerrados para Líquidos Inflamables – Se
proveen cabezales cerrados de drenaje para líquidos, de acuerdo con los criterios
descritos en los párrafos precedentes, para el drenaje seguro de fracciones
livianas y materiales livianos que de otra manera causarían alivios peligrosos de
hidrocarburos a la atmósfera o a las cloacas. Las conexiones para los equipos
para su mantenimiento son relativamente pequeñas. El diseño de los sistemas de
cabezales de drenaje cerrados deberían ser como sigue:
1.
Las conexiones a los equipos son típicamente 50 mm (2”) y 80 mm (3”) para
recipientes de proceso e intercambiadores de calor, de acuerdo con el
tamaño del equipo. Cada conexión incluye una válvula de bloqueo accesible.
Se proveen válvulas de bloqueo dobles, si son requeridos por el documento
PDVSA–MID– 90616.1.001 Guía de Ingeniería: “Guías de Seguridad en el
Diseño”, de Agosto 1994. Debería incluirse una válvula de retención en el
caso de que resulte una sobrepresión u otro riesgo por retroceso del flujo
durante el drenaje simultáneo desde más de un recipiente. Las conexiones
individuales de cada equipo se hacen en el tope del cabezal de drenaje.
2.
El cabezal es normalmente un tubo de 80 mm (3”) (50 mm (2”) puede ser
adecuado para unidades pequeñas) y se dirige vía un soporte de tubería
elevada (que es generalmente inclinada) a un tambor de purga de no –
condensables.
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3.
El cabezal es diseñado para una presión de trabajo igual a la del equipo con
la presión más alta de trabajo que este reciba, o es pro visto de una válvula
de seguridad si es diseñado para una presión de trabajo menor. Secciones
del cabezal, separadas por válvulas de retención, pueden ser diseñadas
para presiones de trabajo diferentes, pero la protección con válvulas de
seguridad es requerida todavía para las secciones con menor presión de
trabajo.
4.
El cabezal debe ser diseñado para los extremos de alta y baja temperatura
y condiciones corrosivas que puedan surgir de la descarga de corrientes de
proceso en el mismo. La vaporización súbita y la auto refrigeración de
líquidos de fracciones livianas puede requerir materiales especiales (por
ejemplo, acero al carbón calmado para corrientes de propano y aleaciones
de acero para etanos y más livianos). Es usualmente económico minimizar
el uso de materiales especiales segregando tales corrientes en
sub–cabezales separados del sistema de drenaje cerrado. Estos
sub–cabezales pueden ser dirigidos separadamente al tambor de purga con
una válvula de cierre de flujo por alto nivel para cada sub–cabezal o pueden
combinarse en una sola línea con una válvula de cierre de flujo por alto nivel.
Donde se combinen sub–cabezales de materiales de tubería diferentes, el
material del cabezal con más baja temperatura se usa para el resto de la línea
combinada y también se extiende hacia atrás dentro del otro cabezal por 6
m (20 pie), precedido por una válvula de retención de baja temperatura
5.
El cabezal y las ramas laterales deben ser calentados y aislados, donde la
temperatura ambiente o temperaturas de proceso puedan resultar en
solidificación de corrientes de proceso pesadas, o en la congelación de agua
o humedad que pueda estar presente.
6.
Deben proveerse varias salidas de tubería de 25 mm (1 pulg), con válvulas
en cada una de las salidas en puntos apropiados del cabezal, a los cuales
puedan hacerse conexiones temporales de drenaje desde equipos para los
cuales no se justificarían conexiones permanentes debido al uso infrecuente
o al pequeño inventario. Las salidas deberían colocarse a nivel del suelo
dentro de 30 m (100 pie) desde los equipos.
Cabezales de Drenaje Cerrados para Materiales Especiales – Normalmente se
proveen cabezales de drenaje cerrados para el drenaje seguro de equipos que
contienen químicos altamente tóxicos, corrosivos, contaminantes o de alto costo
(por ejemplo, fenol, ácido sulfúrico, monoetanolamina, dióxido de azufre,
“catacarb”), donde haya un inventario apreciable en un número de recipientes de
proceso de la planta. El cabezal debe ser de 50 mm (2”) de diámetro mínimo y
debería ser unido a los recipientes y equipos mayores con conexiones de tamaño
mínimo de 25 mm (1”) (20 mm (3/4”) es adecuado para bombas). El cabezal puede
ser dirigido a un tambor de drenaje por gravedad (con recuperación hacia el
proceso por medio de una bomba o presurización con gas), o a una bomba de
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desahogo que retorna el flujo al proceso, o en el caso de ácido sulfúrico al tambor
de purga de ácido.
Si el tambor de drenaje requiere un venteo, éste debería ser dirigido por tubería
a un sistema cerrado para su localización segura, dependiendo de la toxicidad y
presión de vapor de los materiales drenados.
5.2
Disposición de Efluentes Acuosos de la Planta Contaminados con
Hidrocarburos
Retiros Acuosos de Recipientes que Contienen Hidrocarburos – Agua o
materiales acuosos que se retiran continua o intermitentemente de recipientes
donde los mismos tienen contacto directo con hidrocarburos (por ejemplo, agua
de proceso desde tambores de destilado, agua de lavado gastada o solución de
cáustica gastada de sedimentadores) deben ser dispuestos de tal manera que el
arrastre o el retiro inadvertido de hidrocarburos no cree un peligro. La disposición
es por lo tanto una función de la categoría de los hidrocarburos, como sigue:
1.
Recipientes que Contienen Fracciones Livianas – Descargar a un tambor
separador de agua, tambor separador de aguas agrias, o tambor separador
de soda cáustica gastadas, de acuerdo con el método de tratamiento
posterior. Estos tambores deben diseñarse de acuerdo con esta subsección.
2.
Recipientes que Contienen Hidrocarburos más Pesados que
Fracciones Livianas a Temperatura por encima de su Punto de
Inflamación, con tal que no entren en la Categoría (4) más abajo:
a.
Retiro automático continuo con control de nivel: la descarga como en el
punto (1) anterior o dentro de una sección venteada de la cloaca de agua
aceitosa a través de una conexión cerrada. Si este retiro es de agua agria
o soda cáustica gastada, ver el punto (c)más abajo.
b.
Retiro intermitente manualmente controlado: descargar a través de una
conexión abierta al depósito colector de la cloaca de agua aceitosa. Si
el retiro es agua ácida o soda cáustica gastada, ver el punto (c) más
abajo.
c.
Agua ácida o soda cáustica gastada debe ser descargada como en el
punto (1) anterior, o a un tanque colector atmosférico para su disposición
posterior, con tal que se tenga una adecuada capacidad de venteo para
la contingencia de recibo de hidrocarburos y tenga medios para el
desnatado de hidrocarburos líquidos.
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Recipientes que Contienen Hidrocarburos más Pesados que
Fracciones Livianas a Temperatura por debajo de su Punto de
Inflamación:
a.
Descargar al depósito colector de la cloaca de agua aceitosa a través de
una conexión abierta excepto cuando el retiro es agua ácida o soda
cáustica gastada.
b.
Agua ácida o soda cáustica gastada debe descargarse como en el punto
(1) anterior o a un tanque colector atmosférico para su disposición
posterior, con tal que tenga medios para “desnatar” los hidrocarburos
líquidos.
4.
Hidrocarburos Líquidos más Pesados que Fracciones Livianas, pero
que están a elevada temperatura de modo que su presión de vapor real es
103 kPa (14.9 psia) absoluta o más alta, deben ser considerados como
fracciones livianas. Los retiros acuosos provenientes de recipientes con tales
materiales (por ejemplo, desaladores de crudo) deben por lo tanto
descargarse de acuerdo con el párrafo (1) anterior.
5.
Agua Proveniente de Tanques – No se proveen instalaciones de sepa
ración especiales para el agua retirada de tanques de almacenaje fuera del
sitio de la planta o para el almacenaje a presión.
Efluentes Acuosos de Intercambiadores de Calor – La falla de tubos en un
intercambiador enfriado por agua o calentado por vapor de agua y en servicio para
hidrocarburos, resultará en una contaminación del agua efluente de enfriamiento
o del condensado, por la corriente de proceso, si ésta se encuentra a una presión
mayor. Estos efluentes deben por lo tanto ser dispuestos de modo que las
contaminaciones con hidrocarburos puedan ser retenidas con seguridad. Los
requerimientos de diseño son los siguientes:
1.
2.
Se requieren instalaciones especiales de evacuación en los siguientes
casos:
a.
Enfriadores y condensadores en servicio para fracciones livianas, con
la presión de entrada de los hidrocarburos mayor que la presión de salida
del agua de enfriamiento bajo condiciones operacionales normales, y
b.
Calentadores y rehervidores con vapor de agua con la presión de
entrada de los hidrocarburos mayor que la presión de salida del
condensado bajo condiciones operacionales normales y donde los
hidrocarburos (a la temperatura del condensado) tienen una presión de
vapor real de 103 kPa (14.9 psia) absoluta o mayor.
Las instalaciones de evacuación especiales pueden consistir de lo siguiente:
a.
Un tambor de evacuación de agua diseñado de acuerdo con esta
subsección.
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3.
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b.
Una torre de enfriamiento de agua, en el caso de un sistema de agua de
enfriamiento circulante, y con tal de que sean incorpora das las
características de seguridad descritas en esta subsección.
c.
Un tambor de evacuación de condensado, en el caso en que se requiera
su recuperación y reuso del condensado de vapor de agua, diseñado de
acuerdo con esta subsección.
Para enfriadores, condensadores, calentadores con vapor de agua y
rehervidores que no son cubiertos por los casos (a) o (b) del párrafo 1
anterior, el agua efluente de enfriamiento y el condensado se descargan
como sigue:
a.
A la cloaca de aguas limpias, aguas aceitosas o a la cloaca de desvío,
o:
b.
A un tanque colector atmosférico en el caso de condensado de va por
de agua donde se requiere su recuperación y reuso. Si la presión de los
hidrocarburos a la entrada del intercambiador es mayor que la presión
de salida del condensado, entonces el tanque debe estar equipado para
poder desnatar los hidrocarburos líquidos, y el venteo del tanque
debería ser lo suficientemente grande para aliviar en forma segura la
presión generada. El venteo debe estar localizado en una ubicación
segura.
Tambores de Purga
Criterio para la Selección de Tambor de Purga para Condensables y No
Condensables – El propósito principal de un tambor de purga es separar alivios
cerrados de válvulas de seguridad y varios drenajes, materiales aliviados o
desviados, en corrientes de líquido y de vapor que puedan ser dispuestas con
seguridad a instalaciones de almacenaje apropiadas o de descarga por el
mechurrio, respectivamente. No es aceptable el arrastre de hidrocarburos líquidos
a la columna del mechurrio puesto que puede resultar en que líquido de
combustión caiga al suelo o sobre instalaciones adyacentes. Esta es la razón por
la que se requiere un tambor de purga.
Sin embargo, aun si el tambor de purga es efectivo para separar líquido de
vapores, puede ocurrir una condensación posterior aguas abajo si los vapores
venteados salen del tambor a una temperatura superior a la del ambiente. Una
proporción de tales materiales condensables que salen del tambor de separación
por el alivio de vapor, puede condensarse como resultado de enfriamiento en el
cabezal del mechurrio y por contacto con el agua de sello y luego separarse en el
tambor de sello del mechurrio, mientras que por otra parte vapores condensables
que no se condensan y separan en esta etapa pueden condensarse en la columna
del mechurrio o en su línea de entrada, creando el potencial para una caída
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peligrosa de líquido en combustión desde el mechurrio. Los hidrocarburos
condensados en el tambor de sello serán arrastrados con el agua efluente de sello,
que es normalmente dirigida a las cloacas, y puede resultar en contaminación,
toxicidad o problemas de sobrecarga del separador. Si el alcance de la
condensación de hidrocarburos aguas abajo del tambor de separación es tal que
la magnitud de los problemas resultantes exceden los límites aceptables locales,
entonces pueden considerarse una o más de las siguientes características como
métodos de reducir o eliminar tal condensación:
1.
Seleccionar un tambor de purga para alivios condensables, en vez del tipo
para no condensables. Si un tambor de purga para condensables no es
adecuado para manejar el servicio total de separación (por ejemplo, si están
involucrados líquidos fríos), entonces puede usar se una combinación de
tambor para condensables y no condensables.
2.
Ubicar el tambor de purga (cuando se usa el tipo para no condensables) a
la distancia mínima permitida (ver documento PDVSA–MID–90616.1.021
Guía de Ingeniería: “Sistemas de Mechurrio”, versión más actualizada que
la de Agosto de 1990) desde el mechurrio, para minimizar la condensación
en el cabezal del mechurrio.
3.
Instalar un tambor de separación inmediatamente aguas arriba del tambor
de sello del mechurrio, para remover materiales condensados en el cabezal
del mechurrio.
4.
Proveer instalaciones de asentamiento para separar hidrocarburos líquidos
del agua efluente del sello del mechurrio y también medios apropiados para
su disposición, como por ejemplo, a almacenaje de desechos.
5.
Donde un grupo de recipientes conectados se considera como una unidad
para propósitos de alivio de presión, considerar la posibilidad de una
ubicación alterna para la válvula de alivio de presión de modo que la corriente
descargada contenga una menor cantidad de materiales condensables.
Ventajas de los Tambores de Purga para Condensables
1.
Son efectivos como un medio para remover vapores pesados de
hidrocarburos de corrientes de alivio de emergencia, minimizando así
problemas de condensación en equipos aguas abajo.
2.
Son efectivos como un medio de reducir los requerimientos de capacidad del
mechurrio.
3.
Son capaces de separar neblinas de aceite mejor que los del tipo para no
condensables.
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Desventajas de los Tambores de Purga para Condensables
1.
Aunque algo de aceite puede ser removido por desnatación (si se proveen
las conexiones), los hidrocarburos condensados son descargados con el
agua efluente, a menudo en forma de una emulsión, lo cual puede resultar
en contaminación, toxicidad o problemas de sobrecarga del separador. Sin
embargo, estos pueden ser eliminados, cuando se justifique por
instalaciones de asentamiento o de rotura de la emulsión y/o medios
apropiados de disposición del aceite separado.
2.
Son incapaces de manejar cantidades significativas de fracciones livianas
líquidas o de materiales más fríos de 0°C (32°F).
3.
Altas cargas de condensación, si son manejadas en base continua, resultan
en requerimientos apreciables de agua de enfriamiento y de capacidad del
tambor de purga. Estas cargas pueden ser reducidas, sin embargo, por el
uso de condensación de estado inestable, por ejemplo, por el uso de un
enfriador de serpentín como se describe más adelante en este documento.
Tambores de Purga para No – condensables (Servicio Normal) – Los tambores
de purga para no condensables para servicio normal de hidrocarburos son
diseñados de acuerdo a lo siguiente:
1.
En la Figura 1 se ilustra un tambor de purga típico para no condensables y
sus equipos y cabezales asociados.
2.
Puede usarse un solo tambor de purga para más de una unidad de procesos,
si es atractivo económicamente. Sin embargo, cuando se hace esto, todas
las unidades servidas por el mismo deben ser paradas para sacar el tambor
fuera de servicio, a menos que se provean conexiones entrecruzadas a otro
sistema de capacidad adecuada.
3.
Normalmente, todas las descargas cerradas de válvulas de seguridad se
combinan en un solo cabezal que entra al tambor, aunque son aceptables
cabezales y boquillas de entrada separados si es económica mente
ventajosos. Los siguientes alivios son también normalmente dirigidos a un
cabezal de válvulas de seguridad:
a.
El condensado del tambor de separación de gas combustible, y el líquido
del tambor de separación del gas de tope de los absorbe dores.
b.
Líquido de los tambores de separación de la succión y etapas
intermedias de compresores.
c.
Tambores de purga de vapores de emergencia, si se suministran.
d.
Corrientes de vapores desviadas de unidades de proceso, si existen
instalaciones (Ver Desvío de Corrientes de Proceso y Almacenaje de
Desechos, en este documento). Las corrientes de gas seco, donde no
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existe posibilidad de arrastre de líquido pueden, sin embargo, ser
dirigidas directamente al cabezal del mechurrio. El dimensionamiento,
la temperatura de diseño y los requerimientos para su instalación de
cabezales de válvulas de seguridad se cubren en el documento
PDVSA–MDP–08–SA–05: “Instalación de Válvulas de Alivio de
Presión”.
4.
El cabezal cerrado de drenaje de líquido es llevado a una línea se parada al
tambor y provisto con una válvula de cierre de flujo por alto nivel con reajuste
local manual. En algunos casos, el sistema de drenaje cerrado se segrega
en un número de subcabezales, como se describió antes en esta subsección.
Los líquidos de hidrocarburos pueden ser desviados alrededor del tambor a
través de una conexión desde el cabezal de drenaje cerrado directamente
a la succión de la bomba de desahogo, con tal que el líquido pueda ser
desechado y dispuesto con seguridad, considerando su presión de vapor y
su temperatura. Las conexiones de desahogo de líquido para emergencias,
si existen, se dirigen al tambor de purga a través del cabezal de drenaje
cerrado.
5.
Como se describe más adelante, el desvío de corrientes líquidas en el rango
de fracciones livianas, cuando se proveen en las unidades de proceso,
pueden en algunos casos ser dirigidas a un tambor de no condensables para
su disposición. En estos casos, la corriente desviada es normalmente unida
al cabezal de drenaje cerrado, aguas arriba de la válvulas de cierre de flujo
por alto nivel, aumentando el tamaño del cabezal si es necesario. (Sin
embargo, ver el párrafo 6(b) más adelante para excepciones a esta dirección
de las corrientes).
6.
El dimensionamiento del tambor de purga y la ubicación de los instrumentos
de nivel se basan en lo siguiente (Ver la Figura 2):
a.
La retención de líquido por debajo de LH(CO)A (A–B en la Figura 2) es
el requerimiento del desvío de la corriente de fracciones livianas (si se
requiere, ver “Desvío de Corrientes de Proceso y Almacenaje de
Desechos” en esta Subsección) o el requerimiento de drenaje cerrado
para líquidos residuales de proceso en una parada normal, cualquiera
de los dos que sea mayor. Este requerimiento para el drenaje cerrado
se toma como el 10% del total del inventario líquido de hidrocarburos de
todos los recipientes en una unidad de proceso que están provistos de
conexiones al cabezal de drenaje cerrado. Esto asume que el 90% del
inventario de líquido de estos recipientes puede ser removido por
presurización o bombeo de drenaje a través de las rutas normales de
disposición. La unidad de procesos a usarse para propósitos de
dimensionamiento es aquella que tiene el requerimiento de drenaje
cerrado mas grande y que puede ser parada independientemente para
su mantenimiento. El inventario de los recipientes se calcula en el tope
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del rango de nivel de trabajo, excluyendo la retención por las bandejas
y el contenido de las tuberías. En el caso de recipientes que contienen
grandes inventarios de líquido, por ejemplo, tambores de
compensación, el requerimiento individual del cabezal de drenaje
cerrado puede reducirse por debajo de 10%, donde sea apropiado,
concediendo un crédito por medios alternos de disposición del contenido
de líquido, por ejemplo por desplazamiento de agua a almacenaje.
Cuando se requiere una capa de aceite para protección del serpentín de
vapor de agua (ver el párrafo 12 más adelante) debe darse un margen
apropiado en el volumen del tambor.
b.
Si la instalación para el desvío de corrientes de fracciones livianas al
tambor de purga debe estar continuamente disponible por razones de
seguridad (en oposición a razones económicas o de operabilidad),
entonces la base de dimensionamiento descrita en el párrafo 6(a)
anterior se modifica como sigue:
1.
Se provee un instrumento “LH(CO)A” (alarma de alto nivel de
líquido) a un bajo nivel, actuando una válvula de cierre hermético
en el cabezal de drenaje cerrado. La retención debajo de este
LH(CO)A es equivalente al requerimiento de drenaje cerrado,
calculado como en el párrafo 6(a) anterior.
2.
Un segundo instrumento LH(CO)A se provee a un nivel más alto,
actuando una válvula de cierre hermético de flujo en la corriente
de líquido desviada, la cual es dirigida al tambor de purga por
medio de una línea separada.
3.
La retención entre ambos instrumentos LH(CO)A debe ser igual
al requerimiento para el desvío de líquido.
c.
El espacio en el tambor por encima del instrumento LH(CO)A (por encima del
LH(CO)A más alto cuando se proveen dos) está constituido por una
capacidad de retención equivalente (B–D en la Figura 2) a 30 minutos de
acumulación de alivio de líquido procedente de válvulas de seguridad, más
un espacio de vapor (D–F) para los vapores asociados aliviados. El
dimensionamiento del tambor está determinado por la contingencia sencilla
que requiere el máximo espacio combinado B–D más D–F.
d.
Además de la contingencia que requiere el máximo espacio combina do B–D
más D–F y que determina el dimensionamiento del tambor(como descrito en
el párrafo (c) anterior), se consideran otras contingencias como sigue:
1.
La contingencia sencilla que resulta en la acumulación más
grande (B–E) de alivios líquidos procedentes de válvulas de
seguridad durante 30 minutos, independientemente de cualquier
flujo de vapores asociados. El nivel en el punto E se usa para el
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dimensionamiento de la bomba de transporte de desahogo,
como se describe en el párrafo 16 más adelante.
2.
e.
La contingencia sencilla que resulta en la carga de vapores más
grande, independientemente de cualquier carga de líquido
asociada, se usa para determinar el espacio máximo requerido
para vapores C–F, y además se instala una alarma de alto nivel
en el punto c.
Al considerar las contingencias descritas en los párrafos (c) y(d) anteriores,
las cargas de vapores y de líquido se evalúan en las siguientes bases:
1.
Las consideraciones de carga de vapores deben incluir todas las
válvulas de seguridad, alivios de vapores de emergencia, y
fuentes de desvío de corrientes de vapores que sean aliviados
como resultado de una contingencia sencilla.
2.
Se consideran todas las cargas de líquido de todas las válvulas
de seguridad que descarguen como resultado de un
contingencia sencilla, más en cada caso un margen para líquidos
provenientes de tambores de separación (tambores de
separación de gas combustible, del tope de absorbedores, y de
succión y de inter etapas de compresores) igual al inventario de
todos los tambores que descarguen al tambor de purga en sus
puntos de alarma por alto nivel de líquido (LHA).
3.
Las velocidades en el espacio de vapores normalmente no
deberían exceder del 100% del valor crítico. La experiencia
demuestra que esto mantiene el arrastre de líquido en la línea del
mechurrio dentro de límites aceptables.
Vc + F9
Ǹò ò– ò
L
v
Ec. (1)
v
donde:
Vc
ρL
=
=
ρv
=
F9
=
Velocidad crítica de los vapores
Densidad del líquido a las condiciones de
operación
Densidad de los vapores a las condiciones de
operación
Factor cuyo valor depende de las unidades
usadas
En unidades
métricas
m/s
kg/m3
En unidades
inglesas
pie/s
lb/pie 3
kg/m3
lb/pie 3
0.048
0.157
No se permiten pantallas de malla de metal ondulado.
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4.
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La profundidad del espacio de vapores no debería ser bajo
ninguna contingencia menor del 20% del diámetro del tambor, o
menor de 300 mm (12”).
f.
Se provee una alarma de bajo nivel LL(CO)A con un reajuste local manual
para que la bomba de transporte de desahogo se pare cuan do el nivel de
líquido ha sido reducido a un nivel bajo (ver el párrafo 13 para la localización
exacta).
7.
La presión de diseño del tambor de purga es 345 kPa manométricos (50
psig).
8.
La máxima presión operacional permitida en el tambor de purga está
determinada por el más bajo de los siguientes valores:
a.
La máxima contrapresión permitida sobre válvulas de seguridad que
descargan al tambor de purga, de acuerdo con la presión de ajuste y el
tipo de válvula de seguridad, o bien,
b.
La presión de alivio requerida a la que los vapores desde cualquier
succión de compresores sean desviados al tambor de purga. Estas
instalaciones son normalmente provistas en compresores de gas de
proceso de unidades de craqueo catalítico y de craqueo con vapor de
agua.
c.
La máxima presión operacional permitida sobre cualquier otro tambor de
purga de condensables, tambor de evacuación de agua, etc., que ventee
al mismo cabezal de mechurrio.
El dimensionamiento global y las caídas de presión de sistemas de mechurrio se
cubren en el documento PDVSA–MDP–08–SA–05: “Instalación de Válvulas de
Alivio de Presión”.
9.
La temperatura de diseño del tambor de purga es determinada por los
extremos de temperatura operacional de emergencia que puedan resultar de
cualquier corriente unida al mismo. Si los materiales maneja dos están a
temperaturas por debajo de 15°C (60°F), o si ellos pueden autorefrigerarse
por debajo de 15°C (60°F), debe también especificarse una mínima
temperatura de diseño.
10. Los materiales del tambor de purga deben ser adecuados para cualquier
substancia corrosiva que pueda ser descargada al mismo, y también para los
límites de temperatura definidos en el párrafo 9 anterior.
11.
Se provee un serpentín de vapor de agua en el tambor de purga para
propósitos de descongelación, adaptación a las condiciones del invierno y
acondicionamiento para el transporte. El dimensionamiento del serpentín se
basa en sacar las fracciones livianas de los líquidos vaporizados, al nivel
máximo acumulado como resultado de cualquier contingencia de diseño
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descrita en el párrafo 6 anterior. El material líquido debe ser acondicionado
para su transporte (con bomba) en 2 horas a condiciones de temperatura y
presión de vapor que permitan su bombeo con seguridad a instalaciones
asociadas de desecho o a otras de recepción. En algunos casos, el
acondicionamiento para el transporte debe ser seguido por enfriamiento de
la corriente transportada por la bomba (ver el párrafo 17 más adelante). Para
la mayoría de las aplicaciones resulta adecuado un serpentín de vapor de
agua de tamaño nominal de 60 m (200 pie) de tubería de 50 mm (2”) de
diámetro. El serpentín debe ser inclinado para asegurar el drenaje del
condensado.
12. Para servicios en que el serpentín de calentamiento puede ser ex puesto a
líquidos fríos o autorefrigerados, el diseño debería ser tal que evite el
taponamiento por congelación del condensado de vapor de agua. Para
lograr esto, están disponibles los siguientes métodos:
a.
Un desvío de 50 mm (2”) con trampa de vapor de agua directo a la
cloaca. Esto se requiere en todos los casos en que pueden ocurrir
temperaturas por debajo de 0°C (32°F) en el tambor de purga.
b.
Provisión de una línea para inyección de gasoil de bajo punto de fluidez
o de un material similar dentro del tambor de purga. Un nivel de gasoil
que sumerja el serpentín actúa como un acumulador de calor, pero este
volumen del gasoil debe incluirse en el dimensionamiento del tambor.
Esta es la protección normal usada cuando pueden ocurrir temperaturas
por debajo de –45°C (–50°F) en el tambor de purga.
c.
Conexiones para la inyección de metanol dentro de la tubería de entrada
y salida del serpentín de vapor de agua para descongelación.
d.
Uso de calentadores de vapor de agua de doble tubería vertical(del tipo
bayoneta).
e.
Uso de un medio de calentamiento del serpentín con aceite caliente, o
un sistema de calentamiento en cascada (por ejemplo, vapor de
agua/metanol).
13. El tambor es provisto de una bota cilíndrica acumuladora de tamaño nominal
600 mm (24”) de diámetro por 900 mm (35”) de altura, con un serpentín de
vapor de agua separado e individual fabricado de tubería de 25 mm (1”).
Normalmente, no es necesario retirar los hidrocarburos y el agua
separadamente, y por tanto la bomba de desahogo succiona del fondo de la
bota acumuladora. El instrumento de bajo nivel y alarma LL(CO)A se coloca
lo más cerca posible al tope de la bota acumuladora para asegurar que la
bomba sea parada antes de perder succión.
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14. Si el tambor ocasionalmente puede recibir agua, soda cáustica o corrientes
acuosas similares, que crearían problemas en instalaciones receptoras si
son bombeadas con los hidrocarburos, entonces deberían incluirse medios
para un drenaje separado. Esto puede consistir de una conexión a la cloaca
desde el fondo de la bota colectora; o en el caso de agua agria, una conexión
desde la descarga de la bomba de desahogo dirigida a instalaciones para
agua agria u a otra disposición adecuada.
15. El dimensionamiento, temperatura de diseño y requerimientos de
instalaciones para tuberías de salida de vapores de tambores de purga
dirigidas al mechurrio se cubren en el documento PDVSA–MDP–08–SA–05:
“Instalación de Válvulas de Alivio de Presión”.
16. Para el servicio de bombeo de desahogo se prefiere una bomba impulsada
por vapor de agua y manualmente controlada. También es preferible una
bomba reciprocante debido a su mayor habilidad para aguantar la succión
con líquidos volátiles; sin embargo, si se usa una bomba centrífuga, las
líneas de succión y de descarga deben ser venteadas de regreso al tambor,
dimensionando la línea de venteo en la descarga para el 15% de la
capacidad de la bomba. El dimensionamiento de la bomba se basa en el
desahogo por bombeo del contenido total del tambor en 2 horas desde el
máximo nivel de líquido acumulado, como se definió en el párrafo 6(d)
anterior. Debido al amplio rango de fluidos manejados, la bomba debería ser
especificada para 2.0 m (6.5 pie) a 2.5 m (8 pie) de requerimiento de cabezal
neto positivo de succión en la brida de succión. La elevación del tambor
debería ser tal que se cumpla el requerimiento de cabezal de succión (NPSH)
de la bomba (NPSH). La temperatura de diseño de la bomba debería ser la
misma que la del tambor de purga y la presión de diseño se fija de acuerdo
con la dirección de disposición aguas abajo.
17. El material drenado desde el tambor de purga es normalmente enviado a
almacenaje de desechos bajo presión, a almacenaje atmosférico de
desechos livianos, o a otro tanque atmosférico. Como se expuso en el
documento PDVSA–MIR (Pendiente) (Consultar MDP versión 1986
Subsección B: “Minimización de Riesgos de Incendio, Explosión o
Accidente”), se deben incorporar características de diseño para evitar el
riesgo de emanación excesiva de vapores o sobrecalentamiento con
ebullición (“boil over”) que pueden resultar al enviar materiales livianos o
calientes a tanques atmosféricos.
Los requerimientos para promover el desprendimiento de fracciones
livianas del líquido acumulado en el tambor de purga se definieron en el
párrafo 11 anterior.
Además, se debería proveer un enfriador en la línea de descarga de la
bomba de desahogo, si se presenta alguna de las siguientes situaciones:
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a.
El tambor de purga puede recibir líquidos calientes (por encima de 93°C
(200°F), o,
b.
El líquido del tambor de purga (después del desprendimiento de vapores
si es necesario), si es dirigido a un tanque atmosférico para su
disposición, pudiera provocar un aumento en la presión de vapor real del
material tal que el tanque exceda 90 kPa absoluta(13 psia).
El enfriador debería ser dimensionado para enfriar el flujo de desahogo
máximo a 50°C (122°F).
Tambores de Purga para No Condensables (Servicio Especial) – En algunos
casos, debido a severos problemas de corrosión o por razones especiales de
proceso, una unidad debe tener su propio sistema separado de purga. Un ejemplo
es el proceso de alquilación con ácido sulfúrico. En este caso, la descarga
proveniente de válvulas de seguridad que puede contener una emulsión de ácido,
presenta dos problemas particulares: corrosión y el lento desprendimiento de
hidrocarburos desde el ácido.
El primer recipiente en el sistema de alivio y purga es por lo tanto un separador de
ácido e hidrocarburos. Este tambor está provisto con una bomba para transferir
el ácido separado al tanque de ácido gastado. Los hidrocarburos líquidos
separados son preferiblemente bombeados de regreso al proceso, o a almacenaje
de desechos o a un tambor común de purga para no condensables. La corriente
de vapores venteados desde el separador de ácido–hidrocarburos se hace
burbujear a través de una capa de solución de soda cáustica en un tambor de
neutralización y es luego dirigida al cabezal del mechurrio. Para evitar la corrosión
en el sistema especial de alivio y purga para ácido no se envían a éste los alivios
que puedan contener agua o soluciones alcalinas.
Tambores de Purga para Condensables – Los tambores de purga para
condensables (ver Figura 3) se proveen como un medio para evitar la
condensación de hidrocarburos líquidos en sistemas de mechurrio, para reducir
los requerimientos de capacidad del mechurrio, o para evitar la descarga de
hidrocarburos condensables a la atmósfera. En algunos casos, sirven para el
propósito adicional de reducir la temperatura de los gases descargados por el
mechurrio y de aquí a minimizar los problemas de expansión térmica en el diseño
mecánico de columnas de mechurrio. Un tambor de purga para condensables
funciona por medio de un arreglo de contacto directo con una regadera de agua
que condensa vapores de hidrocarburos entrantes más pesados que fracciones
livianas. Los hidrocarburos condensados y agua efluente son descargados a la
cloaca a través de un sello y los vapores de hidrocarburos livianos no condensados
son venteados al mechurrio o a la atmósfera.
La base de diseño para tambores de purga para condensables es como sigue:
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1.
La máxima carga de vapores al tambor se basa en el alivio más grande
proveniente de válvulas de seguridad que descarguen como resultado de
una contingencia sencilla. Las velocidades de los vapores en el tambor se
basan en 100% de la velocidad crítica (ver la Ec.(1)). No se permiten
pantallas de malla de metal ondulado.
2.
La salida de vapores preferiblemente se debería conectar al sistema del
mechurrio. Sin embargo, cuando los alivios de válvulas de seguridad y otras
corrientes conectadas al tambor contienen sólo una pequeña cantidad de
hidrocarburos no condensables o inertes y donde no se prevén problemas
de contaminación, entonces es aceptable el venteo atmosférico, sujeto a las
siguientes condiciones:
a.
El venteo debe estar localizado por lo menos a 15 m (50 pie) por encima
del nivel del suelo y por lo menos 3 m (10 pie) por encima de cualquier
equipo dentro de una distancia horizontal de 15 m(50 pie).
b.
El venteo debe ser localizado de modo tal que si ocurriera el encendido
inadvertido del alivio máximo de vapores de hidrocarburos, las
densidades de calor radiante resultantes a nivel del suelo no excedan los
límites prescritos para la exposición del personal. Referirse a el
documento PDVSA–MID 90616.1.021 Guía de Ingeniería: “Sistemas de
Mechurrios”, versión más reciente que la de Agosto 1990.
c.
La dispersión de materiales inflamables o tóxicos debe ser adecuada en
relación a equipos y áreas de trabajo adyacentes.
d.
El venteo debe ser provisto con inyección de vapor de agua o de gas
inerte para protección contra el retroceso de la llama y apagado como
requerido por el documento PDVSA–MIR (Pendiente) (Consultar MDP
versión 1986 Subsección B: “Minimización de Riesgos de Incendio,
Explosión o Accidente”..
e.
La presión de diseño del tambor debería ser 1030 kPa manométricos
(150 psig).
3.
La presión de diseño del tambor debería ser 345 kPa manométricos (50 psig)
a menos que el tambor esté conectado directamente al mechurrio (sin un
tambor de sello), en cuyo caso la presión de diseño del tambor de purga
debería ser 1030 kPa manométricos (150 psig).
4.
Los documentos MDP–03–S–01/03/04/05 Principios Básicos, Separadores
Líquido–Vapor, Líquido–Líquido, y Líquido–Líquido–Vapor”, junto con los
siguientes párrafos, describen el diseño del disco y la sección en forma de
anillo, así como de otras partes internas del tambor.
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5.
Los requerimientos de agua se basan normalmente en reducir las
temperaturas de salida de gas y líquido a 65°C (150°F), aproximadamente.
La selección de la temperatura óptima se basa en consideraciones de
temperatura y composición de las corrientes que entran y de la extensión en
que se tolere la condensación posterior de vapores efluentes aguas abajo del
tambor. El suministro de agua debería tomarse de un sistema de agua
confiable. Si se usa un sistema de agua de enfriamiento recirculante,
entonces las bombas de circulación y el depósito colector de la torre de
enfriamiento, deben tener suficiente capacidad para suministrar el
requerimiento máximo del tambor de purga para condensables, durante 30
minutos. un controlador del tipo activado/desactivado (On / Off) para
temperatura en la línea de entrada acciona una válvula de control en la línea
de suministro de agua y un orificio de restricción en el desvío de la válvula
de control admite continuamente 0.6 a 1.2 dm3/s (10 a 20 gpm) de agua, a
fin de mantener el sello en la salida. Asimismo, se provee una conexión para
agua de reemplazo de emergencia desde la tubería de agua para incendio
con una válvula de bloqueo para alivio (RBV) accionada desde la sala de
control y también un orificio de restricción dimensionado para el máximo
requerimiento de agua. Se requiere una alarma de alta temperatura en la
salida de vapores desde el tambor.
6.
La retención de agua en la base del tambor se dimensiona de acuerdo con
el documento MDP–03–S–05 “Separadores Líquido–Líquido–Vapor”.
7.
La altura del sello en la línea de líquido efluente (asumiendo 100% de agua)
es normalmente dimensionada para el 175% de la máxima presión
operacional del tambor, ó 3 m (10 pie), cualquiera de las dos que sea mayor.
8.
La presión máxima operacional permitida para propósitos de
dimensionamiento de cabezales de mechurrio y de cálculo de
contrapresiones en válvulas de seguridad se toma entre 7 y 14 kPa
manométricos (1 y 2 psig) en el tambor, a menos que se requieran presiones
mas bajas por consideraciones especiales del proceso. El vapor de agua que
se genera por evaporación de agua de enfriamiento a cargas altas también
debe ser considerado.
9.
Debido al flujo continuo de agua a través de un tambor de purga para
condensables, éste puede manejar con seguridad los alivios fríos o
autorefrigerados solamente mientras que la temperatura de los efluentes de
líquido y vapor permanezca por encima de 0°C (32°F).
Sistemas de Purga para Condensables de Estado Inestable – En algunos
casos donde las cargas de condensación son altas, o donde se requiere recobrar
material de purga líquido condensado por razones de contaminación, toxicidad o
económicas, puede ser apropiado un sistema de condensación de estado
inestable. A continuación se presentan ejemplos de tales aplicaciones:
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1.
Enfriador de Serpentín en la Entrada de un Tambor de Purga para
Condensables – Mediante un enfriador de serpentín en la entrada del
tambor separador para condensables, se evita el alto requerimiento de agua
para la condensación por contacto directo. El enfriador de serpentín debe
estar elevado y el serpentín continuamente inclinado para evitar
acumulaciones de líquido en el cabezal de la válvula de seguridad. La
retención del agua estática en el enfriador debe ser adecuada para la carga
de condensación de diseño durante 30 minutos, dando margen para el
calentamiento del agua durante ese período. No debería aplicarse este tipo
de diseño donde pueda ocurrir solidificación de materiales pesados dentro
del serpentín del enfriador.
2.
Tambores de Purga para Condensables en Plantas de Tratamiento con
Fenol – Se usa un tanque de purga en plantas de tratamiento con fenol para
manejar corrientes que contienen fenol e hidrocarburos pesados (material
para aceites lubricantes). El tanque de purga se ilustra en la Figura 4. La base
de diseño es como sigue:
a.
La carga máxima de vapores al tanque se basa en el alivio más grande
de válvulas de seguridad que descarguen como resultado de una
contingencia sencilla.
b.
La temperatura de diseño del equipo es 175°C (347°F). La presión de
diseño es 1.5 kPa manométricos (0.2 psig), en el espacio de vapores con
el tanque lleno de líquido. La construcción del tan que incluye una
costura débil de soldadura entre el techo y las paredes según el estándar
API 650.
c.
La columna de venteo atmosférico es concéntrica con el tanque, y
termina por lo menos a 15 m (50 pie) sobre el nivel del suelo y por lo
menos a 3 m (10 pie) por encima del equipo más alto dentro de una
distancia horizontal de 15 m (50 pie). Se debe proveer una elevación
adicional si es necesario, para asegurar que las concentraciones de
fenol a nivel del suelo y a nivel de las plata formas de trabajo, no excedan
el Valor Límite Inicial (VLI).La columna está perforada con huecos en el
tope del tanque, con el área de los huecos dimensionada para una
máxima presión en el espacio de vapores del tanque de 1 kPa
manométrico (0.15 psig), ala carga máxima de vapores.
d.
El tanque es provisto con una atmósfera continua de nitrógeno para
protección contra el retroceso de la llama, dimensionada de acuerdo con
el documento PDVSA–MIR–(Pendiente) (Consultar MDP versión 1986
Subsección B “Mínimización de Riesgos de Incendio, Explosión o
Accidente).
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e.
Se retiene en el tanque un nivel de extracto de fenol para enfriar y
absorber el fenol en los vapores que entran. Se requiere suficiente
extracto a 38°C (100°F) para absorber la cantidad más grande de fenol
descargada durante 30 minutos por válvulas de seguridad, como
resultado de una contingencia sencilla, sin exceder una temperatura del
extracto de 93°C (200°F). El tamaño del tan que debe ser adecuado para
contener el inventario de fases mezcladas que exista durante
condiciones de máxima carga. Asimismo, las dimensiones del tanque se
seleccionan de modo que el máxim onivel de líquido esté por debajo de
la elevación del cabezal que recolecta los alivios que contienen fenol.
f.
El fondo del tanque debe ser diseñado para un retiro completo del agua.
Se requiere una disposición segura del agua fenólica; normalmente ésta
es regresada al proceso.
g.
Las instalaciones de bombeo para desahogo son provistas para
regresar líquido saturado al proceso después que una válvula de
seguridad haya descargado al tanque.
h.
Los vapores de entrada se distribuyen dentro del tanque por medio de
un rociador.
Tanques de Purga para Condensables en Otros Servicios – Un tanque de
purga para condensables, diseñado sobre la misma base que la descrita
anteriormente para fenol, puede ser provisto para otros servicios donde un tambor
de purga convencional para condensables no sería aceptable (por ejemplo,
debido a consideraciones de contaminación por el agua efluente). Ejemplos de
tales casos son la Metil Etil Cetona (MEC) y el Formuro de Dimetilo (FDM). Se
especifica un material absorbente adecuado (por ejemplo, aceite lubricante para
MEC y agua para el FDM) y además el diseño debe tomar en cuenta las
temperaturas máximas permisibles operacionales, para evitar emanación
excesiva de vapores o la ebullición del agua.
Venteo de un Sistema de Purga para Condensables al Mechurrio – En algunas
instalaciones donde regulaciones locales contra la contaminación, no permitirían
el venteo de un tanque de purga para condensables en servicio tóxico a la
atmósfera, puede ser necesario un tambor de presión o una esfera, con venteo al
mechurrio.
5.4
Sistemas de Evacuación de Efluentes
Se proveen tambores de evacuación para remover contaminantes consistentes de
hidrocarburos líquidos o vapores, de corrientes acuosas efluentes de la planta,
para poder descargarlas a la cloaca con seguridad. Los criterios para dirigir las
corrientes efluentes a tambores de evacuación se definieron anteriormente en
esta subsección.
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La base de diseño para tambores de evacuación se describe a continuación:
Tambores de Evacuación de Agua (Ver Figura 5)
1.
El cabezal de entrada de líquido es dimensionado para el máximo caudal de
agua al tambor. La caída de presión disponible para el flujo está basada en:
(a) el recipiente desde el cual el agua tiene la presión de salida más baja, y,
(b) la máxima contrapresión permisible sobre el tambor (Ver el párrafo 4, más
abajo).
2.
La carga de vapores al tambor resulta de los vapores de hidrocarburos que
entran o de líquido que se vaporiza súbitamente a condiciones de equilibrio
a la presión atmosférica. La carga de vapores de diseño es la más grande
cantidad de vapores resultante de una contingencia sencilla, tal como la falla
de un tubo roto de un intercambiador de calor o falla de una válvula de retiro
de agua en la posición totalmente abierta (no se consideran las fallas
múltiples de válvulas de control, con tal que las válvulas de control sean
especificadas para cerrar en caso de falla de aire para instrumentos). El
procedimiento de cálculo para el flujo a través de un tubo dividido de un
intercambiador
de
calor
se
cubre
en
el
documento
PDVSA–MDP–08–SA–05: “Instalación de Válvulas de Alivio de Presión”. Los
retiros de agua son examinados para determinar la carga máxima de
hidrocarburos resultante de la falla de la válvula de control de salida de agua
en posición abierta, asumiendo que el flujo sea todo de hidrocarburos.
3.
La salida de vapor puede descargar a la atmósfera o al mechurrio. Se pueden
usar descargas atmosféricas, siempre y cuando se pueda conseguir un lugar
seguro, definido por los siguientes criterios:
a.
El venteo debe ser elevado por lo menos 15 m (50 pie) desde el nivel del
suelo y por lo menos 3 m (10 pie) por encima del equipo más alto en una
distancia horizontal de 15 m (50 pie).
b.
Debe ser localizado de tal modo que si ocurriese una ignición inadvertida
del máximo alivio de vapores de hidrocarburos, las densidades de calor
radiante resultantes a nivel del suelo no excedan los límites establecidos
para la exposición al personal. Ver el documento PDVSA–MID
90616.1.021 Guía de Ingeniería: “Sistemas de Mechurrios”, versión más
reciente que la de Agosto 1990.
c.
El Valor Límite Inicial (VLI) de cualquier vapor tóxico que puedan ser
descargados por el venteo no es excedido a nivel del suelo, ni en ninguna
plataforma de trabajo.
d.
Se requiere un tubo de venteo abierto en el extremo, dirigido
verticalmente hacia arriba, con inyección de vapor de agua o de gas
inerte para protección contra el apagado de la llama o supresión del
encendido, según lo requerido por el documento PDVSA–MIR
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(Pendiente) (Consultar MDP versión 1986 Subsección B: “Minimización
de Riesgos de Incendio, Explosión o Accidente”).
4.
La máxima presión operacional permisible en el tambor de evacuación para
propósitos de dimensionamiento de cabezales de mechurrio, cabezales de
agua y ramales laterales desde intercambiadores de calor, está determinada
por el menor de los dos valores siguientes: (la presión operacional debería
diseñarse tan baja como sea posible para maximizar la efectividad de la
evacuación).
a.
La máxima presión operacional permisible en cualquier tambor de purga
para condensables o no condensables, que ventee al mismo cabezal de
mechurrio, o
b.
La presión máxima a la cual el flujo normal de agua puede todavía entrar
al tambor desde la fuente de presión más baja.
5.
Se especifica una presión de diseño de 345 kPa manométricos (50 psig) para
tambores de evacuación de agua.
6.
El sistema de salida del agua es diseñado para sellar el tambor y evitar el
arrastre de hidrocarburos o aire dentro de la cloaca. La Figura 5 ilustra la
disposición física normal incorporando un sello con lazo sencillo.
7.
El dimensionamiento del tambor y de la pierna de sello está determinado por
lo siguiente:
a.
Cuando la presión en el espacio para vapores del tambor es atmosférica,
el nivel debe ser tal que el espacio para vapores sea adecuado para
evacuar gotas de hidrocarburos desde los vapores de hidrocarburos a
15% de la velocidad crítica (Vc) a la carga de vapores de diseño (de
acuerdo con los documentos MDP–03–S–01/03/04/05 Principios
Básicos,
Separadores
Líquido–Vapor,
Líquido–Líquido,
y
Líquido–Líquido–Vapor”) y la pierna de sello debe tener un diámetro
suficientemente grande para dejar pasar el caudal máximo de agua. Si
las variaciones operacionales pudieran resultar en menos de 60 dm3/s
(950 gpm) de agua al tambor de evacuación de ésta, un sistema externo
debería proveer un flujo continuo de 60 a 120 dm3/s (950–1900 gpm)
para mantener el sello.
b.
Cuando la presión en el espacio para vapores sea igual a la máxima
presión operacional permisible, la superficie del agua debería ser bajada
a un nivel operacional mínimo, al cual la capacidad para evacuar
vapores desde el agua es adecuada para la carga de diseño
determinada según los documentos MDP–03–S–01/03/04/05 Principios
Básicos, Separadores Líquido–Vapor, Líquido –Líquido, y
Líquido–Líquido–Vapor”. También, la contrapresión no debe reducir el
nivel de agua por debajo de la profundidad efectiva del rompedor de
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remolinos. Esto aplica independientemente de si la contrapresión resulta
de vapores que están siendo aliviados a través del tambor o de oleaje
de contrapresión impuesto por un sistema de alivio cerrado. El nivel
operacional mínimo no debería ser menor de 450 mm (18”) por encima
del fondo del tambor. Se provee una alarma de bajo nivel (LLA) en el nivel
operacional mínimo, o alternativamente, puede instalarse una alarma
por alta presión, ajustada a la presión correspondiente del espacio de
vapores.
c.
La altura del sello en la salida de líquido (asumiendo 100% agua) debería
ser normalmente equivalente a 175% de la máxima presión operacional
permisible, o 3 m (10 pie), cualquiera de las dos que sea la mayor.
8.
El tambor debería ser provisto de una alarma de alto nivel (para dar
advertencia de sobrecarga o taponamiento del sello) localizado a 150 mm
(6”) por encima del nivel que corresponde a una presión manométrica de
cero en el espacio para vapores y máximo flujo de agua.
9.
Debería instalarse un rompedor de remolinos en la salida de agua para evitar
el arrastre de hidrocarburos a la cloaca, si se han satisfecho los criterios
relevantes de los documentos MDP–03–S–01/03/04/05 Principios Básicos,
Separadores Líquido–Vapor, Líquido –Líquido, y Líquido–Líquido–Vapor”.
10. El agua efluente proveniente del sello se descarga a través de una conexión
cerrada a un pasa – hombre venteado de la cloaca, de modo que cualquier
aire aspirado a través del venteo del rompedor del sifón pueda ser evacuado
y además evitar la descarga de hidrocarburos a nivel del suelo.
11.
Deben proveerse cuatro conexiones para desnatado con grifos de prueba en
el extremo de salida del tambor al nivel de líquido normal y a 150 mm (6”),
300 mm (12”) y 450 mm (18”) por debajo del nivel normal. Los hidrocarburos
líquidos desnatados a través de estas conexiones deberían ser bombeados
a un sistema de desechos adecuado. Una conexión a la succión de la bomba
de desahogo de un tambor de purga, si está disponible es adecuada para
este propósito.
Tambores de Evacuación para Otras Corrientes Acuosas – Efluentes acuosos
de la planta y corrientes retiradas, tales como condensado de vapor de agua, agua
agria o solución de soda cáustica gastada pueden requerir su disposición a un
tambor de evacuación, pero el tambor de evacuación normal para agua puede no
ser adecuado. Pueden por lo tanto requerirse tambores de evacuación especiales,
por ejemplo, en los siguientes casos:
1.
Condensado de vapor de agua va a ser recuperado y retornado a
instalaciones de tratamiento y de agua de alimentación a calderas.
2.
Agua agria va a ser dirigida a instalaciones de despojamiento de aguas
ácidas.
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3.
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La soda cáustica gastada va a ser reciclada a instalaciones de reposición de
soda cáustica fresca, o dirigida a instalaciones de deodorización o de otro
tipo de disposición.
El diseño de estos tambores generalmente sigue la misma base usada para los
tambores de evacuación de agua, excepto por el requerimiento de una bomba
(con su repuesto) para transferir el líquido acuoso bajo control de nivel a las
instalaciones receptoras apropiadas.
Tambores Combinados de Purga y Evacuación – En algunos casos, es posible
combinar las funciones de tambores de purga y evacuación en un sólo recipiente.
Sin embargo, los dispositivos de alivio de presión que descargan hidrocarburos
líquidos más livianos que pentano, no deberían ser conectados al tambor, si existe
una posibilidad de que tales líquidos pudieran acumularse y ser aliviados a la
cloaca a través de la pierna de sello. Además, el venteo del tanque debería ser
dimensionado para evitar acumulación de presión debido a vaporización. En estas
aplicaciones se deben satisfacer los criterios de diseño para ambos servicios y se
debe dedicar atención especial a peligros potenciales y problemas que pueden ser
introducidos, tales como:
1.
Trampas de líquido en líneas de alivio de válvulas de seguridad.
2.
Combinaciones de agua y alivios de hidrocarburos calientes que podrían
resultar en generación de vapor de agua y oleaje de presión.
3.
Combinaciones de agua e hidrocarburos fríos o autorefrigerantes que
podrían resultar en problemas de congelación.
4.
Confiabilidad del suministro de agua si se combinan los servicios de purga
de condensables y de evacuación de agua.
5.
Contingencias que pueden requerir que el tambor sea usado para ambos
servicios simultáneamente
Torres de Enfriamiento – Cuando los criterios detallados anteriormente bajo
“Disposición de Efluentes Acuosos” de planta contaminados con hidrocarburos
requieren de un medio para separar con seguridad hidrocarburos de agua de
enfriamiento efluente, una alternativa aceptable a un tambor de evacuación de
agua en sistemas de recirculación de agua es una torre de enfriamiento que
incorpore características que permitan una operación segura cuando se presente
la contaminación del agua de enfriamiento efluente con hidrocarburos: debe
consultarse al Proveedor del equipo para saber si dichas características están
incorporadas en la torre de enfriamiento a comprar. Ahora en el diseño de torres
de enfriamiento se incluye una chimenea de venteo en el elevador vertical de
retorno a la torre. Este es usualmente una “T” vertical extendiéndose por encima
de los distribuidores. Incluye una pequeña línea de rebose desde la interfase de
agua a un sumidero para drenar pequeñas cantidades de filtraciones de aceite, y
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un detector de gas en el espacio de vapores (a menos que se provea un detector
de gas en otra parte). En el caso, de un gran escape o de ruptura de un tubo en
un enfriador de gas, la chimenea de venteo evita daños a las tuberías y estructuras
debido a oleajes hidráulicos y fuerzas de reacción.
5.5
Almacenaje de Desvíos de Corrientes de Proceso y de Desechos
Materiales a ser Manejados – Los diseños de plantas deben incluir medios de
disposición seguros para varios materiales de desecho, tales como los siguientes:
1.
Hidrocarburos líquidos acumulados en tambores de purga para no
condensables, que se originan de válvulas de seguridad, cabezales de
drenajes cerrados, drenajes de tambores de separación. Normalmente, se
proveen instalaciones en el tambor para la evaporación de líquidos volátiles
y enfriamiento de líquidos antes de su disposición.
2.
Mezclas de aceite y agua y emulsiones, por ejemplo, de separadores, fondos
de tanques, agua de lastre, etc. El calentamiento de tales fluidos es a
menudo necesario para separar el aceite del agua.
3.
Productos fuera de especificación durante el arranque, parada o trastornos
de la planta. Deben estar disponibles medios de disposición para todas las
corrientes de productos fuera de especificación. En muchos casos es posible
la mezcla de los mismos en tanques de productos o es posible la degradación
a otro producto.
4.
Corrientes que deben ser desviadas debido a una parada de emergencia de
equipos aguas abajo (por ejemplo, falla del compresor). Deberían proveerse
rutas de desvío donde tal contingencia requeriría de otra manera, la parada
inmediata de la unidad de procesos afectada, resultante en pérdidas
operacionales y económicas apreciables.
Métodos de Disposición – Pueden considerarse los siguientes métodos de
disposición para la descarga de materiales de desecho tales como los
anteriormente descritos:
1.
Mechurrio – Las corrientes de vapores tales como desvíos de succión de
compresores en unidades de craqueo catalítico y de craqueo con vapor de
agua, son normalmente dirigidas al mechurrio.
2.
Tubería Principal de Combustión de Gas – Vapores de hidrocarburos
livianos pueden ser dirigidos a tuberías principales de combustión para su
disposición. Si está disponible un vaporizador de propano, éste puede ser
usado como un medio para dirigir fracciones livianas de líquido a la tubería
principal de combustión.
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3.
Instalaciones de Almacenaje – En muchos casos puede usarse el re ciclo
o mezcla de corrientes líquidas en tanques de almacenaje de alimentación
o de producto, etc. Sin embargo, el diseño de tales sistemas de disposición
debe tomar en cuenta el potencial de excesiva emanación de vapores y
sobrecalentamiento con ebullición (“boil over”), que pueden surgir de la
disposición de materiales livianos o corrientes calientes a tanques de
almacenaje. Estos riesgos junto con características de diseño apropiadas
para minimizarlos, se exponen en la el documento PDVSA–MIR (Pendiente)
(Consultar MDP versión 1986 Subsección B: “Minimización de Riesgos de
Incendio, Explosión o Accidente”).
4.
Almacenaje de Desechos – Las instalaciones para almacenaje de
desechos pertenecen a tres tipos básicos, de acuerdo con los materia les
manejados:
a.
Almacenaje de desechos a presión para materiales de fracciones
livianas.
b.
Almacenaje atmosférico de desechos livianos, para materiales que no
requieren calentamiento para el rompimiento de la emulsión.
c.
Almacenaje atmosférico de desechos pesados, para materiales que
requieren calentamiento para el rompimiento de la emulsión. En los
casos (b) o (c) deben aplicarse las mismas consideraciones de
seguridad descritas en el párrafo (3) anterior.
Los materiales acumulados en almacenaje para desechos son normalmente
dirigidos a instalaciones de reproceso o mezclados en tanques de almacenaje
apropiados para su disposición.
Diseño de Instalaciones para el Almacenaje de Desechos – Al seleccionar los
medios de disposición de las corrientes deberían usarse, en lo posible, rutas que
utilicen instalaciones y tanques normales de la planta, etc. Las corrientes que no
pueden ser manejadas de este modo requieren instalaciones para el almacenaje
de desechos. El dimensionamiento de instalaciones de almacenaje para
desechos es usualmente basado en los caudales de flujo normales de todas las
corrientes que deben ser desviadas a desecho bajo una contingencia sencilla, por
el período de tiempo necesario para eliminar la contingencia, o llevar a cabo una
parada controlada.
Almacenaje de Desechos a Presión – Si se requiere el almacenaje de desechos
a presión para manejar materiales en el rango de fracciones livianas, debe
cumplirse con los siguientes criterios:
a.
El tipo de recipiente para el almacenaje de desechos a presión se
selecciona en base a costo. Generalmente una esfera o esferoide es
más económico que un tambor para capacidades en exceso de 160 m3
(5650 pie3).
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b.
El recipiente es venteado a una línea de gas de baja presión (si está
disponible) o al cabezal del mechurrio, a través de una válvula de control
de presión. La carga de vapores de diseño se basa en la contingencia
sencilla (por ejemplo, desvío de la alimentación desde una unidad
particular) que resulta en la mayor cantidad de vapores generados por
evaporación súbita a partir de los líquidos entrantes.
c.
Se debe proveer protección contra la sobrepresión y el vacío de acuerdo
con el documento PDVSA–MDP–08–SA–05: “Instalación de Válvulas de
Alivio de Presión”.
d.
Se provee una alarma de alto nivel (AAN (LHA)) a 85% de la capacidad
volumétrica del recipiente y también un corte de flujo por alto nivel el cual
cierra herméticamente el flujo de entrada cuando el nivel del recipiente
alcanza un a 92% lleno.
e.
Se provee una bomba de desahogo manualmente controlada para
transferir el desecho a una unidad de proceso adecuada para su
reprocesamiento. El tamaño de la bomba está determinado por los
requerimientos de reprocesamiento. Cuando el tambor de purga y el
recipiente de almacenaje de desechos están muy próximos, las bombas
de desahogo pueden ser interconectadas con múltiple, de modo que
sean intercambiables en cualquiera de los servicios.
Como una alternativa al almacenamiento especial de desechos a presión, la
retención necesaria puede ser provista en un tambor de purga para no
condensables, como se describió antes en este documento.
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NOMENCLATURA
F9
=
Vc
ρL
=
=
ρV
=
Factor cuyo valor depende de las
unidades usadas
Velocidad crítica de los vapores
Densidad del líquido a las condiciones de
operación
Densidad de los vapores a las condiciones
de operación
En
unidades
SI
En
unidades
inglesas
0.048
0.157
m/s
kg/m3
pie/s
lb/pie 3
kg/m3
lb/pie 3
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APENDICE
Figura 1 “Arreglo típico de tambor de purga de no – condensables”.
Figura 2 “Dimensionamiento de de tambor de purga de no – condensables”.
Figura 3 “ Tambor de purga para condensables”.
Figura 4 “Tanque de alivio para condensables en servicio de fenol”
Figura 5 “ Tambor de purga de agua”.
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Al Almacenaje Atmosférico
de Desechos Livianos, Pesados,
Almacenaje de Desechos a Presión, etc.
ARREGLO TIPICO DE TAMBOR DE PURGA DE
NO – CONDENSABLES
Fig 1.
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Indice volumen
Indice norma
EVACUACION EN 2 HORAS
DESDE NIVEL MAXIMO
Indice manual
*
B
DIMENSIONAMIENTO DE TAMBOR DE PURGA
DE NO CONDENSABLES
Fig 2.
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Indice norma
Fig 3.
TAMBOR DE PURGA PARA CONDENSABLES
AGUA E HIDROCARBUROS
CONDENSADOS A LAS CLOACAS.
(CONEXION A DRENAJE CERRADO SI
LOS HIDROCARBUROS EN EL
EFLUENTE PUEDEN SER
DESCARGADOS A UNA
TEMPERATURA POR ENCIMA DE SU
PUNTO DE INFLAMACION.)
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Fig 4.
TANQUE DE ALIVIO PARA CONDENSABLES EN
SERVICIO PARA FENOL
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Fig 5.
TAMBOR DE PURGA DE AGUA
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