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PDVSA
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
SISTEMAS DE ALIVIO DE PRESION
PDVSA N°
TITULO
MDP–08–SA–02
CONSIDERACION DE CONTINGENCIA Y
DETERMINACION DE LOS FLUJOS DE ALIVIO
1
OCT.97
Sinceración con MID, MIR y Contingencia Incendio
57
O.R.
L.R.
0
AGO.95
APROBADA
59
J.P
F.R.
REV.
FECHA
APROB.
E1994
DESCRIPCION
FECHA AGO.95
PAG. REV.
APROB.
APROB. APROB.
FECHA AGO.95
ESPECIALISTAS
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
PDVSA
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SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
SISTEMAS DE ALIVIO DE PRESION
CONTINGENCIAS Y FLUJOS DE ALIVIO
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PDVSA MDP–08–SA–02
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OCT.97
Página 1
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Indice
1 OBJETIVO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
2 ALCANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
3 REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
4 DEFINICIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
5 PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO “CONSIDERACION DE
CONTINGENCIAS Y DETERMINACION DE LOS FLUJOS
DE ALIVIO” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Falla de los servicios industriales como una causa de una sobrepresión
Contingencias de falla de los servicios industriales a considerar . . . . . . .
Mal funcionamiento de los equipos como una causa de sobrepresión . .
Errores del operador como causa de sobrepresión . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Evaluación de la sobrepresión resultante de condiciones
de emergencia y Determinación de las velocidades de alivio . . . . . . . . . .
Sobrepresión en componentes específicos del equipo . . . . . . . . . . . . . . .
Sobrepresión causada por reacción química . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sobrepresión causada por temperaturas anormales . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sobrepresión causada por expansión térmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Incendio como causa de una sobrepresión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
El vacío como una causa de falla de los equipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Evaluación de la ruta de presurización en el diseño del alivio
de presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Evaluación de la ruta de escape de presión en el diseño
de alivio de presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Válvulas con dispositivos de bloqueo en la posición abierta (“CSO”) . . .
Válvula del tipo “CSC” (válvula con dispositivo para bloques
en posición cerrada) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Válvulas de control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
51
51
6 NOMENCLATURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
53
7 APENDICE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
54
5.7
5.8
5.9
5.10
5.11
5.12
5.13
5.14
5.15
5.16
5.17
Figura 1
Figura 2A
Figura 2B
3
4
6
11
11
12
20
30
31
31
36
44
47
49
50
Válvula de bajo recorrido guiada por el fondo y el tope para
descargas de turbinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Presión de vapor y calor latente de vaporización para líquidos
hidrocarburos parafínicos puros (un solo componente),
1era parte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
58
Presión de vapor y calor latente de vaporización para líquidos
hidrocarburos parafínicos puros (un solo componente), 2da parte
59
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OBJETIVO
Presentar las contingencias que pueden causar una sobrepresión en los equipos
de una planta, y la forma de evaluarlas en términos de las presiones que puedan
ser generadas y/o de los flujos de los fluidos que deben ser aliviados.
El tema “Sistemas de alivio de presión”, dentro del área de “Seguridad en el diseño
de plantas”, en el Manual de Diseño de Procesos (MDP), está cubierto por los
siguientes documentos:
PDVSA–MDP–
Descripción de Documento
08–SA–01
Sistemas de alivio de presión: Principios Básicos.
08–SA–02
Sistemas de alivio de presión: Consideraciones de contingencia
y determinación de los flujos de alivio (Este documento).
08–SA–03
Sistemas de alivio de presión: Dispositivos de alivio de presión.
08–SA–04
Sistemas de alivio de presión: Procedimientos para especificar y
dimensionar válvulas de alivio de presión.
08–SA–05
Sistemas de alivio de presión: Instalación de válvulas de alivio de
presión.
Este documento, junto con los demás que cubren el tema de “Sistemas de alivio de
presión”, dentro del Manual de Diseño de Procesos (MDP) de PDVSA, son una
actualización de la Práctica de Diseño “Seguridad en el diseño de plantas,
subsección 15C: Sistemas de alivio de presión”, presentada en la versión de Junio
de 1986 del MDP.
2
ALCANCE
Cubre las contingencias originadas por incendios, fallas en los Servicios
Industriales (energía eléctrica, agua de enfriamiento, vapor, aire de instrumentos,
energía eléctrica para instrumentos, combustible, otros Servicios Industriales),
fallas y mal funcionamiento de los equipos, errores del operador, arranques y
paradas, y fallas causadas por expansión térmica.
3
REFERENCIAS
Manual de Diseño de Proceso (versión 1986)
S Vol. IX, Subsección 15B “Minimización de los riesgos de incendio, explosión o
accidente”.
S Vol. IX, Subsección 15C “Sistemas de alivio de presión”.
S Vol. VI, Subsección 10A “Procedimientos de diseño para servicios de bombeo”.
S Vol. VI, Subsección 10F “Bombas de desplazamiento positivo”.
S Vol. IV, Subsección 8A “Selección de hornos de proceso”.
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S Vol. I, Sección 2 “Temperatura de diseño, presión de diseño y clasificación de
bridas”.
Manual de Ingeniería de Diseño
S PDVSA–MID–Vol. 09 K–366 “Safety relief protection Systems”.
S PDVSA–MID–Vol. 06 B–201–PR “Calentadores de fuego directo”.
S PDVSA–MID–Vol. 21 YF–239–POT “Calentadores de fuego directo”.
Manual de Ingeniería de Riesgo
S PDVSA–IR–P–01 “Sistema de paradas de
despresurización y venteo de equipos y plantas”.
emergencia,
bloqueo,
Otras Referencias
S
S
S
S
S
4
ASME–Section I, “Power Boilers”, 1992.
ASME–Section VIII, “Pressure Vessels”, 1992.
ANSI–B31.3, “Petroleum Refinery Piping Code”.
API RP 520, Part I, 6th edition, Marzo 1993.
API RP 521, 3th edition, Noviembre 1990.
DEFINICIONES
Véase documento PDVSA–MDP–08–SA–01 “Principios Básicos”.
5
PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO “CONSIDERACION DE
CONTINGENCIAS Y DETERMINACION DE LOS FLUJOS DE
ALIVIO”
5.1
Introducción
El primer paso en el diseño para protección contra sobrepresión es considerar
todas las contingencias que puedan causar una sobrepresión y evaluarlas en
términos de las presiones que puedan ser generadas y/o de los flujos de fluidos
que deben ser aliviados.
Todos los recipientes a presión no sujetos a combustión deben ser protegidos
mediante dispositivos de alivio de presión que eviten que la presión aumente mas
de un 10% o 3 psi, cualesquiera de las dos que sea la mayor, por encima de la
máxima presión de trabajo permitida (16% o 4 psi con válvulas múltiples). La
excepción es que se permite un exceso de presión de 21%, en los dispositivos de
alivio de presión que adicionalmente son requeridos, cuando el exceso de presión
es causado por una exposición a un incendio u otras inesperadas fuentes externas
de calor.
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Los recipientes a presión bajo condiciones de combustión están cubiertos por el
Código ASME, Sección I (Power Boilers). Este Código especifica el requerimiento
de dispositivos de alivio de presión para evitar que las presiones aumenten más de
un 6% por encima de la máxima presión de trabajo permitida.
En la sección de “Principios Básicos” y bajo “Consideraciones de Diseño” se
describe la base de Contingencia sencilla para estas consideraciones, así como
también los medios para tabular y documentar las varias contingencias
consideradas. En el resto de este capítulo se detallan los tipos de contingencias
que deben ser consideradas así como también los lineamientos para evaluarlas.
La selección de la presión de diseño para equipos es cubierta en el documento
PDVSA–MDP (Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección 2). El diseño
para protección contra sobrepresión en la mayoría de los casos consiste en
proveer dispositivos de alivio de presión dimensionados para manejar las
velocidades de alivio necesarias para evitar que las presiones que surgen en
emergencias aumenten por encima de la presión de diseño (más la acumulación
permitida).
Como un medio alterno de protección, en algunos casos es económico especificar
una mayor presión de diseño del equipo que soportará la presión máxima que
pueda ser generada sin aliviar ninguno de los fluidos contenidos en el sistema.
Más aún, en algunos casos el costo de un sistema colector puede ser reducido
especificando presiones de diseño más altas, las cuales permitirán una
contrapresión más alta en el sistema colector.
5.2
Falla de los servicios industriales como una causa de una
sobrepresión
La falla de los suministros provistos por los servicios industriales (por ejemplo,
electricidad, agua de enfriamiento, vapor, electricidad o aire para instrumentos, o
combustible), a las instalaciones de la planta de refinación resultará en muchos
casos en condiciones de emergencia que potencialmente pueden sobrepresionar
los equipos. Aunque los sistemas de suministro de servicios industriales están
diseñados para ser confiables mediante la selección de sistemas múltiples de
generación y distribución, equipos de repuesto, sistemas de apoyo, etc., todavía
permanece la posibilidad de que fallen. Los mecanismos de posibles fallas de cada
servicio industrial deben por lo tanto ser examinados y evaluados para determinar
los requerimientos asociados para la protección contra la sobrepresión. Las reglas
básicas para estas consideraciones son las siguientes:
1.
Las interrupciones del suministro de un servicio industrial se consideran
solamente en una base de contingencia sencilla, o sea que corresponde a
la falla de un componente sencillo del sistema de generación o distribución
de un servicio industrial. Sin embargo, se debe prestar consideración al
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efecto directo de un servicio auxiliar sobre otro. Si la falla del suministro en
un sistema industrial, como resultado de una contingencia sencilla, resulta
en la pérdida total o parcial de otro servicio industrial interrelacionado,
entonces se debe considerar la falla dual. Por ejemplo, en una planta donde
la electricidad es producida por turbo–generadores de vapor, la pérdida de
la producción de vapor puede causar una pérdida directa de la energía
eléctrica.
2.
Las fallas se consideran tanto en una base local, es decir, pérdida del
suministro de un servicio industrial a un componente de los equipos (por
ejemplo, electricidad al motor de una bomba), como en una base general, es
decir, pérdida del suministro a todos los equipos que lo consumen en una
unidad de procesos (por ejemplo, agua de enfriamiento a todos los
enfriadores y condensadores). Para propósitos de estas considera– ciones
de diseño de alivio de presión, una unidad de procesos se define como la que
cumple todos los criterios siguientes:
a.
Está segregada dentro de sus propios límites de batería claramente
identificables.
b.
Está suplido con cada servicio industrial a través de uno o dos ramales de
tubería laterales independiente desde un cabezal de suministro fuera de los
límites físicos de la planta.
c.
Constituye en sí una función de procesamiento completa.
3.
Para una unidad de procesos con su propio y segregado sistema cerrado de
descarga para alivio de presión y separado del resto de la planta, solamente
se necesita considerar una sola falla de los servicios industriales a esa
unidad para propósitos de diseñar las instalaciones de seguridad. Sin
embargo, cuando dos o más unidades comparten un sistema de descarga
cerrado (por ejemplo, un tambor de descarga común y/o un mechurrio) el
procedimiento de diseño debe incluir una consideración para la falla
potencial del suministro de los servicios industriales a más de una de las
unidades, causada por una contingencia sencilla. Aunque estas fallas de los
servicios industriales de la refinería o de la planta no se usan normalmente
como base para dimensionar las instalaciones de seguridad, deben
evaluarse de todos modos. No es necesario usarlas como base para el
dimensionamiento con tal que puedan ser realísticamente establecidas
como de muy remota probabilidad. Esto involucra la evaluación de la
confiabilidad de los sistemas de generación y distribución y requiere de un
buen diseño de ingeniería y la provisión de características (equipos) de
apoyo adecuados.
Ejemplos de tales características de apoyo para cada servicio auxiliar se dan
más adelante. En los diseños en que todas las válvulas de alivio de presión
descargan a un sistema colector cerrado, debido a restricciones por
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protección al ambiente, una falla total de un servicio industrial merece una
consideración más profunda puesto que no hay alivio a la atmósfera el cual
tendería a aliviar la carga sobre el sistema cerrado.
4.
La evaluación de los efectos de una sobrepresión atribuible a la pérdida del
suministro en un servicio industrial en particular, debe incluir la cadena de
eventos que podrían ocurrir y el tiempo de reacción involucrado. En las
situaciones donde el flujo de fluidos es interrumpido debido a la falla del
suministro de servicio industrial que lo soporta, pero está en paralelo con
equipos que tienen una fuente diferente de energía, puede concederse un
crédito por los equipos no afectados que se mantienen en funcionamiento
hasta el punto en el cual la operación se mantiene y los equipos en operación
no se detienen por sobrecarga.
Como ejemplo, considerando el caso de un sistema de circulación de agua
de enfriamiento que consta de dos bombas paralelas en operación continua,
con impulsores accionados por fuentes de energía diferentes y no
relacionadas. Si falla una de las fuentes de energía puede concederse un
crédito por la operación ininterrumpida de la bomba no afectada, con tal que
la bomba en operación no se desconecte y se detenga (no se dispare) debido
a sobrecarga. De un modo similar, puede también darse crédito por la
operación ininterrumpida de compresores de aire o generadores de
electricidad físicamente dispuestos en paralelo, que operan normalmente
con impulsores con dos fuentes no relacionadas de energía.
Los sistemas de apoyo que dependen de la acción de dispositivos automáticos de
relevo (por ejemplo, un repuesto de relevo impulsado por una turbina para una
bomba de agua de enfriamiento impulsada por un motor eléctrico con un control
“PLCI”, instrumento indicador de control por presión y nivel) no deben ser
considerados como un medio aceptable para prevenir una falla de servicios
industriales para propósitos de diseño de alivio de presión, aunque su instalación
está totalmente justificada para una mejor continuidad y confiabilidad de las
operaciones de la planta.
5.3
Contingencias de falla de los servicios industriales a considerar
A continuación, se describe la aplicación de las consideraciones de diseño
anteriores, a los sistemas auxiliares principales de instalaciones típicas.
En algunos casos, la pérdida del suministro de servicios no es una causa directa de
sobrepresión, pero inicia un descontrol de la planta o una emergencia, la cual a su
vez puede resultar en una sobrepresión (por ejemplo, una falla eléctrica que
conduzca a la pérdida del reflujo de una columna). Donde sea necesario, se debe
hacer referencia a los procedimientos para evaluar tales situaciones de descontrol
o emergencia y para la determinación de las velocidades de alivio, que se
describen más adelante en esta sección.
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Energía eléctrica
1.
Consideraciones en base normal individual y en base respecto a la
unidad de procesos para el dimensionamiento del alivio de presión –
Las siguientes contigencias sencillas deben ser consideradas como la base
normal para evaluar la sobrepresión que pueda resultar de fallas de energía
eléctrica:
a.
Falla individual del suministro de energía eléctrica a cualquier componente
de los equipos que la consuma, tal como un motor impulsor de una bomba,
ventilador o compresor.
b.
Falla total del suministro eléctrico a todos los equipos que lo consumen en
una unidad de procesos.
c.
Falla general eléctrica a todos los equipos alimentados desde una barra de
distribución eléctrica (“Bus Bar”) en una subestación que presta servicio a
una o más unidades de procesos.
2.
Consideración de una falla eléctrica total en planta o en refinería –
Aunque normalmente no se usa como una base para el dimensionamiento
de las instalaciones de alivio de presión, deben considerarse las siguientes
fallas eléctricas generales a nivel de planta.
a.
Falla del suministro de energía eléctrica comprada a la planta o refinería.
b.
Falla del suministro de la energía auto–generada a la planta o refinería.
c.
Falla total eléctrica en cualquier sub–estación particular.
Como se expuso anteriormente punto 5.2. “Falla de los servicios industriales
como una causa de una sobrepresión”, se deben incluir características de
apoyo adecuadas para reducir la probabilidad de fallas mayores a un grado
bajo aceptable y balanceadas contra las consecuencias si ocurrieran tales
fallas. Las siguientes provisiones son normalmente requeridas como
mínimo:
d.
Dos o más alimentadores para energía eléctrica comprada.
e.
Dos o más generadores en paralelo con un repuesto de apoyo cuando la
energía eléctrica es generada en la planta o refinería.
f.
Más de un combustible para las calderas que generan vapor para los
generadores a turbina de vapor.
g.
Arreglos de distribución de la carga eléctrica para mantener el suministro
preferencial a los consumidores críticos.
h.
Sistemas secundarios selectivos para la distribución de la energía eléctrica.
Agua de enfriamiento
1.
Consideraciones en base normal individual y en base a la unidad de
procesos para el dimensionamiento del alivio de presión – Las
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siguientes contingencias sencillas se deben considerar como la base normal
para evaluar la sobrepresión que pueda resultar de las fallas de agua de
enfriamiento:
a.
Falla individual del suministro de agua a cualquier enfriador o condensador
en particular
b.
Falla total de cualquier rama lateral de suministro a una unidad de procesos
y que puede ser cerrada con válvulas desde la línea principal fuera del área
de la planta.
2.
Consideración de una falla total en planta o en refinería – Deben
considerarse las siguientes fallas de agua de enfriamiento:
a.
Falla de cualquier sección de la línea principal de agua fuera del área de la
planta.
b.
Pérdida de la disponibilidad de todas las bombas de agua de enfriamiento
que resultaría de cualquier contingencia sencilla en los sistemas auxiliares
que suplen o controlan los impulsores de las bombas.
c.
Pérdida de la disponibilidad de todos los ventiladores en una torre de
enfriamiento de agua que resultaría de una contingencia sencilla en el
sistema de servicios industriales que suplen o controlan los impulsores de los
ventiladores.
Como se expuso anteriormente en el punto 5.2., “Falla de los servicios
industriales como una causa de una sobrepresión”, generalmente se
incluyen características de apoyo adecuadas reducir la probabilidad de
ocurrencia de estas fallas mayores a un grado bajo aceptable. Como mínimo
se debe suministrar lo siguiente:
d.
Bombas de agua de enfriamiento múltiples con impulsores diferentes y con
interconexión automática de la bomba de repuesto.
e.
Por lo menos 30 minutos de retención útil del nivel de líquido en el sumidero
de una torre de enfriamiento de agua, basado sobre la pérdida de agua de
reposición, con una alarma independiente de bajo nivel de agua ajustada al
nivel de retención de 30 minutos. Esto debería proveer suficiente advertencia
al personal de operaciones para tomar las acciones correctivas. Sin tal
alarma la falla del flujo de agua de reposición puede ser difícil de detectar.
f.
Suministro secundario selectivo de energía eléctrica a los motores de los
ventiladores de la torre de enfriamiento de agua.
g.
Instrumentación y alarmas adecuadas para dar advertencia de fallas
potenciales en el sistema de agua de enfriamiento, tal como una alarma de
bajo flujo en el suministro de reposición de agua de enfriamiento.
En casos apropiados se debe también considerar la aplicación de lo
siguiente:
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h.
Torres de enfriamiento múltiples.
i.
Cabezales de distribución entrecruzados o en circuito en anillo para
beneficiarse de la capacidad adicional de reposición de las torres de
enfriamiento múltiples.
Vapor de agua
1.
Consideraciones en base normal individual y en base a la unidad de
procesos para el dimensionamiento del alivio de presión – Las
siguientes contingencias sencillas deben ser consideradas como la base
normal para evaluar la sobrepresión que puede resultar de las fallas de vapor
de agua.
a.
Falla individual de vapor de agua a cualquiera de los componentes de los
equipos que lo consuma (por ejemplo, impulsores de turbinas,
recalentadores, despojadores, eyectores, etc.).
b.
Falla total de cualquier rama lateral de tubería que supla a una unidad de
procesos desde la línea principal fuera del área física de la planta.
2.
Consideración de fallas totales en planta o en refinería – Deben
considerarse las siguientes fallas generales del vapor de agua:
a.
Falla de cualquier sección de la línea principal de suministro fuera del área
física de la planta.
b.
Pérdida de la disponibilidad de cualquier generador de vapor en particular.
c.
Pérdida de la disponibilidad de vapor comprado a terceros en cualquier línea
de suministro.
Como se expuso anteriormente en el punto 5.2. “Falla de los servicios
industriales como una causa de una sobrepresión”, la probabilidad de
ocurrencia de estas fallas mayores debe ser reducida a un grado bajo
aceptable por características de apoyo, tales como las siguientes:
5.3.4
d.
Calderas múltiples con capacidad de repuesto y sometidas a combustión por
combustibles múltiples.
e.
Sistemas de control y de alarma adecuados, arreglos para la distribución de
las cargas, etc.
f.
Cabezales de distribución con suficientes circuitos y válvulas de modo que
sólo se necesite cerrar una porción del sistema si ocurre un escape de
presión de importancia.
Aire para instrumentos
1.
Consideraciones en base normal individual y en base a la unidad de
procesos para el dimensionamiento del alivio de presión – Las
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siguientes contingencias sencillas deben ser consideradas como la base
normal para evaluar la sobrepresión que pueda resultar de una falla de aire
para instrumentos:
a.
La pérdida del suministro de aire para instrumentos a cualquier instrumento
de control individual o válvula de control. Se asume que ocurre la respuesta
correcta ante la falla de aire. En el caso de válvulas de control del tipo que
“permanece estacionaria”, se asume que tiene lugar la acción de
desplazamiento a la posición abierta o cerrada. Las fallas de los controles
automáticos se cubre más adelante en el punto 5.6 de esta sección bajo
“Evaluación de la Sobrepresión resultante de Condiciones de Emergencia y
Determinación de las Velocidades de Alivio”. Debe notarse que estas últimas
consideraciones incluyen la falla de cualquier válvula de control en ambas
posiciones, abierta y cerrada.
b.
Falla total de cualquier tubería lateral con válvula suministrando a una unidad
de proceso desde la tubería principal fuera del límite de batería de la planta.
Se asume que tiene lugar la respuesta correcta ante la falla de aire de
instrumentos y válvulas de control (considere que las válvulas del tipo que
“permanecen estacionarias” se mueven hacia la posición abierta o cerrada
dependiendo de la dirección del actuador).
2.
Consideración de las fallas totales en planta o en refinería – Deben
considerarse las siguientes fallas generales de aire para instrumentos:
a.
Falla de cualquier sección de la línea principal de aire para instrumentos
fuera del área física de la planta.
b.
Pérdida del flujo a través de cualquier conjunto de secadores de aire para
instrumentos.
Como se explicó anteriormente en el punto 5.2. “Falla de los servicios
industriales como una causa de una sobrepresión”, se debe reducir la
probabilidad de ocurrencia de estas fallas mayores a un grado bajo
aceptable, con características de apoyo apropiadas.
Los siguientes renglones
requerimientos mínimos:
5.3.5
deberían
ser
considerados
como
los
c.
Compresores de aire múltiples con impulsores diferentes y arranque
automático del equipo de repuesto.
d.
Secadores múltiples de aire para instrumentos.
e.
Arranque automático del sistema de aire para mantenimiento.
f.
Cabezales de distribución con circuitos en anillo.
Energía eléctrica para instrumentos – La falla de energía eléctrica para
instrumentos se evalúa en una base similar a la descrita para falla de energía
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eléctrica y se debe incluir en las consideraciones normales para el
dimensionamiento del alivio de presión, la falla del suministro de energía eléctrica
a todos los instrumentos controlados desde una barra de distribución sencilla
(“single bus bar”). Las características de confiabilidad deberían incluir el
suministro eléctrico secundario selectivo a salas de control, con apoyo de
generadores de emergencia o baterías para instrumentos críticos y computadoras
de control. Los controles críticos deberían ser capaces de operar continuamente
independientes de los computadores de control.
5.3.6
Combustibles – Los suministros de combustibles a calderas, hornos, impulsores
de turbina de gas y máquinas, etc., se diseñan con características tales como
combustibles múltiples, apoyo con vaporizadores de propano y un tanque de
compensación de combustible líquido para promover la confiabilidad. La falla de
cualquier combustible en particular a una unidad de procesos o instalación
generadora de un servicio auxiliar se usa como base para evaluar una
sobrepresión potencial.
5.3.7
Otros servicios industriales – La falla de otros servicios industriales tales como
gas inerte a sellos y sistemas de purga, o aire comprimido (cuando el proceso lo
usa), puede en algunos casos determinar los requerimientos de alivio de presión.
Estos casos se evalúan en base a una falla de contingencia sencilla, en forma
similar a las anteriores.
5.4
Mal funcionamiento de los equipos como una causa de sobrepresión
Los componentes de los equipos están sujetos a falla individual debido a mal
funcionamiento mecánico, en adición a fallas como resultado de la falta del
suministro de algún servicio auxiliar. Tales componentes incluyen bombas,
ventiladores, compresores, mezcladores, instrumentos y válvulas de control. El
descontrol del proceso que resulta de un tal mal funcionamiento (por ejemplo la
falla de una bomba de reflujo), puede a su vez resultar en condiciones de
emergencia y en una situación potencial de sobrepresión. Estas contingencias
deberían examinarse y deberían también evaluarse como se describe en el punto
5.6 de esta sección “Evaluación de Condiciones de Emergencia y Determinación
de las Velocidades de Alivio”. Al aplicar estas reglas generalmente puede
concederse crédito por condiciones de presión o temperatura que existan bajo las
condiciones de alivio o de máxima presión.
5.5
Errores del operador como causa de sobrepresión
Los errores de los operadores se consideran como una causa potencial de
sobrepresión, aunque generalmente no se consideran las contingencias
causadas por extrema negligencia o incompetencia. Casos de extrema
negligencia que no se incluyen generalmente son: olvido de remover discos
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ciegos, vacío debido al bloqueo de un recipiente que trabaja con vapor durante una
parada de mantenimiento, desvío de dispositivos de emergencia, operar con una
válvula de bloqueo cerrada asociada con una válvula de alivio de presión y un
grave desalineamiento del flujo de proceso durante un arranque. El cierre o
apertura de válvulas que normalmente deben estar trabadas en la posición abierta
(CSO) o trabadas en la posición cerrada (CSC) es considerado como un caso de
extrema negligencia (Referirse al punto 5.13 sobre válvulas CSO bajo “Evaluación
de las rutas de Presurización en el Diseño del Alivio de Presión). Un ejemplo típico
de un error de un operador que debería ser considerado es la apertura o cierre de
una válvula sin darse cuenta de lo que está haciendo. Las sobrepresiones posibles
deben evaluarse como se describe en el punto 5.6 “Evaluación de la sobrepresión
resultante de Condiciones de Emergencia y Determinación de las Velocidades de
Alivio” de esta sección.
5.6
Evaluación de la sobrepresión resultante de condiciones de
emergencia y determinación de las velocidades de alivio
En los siguientes párrafos se describen una variedad de situaciones típicas de
emergencia en una planta que puedan resultar de fallas de servicios industriales,
mal funcionamiento de los equipos o descontroles de la planta y que pueden
resultar en una sobrepresión de los equipos. Se incluyen lineamientos para la
evaluación de esas condiciones de emergencia y la determinación de las
velocidades de alivio.
5.6.1
Falla de control automático – Los dispositivos de control automático son
generalmente actuados directamente por el proceso o indirectamente por medio
de una variable de proceso, o sea, presión, flujo, nivel de líquido o temperatura.
Cuando falla la señal de transmisión o el medio operativo, el dispositivo de control
adoptará una posición totalmente abierta o totalmente cerrada de acuerdo con su
diseño básico, aunque algunos dispositivos pueden ser diseñados para
permanecer estacionarios en la última posición de control. Tales válvulas de
control para “permanecer estacionarios”, sin embargo, tienden a moverse a la
posición que favorece el proceso y esto debe tomarse en cuenta. Se debe también
estudiar atentamente la falla de un elemento medidor del proceso en un transmisor
o controlador sin una falla coincidencial de la energía de operación al elemento
final controlado para determinar el efecto en este elemento.
Sin embargo, al examinar un sistema de proceso en cuanto a causas potenciales
de sobrepresión, se asume que cualquier dispositivo de control automático puede
fallar en la posición abierta o cerrada independientemente de su acción ante la
pérdida de su señal de transmisión o medio operativo.
Cuando el diseñador establece el tamaño de una válvula de control, por ejemplo al
seleccionar el Cv, se asume que una válvula de ese tamaño ha sido instalada. Si
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más adelante se aumenta el tamaño de la válvula de control, puede ser necesario
revisar las consideraciones de alivio de la válvula PR.
1.
Acción en el caso de falla de aire de instrumentos o falla eléctrica – El
suministro de aire para instrumentos y de electricidad debería ser diseñado
para minimizar el riesgo de situaciones de emergencia que puedan resultar
por su falla. Esto se logra generalmente especificando el cierre de válvulas
de control en fuentes de entrada de calor, drenajes de agua y corrientes de
alimentación y de productos. El bloqueo total hermético de los equipos de la
planta de esa manera (en base a que cualquier sobrepresión resultante será
aliviada por válvulas de alivio de presión apropiadamente diseñadas) se
considera más seguro que la descarga descontrolada a tanques u otras
unidades.
Una válvula de control en un sistema de calentamiento debe generalmente
ser ajustada para cerrar por falla a fin de eliminar la entrada de calor. Sin
embargo, una válvula de control en un circuito de calentamiento, tal como
una válvula de control de flujo de entrada a un horno, debe generalmente ser
ajustada para abrir por falla para evitar un sobrecalentamiento. Del mismo
modo, los circuitos de calor integrados deben ser cuidadosamente
estudiados para determinar el efecto de la pérdida del enfriamiento o
calentamiento. Por ejemplo, un sistema de circuito cerrado que usa para
calentar y enfriar puede resultar en una entrada de calor aumentada si falla
la corriente que remueve el calor.
2.
Análisis del sistema de válvulas de control – Para evaluar los
requerimientos de capacidad de alivio de un sistema para cualquier
contingencia sencilla (que no sea la falla de un servicios auxiliar que afecte
el movimiento de una válvula), tal como el cierre o apertura de una sola
válvula o falla de un servicio auxiliar, se asume que todas las válvulas de
control en el sistema que abren bajo los efectos de las contingencia en
consideración, permanecen en la posición requerida para el flujo normal del
proceso. Por lo tanto, puede concederse un crédito por la capacidad normal
de esas válvulas, corregida para las condiciones de alivio, con tal que el
sistema aguas abajo sea capaz de manejar el aumento de flujo. Si bien
algunos controladores pueden responder correctamente aumentando la
apertura de las válvulas, el crédito de capacidad debe concederse sólo hasta
la extensión correspondiente a su posición operativa normal. Esto evita
decisiones subjetivas involucradas al evaluar los tiempos de respuesta y los
efectos de los ajustes de los controladores, tales como banda proporcional,
reajuste (“Reset”) y velocidad de acción. Esto es también compatible con la
filosofía básica que establece que los instrumentos pueden no
necesariamente operar en una situación de emergencia. En el caso de que
una válvula cierre bajo la contingencia considerada no debe concederse
ningún crédito por alivio a través de esa válvula.
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3.
Falla de una válvula de control individual – Las siguientes fallas
individuales de válvulas de control deberían incluirse en el análisis de
sistemas de control para la determinación de los requerimientos de alivio de
presión:
a.
Falla en la posición totalmente abierta de una válvula de control que admite
un fluido desde una fuente de alta presión a un sistema con una presión más
baja.
b.
Falla en la posición totalmente abierta de una válvula de control que
normalmente deja pasar líquido desde una fuente de alta presión a un
sistema con una presión más baja, seguido de la pérdida de nivel de líquido
en el recipiente aguas arriba y flujo de vapor de alta presión solamente.
c.
Falla de una válvula de control en la posición cerrada en la corriente de salida
de un recipiente o sistema.
d.
Una válvula de control que falla abierta con su desvío abierto al mismo
tiempo. En este caso, la velocidad de alivio y el orificio de alivio de presión
deben basarse en la falla de la válvula de control con el desvío 50% abierto
(basado en área) a 110% de la presión de diseño.
Al analizar tales fallas individuales de válvulas de control debe considerarse
la acción de otras válvulas de control del sistema, de acuerdo con el párrafo
2 anterior.
En los dos primeros casos anteriores, puede concederse un crédito, donde
aplique, por la reducción de la presión de una fuente de alta presión debido
a la reducción del inventario neto durante el período que la presión del equipo
aguas abajo esté subiendo para aliviar la presión. Sin embargo, las
instalaciones de alivio de presión deben ser dimensionadas para manejar las
condiciones de flujo “pico” calculadas.
4.
Consideraciones de capacidad especial – Aunque los dispositivos de
control tales como válvulas de control operadas por diafragma, son
especificadas y dimensionadas para condiciones operacionales normales,
se espera también que ellos operen durante condiciones de trastorno
operacional, incluyendo los períodos cuando los dispositivos de alivio de
presión estén aliviando. Se debe seleccionar el diseño de válvula y
capacidad del mecanismo operador de la válvula para asegurar la operación
del tapón de la válvula de acuerdo con las señales de control durante las
condiciones de presiones anormales. Cuando existen muchas discrepancias
entre las condiciones normales y de emergencia se deben cubrir en la
sección de Especificación de Diseño los requerimientos de más alta presión
del mecanismo operador de la válvula.
Al determinar los requerimientos de alivio de presión, se deberían calcular
las capacidades de las válvulas de control para las condiciones de
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temperatura y presión de alivio, puesto que en muchos casos estas son
significativamente diferentes de las capacidades a las condiciones
operacionales normales. Los equipos aguas abajo deben ser analizados
bajo las condiciones de alivio.
5.
5.6.2
Evaluación de la presurización y de la vía de escape de presión – Se
debe hacer también referencia a “Evaluación de la ruta de Presurización en
el diseño del alivio de presión” y “Evaluación de la ruta de Escape de presión
en el diseño de alivio de presión” más adelante en esta sección, en los puntos
5.13 y 5.14 para una exposición complementaria de las válvulas de control
como un factor en el diseño del alivio de presión.
Falla de enfriamiento en condensadores – En adición a la falla general del agua
de enfriamiento descrita bajo “Falla de los Servicios Industriales como una Causa
de Sobrepresión” se debe considerar la falla del flujo de agua de enfriamiento a
cada condensador o enfriador individual.
Normalmente no se concede ningún crédito por el efecto en un condensador de
tubos y carcaza después de una falla de la corriente de enfriamiento, porque está
limitada en el tiempo y depende de la configuración física de la tubería. Sin
embargo, si el sistema de tuberías de proceso es anormalmente extenso y no
aislado se debe considerar el efecto de la pérdida de calor a la atmósfera.
1.
Condensación total – El requerimiento de alivio es el flujo total de vapor que
entran al condensador. Si se desea se puede conceder un crédito por la
velocidad de alivio reducida cuando se recalcula una temperatura
correspondiente a la nueva composición de los vapores a la presión de ajuste
de la válvula de alivio de presión más la sobrepresión, y por la entrada de
calor que prevalece en el momento del alivio. La capacidad de compensación
del acumulador del tope a un nivel de líquido normal está típicamente limitada
a menos de 10 minutos. Si la duración de la falla de enfriamiento excede el
tiempo normal de sostenimiento del nivel, se pierde el reflujo y la velocidad
de flujo de vapores del tope, su composición y temperatura pueden cambiar
significativamente.
Asimismo, la carga de vapores en el momento del alivio puede reducirse por
debajo del flujo normal de diseño debido a la más alta presión que puede
contrarrestar la vaporización en el momento de la sobrepresión. El
“reventón” de un recalentador es un ejemplo de tal situación. En un caso tal
pueden usarse las condiciones de diseño de la presión del vapor, en vez de
la presión máxima del vapor que podría existir bajo condiciones de alivio de
presión del sistema de vapor. Estos cambios pueden tomarse en cuenta,
donde sea apropiado, tanto para el equipo involucrado como para los
equipos aguas abajo.
2.
Condensación parcial – El requerimiento de alivio es la diferencia entre los
flujos de vapores de entrada y de salida a las condiciones de alivio. El flujo
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de vapores de entrada debe ser calculado en la misma base que se
estableció en el renglón 1. Si el reflujo cambia en cantidad o composición, el
flujo de vapores que entra al condensador debe determinarse para las
nuevas condiciones.
5.6.3
Falla de intercambiadores de aire – La pérdida de la capacidad de un
intercambiador por aire puede resultar de una falla del ventilador o cierre
inadvertido de las rejillas.
1.
Falla del ventilador – El efecto de la falla de un ventilador sobre la capacidad
de transferencia de calor dependerá de la configuración de los ventiladores
y de los haces de tubos.
Para propósitos de diseño del alivio de presión se considera la contingencia
sencilla de la falla de un ventilador (la falla de todos los ventiladores que
resultaría de una falla eléctrica general, estaría incluida bajo las
consideraciones de falla de los servicios industriales). Se puede conceder
crédito por la transferencia continua de calor como resultado de la
convección natural. Como una guía esta concesión puede ser 10% de la
capacidad de diseño para el servicio de condensación y 30% de la capacidad
de diseño para servicio de enfriamiento, aplicado sobre el área de los haces
de tubos afectados por la falla del ventilador.
2.
5.6.4
Falla de las rejillas – El cierre inadvertido de las rejillas puede ser el
resultado de una falla del control automático o de una falla mecánica de
interconexión. El efecto sobre la transferencia de calor dependerá del grado
de restricción del flujo de aire en la posición cerrada, y de la configuración de
las rejillas en relación a los haces de tubos (por ejemplo, puede que las rejillas
no hayan sido instaladas sobre todos los haces de tubo en un servicio dado).
Para los efectos del diseño del alivio de presión se asume la contingencia
sencilla del cierre de un juego de rejillas (la falla de todas las rejillas que
resultaría de una falla general de aire para instrumentos o falla general
eléctrica se incluye en las consideraciones de las fallas de los servicios
industriales). Se puede conceder un crédito por la continuación de la
transferencia de calor por medio del flujo de aire restringido. Como una guía
se puede dar un crédito de 10% de la capacidad de diseño para servicio de
condensación y 30% de la capacidad de diseño para servicio de
enfriamiento, aplicado sobre el área de los haces de tubos afectados por la
falla del juego de rejillas.
Condiciones especiales en un circuito cerrado – Cuando se aplica
calentamiento o enfriamiento en un circuito cerrado (por ejemplo un sistema de
aceite caliente o de refrigeración) se deben considerar las condiciones de
sobrepresión que puedan ocurrir por pérdida del flujo del fluido, pérdida de la
entrada de calor o de la remoción de calor.
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1.
Falla del flujo de reflujo – En algunos casos la falla del reflujo (por ejemplo
por causa de una bomba que se pare o el cierre de una válvula) causará la
inundación de los condensadores, lo que es equivalente a la capacidad
requerida de una válvula de alivio de presión por pérdida total del medio
enfriante. Los cambios de composición causados por la pérdida de reflujo
pueden producir propiedades diferentes de los vapores, que afectan la
capacidad. Corrientemente una válvula de alivio de presión dimensionada
para una falla total del medio enfriante será adecuada para esta condición,
pero cada caso debe ser examinado con relación a los componentes
particulares y el sistema involucrado.
2.
Falla del flujo en el circuito de una bomba circulante – El requerimiento
de alivio es equivalente a la rata de vaporización causada por una cantidad
de calor igual al calor removido en el circuito de flujo alrededor de la bomba.
El calor latente de vaporización es el correspondiente a la temperatura y
presión de las condiciones de la válvula de alivio de presión. Si aplica se
puede considerar el agotamiento de los calentadores a vapor.
3.
Falla del flujo del medio absorbente – Para la absorción con aceite pobre
generalmente no existe un requerimiento de alivio por falla del flujo de este
aceite. Sin embargo, en una unidad donde pueden removerse grandes
cantidades de vapores de entrada en el absorbedor, la pérdida del medio
absorbente puede causar un aumento de presión que requiera alivio puesto
que el sistema aguas abajo puede no ser adecuado para manejar el aumento
de flujo. En tales casos debe analizarse el efecto del flujo de los vapores
adicionales sobre los equipos aguas abajo.
4.
Pérdida del calor en un sistema de fraccionamiento en serie – En el
fraccionamiento en serie, o sea cuando el flujo del fondo de la primera
columna alimenta la segunda columna, y el flujo del fondo de la segunda
alimenta una tercera, es posible que la pérdida de la entrada de calor a una
columna cause la sobrepresión de la siguiente columna. La falta de calor
resulta en que algunas de las fracciones livianas se queden en el fondo de
la columna y sean transferidos a la columna siguiente como alimentación.
Bajo estas circunstancias, por ejemplo, la carga de vapores del tope de la
segunda columna puede consistir en su carga normal de vapores más las
fracciones livianas provenientes de la primera columna. Si la segunda
columna no tiene suficiente capacidad de condensación para la carga
adicional de vapores puede tener lugar una presión excesiva.
5.
Entrada anormal del calor en el proceso – La capacidad requerida es el
flujo máximo de generación de vapores a las condiciones de la válvula de
alivio de presión, incluyendo todos los no–condensables producidos por el
sobrecalentamiento, menos la condensación normal o el flujo de salida de
vapores. En cada caso el diseñador debe considerar la conducta potencial
de un sistema y cada uno de sus componentes. Por ejemplo, el combustible
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o la válvula de control del medio de calentamiento o la transferencia de calor
por el lado de los tubos puede ser la consideración limitante. Consistente con
las prácticas para otras causas de sobrepresión, se deben usar valores de
diseño para cálculos como el del tamaño de la válvula. Sin embargo, se debe
considerar la sobre–capacidad intrínseca, tal como la práctica común de
especificar quemadores capaces de trabajar con un 125% del calor de
diseño a la entrada del calentador. Esto no fija generalmente la capacidad de
la válvula de alivio de presión.
En los casos en que se instalan accesorios para limitar el movimiento del
vástago de las válvulas, se debería usar la capacidad de la válvula totalmente
abierta en vez de la capacidad al ajuste de límite. Para equipos de
intercambio de calor del tipo tubos/carcaza, la entrada de calor se debería
calcular en base a condiciones limpias en vez de condiciones de
ensuciamiento.
5.6.5
Condiciones de emergencia en plantas integradas – En plantas integradas un
descontrol del proceso en una unidad puede tener un efecto sobre otras unidades
(por ejemplo, la pérdida del flujo en un circuito de bomba circulante que se usa
como fuente de calor para recalentar otras columnas). Se deben considerar todas
las posibilidades como esas y evaluar el potencial de una sobrepresión resultante.
1.
Entrada de calor anormal desde un recalentador – Los recalentadores se
diseñan con una entrada de calor especificada. Cuando están nuevos o
limpiados recientemente, puede ocurrir una entrada de calor adicional por
encima del diseño normal. En el caso de una falla del control de temperatura,
la generación de vapor puede exceder la habilidad del sistema de proceso
para condensar o absorber de otra manera el aumento de presión, que
puede ser también causado por no–condensables producidos durante el
sobrecalentamiento.
2.
Acumulación de no–condensables – Los no–condensables no se
acumulan bajo condiciones normales puesto que son desalojados con las
corrientes de vapores del proceso. Sin embargo, en ciertas configuraciones
de tubería es posible que se acumulen los no–condensables hasta el punto
que un condensador sea bloqueado. Tal condición podría suceder si una
válvula automática de control de venteo fallara en la posición cerrada por un
lapso de tiempo. Este efecto es igual a una pérdida total del medio enfriante
y por consiguiente no necesita ser considerada separadamente.
3.
Agua o hidrocarburos livianos en el aceite caliente – Aunque esta
situación está presente como una causa potencial de sobrepresión, no
existen métodos generalmente reconocidos para calcular los requerimientos
de alivio de presión. En situaciones limitadas si se conocen la cantidad de
agua presente y el calor disponible en la corriente de proceso, puede
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calcularse el tamaño de la válvula de alivio de presión como una válvula de
vapor.
Por ejemplo, en el caso de un acumulador de la corriente de alimentación
caliente que opera por encima de 100°C, puede ser posible estimar la presión
que se desarrollaría si se bombeara agua dentro del recipiente al caudal de
alimentación normal.
En la mayoría de los casos, sin embargo, la cantidad de agua no es conocida
aún entre límites muy amplios. también, puesto que la expansión de volumen
del estado líquido al de vapor es tan grande (aproximadamente 1400 veces
a presión atmosférica) y la velocidad de generación de vapor es así mismo
tan grande, es dudoso si una válvula de alivio de presión podría abrir lo
suficientemente rápido para ser de utilidad, aunque un disco de ruptura
podría proveer alivio. Puesto que los discos de ruptura no son muy prácticos,
normalmente no se provee ningún dispositivo de alivio de presión para esta
contingencia.
Por lo tanto, el diseño y operación de un sistema apropiado de proceso,
incluyendo las condiciones de arranque, son requerimientos muy
importantes para eliminar esta posibilidad. Algunas de las precauciones que
pueden tomarse son evitar los “bolsillos” colectores de agua, proveer
trampas de condensado de vapor apropiadas y bloqueos dobles y drenajes
en conexiones de agua a líneas de proceso calientes. Asimismo, no se deben
instalar conexiones de retiro del fondo de recipientes con extensiones
internas, que puedan atrapar el agua en el fondo del recipiente. Refiérase
también a lo expuesto bajo “Operaciones con Asfalto y Tanques
Atmosféricos”.
4.
Bloqueo de equipos por el colapso de partes internas, coque, etc.– Se
deberían considerar contingencias tales como colapso de las partes internas
del lecho de un reactor (como por ejemplo, las parrillas de un reactor de lecho
fijo, lechos con catalizador coquizado, acumulación de partículas finas de
catalizador, obstrucción de pantallas y coladores, líneas bloqueadas con
coque, etc.) que pudieran presentarse para identificar situaciones de
sobrepresión.
El colapso de las partes internas de una columna
fraccionadora es tan poco probable que generalmente no es una
consideración de diseño.
5.
Válvula manual – La operación inadvertida de una válvula de bloqueo
mientras la planta está en operación puede exponer los equipos a una
presión que excede la presión máxima de trabajo permitida. Para propósitos
de diseño se considera que sólo una válvula manual es abierta o cerrada y
que los dispositivos de control están en su posición normal de diseño, como
se describió anteriormente. Se requiere una válvula de alivio de presión si la
válvula de bloqueo no está asegurada con cadena y candado o “car sealed”
en su posición de abierta, y si el cierre de tal válvula puede resultar en una
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sobrepresión. Para las limitaciones del uso de válvulas “CSO”, refiérase al
punto 5.14 expuesto bajo “Evaluación de la ruta de Escape de presión en el
Diseño de Alivio de Presión” de esta sección.
La cantidad de material a ser aliviada debería determinarse a las condiciones
que corresponden a la presión de ajuste de la válvula de alivio más la
sobrepresión y no a las condiciones de operación normales.
Frecuentemente, resulta una disminución apreciable de la capacidad de la
válvula de alivio de presión requerida cuando esa diferencia de las
condiciones es bastante grande. Se debería también considerar el efecto de
la caída de presión por fricción en la línea de interconexión entre la fuente de
sobrepresión y el sistema que está siendo protegido, cuando se determina
el requerimiento de capacidad. Si la válvula deja pasar un líquido que se
evapora súbitamente al bajar la presión o el contenido de calor causa la
evaporación del líquido, esto se debe considerar cuando se determina el
tamaño de la válvula de alivio.
5.7
6.
Arranque, parada y operaciones alternas – Para propósitos de protección
contra la sobrepresión no sólo se deben considerar las condiciones
operacionales estables sino también las condiciones de un arranque,
parada, lavado, regeneración, tipos de alimentación variables, operaciones
restringidas y cualquier otra condición de operación posible que sea diferente
de las normales.
7.
Aumento de la capacidad de la planta – Cuando se aumenta la capacidad
de la planta, debe re–evaluarse todo el sistema de alivio de presión, aun si
se han instalado equipos adicionales. Por ejemplo, una unidad que está
operando a 120% de la capacidad de diseño puede requerir una capacidad
de alivio de presión adicional.
Sobrepresión en componentes específicos del equipo
Además del mal funcionamiento de componentes del equipo que puedan causar
una sobrepresión operativa en equipos asociados (por ejemplo, una sobrepresión
en un fraccionador debido a la falla del agua de enfriamiento o de la bomba de
reflujo), algunos componentes del equipo están sujetos a sobrepresión por
razones mecánicas. Tales componentes incluyen intercambiadores de calor,
bombas, compresores, turbinas y hornos. En los siguientes párrafos se describe el
diseño para la protección apropiada de esos componentes.
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Falla en los tubos de un intercambiador de calor – En un intercambiador
de calor del tipo tubos/carcaza, los tubos están sujetos a falla debido a varias
causas tales como choque térmico, vibración o corrosión. Cualquiera que
sea la causa, el resultado es la posibilidad de que una corriente a alta presión
sobrepresione el equipo en el lado de baja presión del intercambiador. El
diseño económico normalmente requiere que la corriente a mayor presión
fluya a través de los tubos, puesto que esto resulta en una carcaza más
delgada, pero esto no es siempre el caso.
Se deben conocer las relaciones de presión para permitir la evaluación
apropiada de los resultados de la falla en los tubos. así también se debería
determinar la capacidad del sistema de baja presión para absorber el alivio
de presión. Es necesario cuantificar el posible aumento de presión, para
determinar si se requiere alivio de presión adicional en el caso de que el flujo
de alta presión se descargue en la corriente de baja presión, por causa de
la rotura de un tubo.
La base general de diseño es que el lado de baja presión de un
intercambiador de calor debe ser protegido por medio de aparatos de alivio
de presión, si la presión de diseño en el lado de baja presión es menor que
dos tercios, la presión de diseño del lado de alta presión y también si la
tubería en el lado de baja presión no puede soportar la descarga a través de
un tubo roto sin exceder el valor de dos tercios la presión de diseño del lado
de alta presión. Todo el sistema de baja presión debe ser examinado para
sobrepresión potencial a través de un tubo roto. Si la decisión es aumentar
la presión de diseño del lado de baja presión para eliminar la necesidad de
una válvula de alivio de presión, es imperativo que todo el lado de baja
presión sea verificado para asegurarse que la presión de diseño del lado de
baja presión sea mayor o igual a dos tercios la presión de diseño del lado de
alta presión.
El efecto de cambios de temperatura en el lado de baja presión como
resultado de un escape de presión en un tubo no se toma en cuenta
generalmente cuando la temperatura de diseño del lado de baja presión es
especificada, puesto que un aumento de temperatura se considera
normalmente como una caso de esfuerzo permitido de corta duración. Sin
embargo, en los casos de fractura por fragilidad, que podrían ocurrir en el
lado de baja presión, existen varios procedimientos para minimizar el riesgo
de la falla de un tubo (tales como el soldar los tubos a la placa de tubos y uso
de un mejor material para obtener mayor resistencia contra la corrosión) que
son una alternativa más aceptable a especificar materiales resistentes a la
fractura por fragilidad, en toda la extensión del lado de baja presión.
2.
Bombas y equipos aguas abajo – Una válvula de alivio PR se requiere para
una bomba cuando la presión de la bomba con la descarga cerrada es mayor
que la presión de diseño de la tubería de descarga, del equipo aguas abajo
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o de la carcaza de la bomba. Las bombas de desplazamiento positivo
normalmente requieren tal protección, mientras que en la mayoría de los
casos las bombas centrífugas no la requieren.
La capacidad de una válvula de alivio de presión en la descarga de una
bomba debería ser igual a la capacidad de la bomba, excepto que para una
bomba centrífuga con una curva de rendimiento conocida, puede
aprovecharse la reducción de la capacidad de la bomba a medida que
desciende en su curva de rendimiento, para también reducir el tamaño de la
válvula de alivio de presión. La presión de descarga de una bomba centrífuga
funcionando con la descarga cerrada, para determinar si los equipos aguas
abajo necesitan protección con una válvula de alivio de presión, se calcula
como se describe a continuación, a menos que se requieran presiones de
diseño más altas debido a otras consideraciones diferentes a la presión de
descarga de la bomba. Se debe hacer referencia también a los documentos
PDVSA–MDP (Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección 10A)
“Procedimientos de Diseño para Servicios de Bombeo” y PDVSA–MDP
(Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección 10F) “Bombas de
Desplazamiento Positivo”.
a.
Para una bomba centrífuga una obstrucción aguas abajo usualmente causa
un aumento de la presión de succión, de modo que la presión de diseño para
la carcaza de la bomba y el equipo aguas abajo, es normalmente la presión
de succión máxima, más la presión diferencial máxima de la bomba que se
desarrolla al cerrar la descarga totalmente.
Cuando una obstrucción aguas abajo no causa un aumento de la presión de
succión, la presión de diseño es la presión mayor entre (a) la presión de
succión normal más la presión diferencial máxima de la bomba o (b) la
presión de succión máxima de la bomba más la presión diferencial normal
de la bomba.
La determinación más exacta de la presión diferencial máxima de la bomba
se hace por medio de la curva de rendimiento para la bomba en particular.
Esa curva puede no estar disponible durante la fase de diseño, de modo que
se pueden consultar curvas reales para bombas similares en servicios
parecidos. Si esta información no está disponible, la presión diferencial
máxima puede aproximarse usando al menos el 120% de la presión
diferencial normal de la bomba. En tales casos, debe corroborarse el diseño
cuando las curvas reales estén disponibles.
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b.
La presión de diseño de una bomba reciprocante impulsada por vapor y la
presión del equipo aguas abajo, se puede fijar como la máxima presión de
proceso que el cilindro a vapor es capaz de producir a la presión máxima del
vapor, en cuyo caso no se requieren instalaciones de alivio de presión. Sin
embargo, en la mayoría de los casos no es económico fijar la presión de
diseño del equipo aguas abajo, tan alta como esta máxima presión
restrictiva. En estos casos se requeriría una válvula de alivio de presión para
proteger el equipo aguas abajo contra la sobrepresión.
Para bombas reciprocantes impulsadas por motores eléctricos, las válvulas
de alivio de presión sirven para el doble propósito de proteger contra la
sobrepresión a la bomba y a la tubería aguas abajo y además de proteger
el impulsor contra una sobrecarga. El volumen PDVSA–MDP (Pendiente)
(Consultar MDP versión 1986, Sección 10F), describe esta aplicación.
Otras bombas de desplazamiento positivo tales como bombas rotativas de
engranaje y de diafragma, requieren normalmente protección con una
válvula de alivio de presión para ambos, la bomba y del equipo aguas abajo.
Las válvulas de alivio de presión para todas las bombas de desplazamiento
positivo deben tener una capacidad por lo menos igual a la capacidad de la
bomba.
Para cualquier bomba que requiera una válvula de alivio de presión para su
protección o la de los equipos aguas abajo, la presión de ajuste de la válvula
de alivio debe ser mayor que la presión de descarga normal de la bomba en
170 kPa (25 psi) o 10% de la presión de ajuste, cualesquiera de las dos que
sea la mayor. Debe tenerse en cuenta, sin embargo, que en algunos casos
puede ser deseable una presión de ajuste más elevada en la válvula de alivio
de presión para asegurar un diferencial suficiente cuando la bomba va a ser
operada bajo un flujo de bombeo más bajo que el del diseño normal. Esto
reconocerá la más alta presión de descarga de la bomba bajo condiciones
de bajo flujo. En el caso de las bombas reciprocantes, es deseable un
diferencial mayor a un 10% debido a oleaje de presión.
Las válvulas de alivio de presión de las bombas deberían descargar a un
sistema cerrado. En muchos casos pueden ser convenientemente enviadas
a la línea de succión o al recipiente de succión.
3.
Compresor y Equipos Aguas Abajo – Las válvulas de alivio de presión son
requeridas por cualquier compresor donde la máxima presión que pueda ser
generada durante oleaje o condiciones de descarga restringida exceda la
presión de diseño de la tubería de descarga, equipo aguas abajo o carcaza
del compresor.
Para compresores centrífugos, es usualmente económico fijar la presión de
diseño más baja que la máxima presión posible que el compresor pueda
desarrollar y proporcionar una protección adecuada sobre la descarga con
una válvula de alivio de presión. En algunos casos (por ejemplo, donde el
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flujo a través de la válvula de alivio de presión sería la descarga más grande,
determinando así del tamaño de un sistema cerrado de disposición), puede
ser ventajoso fijar la presión de diseño de la carcaza del compresor y del
equipo aguas abajo igual a la máxima presión que puede ser generada en
un punto de oleaje, asumiendo la más severa de las combinaciones de
velocidad, peso molecular, presión de succión y condiciones de temperatura
que puedan ocurrir como resultado de una contingencia sencilla. Sin
embargo, esto generalmente no es lo deseable.
Para los compresores de desplazamiento positivo, casi siempre se requieren
válvulas de alivio de presión en la descarga. Generalmente, no es
económicamente atractivo el confiar en la parada del compresor
reciprocante, ya que las presiones de parada del impulsor son usualmente
bastante altas en comparación con la presión de operación.
Las carcazas en la etapa de baja presión y los circuitos interetapas en
compresores multietapas centrífugos y de desplazamiento positivos no
están normalmente diseñadas para la presión de descarga completa y
deben estar también provistas con protección contra sobrepresión.
La presión de ajuste para las válvulas de alivio de presión para compresores
centrífugos debería ser mayor que la presión normal de operación en 170
kPa (25 psi) o 10% de la presión de ajuste cualesquiera de las dos que sea
mayor. Sin embargo, en el caso de los compresores reciprocantes, un
diferencial mayor a un 10% puede ser deseable debido a los oleajes de
presión. Las válvulas de alivio de presión interetapas deberían ser ajustadas
al menos tan altas como la presión de ajuste de salida del compresor, para
evitar el levantamiento de la válvula durante paradas del compresor.
La capacidad de una válvula de alivio de presión debería ser igual a la
capacidad del compresor en condiciones de emergencia. Para compresores
centrífugos la combinación del punto de ajuste de la válvula de alivio de
presión y capacidad de alivio debería ser tal que evite condiciones de
oscilación por causa de las condiciones anticipadas de emergencia,
combinada con las variables operacionales. Las válvulas de alivio de presión
de compresores deberían descargar a sistemas apropiados atmosféricos o
cerrados y nunca a la succión de la máquina.
4.
Turbina de vapor – Se requiere una válvula de alivio de presión en la línea
de entrada de vapor de agua para cualquier turbina de vapor, si la presión
máxima de suministro de vapor es mayor que la presión de diseño de la
entrada de la carcaza. La válvula de alivio de presión debería ser ajustada
a la presión de diseño de la entrada de la carcaza y dimensionada para evitar
la sobrepresión de la carcaza bajo condiciones de suministro de vapor
totalmente abierto y flujo normal de escape de presión.
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La protección del lado de escape de presión de las turbinas de vapor
depende de si están en servicio de condensación o están en servicio de
no–condensables, como se expone a continuación:
a.
Turbina de condensación – El condensador y la carcaza del extremo de
descarga de una turbina de condensación no son diseñados normalmente
para soportar la presión total del suministro de vapor. Por lo tanto, en tales
casos se debe proveer protección contra la sobrepresión que resultaría
debido a pérdida del flujo de agua de enfriamiento u otra falla operacional.
El tipo especial de válvula de alivio de presión que se instala normalmente
para este propósito en el escape de presión de la turbina se ilustra en la
Figura 1. No tiene un extremo con resorte y es normalmente sostenida en
posición cerrada por las condiciones de vacío en el condensador, pero se
requiere un suministro de agua fresca (no agua salada o sucia) para el
sistema de sello. El suplidor del condensador usualmente especifica y
provee la válvula de alivio de presión de acuerdo con las especificaciones de
“Standards of the Heat Exchanger Institute, Surface Condenser Section”.
Los flujos de alivio requeridos para estas válvulas de alivio de presión se
basan en el flujo de vapor a la turbina y el tamaño apropiado puede
corroborarse con la tabla siguiente la cual se ha extraído de los “Standards
of the Heat Exchanger Institute”.
Flujo Máximo de Vapor
a la Turbina
(kg/s) (1)
<0.95
0,95–1.49
1.50–2.14
2.15–2.14
2.53–2.91
Tamaño Requerido
de la Válvula de Alivio
(mm2)
150
200
200
200
250
2.92–3.80
3.81–4.81
4.82–5.67
5.68–5.94
250
300
300
350
5.95–7.81
7.81–8.56
8.57–10.33
10.34–13.3
350
400
400
450
13.4–15.1
450
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Flujo Máximo de Vapor
a la Turbina
(kg/s) (1)
15.1–21.4
21.5–31.5
31.6–47.9
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Tamaño Requerido
de la Válvula de Alivio
(mm2)
500
600
750
NOTA:
Para convertir kg/s a lb/h, divida entre 1.2599x10–4. Para convertir mm a pulg, divida entre
25.4
b.
Turbina sin condensación – La carcaza de una turbina sin condensación
no está normalmente diseñada para soportar la presión total de suministro
de vapor en el extremo de descarga. Se requiere por lo tanto una válvula de
alivio de presión en el extremo de descarga si la presión en cualquier parte
de la carcaza puede llegar a exceder la presión de diseño como resultado del
cierre de la válvula en dicho extremo, fluctuaciones de la contrapresión o
contingencias similares. La válvula de alivio de presión debe descargar a la
atmósfera y la presión de ajuste debería ser mayor que la presión de escape
de presión normal en 170 kPa (25 psi) o 10% de la presión de ajuste,
cualquiera de las dos que sea mayor.
Más aún, la presión de diseño más baja de cualquier sección de la carcaza
se debe especificar para que no sea menor que la presión a que puede ser
sometida bajo las condiciones de alivio de la válvula de alivio de presión. Esto
es necesario para dar margen para la caída de presión dentro de la carcaza.
La válvula de alivio de presión debería ser dimensionada para dejar pasar el
flujo normal de vapor a la turbina, pero puede concederse un crédito por el
flujo de vapor que es retirado de una etapa intermedia de la turbina, si no
fuera bloqueado por la misma contingencia como cierre del escape de
presión.
Las excepciones a los requerimientos anteriores aplican en los casos
siguientes:
a.
Las turbinas que descargan a la atmósfera a través de la tubería abierta sin
válvulas no requieren protección contra la sobrepresión en el escape de
presión.
b.
Las turbinas que descargan en una salida principal de vapor a través de una
conexión en el tope o lateral no requieren protección contra la sobrepresión
en el escape, con tal que la presión máxima de entrada del vapor no exceda
1000 kPa manométricas (145 psig), pero se debe proveer un letrero de
advertencia en la válvula de escape de presión que indique la forma de
manipular esta válvula. Debe instalarse también una válvula tipo centinela en
la carcaza de la turbina para dar una advertencia audible. (NOTA: esto puede
no ser permitido por códigos locales).
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Hornos y calderas – La sobrepresión puede producirse en los hornos y las
calderas en dos formas: sobrepresión de la caja de combustión por
ventiladores de tiro forzado o ruptura de tubos y sobrepresión de los tubos
debido a pérdida del flujo del fluido o bloqueo de la salida, con el
sobrecalentamiento resultante.
1.
Sobrepresión en la caja de combustión – La caja de combustión de
un horno y calderas con tiro forzado está diseñada para soportar la
sobrepresión que pueda generarse por los ventiladores con sus
compuertas de tiro en posición cerrada de acuerdo con el documento
PDVSA–MDP (Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección 8K)
“Precalentadores de Aire”, y el Manual de Ingeniería de Diseño
B–201–PR, “Calentadores de fuego directo”. Esto necesita
comprobarse particularmente cuando se proveen ventiladores de tiro
forzado y de tiro inducido, para descargar los productos de combustión
a través de las instalaciones de recuperación de calor, puesto que
pueden usarse presiones en los ventiladores mayores que las
normales para vencer la caída de presión.
En el caso de hornos de proceso de alta presión, la ruptura de un tubo
puede ser también la causa de sobrepresión en la caja de combustión.
2.
Sobrepresión en el lado de vapor de una caldera – Todas las
calderas sometidas a combustión están provistas de válvulas de alivio
de presión dimensionadas para aliviar el flujo total de vapor en el caso
del cierre de la salida normal de vapor de acuerdo con el Código ASME
(“American Society of Mechanical Engineering”: Sociedad Americana
de Ingenieros Mecánicos), Sección I “Power Boilers” (calderas de
potencia) u otras regulaciones que aplican.
La protección contra la sobrepresión para calderas de recuperación
de calor de desecho se diseña de acuerdo con los requerimientos del
“Código ASME” para recipientes a presión, siempre y cuando los
recipientes satisfagan las definiciones del párrafo U–1(e) de la
Sección VIII, División 1 del Código.
3.
Sobrepresión en los serpentines de un horno de proceso – El
serpentín de cualquier horno en que el flujo del fluido de proceso
puede ser interrumpido por el cierre inadvertido de una válvula en la
salida del horno (por error del operador) está sujeto a sobrepresión
potencial y falla de un tubo debido a sobrecalentamiento y
consecuente reducción del nivel de esfuerzo permitido. A menos que
puedan eliminarse efectiva– mente tales mecanismos de interrupción
del flujo (que surgen de una contingencia sencilla), el horno debe ser
provisto de una válvula de alivio de presión en la salida del serpentín.
En aplicaciones como ésta, la válvula de alivio de presión funciona
asegurando la continuidad del flujo a través del serpentín, así como
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también limitando la presión máxima. Es por lo tanto necesario que el
sistema de alimentación sea capaz de proveer el flujo necesario a las
condiciones de alivio de la válvula de alivio de presión.
La sobrepresión y falla de un tubo puede también ser resultante del
cierre de una válvula en el lado de entrada al horno o por falla de la
bomba de alimentación, si el serpentín permanece presionado por el
equipo aguas abajo. En estos casos, sin embargo, la sobrepresión
ocurre a la presión de operación normal o por debajo de ella (debido
al sobrecalentamiento en una condición de ausencia de flujo) y por lo
tanto una válvula de alivio de presión no puede proveer la protección
necesaria.
Las características de diseño requeridas para evitar el
sobrecalentamiento de los tubos de un horno y su sobrepresión
consiguiente, son las siguientes:
a.
Se deberían proveer alarmas de bajo flujo, cierre hermético del combustible
inmediato a la pérdida del flujo del fluido de proceso y confiabilidad del flujo
de alimentación al horno de acuerdo con el documento PDVSA–MDP
(Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección 15B). La alarma de bajo
flujo y el cierre hermético del combustible proveerán alguna protección
contra la falla de un serpentín debido a sobrecalentamiento por la pérdida del
flujo de alimentación o cierre de la válvula de bloque en la entrada al horno.
b.
Las válvulas de control en líneas de entrada al horno deberían abrir o
permanecer estacionarias y luego moverse a la posición abierta, en un caso
de falla de la señal o del medio actuante, con el fin de evitar el
sobrecalentamiento del serpentín.
c.
Si se ha instalado una válvula de bloqueo en la entrada al horno, no se
requiere una válvula de alivio de presión y la válvula de bloqueo no necesita
ser del tipo CSO (válvula con dispositivo para bloquearla en la posición
abierta). Sin embargo, si se instalan válvulas operadas manualmente o
válvulas de control en cada paso de entrada al horno para proveer una
distribución de la alimentación en un horno de pasos múltiples, se debería
proveer una protección contra la pérdida del flujo de fluido en cualquier y
cada pase en particular como sigue:
1.
Proveer un bloqueo del movimiento de la válvula hacia el cierre, o
proveer un desvío abierto alrededor de cada válvula para que el
flujo no pueda ser totalmente interrumpido, o
2.
Proveer indicador de flujo en cada pase con una alarma de bajo
flujo.
El bloqueo del movimiento hacia el cierre o desvíos deberían ser
dimensionados para dejar pasar por lo menos el 25% del flujo de
diseño a través de cada pase en particular. Asimismo, la alarma de
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bajo flujo y el cierre hermético del flujo de combustible deberían
ajustarse para operar cuando el flujo disminuya al 25% del flujo de
diseño.
Si se provee una válvula de alivio de presión en la línea de
alimentación al horno, la válvula debería ser ubicada aguas arriba
del orificio que mide el bajo flujo de alimentación al horno y activa el
cierre hermético del flujo de combustible, de modo que tenga lugar
el cierre hermético del flujo de combustible si el horno es bloqueado
en la salida.
d.
No usar válvulas de retención para aislar el horno. Consultar el documento
PDVSA–IR–P–01. En caso de que exista una sola válvula de retención para
aislar el horno, no requiere de dispositivo de alivio.
e.
Se requiere normalmente una válvula de alivio de presión en la línea de
salida de un serpentín cuando tienen instalada una válvula de bloqueo que
no puede ser del tipo CSO (válvula con dispositivo para bloquearla en su
posición abierta), como por ejemplo, en una planta “Powerformer” o donde
una válvula del tipo CSO no está permitida por códigos locales. La válvula de
alivio de presión debería ser instalada preferentemente a la salida del
serpentín, particularmente cuando la alimentación al horno es 100% de
vapores. La válvula de alivio de presión debería ser diseñada para las
condiciones de salida del horno, incluyendo una purga si es necesario para
evitar la deposición de coque en la entrada a la válvula de alivio de presión.
f.
Cuando se instala una válvula de bloqueo remota (VBR) en la salida de un
horno para propósitos de aislamiento (bloqueo) de emergencia, según el
documento PDVSA–IR–P–01, es necesario o bien proveer algún flujo a
través de los tubos o interrumpir rápidamente el flujo de combustible a la caja
de combustión para evitar la ruptura de un tubo en el caso de que la VBR sea
cerrada inadvertidamente. Si bien se prefiere la instalación de una válvula
de alivio de presión en la salida del serpentín, esto puede no ser siempre
práctico, particularmente en hornos de alta presión debido a limitaciones de
diseño de la válvula de alivio de presión. Por lo tanto, está permitido usar
cualquiera de las dos alternativas siguientes (la válvula de alivio de presión
es preferible):
– Una válvula de alivio de presión:
a.
La válvula de alivio de presión puede instalarse como un desvío
alrededor de la válvula VBR, o puede descargar a la atmósfera o a otro
sistema cerrado. Debería ser dimensionada lo menos para 25% del
flujo normal del horno y debería tener un punto de ajuste de 10% o 170
kPa manométricos (25 psig) por encima de la presión normal de
operación, cualquiera de las dos que sea mayor.
b.
La fuente de alimentación al horno debe tener una característica de
presión/flujo tal que por lo menos 25% del flujo normal sea mantenido a
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través del horno, si la válvula de bloqueo (VBR) es inadvertidamente
cerrada y la válvula de alivio de presión se abre como consecuencia.
Debe darse un margen para la caída de presión en el sistema debido al
ensuciamiento.
c.
Si el equipo aguas arriba del horno está provisto de una válvula de
alivio de presión, para protección contra la sobrepresión causada por
el cierre de la descarga de una bomba o compresor, entonces el punto
de ajuste debería ser lo suficientemente alto de modo que la válvula
preferencialmente no abrirá, en el caso de que la válvula de alivio de
presión en la salida del horno esté funcionando, para mantener el flujo.
d.
La válvula de alivio de presión debería ser diseñada para las
condiciones a la salida del serpentín y debería incluir una purga si es
necesario, para minimizar la deposición de coque en la entrada a la
válvula de alivio de presión.
– Cierre del Flujo de Combustible y del Flujo de Proceso – La válvula VBR
debería tener instrumentación de modo que cuando el desplazamiento del
vástago de la válvula alcance el 50% de la posición cerrada active lo
siguiente:
a.
Cierre del flujo de combustible a la caja de horno.
b.
Parada de las bombas de alimentación del horno o compresores.
Debe proveerse un desvío con una válvula del tipo CSC (válvula con un
dispositivo para bloquearla en su posición cerrada) alrededor de la válvula
VBR para pruebas durante la operación con el fin de asegurarse del
funcionamiento de la válvula VBR.
5.8
Sobrepresión causada por reacción química
En ciertos procesos pueden ocurrir reacciones de descomposición o cambios
bruscos de la temperatura como resultado de una falla del flujo de alimentación o
de enfriamiento, sobrecalentamiento de la alimentación, contaminantes o causas
similares. Los procesos con hidrógeno a alta presión o las reacciones de
metanación son algunos ejemplos. En otros casos el aire introducido para
reaccionar químicamente, como decoquización o regeneración de cataliza–
dores, pueden causar sobrecalentamiento si no son cuidadosamente controlados.
El sobrecalentamiento puede resultar en sobrepresión debido a una reducción del
esfuerzo permitido. Por lo tanto, el diseño debe incluir posibilidades de monitoreo y
de control para evitar la eventualidad de reacciones de descomposición y
reacciones disparadas sin control, puesto que los dispositivos de alivio de presión
convencionales normalmente no pueden proveer protección contra esas
contingencias.
Las temperaturas de diseño deben especificarse con un margen suficiente por
encima de la temperatura de operación normal, para permitir la detección de
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temperaturas anormales y la toma de medidas correctivas por medio de controles
manuales o automáticos.
Las características apropiadas de diseño pueden incluir control adelantado de la
temperatura de la alimentación, alarmas de alta temperatura, cierres automáticos
por alta temperatura para interrumpir el flujo de alimentación y abrir un venteo, a la
atmósfera o a un sistema cerrado, monitoreo adecuado de las temperaturas a
través de un lecho de catalizador, etc.
5.9
Sobrepresión causada por temperaturas anormales
Debe tomarse en cuenta la interrelación entre los esfuerzos permitidos (y de ahí la
presión de diseño del equipo) y las temperaturas que pueden surgir durante los
descontroles operacionales, emergencias, arranque y parada. Los efectos de la
alta temperatura en algunas contingencias particulares se presentan en el punto
5.11 “Incendio Como una Causa de Sobrepresión”, y el punto 5.8 “Sobrepresión
Causada por Reacción Química”. Deben también evaluarse las bajas
temperaturas que puedan resultar de condiciones ambientales, autorefrigeración,
etc., para asegurarse de que los recipientes que puedan estar sometidos a
temperaturas por debajo de las temperaturas de transición de fragilidad, sean
diseñados de tal modo que los esfuerzos permisibles bajo estas condiciones no
son excedidos. Este tópico se explica en detalle en el documento PDVSA–MDP
(Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección 2), bajo “Temperatura de
Diseño, Presión de Diseño y Clasificación de Bridas “ y en el Manual de Ingeniería
de Diseño, bajo “Requerimientos de control de calidad para recipientes a presión e
intercambiadores de calor” (YF–239–POT).
5.10
Sobrepresión causada por expansión térmica
1.
Sobrepresión por expansión térmica – Las líneas o equipo que puedan
estar llenos de líquido bajo condiciones de ausencia de flujo y que pueden
calentarse mientras están totalmente bloqueados (encerrados entre
válvulas), deben ser provistos de algún medio para aliviar la creciente
presión por efecto de la expansión térmica del líquido contenido. Debe
considerarse la radiación solar así como otras fuentes de calor. Las líneas
o equipo que están más calientes que la temperatura ambiente cuando se
bloquearon y que no pueden de otra manera ser calentados por encima de
la temperatura a la cual se bloquearon, no necesitan protección contra la
expansión térmica del líquido. Los siguientes son ejemplos de algunos
mecanismos de expansión térmica:
a.
Tuberías y recipientes que son bloqueados (encerrados entre válvulas) con
líquido en su interior y después calentados por líneas trazadoras de
calentamiento, serpentines o por transferencia de calor desde la atmósfera
u otros equipos.
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b.
Un intercambiador de calor bloqueado por el lado “frío”, con flujo sin
interrupción en el lado “caliente”. Esta situación puede ocurrir algunas veces
durante la operación normal. Por ejemplo, considérese el caso de un tren de
intercambiadores de calor en que la alimentación a la planta es
pre–calentada por intercambio de calor con productos calientes, con la
alimentación fluyendo desde una bomba (que tiene una válvula de retención
en la descarga), a través de los intercambiadores a un tambor de
vaporización instantánea. Un controlador de nivel en el tambor de
vaporización opera una válvula de control entre el tren de intercambiadores
y el tambor de vaporización: así que se si la válvula de control cierra, el
sistema de alimentación queda bloqueado y sujeto a expansión térmica.
c.
Tuberías o recipientes bloqueados totalmente mientras están llenos de
líquido a, o por debajo, de la temperatura ambiente y después calentados por
radiación solar directa. Los sistemas criogénicos y de refrigeración deben ser
particularmente examinados respecto a esta contingencia.
2.
Método de protección contra sobrepresión, causada por expansión
térmica – Puede proveerse protección contra la sobrepresión causada por
expansión térmica por medio de los siguientes métodos:
a.
Instalación de una válvula de alivio de presión.
b.
Adición de un pequeño desvío abierto alrededor de una de las válvulas de
aislamiento (bloqueo), que podría ser usada para bloquear totalmente el
equipo.
c.
Asegurarse de que los equipos totalmente bloqueados sean drenados de
líquido.
Nota: los puntos b y c pueden no ser permitidos por códigos locales.
3.
Aplicaciones de la protección contra la sobrepresión por expansión
térmica – La protección contra la sobrepresión causada por expansión
térmica se debería incluir en aplicaciones específicas de acuerdo con lo
siguiente:
a.
Intercambiador de calor – Los intercambiadores del tipo carcaza/tubos o
de doble tubo, en que el lado más frío puede ser bloqueado estando lleno de
líquido sin interrupción del flujo en el lado caliente, debe ser protegidos por
cualquiera de los siguientes métodos:
• Una válvula de drenaje operada manualmente con un letrero de
advertencia, cuando hay dos válvulas de bloque localizadas en el
intercambiador. Refiérase al Manual de Ingeniería de Diseño “Safety
relief protection systems” (K–366). Si ambas válvulas de bloque no
están localizadas en el intercambiador debe usarse el método (b) o (c)
siguientes:
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• Un pequeño desvío permanentemente abierto alrededor de una de las
válvulas de bloque. Refiérase al Manual de Ingeniería de Diseño
“Safety relief protection systems”.
• Instalación de una válvula de alivio de presión.
Si se provee un desvío o una válvula de alivio de presión de presión,
está debe también tener suficiente capacidad para aliviar los vapores
generados por el flujo frío, por entrada de calor desde el lado caliente
bajo las condiciones de flujo de diseño, si la vaporización pudiera
también causar la sobrepresión del lado frío.
Debe notarse que una válvula de retención ubicada en la tubería
aguas arriba del lado más frío de un intercambiador de calor se
considera como una válvula de bloqueo.
b.
Tuberías – Las secciones de tubería en cualquier servicio de líquido dentro
o fuera del área de la planta, que pueden ser bloqueadas totalmente mientras
están llenas de líquido, y ser sometidas a expansión térmica por un
calentamiento posterior, deben ser protegidas por cualquiera de los métodos
siguientes:
• Instalación de una válvula de alivio de presión según lo especificado
en el Manual de Ingeniería de Diseño “Safety relief protection systems”
(K–366), o si no por medio de:
• Un pequeño desvío alrededor de una de las válvulas de bloqueo según
lo especificado en el Manual de Ingeniería de Diseño “Safety relief
protection systems” (el desvío debe ser de 25 mm (1 pulg.) de diámetro
con una válvula de retención. Este método es sólo aplicable donde el
escape a través del desvío es aceptable) o si no por medio de:
• La provisión de medios para retirar el líquido de modo que la línea no
permanezca llena de líquido.
Debe notarse que secciones cortas de tuberías que contienen líquido,
dentro o fuera del área de la planta, que puedan ser bloqueadas, no
necesitan generalmente válvulas para el alivio térmico puesto que
normalmente están disponibles un drenaje manual y un medio seguro
de drenaje. Tales secciones cortas de tubería incluirían esas entre
válvulas de aislamiento en estaciones de válvulas de control, múltiples
de tuberías en bombas, etc., y son de una longitud menor de 30 m (100
pie). También, el escape a través de una válvula de retención es
usualmente suficiente para compensar la expansión térmica debida a
calentamiento solar.
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c.
Recipientes – Todos los recipientes y equipo que puedan ser bloqueados
mientras están llenos de líquido y sujetos a calentamiento posterior y por
tanto a expansión térmica por cualquiera de los mecanismos descritos en el
párrafo (1) anterior, deben ser protegidos por cualquiera de los métodos
descritos anteriormente para tuberías, o sea:
• Válvula de alivio de presión, o bien,
• Un pequeño desvío alrededor de una de las válvulas de bloque, o bien,
• Medios para drenaje del líquido.
En los casos en que los recipientes son provistos de válvulas de alivio
de presión para la protección contra la sobrepresión por exposición a
un incendio, o por una contingencia de falla operacional, no se
requiere protección adicional contra la expansión térmica.
d.
Válvula de control – Se considera que las válvulas de control con doble
asiento dejan pasar suficiente flujo de escape de presión para que los
equipos bloqueados por tales válvulas, no necesiten ser provistos de
protección contra la expansión térmica.
4.
Detalles de instalación para una válvula de alivio de presión para
prevención de la expansión térmica
a.
Las válvulas de alivio de presión para protección contra la expansión térmica
deberían ser especificadas con un punto de ajuste tan alto como sea posible
por encima de la presión operacional a fin de evitar descargas inadvertidas
o por descuido. Debe seguirse el Código “ASME” para recipientes. Cuando
la válvula de alivio de presión se instala solamente para propósitos de alivio
por expansión térmica en sistemas de tuberías, es deseable un ajuste de
hasta 1.33 veces la presión de diseño del componente del equipo que se
protege (especificación ANSI B–31.3), siempre y cuando la duración de la
sobrepresión no exceda 10 horas de una sola vez, o 100 horas en un año y
si lo permiten los códigos locales. Sin embargo, debe concederse un margen
por la contrapresión si la válvula de alivio de presión descarga a un sistema
cerrado, de modo que no se exceda el valor de 1.33 veces la presión de
diseño.
b.
No es fácil determinar el requerimiento de capacidad, pero puesto que el
volumen a descargar para aliviar la presión es pequeño, puede especificarse
normalmente una válvula de alivio de presión de tamaño nominal 15 mm (3/4
pulg.) por 25 mm (1 pulg.), particularmente cuando sólo está involucrado el
calentamiento solar. Deben considerarse tamaños más grandes para
tuberías de gran diámetro tendidas sobre la superficie del terreno y no
aisladas térmicamente, así como también para recipientes llenos de líquidos
e intercambiadores de calor. (No debería olvidarse el tomar en cuenta las
presiones generadas por vaporización, así como también la expansión del
líquido).
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c.
Una válvula de alivio de presión contra la expansión térmica puede ser
instalada en cualquier punto conveniente en el equipo o tubería que esté
protegiendo. En muchos casos la ubicación será determinada por la
disponibilidad de una ruta de descarga apropiada.
d.
Para ubicaciones en el sitio de la planta la válvula de alivio de presión que
provee protección contra la expansión térmica y que alivia líquido debe
descargar a un sistema cerrado, si el líquido dentro del sistema está a una
temperatura por encima de 315°C (605°F) o está por encima de su punto de
inflamación. Ese sistema cerrado puede ser un cabezal de mechurrio o un
equipo en el lado opuesto de una de las válvulas de bloqueo. Las válvulas
de alivio de presión para la protección contra la expansión térmica ubicadas
en el sitio de la planta y que alivian líquido pueden descargar a la atmósfera
a nivel del suelo en una ubicación segura tal como una alcantarilla de
recolección de agua sucia (como se detalla en el Manual de Ingeniería de
Diseño “Safety relief protection systems”), con tal que el líquido en el sistema
esté a una temperatura menor de 315°C (605°F), y por debajo de su punto
de inflamación. Materiales que están a una temperatura mayor que su punto
de inflamación pueden descargarse a una cloaca si la cantidad es pequeña
(menor de 100 dm3) (26 galones) y la densidad del material es mayor de 710
kg/m3 (44 lb/pie3).
e.
En ubicaciones fuera del área de la planta las válvulas de alivio de presión
para protección contra la expansión térmica pueden descargar al cabezal de
un mechurrio aguas arriba de un tambor separador, si está disponible, o a
equipos (por ejemplo un tanque) en el lado opuesto de una de las válvulas
de bloqueo, o a la atmósfera. Las descargas a la atmósfera deben ser a nivel
del suelo en una ubicación segura, como se detalla en el Manual de
Ingeniería de Diseño “Safety relief protection systems (K–366)”.
f.
Válvulas de alivio de presión para la protección contra la expansión térmica
en ubicaciones dentro o fuera del área de la planta, que alivian fluidos tóxicos
(Sustancias tóxicas: “Aquellos materiales que por sus propiedades químicas
pueden producir efectos nocivos, reversibles o irreversibles, cuando han sido
absorbidos o introducidos en un organismo viviente”), deben descargar a un
sistema cerrado adecuado.
g.
Cada válvula de alivio de presión para protección contra la expansión térmica
debería ser provista de una válvula del tipo CSO en la entrada (válvula con
dispositivo para bloquearla en posición abierta) y también de una válvula tipo
CSO en la salida (en el caso de una descarga cerrada), con el fin de permitir
el aislamiento del sistema para propósitos de inspección y de prueba, si lo
permiten los códigos locales.
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Incendio como Causa de una Sobrepresión
Los equipos en el área de una planta que maneja fluidos inflamables estén sujetos
potencialmente a ser expuestos a un incendio externo, lo cual puede conducir a
una sobrepresión resultante de la vaporización de los líquidos contenidos. Este
riesgo puede existir aun para componentes del equipo que contienen materiales
no inflamables.
1.
Equipos a Ser Protegidos – Todos los recipientes sujetos a riesgo de
sobrepresión por incendio deben ser protegidos mediante válvulas de alivio,
con las siguientes excepciones:
a.
No se requiere una válvula de alivio de presión para proteger contra
incendios cualquier recipiente que normalmente no contiene o contiene muy
poco liquido, puesto que la falla de la carcaza debido a un
sobrecalentamiento ocurriría aun si se ha provisto dicha válvula. Algunos
ejemplos son los tambores separadores de gas combustible y los tambores
separadores en la succión de compresores. (Nota: algunos códigos locales
requieren protección con válvula de alivio de presión para el caso de
”tambores secos”). Si se requiere una válvula de alivio para las condiciones
de un ”tambor seco” se puede usar el procedimiento de dimensionamiento
descrito bajo el API RP–520.
b.
Tambores y columnas de 0.6 m (2 pie) y menos de diámetro, construidos de
tuberías, accesorios de tuberías o su equivalente no requieren válvulas de
alivio para su protección contra incendios en base a que las tuberías no son
provistas de protección contra sobrepresión a causa de esta contingencia.
Se requieren válvulas de alivio en estos recipientes, sin embargo, si la
sobrepresión puede resultar de otras contingencias que no sean incendio.
c.
Los recipientes interconectados puede ser considerados como una unidad
para propósitos de alivio de presión si las tuberías y las válvulas entre ellos
cumplen con los criterios delineados en la sección 5.14 “Evaluación de la ruta
de escape de presión en el diseño de alivio de presión”, en este mismo
documento.
Excepto en el caso de situaciones especiales, no se proveen dispositivos de
alivio de presión para exposición a incendio de intercambiadores de calor,
enfriadores por aire, o tuberías, ni tampoco se incluyen las superficies
expuestas de esos renglones en el cálculo de la entrada total de calor por
exposición a un incendio. Situaciones especiales pueden ser congestión y
espaciamiento sub–estándar, o equipos mucho más grandes que lo normal
con un inventario normal de liquido por encima de alrededor de 4 m3 y/o que
representa más del 15% de la superficie total en contacto con el líquido en
el sistema al cual está directamente conectado para alivio de presión.
2.
Determinación de los Flujos de Alivio y Area de Riesgo – Al calcular las
cargas de calor como resultado de incendio de los diferentes recipientes, se
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asume que los vapores son generados por la exposición al incendio y que el
calor es transferido a los líquidos contenidos a las condiciones
operacionales. El procedimiento de cálculo se describe posteriormente. Para
determinar la capacidad de la válvula de alivio para varios recipientes
interconectados, cada recipiente debe ser calculado separadamente, en vez
de determinar la entrada total de calor en base a la suma de las superficies
humedecidas de todos los recipientes. No se consideran los vapores
generados por la entrada de calor normal del proceso o compresión, etc. No
se da ningún crédito para cualquier vía de escape de la carga de vapores
generados por el incendio que no sea a través de la válvula de alivio (que
puede ser una válvula de alivio común para más de un recipiente
interconectado). Tampoco se da ningún crédito por la reducción de la carga
de calor generada por el incendio debido al funcionamiento continuo de
condensadores y enfriadores.
A fin de determinar la capacidad total de vapores a ser aliviada cuando varios
recipientes están expuestos a un incendio sencillo, el área de procesos se
considera dividida en un número de áreas sencillas de riesgo de incendio.
Referirse al documento PDVSA–MDP–08–SA–01 para la definición de un
área de riesgo de incendio. API RP 521 indica, en su sección 5.2.2, que, en
ausencia de otros factores controlantes, la consideración de un área sencilla
de riesgo de incendio debería estar limitada a un área de terreno entre 230
a 460 m2 (2500 a 5000 pies2).
La colocación de los equipos de la planta debe ser diseñada de acuerdo con
los
estándares
de
espaciamiento
(referirse
al
documento
PDVSA–MIR–IR–M–01 “Separación entre equipos e Instalaciones”) y debe
incluir la accesibilidad para el combate de incendios. Las áreas de riesgo de
incendio se establecen mediante la provisión de vías de acceso o espacios
libres de por lo menos 6 m (20 pie) de ancho por todos los lados, los cuales
permitan el acceso de todos los equipos de combate de incendios en todas
las partes del área y limiten así la propagación del incendio. El espacio libre
por debajo de las líneas de tuberías si es mayor de 6 m (20 pie) de ancho,
se considera una separación aceptable entre áreas con riesgo de incendio.
Sin embargo, un área de riesgo de incendio sencillo no necesita extenderse
más de 465 m2 (5000 pie2) con tal que el área incluya la combinación más
severa de cargas originadas por incendio dentro de un módulo de área que
razonablemente podría estar involucrada en un incendio real. El uso de
formas de módulo no comunes tales como por ejemplo, una ”T”, debe
evitarse. La base para lo anterior es que un incendio que involucre un área
más grande seria de tal magnitud que las fallas de tuberías o de otros equipos
proveería medios adicionales de alivio de la presión.
Aún cuando cada caso debe analizarse por separado, siguiendo las
indicaciones del párrafo anterior, se recomienda considerar el área sencilla
de riesgo de incendio, la cual se considera que razonablemente estará
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totalmente involucrada en un incendio sencillo, como un área circular con un
diámetro de 21 m (69 pies), o un área limitada por espacios abiertos de 6 m
ó más de ancho, que cubra un máximo de 460 m2 (5000 pies2)
Cuando ocurre un incendio se supone que todo el flujo de los fluidos hacia
o desde el área de riesgo ha sido interrumpido. Por lo tanto, cargas de flujo
originadas por fallas de válvulas de control o corrientes de alimentación que
entran no son aditivas a las cargas originadas por el incendio. No se da
ningún crédito por la salida de flujos a través de las vías normales puesto que
pueden estar bloqueadas durante la emergencia del incendio.
La carga total por el incendio se calcula para cada área de riesgo de incendio
y se usa para determinar la descarga más grande del riesgo sencillo. Donde
el tamaño de un cabezal de descarga cerrado es fijado por los requerimientos
de capacidad de alivio por fuego puede tomarse ventaja para reducir el
requerimiento suministrando protección o aislamiento a prueba de incendio
en recipientes con altos inventarios de líquidos, como se describe en el
documento PDVSA–MIR–IR–C–03 “Revestimientos contra Incendios”.
La duración de un incendio depende de muchos factores: las instalaciones
disponibles para combatir incendios, la preparación del personal para
combatirlos, la disponibilidad de fácil acceso al lugar del incendio, etc. En
general, las instalaciones de PDVSA, cumplen con estrictas normas de
seguridad para que, si se sucede una emergencia por incendio, éste pueda
sofocarse rápida y eficientemente. API RP 521, en su sección 3.15.2.2,
considera que un razonable tiempo de exposición a fuego de cualquier
equipo, en lugares donde se tienen las instalaciones necesarias para
combatir incendios, personal adecuadamente entrenado para combatirlos,
y un fácil acceso al lugar del incendio, es de 20 minutos a una hora. Para
efectos de trabajo preliminar, se supondrá que un incendio no durará más de
una hora, al menos que se consideren hechos de sabotaje.
3.
Protección de los Recipientes Contra la Exposición a un Incendio en
Añadidura al Alivio de Presión – Las válvulas de alivio de presión no
pueden proteger a un recipiente que se sobrecalienta localmente en su
superficie no humedecida, aunque en realidad evitan que la presión suba
más allá de la presión de acumulación de la válvula. Sin embargo, en tales
casos el recipiente puede ser protegido efectivamente contra una falla por
uno de los dos métodos siguientes para mitigar los efectos de un incendio:
a.
Reducción de la Presión por Despresurización – La reducción de la
presión en un recipiente expuesto a un incendio tiene la ventaja de no sólo
reducir los esfuerzos sobre el metal a un valor que no resulte en una falla, sino
que también reduce apreciablemente la cantidad de combustible que
alimentaria el incendio. La aplicación y el diseño de sistemas de
despresurización (purga de vapor) en emergencias se describe en el
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documento PDVSA–MIR–IR–P–01 “Paradas de Emergencia, bloqueo,
despresurización y venteo de plantas y equipos”.
b.
Limitación Efectiva de la Entrada de Calor – La aplicación de agua contra
incendios desde instalaciones fijas y móviles es el método primario de enfriar
los equipos expuestos a un incendio. Estas instalaciones se describen en el
documento PDVSA–MIR–IR–M–03: “Sistema de Agua contra Incendio”.
Protección adicional por medio de sistemas fijos de chorro o de regadera de
agua, o protección a prueba de incendio se aplican en áreas de riesgo
particularmente de alto de incendio, como se describe en los documentos
IR–M–03 y IR–C–03, respectivamente. Sin embargo, en el
dimensionamiento de las válvulas de alivio, no se confiere ningún crédito por
reducir la entrada de calor mediante la aplicación de agua para enfriamiento,
puesto que no se le puede considerar 100% efectiva en todas las condiciones
de los posibles tipos de incendios.
4.
Determinación de las cargas de vapor de recipientes que contienen
líquidos y que están expuestos a un incendio.– A continuación se
describe el procedimiento para calcular los caudales de alivio requeridos.
Paso 1. Cantidad de calor absorbida – La cantidad de calor absorbida por
un recipiente expuesto a un incendio abierto es notablemente afectada por
el combustible que produce y/o alimenta al incendio, el grado en que el fuego
envuelve al equipo bajo estudio, tamaño y carácter de la instalación, y las
medidas de protección contra incendio. Estas condiciones se evalúan
mediante la ecuación siguiente, bajo la premisa que existen las instalaciones
adecuadas (y el personal adecuado para actuar rápidamente) para combatir
incendios, y el drenaje adecuado para alejar el material inflamable del foco
del incendio:
Q + F 1 F A 0.82
Ec. (1)
donde:
Q
=
A
F
F1
=
=
=
Absorción de calor total (entrada) por la
superficie humedecida
Superficie total humedecida
Factor Ambiental
Factor cuyo valor depende de las
unidades usadas
En
unidades
SI
En
unidades
inglesas
kW
BTU/h
m2
adim.
43.19
pies2
adim.
21000
Cuando no existen las instalaciones adecuadas (y el personal adecuado
para actuar rápidamente) para combatir incendios, y el drenaje adecuado
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para alejar el material inflamable del foco del incendio, la ecuación a emplear
es:
Q + F 2 A 0.82
Ec. (2)
donde:
Q
=
A
F2
=
=
Absorción de calor total (entrada) por la
superficie humedecida
Superficie total humedecida
Factor cuyo valor depende de las
unidades usadas
En
unidades
SI
En
unidades
inglesas
kW
BTU/h
m2
70.96
pies2
34500
Factor Ambiental – El valor F depende de la conductancia térmica del
aislante térmico del recipiente; otros efectos ambientales se ignoran.
La conductancia es la conductividad térmica dividida por el espesor del
aislante. La conductividad térmica a ser usada aquí es a la temperatura
media entre 900°C (1650°F) y la temperatura de proceso que se espera a las
condiciones de alivio. Se sugiere una temperatura media conservadora de
540°C (1000°F).
Generalmente, no puede concederse ningún crédito por la disponibilidad de
regadera de agua o sistemas de diluvio al dimensionar sistemas de válvulas
de alivio de presión. El suministro de suficiente agua para absorber la mayor
parte del calor por radiación se hace poco práctico para la mayoría de las
instalaciones. El esfuerzo debe concentrarse en proveer suficiente agua al
exterior de un recipiente expuesto a un incendio, para mantener la
temperatura del metal por debajo de un punto en que pueda ocurrir una falla.
Un clima de invierno, vientos fuertes, sistemas tapados, suministro de agua
no confiable y condiciones de la superficie del recipiente, son los factores que
pueden impedir una cobertura con agua adecuada, así que no se
recomienda ninguna reducción del factor ambiental.
Los valores de Factor Ambiental a usar en la Ec. (1), de acuerdo a las
recomendaciones del API RP521, Tabla A–3, son los siguientes:
Tipo de Instalación / protección contra fuego
Factor Ambiental, F
Recipiente desnudo
1.0
Recipiente aislado contra fuego, con los siguientes valores de conductancia
(Supone aislamiento que soporte el chorro de las mangueras contra incendio)
KW/m2 °C (BTU/h pie2 °F)
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(4)
(2)
(1)
(0.67)
(0.5)
(0.4)
(0.33)
Sistemas de enfriamiento con agua sobre
recipientes desnudos
Instalaciones de Despresurización y Vaciado de
recipientes
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0.3
0.15
0.075
0.05
0.0376
0.03
0.026
1.0
1.0
A menos que el sistema de aislamiento cumpla los requerimientos para
soportar las llamas y el choque de la corriente de la manguera contra
incendio
detallados
en
el
documento
PDVSA–MIR–IR–C–03
“Revestimientos contra Incendios”, debe usarse un valor de F = 1.0.
Nótese que las consideraciones económicas favorecerán en algunos casos
la provisión de aislamiento adicional (más allá de la requerida para
conservación del calor), a fin de reducir la capacidad requerida del sistema
de alivio de presión cuando el caso controlante de diseño es por
consideraciones de incendio.
Superficie Húmeda Expuesta a Incendio – La superficie húmeda A usada
para calcular la absorción de calor para una situación práctica de incendio,
se toma normalmente como la superficie total húmeda dentro de 7.5 m (25
pie) por encima del nivel del suelo. El ”nivel” usualmente se refiere al nivel
del piso, pero también debe considerarse cualquier otro nivel al cual puede
sostenerse un incendio de grandes proporciones, tal como una plataforma.
En el caso de recipientes que contienen un nivel variable de liquido se
considera el nivel promedio. Las interpretaciones especificas de A a usarse
para varios recipientes son como sigue:
1.
Tambores Horizontales
Menos del 50 % lleno (hasta el nivel alto normal de liquido). Se usa la
superficie del recipiente húmeda hasta el nivel alto normal de liquido
sin tomar en cuenta la distancia por encima del nivel del suelo.
Más del 50 % lleno (hasta el nivel alto normal de liquido). Se usa la
superficie total del recipiente dentro de una distancia de 7.5 m (25 pie)
desde el nivel del suelo o hasta el plano ecuatorial del recipiente,
cualquiera de las dos que sea mayor.
2.
Tambores Verticales – Se usa la superficie húmeda dentro de una
distancia de 7.5 m (25 pie) a partir del suelo, basada en el nivel normal
de liquido. Si todo el recipiente está 7.5 m (25 pie) o más por encima
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del nivel del suelo sólo necesita incluirse el nivel de liquido contenido
en la tapa inferior del recipiente.
3.
Fraccionadores y Otras Columnas – Un nivel equivalente a columna
vacía es calculado sumando la retención de liquido en las bandejas al
nivel normal de liquido en el fondo de la columna. Se usa la superficie
húmeda por este nivel equivalente y que esté dentro de 7.5 m (25 pie)
desde el nivel del suelo. Se incluirá el nivel del rehervidor en este nivel
equivalente si dicho aparato forma parte integral de la columna.
4.
Esferas y Esferoides de Almacenaje – Se usa la superficie total
expuesta dentro de 7.5 m (25 pie) desde el nivel del suelo o hasta la
elevación del diámetro horizontal máximo, cualquiera de los dos que
sea mayor.
5.
Almacenamiento en General – Se usa la superficie húmeda dentro
de una distancia de 7.5 m (25 pie) a partir del suelo, basada en el nivel
normal de liquido. Para Tanques con presión de operación igual o por
debajo de 1.03 barg (15 psig), ver API estándar 2000.
6.
Intercambiadores de Calor, Intercambiadores por Aire y Tuberías
– Estos equipos no son normalmente considerados para establecer la
superficie húmeda de recipientes expuestos en un área con riesgo de
incendio. Sin embargo, pueden haber situaciones especiales, tales
como congestión o espaciamiento grande sub–estándar, o un
componente de equipo grande no usual, tal como un rehervidor con
una retención de liquido de 4 m3 (1000 galones) o más, que ameriten
su inclusión.
Paso 2. Velocidad de Alivio de Vapores – Toda absorción de calor por
exposición a un incendio se considera como calor latente y no se concede
ningún crédito por la capacidad de calor sensible del fluido dentro del
recipiente. La rata de alivio de vapores (W) se calcula con la fórmula:
donde:
W + QńL
W
=
Flujo másico de vapores a aliviar
Ec. (3)
En
unidades
SI
En
unidades
inglesas
kg/s
lb/h
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Q
=
L
=
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Absorción de calor total (entrada) por la
superficie humedecida
Calor latente de vaporización del liquido en
el recipiente, evaluado a la presión
existente en la entrada de la válvula de
alivio de presión, bajo condiciones de
descarga total
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kW
BTU/h
kJ/kg
BTU/lb
Los vapores a ser aliviados son aquellos que están en equilibrio con el líquido
bajo las condiciones existentes cuando la válvula está aliviando a su
capacidad máxima. No debe pasarse por alto que la composición de los
vapores y del líquido pueden cambiar a medida que se alivian vapores del
sistema; las temperaturas y valores del calor latente pueden cambiar.
Los valores del calor latente y peso molecular a ser usados para calcular la
rata de vaporización, son los relevantes a las condiciones capaces de
generar las máxima rata de alivio. La duración de un incendio no entra
normalmente en este análisis.
La estimación del calor latente de vaporización, deberá ser lo más realista
posible, para lograr una estimación apropiada de los vapores a aliviar. En
mezclas multicomponentes, el uso de reglas de mezcla en peso de los
valores individuales de calor latente de vaporización entrega los resultados
más apropiados. Sin embargo, debido a que el fenómeno de absorción de
calor, con su consecuente generación de vapores, hace que la composición
del líquido remanente cambie con el tiempo, será necesario llegar a un
compromiso acerca de que composición usar para dicha estimación del calor
latente de vaporización: para todos los efectos, usar la composición inicial del
líquido en el recipiente bajo incendio para dicha estimación.
Para efectos de estimación preliminar del calor latente de vaporización, y
cuando no se tenga una fuente más confiable de información, como lo sería
una simulación del evento con un programa de simulación de procesos, se
usarán las gráficas 2a y 2b presentes en el apéndice. Estas gráficas fueron
tomadas del API RP 521 (1990), Apéndice A, y fueron desarrolladas para
líquidos de hidrocarburos parafínicos de un sólo componente. Obviamente,
mientras más alejados se esté de la base de esta gráfica, mayores serán los
errores que se cometan.
La práctica recomendada de calcular el flujo de alivio usando la absorción de
calor del recipiente y el calor latente del líquido, no es válida cerca del punto
crítico de dicho fluido, ya que el calor latente se aproxima a cero y el calor
sensible domina
Para condiciones de vaporización de líquidos cercanas al punto critico, el
valor mínimo del calor latente que debe usarse es 116 kJ/kg (50 BTU/lb).
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Para condiciones de vaporización de líquidos en o por encima del punto
crítico, la rata de descarga de vapores depende de la rata a que el fluido se
expandirá.
5.12
El vacío como una causa de falla de los equipos
1.
Generalidades – Los equipos que puedan operar bajo condiciones de vacío
de un modo continuo o intermitente, deben ser diseñados para soportar
condiciones de vacío o protegidos de otra manera, en adición a cualquier
requerimiento para su operación bajo presión positiva. Deben especificarse
las condiciones del vacío. En algunos casos esto puede incluir las tuberías,
así como también recipientes u otros equipos.
Otros equipos que no operan bajo condiciones de vacío, bien sea de manera
continua o intermitente, pueden ser inadvertidamente expuestos a
condiciones de vacío por contingencias, tales como las siguientes:
a.
Mal funcionamiento de la instrumentación.
b.
Drenaje de líquidos no volátiles de un recipiente sin venteo atmosférico o
represurización con gas.
c.
Cierre del flujo de vapor de agua al terminar una purga con vapor de agua
sin admitir un gas no condensable (por ejemplo, aire durante una parada, gas
combustible durante un arranque).
d.
Funcionamiento defectuoso de válvulas.
e.
Baja temperatura ambiente resultante en una presión de vapor
subatmosférica de ciertos materiales (por ejemplo, algunos alcoholes,
aromáticos, butano, pentano) almacenados a presión.
f.
Pérdida de introducción de calor a equipos de proceso cerrados que manejan
materiales con baja presión de vapor (por ejemplo, en el fraccionamiento de
alcoholes y solventes aromáticos), mientras continua el enfriamiento tal
como por medio de un condensador o por pérdida de calor a la atmósfera.
g.
Pérdida de la introducción de calor a calderas de recobro de calor de desecho
con la resultante condensación de vapor.
h.
Pérdida de la entrada de calor a equipos de proceso cerrados donde se
generan grandes cantidades de vapor de agua, por ejemplo en
regeneradores de “DEA” (dietanolamina) y “MEA” (metanolamina).
En algunas de las situaciones anteriores puede proveerse una protección
contra el vacío mediante la instalación de dispositivos de alivio de vacío, por
ejemplo, válvulas de alivio de vacío en tanques y esferoides. En otros casos,
se confía en que no se desarrollará una condición de vacío por la
confiabilidad en procedimientos operacionales correctos por el personal de
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operaciones, por ejemplo, no drenar un líquido no volátil de un recipiente sin
ventear o represurizar, o no bloquear un recipiente que ha sido llenado de
vapor de agua durante el arranque o parada de la planta. En general, deben
considerarse en el diseño cualesquiera condiciones de vacío que puedan
crearse durante las operaciones del proceso tales como enfriamiento
anormal, baja temperatura ambiente, pérdida de calor o succiones
bloqueadas en ciertos compresores.
Al diseñar para condiciones de vacío puede concederse un crédito por el
hecho de que una condición de vacío puede no crear un vacío total. Así, no
todos los recipientes y equipo necesitan ser diseñados para una condición
de 100% de vacío. Por ejemplo, si la condición de vacío ha sido creada por
un bloqueo de la succión en el circuito de un compresor y el vacío creado está
limitado a 10 psia por las características del compresor, el sistema sólo
necesita ser diseñado para 69 kPa abs. (10 psia).
Como una regla general, se permiten los dispositivos de alivio de vacío en
recipientes de almacenaje ubicados fuera del área de la planta que manejan
productos acabados limpios, puesto que no existe esencial– mente ninguna
posibilidad de una fuente de ignición interna. Sin embargo, los dispositivos
de alivio de vacío que permiten el rompimiento de un vacío con gas inerte o
vapores inflamables no están permitidos para su uso en equipo de proceso,
puesto que no se consideran lo suficientemente confiables para suministrar
una protección adecuada bajo todas las circunstancias. Pueden, sin
embargo, usarse dispositivos para la protección contra el vacío que permiten
la entrada de aire, en el caso de que el equipo no contenga o no pueda
contener materiales inflamables, por ejemplo, en el caso de algunos
sistemas de vapor de agua.
2.
Diseño de equipos para evitar falla bajo condiciones de vacío
Los equipos que pueden ser expuestos al vacío por cualquier contingencia
sencilla del proceso deberían diseñarse para condiciones de vacío. En
muchos casos, equipos con una presión de diseño sustancialmente positiva
son capaces de soportar el vacío total, pero el diseño debería corroborarse.
Como una alternativa para diseñar en condiciones de vacío, en ciertos casos
es permisible proveer medios para prevenir la ocurrencia de las condiciones
de vacío.
En general, venteos de vacío, y sistemas de represurización con inerte o con
gas no se consideran como una alternativa aceptable para el diseño en
condiciones de vacío para equipos de proceso. Los sistemas de
represurización pueden ser provistos por razones de proceso, pero no se
consideran lo suficientemente confiables para la protección del equipo. Los
rompedores de vacío son difíciles de mantener herméticos y pueden admitir
aire dentro del equipo.
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Venteos de vacío (aire) son, sin embargo, usados en recipientes de
almacenaje refrigerados para productos limpios, como un apoyo a un
sistema de represurización y de parada de un compresor por baja presión.
Esto es aceptable, puesto que no hay ninguna fuente de ignición interna y los
venteos de vacío funcionarían solamente si la protección primaria contra el
vacío (represurización y parada del compresor) fallara en operar. Asimismo,
cuando se requiere protección contra el vacío en recipientes presurizados
tales como esferas y esferoides, son aceptables los dispositivos de alivio de
vacío que admiten aire, puesto que la posibilidad de un gran vacío es muy
remota y no hay fuentes de ignición interna.
En el caso de equipos de fraccionamiento a baja presión no se requiere
diseñar para condiciones de vacío si se pueden cumplir todas las siguientes
condiciones:
a.
Existe un dispositivo adecuadamente dimensionado de alivio de vacío para
evitar un vacío.
b.
No existen materiales pirofóricos tales como peróxidos, acetiluros o sulfuros
o cualesquiera posibilidades internas de ignición tales como electricidad
estática, bien sea por condiciones normales o anormales.
c.
Las temperaturas de proceso están por lo menos 83°C (180°F) por debajo
del punto de auto–ignición de los materiales que se manejan.
Los fraccionadores que satisfacen los criterios anteriores y que por lo tanto
no necesitan ser diseñados para condiciones de vacío deben, sin embargo,
ser provistos con los dos dispositivos siguientes:
• Un sistema confiable automático de represurización (gas inerte o un
hidrocarburo gaseoso) para minimizar la posibilidad de que ocurran
condiciones de vacío.
• Una alarma de baja presión montada en el tablero de instrumentos,
ajustada a una presión positiva y un dispositivo operado a control
remoto para que pueda admitirse gas de presurización desde el centro
de control, en el caso de que falle el sistema automático.
Como una regla los sistemas de vapor de agua no requieren
protección especial contra el vacío, puesto que ellos son normalmente
capaces de soportar el vacío que se desarrolle si fallara la generación
de vapor y se condensara vapor residual. Sin embargo, deberían
examinarse los sistemas de vapor de baja presión.
Generalmente los equipos no son diseñados para soportar el vacío
debido al bloqueo total en un recipiente por razones de parada
después de su limpieza con vapor. Se confía en una buena práctica
operacional para asegurarse de que un recipiente o equipo no esté
embotellado, es decir, que tenga su venteo correspondiente abierto.
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También, por otra parte, no se requiere diseñar para protección contra
el vacío en el caso de esferas, esferoides y recipientes similares
cuando las condiciones de vacío pueden resultar solamente del
drenaje de agua durante el arranque, puesto que una buena práctica
operacional requiere el desplazamiento con gas o el venteo en
circunstancias tan infrecuentes.
Los tanques de almacenaje atmosféricos del tipo de techo cónico
deben ser provistos de una válvula de presión–vacío o de un venteo
abierto, dependiendo del punto de inflamación del producto
almacenado. Ver el Manual de Ingeniería de Diseño “Safety relief
protection systems”.
5.13
Evaluación de la ruta de presurización en el diseño del alivio de
presión
En los siguientes párrafos se indica la base para el diseño de la limitación de
capacidad permisible, en las vías de flujo a través de las cuales un componente de
equipo pueda ser sobrepresionado desde una fuente de fluidos a alta presión.
1.
Tuberías – Puede concederse un crédito por la caída de presión y flujo
máximo a través de una tubería que constituye una vía de presurización a un
recipiente en el cual se va a instalar una válvula de alivio de presión para
propósitos de protección contra la sobrepresión. El cálculo debe hacerse
para las condiciones de alivio. Sin embargo, en el caso en que se da un
crédito por caída de presión al determinar el ajuste de la válvula de alivio de
presión, debe también considerarse que bajo condiciones de ausencia de
flujo, las presiones se igualarán a través del sistema a la presión de ajuste
de la válvula de alivio de presión.
También, si se requiere el alivio de vapores a través de un sistema líquido,
debe tomarse en cuenta la dinámica del desplazamiento del líquido previo
a la descarga de los vapores. Por ejemplo, en el caso de dos recipientes
llenos con líquido interconectados por una línea de líquido en el fondo con
una válvula de alivio de presión en el segundo recipiente, el desplazamiento
del líquido a través de la línea de interconexión puede no ser suficiente para
proteger el primer recipiente, si la sobrepresión es causada por generación
de vapores.
2.
Válvula de retención – Una válvula de retención normalmente no es un
medio aceptable de evitar la sobrepresión por el flujo invertido desde una
fuente de alta presión. Sin embargo, una válvula de retención es aceptable
cuando un análisis de confiabilidad muestre que dicha válvula de retención
tenga una tasa aceptable de fallas. La tasa máxima aceptable de fallas será
especificada por PDVSA.
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3.
Orificio de restricción – En general, no debería usarse un orificio de
restricción como un medio de limitar la capacidad de una vía de
presurización. En casos especiales en los cuales se logran grandes
incentivos (tal como reducir el tamaño de un sistema del mechurrio), puede
usarse un orificio de restricción con tal que se satisfagan todas las
condiciones siguientes:
a.
Se incluye un medio físico para evitar la remoción inadvertida (por descuido)
del orificio de restricción, por ejemplo soldando el orificio de restricción a la
brida.
b.
Se provee una advertencia contra la remoción no autorizada del orificio por
medio de las siguientes indicaciones:
• Una placa de advertencia soldada a la manilla del orificio de restricción
o a la brida.
• Una nota de advertencia en la documentación correspondiente (hojas
de especificación, diagramas de flujo y manuales operacionales).
• La instalación del orificio es revisada por la sección correspondiente
del Departamento (Superintendencia) de Seguridad.
4.
Válvula de control – Una válvula de control con un bloqueo para restringir
su movimiento hasta su posición de máxima apertura, no es normalmente
aceptable como un medio de limitar la capacidad de una vía de presurización,
puesto que el límite de parada puede ser removido después o la válvula
puede ser cambiada. Puede concederse un crédito por la limitación de
capacidad de una válvula de control en la posición de totalmente abierta,
solamente si aplican todas las condiciones siguientes:
a.
No existe ningún desvío alrededor de la válvula de control. Si se ha provisto
un desvío, referirse al punto (d) más adelante.
b.
Se supone que la válvula de control ha sido provista con el tapón de tamaño
máximo y también el asiento correspondiente para el tamaño del cuerpo de
la válvula.
c.
Si el tamaño de la válvula de control es crítico para la protección contra la
sobrepresión del equipo aguas abajo, y no debe ser aumentado, entonces
esto es claramente advertido en toda la documentación relevante (hojas de
especificaciones, diagramas de flujo, manuales operacionales, etc.) y
además se suelda una placa de advertencia al cuerpo de la válvula. En tales
casos, debería hacerse una revisión de la válvula instalada o adquirida,
durante la revisión previa al arranque.
d.
Si existe un desvío alrededor de la válvula de control, el equipo aguas abajo
debe ser protegido de modo tal que su presión no exceda 110% de la presión
de diseño, al mismo tiempo considerando que la válvula de control está en
la posición de totalmente abierta y el desvío 50% abierto.
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e.
5.14
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La instalación es revisada por la sección correspondiente de la
Superintendencia de Seguridad.
Evaluación de la ruta de escape de presión en el diseño de alivio de
presión
Los siguientes párrafos presentan la base para el diseño de las vías de escape de
presión permisibles cuando se consideran las contingencias de sobrepresión.
Agrupamiento de recipientes interconectados – Dos o más recipientes a
presión conectados por tubería pueden considerarse como una unidad sencilla
para propósitos de alivio de presión, sujeto a las condiciones que se delinean más
adelante. Si esas condiciones son satisfechas, entonces las instalaciones para el
alivio de presión para el grupo pueden estar ubicadas en cualquiera de los
recipientes en particular o en la tubería de interconexión. Sin embargo, las caídas
de presión a través del sistema bajo las condiciones de alivio deben ser tales que
ningún recipiente en el grupo esté expuesto a una presión mayor que su presión de
diseño (más la acumulación permitida) durante cualquier contingencia sencilla.
(Referirse a “Evaluación de la Vía de Presurización en el Diseño del Alivio de
Presión” anteriormente expuesto). Al evaluar las cargas de alivio por incendio
cuando se considera un grupo de recipientes como una unidad sencilla para
propósitos de alivio de presión, la exposición al incendio debe suponerse para
recipientes del grupo que están en la misma área de riesgo de incendio, como se
describe en la sección 5.11 de este documento.
Falla de los tubos de un intercambiador de calor – Vía de Escape de presión en
el Lado de Baja Presión. Los requerimientos que se describen más adelante
aplican también a las vías de escape de presión requeridas en el lado de baja
presión de intercambiadores de calor para evitar una sobrepresión en el caso de
una falla en los tubos. Referirse también al Manual de Ingeniería de Diseño “Safety
relief protection systems”.
Tuberías para recipientes interconectados e instalaciones de alivio de
presión – Las tuberías deben ser de capacidad adecuada para manejar las
velocidades de alivio acumuladas a través del sistema, que puedan surgir por
causa de cualquier contingencia sencilla.
Una situación especial ocurre con los condensadores sumergidos donde la salida
del condensador está usualmente por debajo del nivel normal de líquido en el
tambor acumulador de destilado. Si ocurre un incendio cerca del tambor la
introducción de calor al tambor hará que suba la presión en el sistema formado por
la columna y el tambor. Cuando la válvula de seguridad en la columna “alivie”, el
flujo será en la dirección hacia fuera del tambor forzando líquido a salir por la línea
del tope de la columna. Si continúa la entrada de calor al tambor, puede aumentar
considerablemente el cabezal estático de líquido en la línea de salida del tope de la
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columna. Esto dependerá, por supuesto, del volumen del tambor y de la longitud
vertical de la línea de salida del tope. Si este incremento de presión puede ser
mayor del 20% de la presión de diseño del tambor, entonces debe instalarse una
válvula de seguridad en el tambor o debe aumentarse la presión de diseño del
tambor.
5.15
Válvulas con dispositivos de bloqueo en la posición abierta (“CSO”)
Las válvulas de bloqueo del tipo “CSO” son permisibles en vías de escape de
presión de alivio de presión con tal que la contingencia sencilla que causa el cierre
de la válvula “CSO” no origine que algún equipo resulte sometido a más de una 1.1
veces su presión de diseño. (Nota: el uso de válvulas del tipo “CSO” no está
reconocido en todos los códigos locales).
Los requerimientos para válvulas del tipo “CSO” son los siguientes:
a.
El bloqueo de válvula es un medio de asegurar la posición correcta de una
válvula de bloqueo y debería usarse solamente cuando la posición de
“totalmente abierta” es una parte esencial de un sistema de alivio de presión
o de ruta de escape de presión. Generalmente, no debería usarse una
válvula del tipo “CSO” para conveniencias de proceso, sino que su uso debe
ser confinado a aplicaciones que tengan que ver con la seguridad.
b.
Las válvulas del tipo “CSO” deben ser del tamaño de la línea, de operación
manual y del modelo de bola, compuerta o tapón (las válvulas operadas por
motor pueden no considerarse del tipo “CSO”).
c.
Las válvulas del tipo “CSO” no deben tener ninguna restricción o obstrucción
en su área de sección transversal en la posición abierta.
d.
Las válvulas de compuerta deben ser instaladas con la orientación del
vástago indicada en el Manual de Ingeniería de Diseño “Safety relief
protection systems”.
e.
Las válvulas del tipo “CSO” deben ser pintadas de un color claramente
distinguible, normalmente de color amarillo.
f.
Pueden usarse sellos de bloqueo de plástico o alambres con sellos de plomo.
Cada planta debe establecer un procedimiento efectivo para revisar y llevar
un control escrito regular de todas las válvulas que tengan un sello para el
movimiento del vástago. La rotura de los sellos de movimiento del vástago
de las válvulas “CSO” debería ser permitido solamente por personal
autorizado.
g.
El uso de válvulas de bloqueo doble donde se requiera para cierre hermético
es sólo aceptable si ambas válvulas son del tipo “CSO”.
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Válvula del tipo “CSC” (Válvula con dispositivo para bloqueo en
posición cerrada)
En ciertos casos puede ser ventajoso usar válvulas con dispositivo para bloqueo
en posición cerrada, tal como en el caso de un desvío alrededor de una válvula de
control de gas combustible usada para proteger un horno contra la extinción
repentina de la llama (el desvío se provee para verificar periódicamente la
operación del sistema automático de parada). Donde se usen válvulas del tipo
“CSC” para otros propósitos, su uso está limitado también a aplicaciones donde la
apertura inadvertida de la válvula “CSC” no sobrepresionaría el equipo en más de
1.1 veces la presión de diseño.
5.17
Válvulas de control
1.
Generalmente no está permitido el uso de una válvula de control en la vía de
escape de presión del alivio de presión. En algunos casos muy particulares
donde se presentan razones importantes (tal como en una unidad de
craqueo catalítico en el caso de válvulas para los gases de combustión que
salen del regenerador) puede usarse una válvula de control con una
característica de mínima apertura, pero sujeto a que se satisfagan todas las
condiciones siguientes:
a.
La apertura mínima, que puede ser un hueco o un corte en el disco o tapón
de la válvula, debe ser dimensionado para dejar pasar el flujo de alivio de
diseño sin sobrepresionar ningún equipo. Los límites para detener el
movimiento del vástago de la válvula no son un medio aceptable para
asegurarse de la apertura mínima.
b.
Debe hacerse notar claramente en la documentación pertinente (hojas de
especificaciones, catálogos mecánicos, diagramas de flujo, manuales
operacionales, etc.) el hecho de que la característica de apertura mínima se
ha incluido para propósitos de alivio de presión y no debe cambiarse. también
debe soldarse al cuerpo de la válvula una placa–letrero de advertencia.
c.
La instalación debería ser revisada por la sección correspondiente de la
Superintendencia de Seguridad.
2.
Es aceptable una válvula de control de 3 vías que divide o combina dos flujos
en una vía de alivio de presión, con tal que el área total seccional transversal
de apertura sea por lo menos igual a la tubería adyacente en todas las
posiciones de la válvula. También, la válvula debería ser del tipo que nunca
tiene la compuerta en la posición de totalmente cerrada.
3.
Las válvulas interconectadas eléctrica o mecánicamente para dividir o
combinar dos flujos no son aceptables en una vía de alivio.
4.
Placa de orificio de medidor de flujo – Una placa de orificio de medición
de flujo es permisible en la vía de alivio de presión del flujo normal de proceso,
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con tal que pueda dejar pasar el flujo de emergencia requerido sin exceder
los límites de presión de los equipos aguas arriba. Sin embargo, no es
aceptable en la entrada de una válvula de alivio de presión ni tampoco en
cabezales de mechurrios.
5.
Válvula de retención – Una válvula de retención es aceptable en una vía de
alivio de presión del proceso con tal que:
a.
La válvula abra en la dirección del alivio de presión y
b.
La válvula sea de retención a bisagra o del tipo de compuerta como una
“galleta” (wafer) con ninguna actuación externa o mecanismo de
amortiguación y, también,
c.
Se incluye la caída de presión en el análisis del sistema.
Sin embargo, no está permitido el uso de una válvula de retención en la
tubería de entrada o de salida de una válvula de alivio de presión ni tampoco
en cualquier cabezal de mechurrio o de válvula de seguridad.
6.
Supresores de llama y pantallas deshumificadoras – Ninguno de estos
dispositivos está permitido en un sistema de descarga de alivio de presión,
tal como en el cabezal de un mechurrio o tambor separador. El diseño de
dispositivos de remoción de materiales arrastrados tales como pantallas
deshumificadoras debe asegurar que la vía de alivio no pueda ser obstruida
o, bien por taponamiento de la pantalla o por la pantalla misma,
desprendiéndose y bloqueando la entrada de la válvula de alivio.
7.
Vías de flujo paralelas – En algunos casos, las vías de alivio de presión
pueden tener lugar a través de componentes de equipos unidos por múltiples
de tubería en sus entradas y salidas, con válvulas que tienen dispositivos de
sello para mantenerlas abiertas (válvulas “CSO”) para aislamiento de una o
más de las vías paralelas para mantenimiento en operación o condiciones
de flujo menores que las de diseño. Un ejemplo de este caso son dos
condensadores en paralelo en el sistema del tope de una columna
fraccionadora. Si la válvula de alivio de presión de la columna es también
usada para la protección del tambor de destilado, la vía de alivio de presión
sería a través de los dos condensadores en paralelo. Para propósitos de
diseño, ambas vías pueden considerarse como disponibles para el alivio de
presión, puesto que todas las válvulas de aislamiento son del tipo de bloque
en su posición abierta (válvulas “CSO”). Sin embargo, el sistema debería
también ser analizado en base a que solamente habría una vía disponible
cuando el condensador es aislado para su mantenimiento en operación. En
este análisis, la vía sencilla disponible debería ser de dimensión suficiente
para que el tambor de destilado no sea sobrepresionado a una presión mayor
de 1.1 veces la presión de diseño. Esta base debería también aplicarse a
otros componentes de equipos, como por ejemplo filtros paralelos o
reactores.
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NOMENCLATURA
A
F
F1
=
=
=
F2
=
L
=
Q
=
W
=
Superficie total humedecida
Factor Ambiental
Factor cuyo valor depende de las
unidades usadas en la Ec. (1)
Factor cuyo valor depende de las
unidades usadas en la Ec.(2)
Calor latente de vaporización del liquido en
el recipiente, evaluado a la presión
existente en la entrada de la válvula de
alivio de presión, bajo condiciones de
descarga total
Absorción de calor total (entrada) por la
superficie humedecida
Flujo másico de vapores a aliviar
En
unidades
SI
En
unidades
inglesas
m2
adim.
43.19
pies2
adim.
21000
70.96
34500
kJ/kg
BTU/lb
kW
BTU/h
kg/s
lb/h
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APENDICE
Figura 1 “ Válvula de bajo recorrido guiada por el fondo y el tope para descargas de
turbinas”
Figura 2a: “Presión de Vapor y Calor Latente de Vaporización para Líquidos
Hidrocarburos parafínicos puros (un solo componente), 1era parte”
Figura 2b: “Presión de Vapor y Calor Latente de Vaporización para Líquidos
Hidrocarburos parafínicos puros (un solo componente), 2da parte”
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FIGURA 1
VALVULA DE BAJO RECORRIDO GUIADA POR EL FONDO Y POR EL TOPE PARA
DESCARGA DE TURBINA
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FIGURA 2A
PRESIÓN DE VAPOR Y CALOR LATENTE DE VAPORIZACIÓN PARA LÍQUIDOS
HIDROCARBUROS PARAFÍNICOS PUROS (UN SOLO COMPONENTE), 1ERA PARTE
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FIGURA 2B
PRESIÓN DE VAPOR Y CALOR LATENTE DE VAPORIZACIÓN PARA LÍQUIDOS
HIDROCARBUROS PARAFÍNICOS PUROS (UN SOLO COMPONENTE), 2DA PARTE