Dispositivos de Alivio de Presión

PDVSA
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
SISTEMAS DE ALIVIO DE PRESION
PDVSA N°
TITULO
MDP–08–SA–03
DISPOSITIVOS DE ALIVIO DE PRESION
1
AGO.97
Sinceración con MID/MIR
30
O.R.
L.R.
0
AGO.95
APROBADO
31
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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Indice
1 OBJETIVO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
2 ALCANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
3 REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
4 DEFINICIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
5 PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
5.9
5.10
5.11
5.12
5.13
Válvulas de alivio de seguridad tipo convencional . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Válvula de alivio de presión del tipo de fuelle balanceado . . . . . . . . . . . .
Válvula de alivio de presión operada por piloto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Efecto de la contrapresión sobre las válvulas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Factores de la contrapresión en el diseño de válvulas
de alivio de presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Golpeteo de las válvulas de alivio de presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Instalación de válvulas múltiples de alivio de presión . . . . . . . . . . . . . . . .
Características especiales para válvulas de alivio de presión
operadas por resorte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Discos de ruptura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Compuerta para explosión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sello líquido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Válvula de alivio de presión para servicio contra taponamiento
por polímeros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Protección contra la sobrepresión con el uso de restricciones
y vías de escape de presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
5
7
9
10
12
14
16
17
19
19
20
20
6 NOMENCLATURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
7 APENDICE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Figura 1
Figura 2
Figura 3
Figura 4
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
5
6
7
8
9
“Válvula típica de alivio de seguridad convencional” . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
“Característica de una válvula típica de seguridad” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
“Fuerzas que actúan sobre los discos de válvulas de seguridad
del tipo convencional y de fuelle balanceado” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
“Condiciones de presión para una válvula de seguridad instalada
en un recipiente a presión (fase vapor).válvula suplementaria usada para
exposición a un incendio solamente” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
“Válvula típica de seguridad de fuelle balanceado” . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
“Válvula típica de alivio de presión operada por piloto” . . . . . . . . . . . . . . . 28
“Válvula de seguridad con sello de asiento de anillo en “O”” . . . . . . . . . . . 29
“Conjunto típico de disco de ruptura” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
“Compuerta de explosión para oxidador de asfalto” . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
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OBJETIVO
El objetivo de esta sección es describir los diferentes tipos de dispositivos de alivio
de presión existentes para desalojo de vapor y/o líquidos, con sus características
y criterios para su selección.
El tema “Sistemas de alivio de presión”, dentro del area 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
08–SA–02
Sistemas de alivio de presión: Principios Básicos.
Sistemas de alivio de presión: Consideraciones de contingencia
y determinación de los flujos de alivio.
08–SA–03
Sistemas de alivio de presión: Dispositivos de alivio de presión
(Este documento).
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
Esta sección cubre la descripción, características y criterios para seleccionar el
tipo de dispositivo de alivio de presión o válvula de seguridad adecuado según los
requerimientos del servicio, incluye también las ventajas y desventajas de los
mismos.
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: “Sistema de Alivio de Presión”.
Manual de Diseño de Proceso
S PDVSA–MDP–08–SA–02 “Consideración de contingencias y determinación de
los flujos de alivio”.
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Manual de Ingeniería de Diseño
S PDVSA–MID–Vol. 09 K–366 “Safety Relief Protection Systems”
Otras Referencias
S ASME–Section I, “Power Boilers”, 1992
S ASME–Section VIII, “Pressure Vessels”, 1992
S API–RP520, “Sizing, Selection and Installation of Pressure–Relieving Devices
in Refineries”, Part I, 6th edition, Marzo 1993.
4
DEFINICIONES
Véase documento PDVSA–MDP–08–SA–01.
5
PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO
Los dispositivos de alivio de presión más usados en refinerías y plantas químicas
son: válvulas de alivio de seguridad tipo convencional, válvulas de alivio de presión
del tipo de fuelle balanceado y válvulas de alivio de presión operada por piloto.
5.1
Válvulas de alivio de seguridad tipo convencional
El dispositivo de alivio de presión usado en la mayoría de los equipos de refinerías
y plantas químicas es del tipo de válvula de seguridad cargada por resorte, guiada
por el tope, de alto levantamiento y de modelo de boquilla ilustrado en la Figura
1.
El resorte es usualmente externo y empotrado en un bonete para su
protección contra el clima. La cámara del bonete se ventea a través de un pasaje
interno a la salida de la válvula.
5.1.1
Operación general – La operación de una válvula de seguridad convencional se
muestran en el diagrama de la Figura 2. La acción de la válvula a medida que
sube la presión desde su valor inicial de operación normal (asumiendo que no
existe contrapresión) se describe a continuación.
1.
A una presión por debajo de la presión de ajuste (típicamente 93% a 98% de
la presión de ajuste dependiendo del mantenimiento de la válvula y su
condición) puede ocurrir un ligero escape de presión como una sudoración
entre el asiento de la válvula y el disco. Esto se debe al progresivo
decremento de la fuerza neta de cierre que actúa sobre el disco (presión del
resorte menos la presión interna).
2.
A medida que sube la presión operacional, aumenta la fuerza resultante
sobre el disco de la válvula, oponiéndose a la fuerza ejercida por el resorte,
hasta que, al alcanzar la presión de ajuste (ajustada normalmente igual al
valor de la presión de diseño del recipiente), las fuerzas sobre el disco se
balancean y el disco comienza a levantarse.
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5.1.2
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3.
A medida que continúa aumentando la presión del recipiente por encima de
la presión de ajuste, el resorte es comprimido aún más hasta que el disco
está totalmente levantado. La válvula es diseñada para alcanzar su
capacidad de trabajo a la acumulación máxima permitida (10% para
contingencias que no sean incendio, 16% si se usan válvulas múltiples y 21%
para exposición al fuego).
4.
Subsiguiente a una reducción de la presión del recipiente, el disco retorna a
su posición bajo acción del resorte, pero se re–asienta a una presión menor
que la presión de ajuste en una cantidad denominada “presión diferencial de
purga” que es 4% a 8% de la presión de ajuste. La “diferencia de presión de
purga” puede ajustarse dentro de ciertos límites por varios medios
recomendados por el suplidor o fabricante de la válvula, para proveer una
“presión diferencial de purga” más larga o más corta.
Características de apertura de la válvula
Servicio de vapor
Las válvulas de alivio de presión para servicio de vapor (o sea válvulas de
seguridad y válvulas de alivio de seguridad) son específicamente diseñadas para
una acción de disparo. Eso significa que se mueven a la posición totalmente
abierta si ocurre una ligera sobrepresión, la válvula permanece totalmente abierta
a medida que la presión aumenta al máximo permitido, y a esa condición
descargan su flujo de diseño. Esa característica de disparo se logra mediante un
orificio anular secundario construido fuera del asiento–boquilla. Esto origina que
exista un área de disco adicional expuesta a la presión de operación tan pronto
ocurra un ligero levantamiento, acelerando el movimiento de apertura.
La energía cinética del vapor que fluye, por acción entre el retenedor del disco de
la válvula y el anillo de purga, se suma a la fuerza de apertura y causa que la válvula
abra con un disparo. Esta energía cinética del flujo continúa actuando contra la
fuerza del resorte a medida que la presión del fluido retorna al valor de ajuste de
la válvula de alivio de presión. Esto explica el hecho de que la válvula de alivio de
presión se re–asiente a una presión menor que la presión de ajuste, lo cual se
denomina presión diferencial de purga.
El flujo de vapor a través de una válvula típica de alivio de seguridad de alto
levantamiento diseñado normalmente está caracterizado por una velocidad
sónica límite y por condiciones críticas de flujo/presión en el orificio (garganta de
la boquilla), y para un tamaño de orificio y composición del gas dado, el flujo de
masa es directamente proporcional a la presión absoluta aguas arriba.
Servicio de líquido
Las válvulas de alivio de presión en servicio líquido (o sea válvulas de alivio y
válvulas de alivio de seguridad) tienen la característica de un aumento progresivo
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del levantamiento a medida que va aumentando la presión de entrada hasta que
alcanza la posición totalmente abierta a 25% de sobrepresión. Esta característica
puede variar entre tipos y marcas.
5.1.3
Limitaciones de contrapresión
La contrapresión acumulada máxima no debe exceder el valor de sobrepresión
que aplique en el momento, es decir, la contrapresión acumulada no excederá el
10% de la presión manométrica de ajuste, o el 21% de dicha presión para el caso
de fuego.
5.2
Válvula de alivio de presión del tipo de fuelle balanceado
Una válvula típica de alivio de presión del tipo fuelle se ilustra en la Figura
3
5.2.1
Aplicación – Se deberían especificar válvulas de fuelle donde apliquen cualquiera
de lo siguientes casos:
1.
Las contrapresiones superimpuestas no son constantes (En los casos en
que las contrapresiones fluctúan sobre una válvula convencional, la válvula
puede abrir a una presión muy baja o puede permitir que la presión del
recipiente exceda la presión de trabajo de los componentes del equipo,
dependiendo de la fluctuación de la contrapresión).
2.
La contrapresión acumulada excede el 10% de la presión manométrica de
ajuste en cualquier caso, y excede el 21% de la presión manométrica de
ajuste en caso de incendio
3.
El servicio es sucio o corrosivo, puesto que el fuelle protege el resorte del
fluido de proceso. Sin embargo, las circunvoluciones del fuelle pueden
también ensuciarse en servicio extremadamente viscoso, tal como con
asfalto, limitando el levantamiento de la válvula, a menos que la válvula sea
calentada y aislada.
Aunque la válvula de alivio de presión tipo fuelle tiene la ventaja de tolerar
una contrapresión más alta que lo que puede soportar una válvula
convencional, debe reconocerse que el fuelle es inherentemente un punto de
debilidad mecánica que introduce algún grado de riesgo adicional en el caso
de que el fuelle tenga una falla y descargue fluidos de proceso a través del
venteo. Estas válvulas de fuelle no se deben usar en servicios en que la
temperatura de proceso excede el punto de auto–ignición.
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Limitaciones de contrapresión – Las válvulas de alivio de presión del tipo de
fuelle balanceado pueden ser usadas satisfactoriamente en servicio para vapores
o líquidos hasta una contrapresión máxima (superimpuesta más acumulada) de
hasta 50% (Recomendaciones del fabricante CROSBY), de la presión de ajuste
con tal qie el efecto de la contrapresión sea incorporada en los cálculos de
dimensionamiento. A contrapresiones mayores la capacidad se torna cada vez
más sensitiva a pequeños cambios de la contrapresión.
Aparte de las limitaciones de contrapresión anteriormente expuestas basadas en
la capacidad de la válvula, las válvulas de alivio de presión del tipo fuelle
balanceado están también sujetas a limitaciones de contrapresión basadas en la
resistencia mecánica del fuelle o del bonete o de la clasificación de trabajo de la
brida externa.
5.2.3
Venteos del bonete en válvulas de fuelle – A fin de lograr el balanceo requerido
del disco de la válvula, el interior del fuelle debe ser venteado a través de la cámara
del bonete a la atmósfera. Para este propósito, se provee un hueco de venteo de
10 a 20 mm (0–5 pulg.) de diámetro en el bonete. así, cualquier falla o escape de
presión del fuelle permitirá que el fluido de proceso sea descargado desde el lado
de alivio de la válvula a través del venteo. Las instalaciones de venteo deben por
lo tanto ser cuidadosamente dispuestas para cumplir con los siguientes
requerimientos:
1.
Antes de poner en servicio una nueva válvula deben removerse los tapones
de los huecos de venteo del bonete, que han sido provistos por el fabricante
para el transporte.
2.
Cada válvula de alivio de presión debe ser instalada de modo que el venteo
del bonete no permita que los vapores aliviados caigan sobre tuberías o
equipos, o sobre vías de acceso para el personal. Donde sea necesario,
debe añadirse un niple corto o un codo para dirigir el flujo lejos de tales áreas.
En estos casos, la tubería de venteo debe descargar horizontalmente para
evitar la penetración de suciedad o agua de lluvia y su extremo debe ser tal
que sea accesible para pruebas de fuga.
3.
En los casos en que una falla del fuelle descargaría líquidos inflamables,
tóxicos o corrosivos a través del venteo debe usarse un embudo abierto para
dirigir el escape de presión hasta el nivel del suelo a través de una tubería
extendida, conectada a una bandeja recolectora o un pasa–hombre con
conexión de entrada sellada.
4.
Aunque se prefiere un venteo a la atmósfera como se describió en los
párrafos 2 y 3 anteriores, una alternativa es hacer una conexión a un sistema
cerrado de baja presión, si está disponible. Este método puede usarse en el
caso de fluidos altamente tóxicos. Debe usarse la longitud mínima de la
tubería de venteo. Deben examinarse cuidadosamente los efectos de
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cualquier contrapresión puesto que en tales casos, la contrapresión
superimpuesta es aditiva a la fuerza ejercida por el resorte.
5.3
Válvula de alivio de presión operada por piloto
En la Figura 4 se ilustra una válvula típica de alivio de presión operada por piloto.
Bajo las condiciones operacionales normales, la presión de un recipiente actúa
sobre el asiento principal de la válvula en la parte inferior del pistón de área
diferencial flotante y por medio de la línea de suministro del piloto es también
aplicada al tope del pistón y por debajo del disco de la válvula piloto. Puesto que
el área superior del pistón es más grande que el área de la boquilla en el extremo
inferior del pistón, existe una fuerza grande sosteniendo apretado el pistón sobre
la boquilla. Bajo condiciones estáticas, esta fuerza de sello ejercida hacia abajo
aumenta a medida que sube la presión en el recipiente y la válvula se acerca hacia
su punto de ajuste. Esto contrasta con la válvula convencional operada por
resorte, donde la fuerza neta sobre el asiento se reduce y la válvula de alivio de
presión comienza a dejar escapar el fluido a medida que se aproxima a su punto
de ajuste.
Cuando se alcanza la presión de ajuste del piloto, éste abre y despresiona el área
por encima del pistón, y alivia a la atmósfera o a un cabezal de tubería reduciendo
así la carga sobre la parte superior del pistón, hasta el punto en que la fuerza de
empuje hacia arriba sobre el asiento del pistón puede vencer la fuerza ejercida
hacia abajo. Esto causa un levantamiento instantáneo del pistón hasta su posición
de apertura total.
La válvula piloto asiento blando cargada por resorte es construida de modo tal que
logra una gran descarga de alivio. En el caso de un piloto del tipo activado por el
flujo, en el punto en que la línea de suministro del piloto alimenta la presión del
sistema a la válvula de alivio del piloto, el flujo pasa a través de un orificio variable
que es también el ajuste de descarga de alivio de la válvula principal. Cuando el
piloto abre el flujo a través de la línea de suministro causa una caída de presión
inmediata a través del orificio. Ajustando el tamaño del orificio, o sea la magnitud
de la caída de presión a través del mismo, puede obtenerse el grado deseado de
descarga de alivio del sistema (un valor típico es 5 a 7%).
Cuando se alcanza la presión de descarga de alivio predeterminada del sistema,
la válvula piloto cierra, se repone la presión del sistema al domo por encima del
pistón y éste es movido rápidamente a su posición de cierre.
El punto de detección de presión de la válvula piloto puede estar localizado en el
cuello de entrada de la válvula principal o en la carcaza del recipiente que se
protege. En este último caso, la válvula es menos afectada por la caída de presión
en la tubería de entrada como se explica más adelante.
5.3.1
Ventajas – Las ventajas de las válvulas de alivio operadas por piloto son las
siguientes:
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1.
Una válvula operada por piloto puede operar en la cercanía de su punto de
ajuste y permanece cerrada sin el menor escape de presión hasta que la
presión de entrada alcanza la presión de ajuste. Es posible aprovechar esto
para reducir el margen normal de 10% entre las presiones de operación y de
ajuste, reduciendo así el espesor requerido de la pared de la carcaza del
recipiente. Sin embargo, todavía a esta altura no hay suficiente experiencia
operacional para hacer de esto una recomendación general. Aún más, esto
no constituye un factor de significación hasta que se involucran presiones de
diseño por encima de 6900 kPa manométricos (1000 psig), excepto quizás
para remover restricciones operacionales.
2.
Una vez que se alcanza la presión de ajuste, la válvula se abre
completamente y permanece abierta, mientras se excede el valor del punto
de ajuste. No hay necesidad de una sobrepresión de un flujo mínimo para
mantenerla abierta. De este modo, no está sujeta a golpeteo a bajas
velocidades de descarga.
3.
Si la conexión de detección de presión para la válvula piloto se toma
directamente del recipiente protegido (corriente arriba de cualquier
restricción por la tubería de entrada), una válvula operada por piloto está
menos expuesta al golpeteo que está normalmente asociado con una alta
caída de presión en la tubería de entrada. Sin embargo, es todavía
aconsejable diseñar la tubería de entrada para una caída de presión máxima
por fricción de 3% de la presión de ajuste, puesto que se ha tenido
información de resonancia y golpeteo, cuando se han medido caída de
presión más altas.
4.
Cuando el piloto descarga a la atmósfera, una válvula de alivio de presión
operada por piloto está totalmente balanceada. Al igual que la válvula de
fuelle balanceado su presión de apertura no es afectada por la contrapresión
y una alta contrapresión acumulada no resulta en un golpeteo.
5.
Las válvulas operadas por piloto pueden ser usadas satisfactoriamente en
servicios de líquido o de vapores hasta una contrapresión máxima
(superimpuesta más acumulada) de 50% de la presión de ajuste, con tal que
la contrapresión sea incluida en los cálculos de dimensionamiento. A
contrapresiones más altas la capacidad es cada vez más afectada por
pequeños cambios de la contrapresión. Como una excepción puede usarse
una contrapresión de 75% de la presión de ajuste con tal que se reconozca
esa desventaja.
6.
Facilidad de Ajuste – Con una sencilla conexión de prueba pueden
chequearse la presión de reventón del piloto y la presión de reasentamiento
mientras la válvula está en servicio.
7.
Despresurización Remota – Una válvula operada por piloto es
suficientemente segura en su acción para ser usada como un dispositivo de
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despresurización. Mediante el uso de una válvula manual, de una válvula de
control o una válvula solenoide para descargar la cámara del pistón, es
posible abrir y cerrar una válvula operada por piloto a presiones por debajo
de su punto de ajuste desde cualquier localidad remota, sin afectar su
operación como una válvula de alivio de presión.
5.3.2
5.4
8.
Las válvulas de alivio operadas por piloto pueden especificarse para una
descarga de alivio tan baja como el 2%. Esto representa una ventaja para su
uso en una tubería principal de gas y almacenaje bajo presión, donde el
estrecho rango de ciclos de presión minimiza las pérdidas del producto por
descargas de alivio.
9.
Para aplicaciones que involucran una alta contrapresión superimpuesta, una
válvula operada por piloto puede ser la única válvula balanceada posible que
esté comercialmente disponible debido a las limitaciones mecánicas que
aplican a los fuelles.
Desventajas – Las válvulas de alivio de presión operadas por piloto presentan las
siguientes desventajas:
1.
No son recomendados para servicios expuestos a ensuciamiento u
obstrucciones, debido a que pueden taparse la válvula piloto y las líneas
detectoras de presión de bajo calibre. Si se ensucian o tapan la válvula piloto
o las conexiones del piloto la válvula abre automáticamente. En casos
especiales en que el ensuciamiento es debido a sólidos arrastrados esta
dificultad puede obviarse usando una válvula piloto del tipo “sin flujo” y un
filtro en la línea del piloto. Con una válvula piloto del tipo “sin flujo” no existe
un flujo normal en el sistema del piloto y por lo tanto el arrastre de sólidos es
reducido.
2.
Estas válvulas están normalmente limitadas a una temperatura máxima de
entrada de 230°C (450°F) por los sellos del pistón en forma “O”.
3.
La condensación de vapores por encima del pistón puede causar el mal
funcionamiento de la válvula a menos que se apliquen diseños especiales.
4.
En los tamaños más pequeños son más costosas comparadas con las
válvulas convencionales y las válvulas de fuelle.
Efecto de la contrapresión sobre las válvulas
La Figura 5
ilustra las fuerzas que actúan sobre los discos de válvulas
convencionales típicas y de fuelle balanceado.
El efecto de la contrapresión sobre las válvulas de alivio, así como las
consideraciones apropiadas de diseño se describen a continuación.
1.
La presencia de cualquier contrapresión superimpuesta sobre el tope del
disco de una válvula convencional ejerce una fuerza de cierre, adicional a la
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fuerza del resorte, que se opone a la fuerza de apertura ejercida sobre el
disco de la válvula por la presión en el recipiente. El efecto de la contrapresión
superimpuesta sería aumentar la presión de ajuste si no se concede un
margen para la misma en el ajuste del resorte.
5.5
2.
La existencia de cualquier contrapresión que actúe sobre el tope del disco
de una válvula convencional mientras ésta se encuentra en la posición
abierta o parcialmente abierta, ejerce una fuerza de cierre y resulta en un
levantamiento reducido de la válvula y por consiguiente, en una velocidad de
descarga disminuida, asumiendo que las otras variables permanecen sin
cambio.
3.
Una contrapresión acumulada excesiva que actúa sobre el tope del disco de
una válvula de alivio de presión convencional puede resultar en un golpeteo.
4.
La contrapresión reduce la caída de presión a través del orificio de cualquier
tipo de válvula de alivio de presión. Esto resulta en velocidades de descarga
reducidas en el caso de vapores, si la contrapresión excede la presión crítica
de flujo. Para líquidos, cualquier contrapresión reduce la caída de presión lo
cual resulta en una velocidad de descarga menor.
5.
Una válvula de alivio de presión del tipo “fuelle” es una en que la fuerza de
cierre ejercida por la contrapresión sobre el tope del disco de la válvula y la
contrapresión ejercida sobre la parte inferior del disco se balancean porque
las superficies expuestas son iguales, cancelándose la una con la otra. El
fuelle protege el tope del disco contra la sobrepresión y el área del fuelle se
ventea a la atmósfera a través del venteo del bonete. En el caso de una
válvula operada por piloto, con tal que la válvula piloto descargue a la
atmósfera, el pistón principal es independiente de la contrapresión y, por lo
tanto, es también considerada como una válvula balanceada. Las válvulas
de alivio de presión balanceadas se caracterizan por lo siguiente:
a.
La presión de apertura no es afectada por la contrapresión.
b.
Están sujetas a menos golpeteo por una contrapresión acumulada.
c.
La capacidad de la válvula es afectada por la contrapresión de la misma
manera que para válvulas de alivio convencionales.
Factores de la contrapresión en el diseño de válvulas de alivio de
presión
La contrapresión se incluye como un factor en la selección y dimensionamiento de
una válvula de alivio de presión de acuerdo con lo siguiente:
1.
Las válvulas de alivio de presión convencionales sujetas a una contrapresión
superimpuesta constante se diseñan para que abran a la presión de ajuste
requerida, por una reducción apropiada de la presión del resorte.
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2.
Las válvulas de alivio de presión convencionales expuestas a una
contrapresión superimpuesta variable abren a la presión variable
correspondiente, puesto que la contrapresión superimpuesta se añade a la
fuerza del resorte.
3.
Las válvulas de fuelle balanceado no necesitan una reducción en presión
ejercida por el resorte para compensar la contrapresión superimpuesta
variable, sin efecto sobre la presión de apertura.
4.
Las válvulas de alivio de presión convencionales y los sistemas de descarga
deben ser diseñados de tal modo que la contrapresión acumulada no exceda
el 10% la presión de ajuste (ambas medidas en unidades manométricas),
para evitar problemas de golpeteo. En el caso en que un sistema con válvula
de alivio de presión es dimensionado para condiciones de un incendio, con
una sobrepresión de 21%, está permitida una contrapresión acumulada de
21% de la presión de ajuste. Sin embargo, el flujo inferior resultante de otras
contingencias debe todavía cumplir la limitación del 10%.
5.
Las válvulas de alivio de presión del tipo fuelle balanceado no necesitan ser
restringidas al límite de contrapresión acumulada (10% de la presión de
ajuste) como son las válvulas convencionales, puesto que no están sujetas
a golpeteo por esa causa. Sin embargo, la contrapresión máxima está
limitada por la capacidad y en algunos casos por las limitaciones de
resistencia mecánica de diseño de partes tales como la brida de salida,
fuelles y bonete de la válvula.
En general, la contrapresión total sobre una válvula de alivio de presión del
tipo fuelle balanceado (superimpuesta más acumulada) debe limitarse al
50% de la presión de ajuste, debido al importante efecto de contrapresiones
mayores sobre la capacidad de la válvula, aun cuando se usan factores de
corrección apropiados en el dimensionamiento.
6.
El efecto de la contrapresión sobre la capacidad de la válvula de alivio de
presión convencional se toma en cuenta en los procedimientos de cálculo
para el dimensionamiento.
a.
Si la contrapresión superimpuesta es menor que la presión de flujo crítico
calculada, la capacidad de una válvula de alivio de presión convencional en
servicio de vapor no es afectada, y la contrapresión no es un factor a
considerar. Sin embargo, la acumulación de contrapresión sobre una válvula
de alivio de presión convencional afecta su capacidad de flujo y sus
características y no debe exceder el 10% de su ajuste de presión.
b.
Si la contrapresión total (superimpuesta más acumulada) es mayor que la
presión de flujo crítico calculada, la capacidad de una válvula de alivio de
presión convencional en servicio de vapor es afectada y la contrapresión total
se incorpora en el procedimiento de cálculo para el dimensionamiento.
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c.
Cualquier contrapresión reduce la capacidad de una válvula de alivio de
presión convencional en servicio líquido, y el procedimiento de cálculo para
el dimensionamiento se basa en la presión diferencial a través de la válvula,
dando margen para las presiones superimpuesta y acumulada.
7.
La contrapresión afecta la capacidad de las válvulas de alivio de presión
balanceadas, de la misma manera como se describió en el párrafo (6)
anterior para las válvulas convencionales y por tanto se incluyen los factores
apropiados en los procedimientos de cálculo para su dimensionamiento.
Estas válvulas están sujetas a límites recomendados en cuanto a máxima
contrapresión total (superimpuesta más acumulada), tal como sucede para
las válvulas convencionales. En el caso de válvulas del tipo de fuelle
balanceado, deben también evaluarse las consideraciones mecánicas,
puesto que éstas limitan la contrapresión máxima permisible.
Golpeteo de las válvulas de alivio de presión
El golpeteo es la apertura y cierre rápido y alternado de una válvula de alivio de
presión. Esta vibración puede causar desalineación y escape de presión cuando
la válvula retorna a su posición normal cerrada; si se prolonga por un tiempo
suficiente puede resultar en fallas mecánicas de las partes internas de la válvula
o de accesorios asociados con la tubería.
El golpeteo puede ocurrir en válvulas de alivio de presión en servicio para líquidos
o vapores. Las principales causas del golpeteo son las siguientes:
S Válvula sobredimensionada
S Caída de presión excesiva en la entrada
S Excesiva contrapresión acumulada.
Además, mecanismos adicionales de golpeteo pueden presentarse en algunas
instalaciones con válvula de alivio de presión en servicio líquido, si las
características de respuesta de una válvula de control en el mismo sistema son
tales que ocurre oscilación entre las dos válvulas. Generalmente, esto puede
eliminarse manipulando los ajustes de los instrumentos o por la instalación de dos
válvulas con puntos de ajuste escalonados. La válvula con el menor ajuste debe
ser dimensionada para manejar el 25% de la capacidad requerida.
5.6.1
Válvula sobredimensionada – Las válvulas de alivio de presión de acción de
disparo en servicio para vapores, abren en el punto de ajuste por acción de la
presión estática del proceso sobre el disco de la válvula, y se mueven a la posición
de totalmente abierta con solo una ligera sobrepresión. Típicamente, se necesita
un flujo de por lo menos 25% de la capacidad de la válvula para mantener el disco
en la posición abierta. A flujos más bajos la energía cinética del flujo de vapor es
insuficiente para mantener la válvula abierta contra la acción del resorte y retorna
a la posición cerrada solamente para abrirse otra vez inmediatamente, puesto que
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la presión estática dentro del sistema todavía excede la presión de ajuste. El
golpeteo resulta de un ciclo que se prolonga de esa manera. Puede también ocurrir
cuando una válvula de alivio de presión del tipo de disparo es muy grande para la
cantidad de flujo que se descarga. En la mayoría de los casos, puede ser
apropiado el uso de válvulas de alivio de presión múltiples con puntos de ajuste
escalonados para eliminar este problema.
Las válvulas de alivio de presión en servicio para líquidos se caracterizan por un
levantamiento que aumenta progresivamente a medida que sube la presión de
entrada, en vez de la acción como de disparo de las válvulas en servicio para
vapores. Por lo tanto, las válvulas en servicio para líquidos son menos propensas
al golpeteo a bajas velocidades de alivio y se modulan a si mismas hasta una
reducción de cerca del 25% del flujo de diseño.
5.6.2
Caída de presión excesiva a la entrada – Una válvula de alivio de presión
comienza a abrir a su presión de ajuste, pero a las condiciones de descarga la
presión que actúa sobre el disco de la válvula se reduce en una cantidad igual a
la caída de presión a través de la tubería de entrada y sus accesorios. Si esta caída
de presión es lo suficientemente grande, la presión de entrada a la válvula puede
disminuir por debajo de la presión de reasiento causando que la válvula cierre para
reabrirse inmediatamente, ya que la presión estática es todavía mayor que la
presión de ajuste. El golpeteo resulta de la repetición rápida de este ciclo.
Para evitar que ocurra el golpeteo, debe diseñarse la tubería de entrada y la
válvula de alivio de presión con la menor caída de presión práctica posible
(incluyendo pérdidas de presión por entrada, en la tubería y a través de la válvula
de aislamiento), o sea no mayor del 3% de la presión de ajuste a la rata de alivio
de diseño. Esta limitación basada en la experiencia es recomendada por los más
importantes fabricantes de válvulas de alivio de presión. Solamente se toma en
cuenta en este cálculo la caída de presión por fricción. (En casos muy raros puede
usarse el 5% de caída de presión de entrada, como por ejemplo en el caso de
válvulas grandes de alivio de presión para servicio de vapor de agua de baja
presión). La limitación del 3% es particularmente importante para válvulas en
servicio líquido.
5.6.3
Excesiva contrapresión acumulada – La contrapresión acumulada resultante
del flujo de descarga a través del sistema de salida de una válvula de alivio de
presión convencional, resulta en una fuerza sobre el disco de la válvula tendiente
a retornarla a su posición cerrada. Si esta fuerza de retorno es lo suficientemente
grande puede causar que la válvula cierre, solamente para reabrirse
inmediatamente cuando desaparece el efecto de la contrapresión acumulada. El
golpeteo resulta de la rápida repetición de este ciclo.
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Para prevenir este golpeteo por el mecanismo anterior, los sistemas de descarga
de válvulas de alivio de presión convencionales deben ser diseñadas para una
contrapresión acumulada máxima de 10% la presión de ajuste, cuando descarga
con 10% de acumulación. En los casos en que el diseño de alivio de presión es
controlado por condiciones de incendio con una sobrepresión de 21%, está
permitida una contrapresión acumulada del 21% de la presión de ajuste.
En los casos en que las pérdidas en la presión de salida excedan del 10% se deben
considerar el uso de las válvulas de fuelle. Sin embargo, la sustitución de una
válvula convencional por una válvula de fuelle no necesariamente puede resolver
el problema de golpeteo, ya que las desventajas asociadas con las válvulas de
fuelle reducen la capacidad de trabajo de este tipo de válvulas. De aquí que la
válvula tienda a ser sobredimensionada dependiendo de la magnitud de la
contrapresión que ocurra. Por esa razón, es preferible la revisión de la tubería de
salida para reducir la contrapresión a una valor dentro del límite de 10%, a la
alternativa de instalar una válvula de fuelle.
5.7
Instalación de múltiples válvulas de alivio de presión
En ciertos casos es necesario instalar dos o más válvulas de alivio de presión en
paralelo para un solo servicio. Estas aplicaciones se describen a continuación
junto con lineamientos apropiados para su diseño.
5.7.1
Alivios grandes – La magnitud de algunos alivios grandes puede ser mayor que
la capacidad de la válvula de alivio de presión más grande que está disponible
comercialmente, necesitándose el uso de dos o más válvulas. Aun cuando esté
disponible una válvula sencilla de alivio de presión, debe considerarse el costo
relativo de válvulas múltiples. Por encima de un cierto tamaño (típicamente 200
x 250 mm (8 x 10 pulg.)), las consideraciones de ingeniería estructural y de
tuberías y las de válvulas y líneas de gran tamaño pueden resultar en un costo
instalado mucho menor para dos válvulas de alivio de presión más pequeñas.
Cuando se instalan dos o más válvulas de alivio de presión, por esas razones,
deben especificarse con puntos de ajuste escalonados, a fin de minimizar el
golpeteo a bajas velocidades de alivio.
5.7.2
Prevención del golpeteo – En el dimensionamiento de válvulas de alivio de
presión es siempre necesario seleccionar el orificio próximo más grande
comercialmente disponible por encima del tamaño calculado. Aun más, una
válvula de alivio de presión puede levantarse como resultado de varias
contingencias, una cualquiera de las cuales requiere una velocidad de alivio más
baja que la de la contingencia de diseño. Ambos factores afectan la probabilidad
de que una válvula de alivio de presión para vapores, experimente golpeteo en
servicio, ya que éste es más probable que ocurra cuando la cantidad de fluido que
se descarga es menor que el 25% de su capacidad máxima. Cuando diferentes
contingencias de igual probabilidad requieren capacidades substancialmente
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diferentes, es mejor siempre usar dos o más válvulas de alivio de presión con
ajustes escalonados. Por ejemplo, si una contingencia requiere una capacidad de
3 kg/s (6.61 lb/s) y otra 12 kg/s (26 lb/s) se usarían dos válvulas de alivio de presión,
una con capacidad mínima de 3 kg/s (6.61 lb/s) y otra de 9 kg/s (20 lb/s). La válvula
de menor capacidad en este caso se ajustaría a la menor presión de ajuste
escalonado. Cuando una contingencia de incendio es la contingencia más grande
y la contingencia próxima es menor que el 25% de la velocidad de alivio por
incendio, deben siempre usarse válvulas de alivio de presión múltiples con ajustes
escalonados. Sin embargo, cuando la contingencia por incendio es la carga más
pequeña, generalmente se ignora. Esto se debe a que un incendio es una
contingencia remota y el golpeteo bajo condiciones de un incendio no constituye
una preocupación importante.
5.7.3
Diseño de instalaciones con múltiples válvulas de alivio de presión – Cuando
se requieren dos o más válvulas de alivio de presión en casos como los anteriores,
las capacidades y puntos de ajuste deben especificarse de acuerdo al Código
ASME, como sigue:
1.
El código estipula que cuando se usan múltiples válvulas de alivio de presión,
solamente una de ellas necesita ser ajustada a la máxima presión de trabajo
permitida (MAWP). Las válvulas adicionales pueden ajustarse hasta un
105% de la MAWP. (Para propósitos de diseño la máxima presión de trabajo
permitida es la misma que la presión de diseño).
2.
Adicionalmente, una tolerancia de 3% sobre la presión de ajuste es permitida
para válvulas nominalmente ajustadas a la presión de diseño o máxima
presión de trabajo permitida. así que una manipulación cuidadosa del punto
de ajuste en el campo (sitio de la planta) puede proveer un escalonamiento
de los puntos de ajuste, pero esto no se considera normalmente en el diseño.
Las cuestiones relacionadas con el punto de ajuste, escalonamiento,
tolerancia y sobrepresión son tópicos en que otros códigos pueden diferir del
Código ASME.
Si se instalan válvulas múltiples para manejar una capacidad por condición
de operación (o sea la condición de incendio o una fuente de calor
inesperada no es un factor de control al dimensionamiento la válvula),
entonces las válvulas deben manejar esa capacidad a una presión de alivio
que no exceda el 116% de la presión de diseño.
Es una práctica aceptada dimensionar todas las válvulas a la máxima presión
de trabajo permitida más una acumulación del 16% y además escalonar los
ajustes hasta el 105% de la presión de diseño de la presión de diseño. Esta
práctica resuelve al diseñador el problema de ajustar la válvula con el punto
de ajuste más alto a la presión de diseño y escalonar hacia abajo desde ese
punto. Esto también asegura que se cumplen los requerimientos del Código,
puesto que con un ajuste de presión escalonado de 105% de la presión de
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diseño, la sobrepresión de la válvula de alivio de presión no debe exceder el
10% a la capacidad total.
Si, por otra parte, una condición de incendio o fuente de calor inesperado
controla la capacidad, la presión de acumulación puede subir al 121% de la
presión de diseño, cuando la válvula esté manejando la capacidad requerida.
5.8
3.
En el caso de que una condición de incendio es la que rige puede usarse una
válvula suplementaria ajustada tan alto como lo permita el Código. Esta
válvula que se muestra en la Figura 6 provee la máxima carga posible
sobre el asiento. Este ajuste deja sólo un 9.1% de sobrepresión disponible
para el dimensionamiento aunque la presión de acumulación en el recipiente
es de 21%.
4.
La velocidad de alivio total para algunos sistemas de alivio de presión puede
ser muy alta como en el caso del tambor separador de un termoreactor. Esta
velocidad puede ser manejada económicamente por una válvula de alivio de
presión que descarga líquido a un sistema cerrado; y otra válvula ajustada
a una presión mayor, decargando vapores a la atmósfera. La configuración
del diseño debe asegurar que el líquido preferentemente sea descargado a
través de la válvula ajustada a una presión menor y que la posibilidad del
arrastre de líquido a través de la válvula para vapores, sea minimizada
proveyendo un espacio de vapor igual a por lo menos 15 minutos de
sustentación del nivel de líquido por encima de la alarma de alto nivel de
líquido.
Características especiales para válvulas de alivio de presión
operadas por resorte
Las características adicionales que se describen a continuación, disponibles como
medio para mejorar el hermetismo por debajo de la presión de ajuste de una
válvula de alivio de presión cargada por resorte, pueden estar justificados en
algunas aplicaciones.
5.8.1
Asiento Blando – (Ver Figura 7) Es un sello en forma de anillo de material
sintético, o sea es un asiento blando (por ejemplo, de Viton o de caucho de silicón)
que puede incorporarse en el área del asiento del disco de una válvula
convencional o de una válvula de alivio de presión del tipo de fuelle balanceado.
Con este dispositivo puede lograrse un cierre hermético más cercano a la presión
de ajuste que con un asiento típico de metal a metal. Es particularmente aplicable
en servicios que presentan dificultades tales como:
1.
Operación cercana a la presión de ajuste, por ejemplo, por causa de
fluctuaciones de presión o pulsaciones. Sin embargo, en caso de nuevos
diseños debe todavía aplicarse el margen normal de 10% o 100 a 175 kPa
(15 a 25 psi) entre las presiones operacionales y de ajuste.
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2.
Fluidos muy livianos, difíciles de detener, tal como hidrógeno.
3.
Presencia de partículas de sólidos muy finas.
4.
Equipos sujetos a vibración.
5.
Fluidos corrosivos.
6.
Formación de hielo en la boquilla durante las condiciones de alivio.
El costo adicional es aproximadamente 50% para válvulas pequeñas y entre 15
y 40% para válvulas más grandes. Los asientos “blandos” están normalmente
limitados a una temperatura máxima de aproximadamente 230°C (446°F) y a una
presión máxima de 10000 kPa manométricos (1450 psig).
5.8.2
Adaptador de hermetismo – Este dispositivo puede ser incorporado en válvulas
convencionales o de fuelle balanceado, para reducir el pequeño escape de
presión o sudoración que ocurre por debajo del punto de ajuste. Funciona
aplicando la carga adicional de un resorte auxiliar sobre el vástago de la válvula
movida por un mecanismo de varillas. La presión de entrada de la válvula de alivio
de presión se aplica a través de una pequeña tubería al pistón que controla la
posición de la uña de empuje, de modo que la creciente presión del recipiente
aumenta la fuerza de asiento aplicada al resorte auxiliar. El mecanismo de varillas
está diseñado de tal manera que cuando se alcanza la presión de ajuste, la uña
de empuje se mueve alejándose del centro y se dispara a una posición neutral en
que no se transmite ninguna fuerza sobre el resorte auxiliar, permitiendo así que
la válvula de alivio de presión opere normalmente. Es necesario un reajuste
manual de la uña de empuje para reactivar el adaptador de mermetismo, después
que la válvula ha descargado.
El dispositivo es diseñado para fallar en posición segura, puesto que la pérdida de
la presión del pistón permite que la uña de empuje se mueva a una posición
neutral. Es aplicable a válvulas de alivio que operan cerca del punto de ajuste, o
sea donde ocurren fluctuaciones de presión o pulsaciones. En nuevos diseños
debe usarse el margen normal de 10% o 170 kPa (25 psi) entre la presión
operacional y la presión de ajuste, pero el adaptador de hermetismo puede lograr
la reducción de ese margen en casos y como:
5.9
1.
Remodelación de equipos existentes para operar a una presión más alta.
2.
Operación continua de equipos donde es necesario reducir la máxima
presión de trabajo permitida debido a corrosión.
Discos de ruptura
Un disco de ruptura (Ver Figura 8)
es un diafragma delgado instalado entre
bridas y diseñado para reventar a una presión determinada. Existen varios tipos
disponibles comercialmente. Normalmente, se usa un disco previamente
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abombado y puede incluirse si se requiere un apoyo para eliminar la posibilidad
de ruptura bajo condiciones de vacío. Los materiales del disco más comúnmente
usados son aluminio, monel, inconel y acero inoxidable, pero también están
disponibles otros materiales o revestimientos, tales como carbón, oro y plástico
para servicios particularmente corrosivos. Los discos de ruptura están
normalmente disponibles para presiones de ruptura de hasta 4800 kPa
manométricos (696 psig) y hasta 41000 kPa manométricos (5948 psig) en los
tamaños más pequeños. Seleccionando el material del disco apropiado, se
pueden soportar temperaturas de hasta 480°C (896°F).
5.9.1
5.9.2
Ventajas – Las ventajas de los discos de ruptura sobre las válvulas de alivio de
presión son las siguientes:
1.
No existe un pequeño escape de presión previo a la ruptura.
2.
Tienen mayor probabilidad de ser más efectivos que una válvula de alivio de
presión, para aliviar una presión explosiva.
3.
Es menos vulnerable a problemas de corrosión u obstrucción que una válvula
de alivio de presión.
4.
Tiene mayor capacidad de manejar líquidos de alta viscosidad y líquidos con
sólidos en suspensión.
5.
Es adecuado para aplicaciones en que se requiere una rápida
despresurización en adición a prevenir una sobrepresión.
6.
Su costo inicial puede ser menor que el de una válvula de alivio de presión.
Desventajas – Los discos de ruptura presentan las siguientes desventajas:
1.
Todo el contenido del sistema protegido se pierde cuando el disco se
revienta. Esto requiere una interrupción de las operaciones para reemplazar
el disco a menos que se provea una válvula de bloque corriente arriba del
disco. En este caso debe usarse una válvula con dispositivo para bloqueo en
posición abierta.
2.
La presión de ruptura real puede desviarse en +5% de la presión establecida
en la “nueva” condición y el efecto de la fatiga en servicio puede resultar en
su falla prematura a presiones más bajas. Por lo tanto, es normal aplicar un
margen de 20% de la presión de ajuste entre la presión operacional y de
ajuste. Es por eso que un disco de ruptura puede requerir una presión de
diseño de los componentes del equipo mayor que la normal. Este margen
puede, sin embargo, reducirse usando una construcción especial del disco.
3.
No puede probarse para determinar la exactitud de su punto de ruptura o los
efectos de su servicio en operación.
Algunas veces se instala un disco de ruptura aguas arriba de una válvula de
alivio de presión para evitar el escape de materiales altamente tóxicos o
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costosos, o para minimizar la corrosión o ensuciamiento de la válvula. Debe
proveerse algún medio de detectar y aliviar la presión acumulada entre el
disco y la válvula. El disco no se reventará a su presión de diseño, si la
contrapresión se acumula en ese espacio debido a escape de presión a
través del disco por corrosión u otra causa. Algunos retenedores de disco
incluyen una conexión hembra enroscada en la brida aguas abajo para
instalar un medio de venteo abierto. Otro arreglo aceptable limitado a
servicios limpios, usa un drenaje con un manómetro y una válvula de exceso
de flujo que permite que se venteen pequeños escapes de presión. Si el disco
se revienta y la válvula de alivio de presión se abre debido a sobrepresión,
la válvula de exceso de flujo cierra y el manómetro continúa indicando la
presión en la línea, después que se reasienta la válvula de alivio de presión.
Algunas veces se usa un manómetro con un drenaje normalmente cerrado.
Este sistema depende de la operación manual para prevenir la sobrepresión
y su uso no es recomendado. También, puede usarse un disco de ruptura en
algunos casos para proveer protección contra una sobrepresión explosiva
interna. Sin embargo, este es un asunto que involucra un diseño especial y
debe consultarse con la sección correspondiente de la Superintendencia de
Seguridad Industrial.
5.10
Compuerta para explosión
Un recipiente que opera esencialmente a presión atmosférica y está sujeto a
explosión interna tal como un oxidador de asfalto, debe ser protegido con una
compuerta contra explosión equivalente por lo menos al 80% del área transversal
del recipiente. La compuerta consiste de una tapa de metal con bisagras instalada
sobre una apertura en el tope del recipiente y sellada por su propio peso. Para
recipientes que operan normalmente a una presión ligeramente positiva se logra
un sello hermético usando ménsulas de fijación con pasadores de esfuerzo más
bien que con una compuerta más pesada lo cual aumenta la inercia evitando una
apertura rápida. Pueden proveerse una o más compuertas para un sólo recipiente.
La Figura 9 ilustra un conjunto de doble compuerta que puede ser diseñado para
dejar expuesto el 100% del área transversal del recipiente.
5.11
Sello líquido
En algunos casos puede usarse un sello en forma de circuito hidráulico, para aliviar
la sobrepresión en componentes del equipo que operan a una presión ligeramente
por encima de la atmosférica. Ejemplos son ciertos fraccionadores de nafta con
condensación total, donde el sello se instala en el espacio de vapores del tambor
de condensado, descargando a la atmósfera.
5.11.1
Descripción – El sello consiste de un tubo sencillo en forma de U conteniendo un
líquido apropiado (normalmente agua) con la profundidad y diámetro
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dimensionados para dejar pasar el flujo máximo de alivio a la presión de diseño
requerida.
5.11.2
Características del diseño – Deben incorporarse las siguientes características
de diseño:
1.
Reposición de agua continua para mantener el circuito del tubo en U para
asegurarse de que el sello siempre está completo durante la operación
normal y es reestablecido después de una evacuación.
2.
Protección adecuada contra la congelación del sello durante el invierno, para
climas donde esto suceda.
3.
Asegurar una descarga segura del agua del sello evacuada, considerando
cualquier posibilidad de contaminación por los líquidos de proceso.
4.
Deben satisfacerse los criterios que rigen la aceptación de descargas de
fluidos de proceso a la atmósfera, como se describe más adelante para
válvulas de alivio de presión en esta subsección.
5.
Deben eliminarse completamente todas las contingencias por causa de las
cuales podrían descargarse hidrocarburos líquidos a través del venteo
atmosférico.
6.
La línea de venteo debe satisfacer los requerimientos de supresión de
evaporación instantánea y aplicación de vapor de agua descritos en la
Norma PDVSA–MDP–(Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección
15B) “Minimización de los Riesgos de Incendio, Explosión y Accidentes”.
Aunque los sellos de líquido son relativamente sencillos, confiables y económicos,
su aplicación es limitada debido a la dificultad de satisfacer todos los criterios
anteriormente descritos. también pueden no ser muy prácticos donde existen
condiciones de vacío.
5.12
Válvula de alivio de presión para servicio contra taponamiento por
polímeros
Los sistemas de proceso que manejan polímeros y resinas (por ejemplo, goma de
butilo) están a menudo sujetos a taponamiento en sitios terminales como por
ejemplo, a la entrada a una válvula de alivio de presión. En casos extremos puede
resultar un bloqueo completo de la tubería de entrada y de la boquilla de la válvula.
Este problema puede obviarse con el uso de válvulas de alivio de presión con un
asiento a ras, en las cuales el extremo sin flujo se elimina colocando el disco a nivel
con la pared del recipiente, en la vía de flujo del contenido.
5.13
5.13.1
Protección contra la sobrepresión con el uso de restricciones y vías
de escape de presión
Restricciones – Como una alternativa para aumentar la capacidad de algunos
dispositivos de alivio de presión, en algunos casos especiales los componentes
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de los equipos pueden protegerse con válvula de alivio de presión más pequeñas,
instalando una restricción física en cualquier vía de flujo por la que puedan estar
conectados a una fuente de fluidos de alta presión.
La base para la evaluación de las vías de presurización al considerar restricciones
por medio de tuberías, válvulas de retención, orificios de restricción y válvulas de
control se describe en el volumen PDVSA–MDP–08–SA–02.
5.13.2
6
Vías de escape de presión – Como una alternativa adicional a la instalación de
dispositivos de alivio de presión, los equipos pueden, en algunos casos, ser
protegidos mediante la provisión de una vía de escape de presión constantemente
disponible y adecuadamente dimensionada. La base para evaluar tales vías de
escape de presión, incluyendo tubería de interconexión, válvulas del tipo “CSO”,
válvulas de control, placas de orificio, componentes del equipo en paralelo, etc.,
se describe en la Norma PDVSA–MDP–08–SA–02.
NOMENCLATURA
No aplica en esta sección
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APENDICE
Figura 1
Figura 2
Figura 3
Figura 4
Figura
Figura
Figura
Figura
Figura
5
6
7
8
9
“Válvula típica de alivio de seguridad convencional”
“Característica de una válvula típica de seguridad”
“Fuerzas que actúan sobre los discos de válvulas de seguridad del
tipo convencional y de fuelle balanceado”
“Condiciones de presión para una válvula de seguridad instalada
en un recipiente a presión (fase vapor). válvula suplementaria
usada para exposición a un incendio solamente”
“Válvula típica de seguridad de fuelle balanceado”
“Válvula típica de alivio de presión operada por piloto”
“Válvula de seguridad con sello de asiento de anillo en “O””
“Conjunto típico de disco de ruptura”
“Compuerta de explosión para oxidador de asfalto”
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FIGURA 1
VALVULA TIPICA DE ALIVIO DE SEGURIDAD CONVENCIONAL
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FIGURA 2
CARACTERISTICAS DE UNA VALVULA TIPICA DE ALIVIO DE SEGURIDAD
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FIGURA 3
VALVULA TIPICA DE ALIVIO DE SEGURIDAD DE FUELLE BALANCEADO
(SERIE FERRIS 2600)
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FIGURA 4
VALVULA TIPICA DE ALIVIO DE PRESION OPERADA POR PILOTO
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FIGURA 5
FUERZAS QUE ACTUAN SOBRE LOS DISCOS DE VALVULAS DE ALIVIO DE
SEGURIDAD DEL TIPO CONVENCIONAL Y DE FUELLE BALANCEADO
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FIGURA 6
CONDICIONES DE PRESION PARA UNA VALVULA DE ALIVIO DE SEGURIDAD
INSTALADA EN UN RECIPIENTE A PRESION (FASE VAPOR) VALVULA
SUPLEMENTARIA USADA PARA EXPOSICION A UN INCENDIO SOLAMENTE
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FIGURA 7
VALVULA DE SEGURIDAD CON SELLO DE ASIENTO DE ANILLO EN “O”
(SERIE FERRIS 2600)
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FIGURA 8
CONJUNTO TIPICO DE DISCO DE RUPTURA
FIGURA 9
COMPUERTA DE EXPLOSION PARA OXIDAR DE ASFALTO