instalacion de valvulas de alivio de presion manual

PDVSA
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
SISTEMAS DE ALIVIO DE PRESION
PDVSA N°
TITULO
MDP–08–SA–05
INSTALACION DE VALVULAS DE ALIVIO DE
PRESION
1
AGO.97
Sinceración con el MID/MIR
33
O.R
L.R.
0
AGO.95
APROBADA
30
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
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SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
1
AGO.97
SISTEMAS DE ALIVIO DE PRESION
INSTALACION VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION
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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
Localización de válvulas de alivio de presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Posición de las válvulas de alivio de presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Diseño de la tubería de entrada a válvulas de alivio de presión . . . . . . .
Selección de descarga atmosférica o cerrada
para válvulas de alivio de presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aplicación de los criterios para dirigir la descarga
de válvulas de alivio de presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Diseño de la tubería de salida de válvulas de alivio
de presión descarga atmosférica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Diseño de sistemas cerrados para válvulas de alivio de presión . . . . . . .
9
12
6 APENDICE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
24
5.5
5.6
5.7
Figura 1.
Figura 2.
Figura 3.
Figura 4a.
Figura 4b.
Figura 4c.
Figura 5.
Figura 6.
Válvula de alivio de presión típica sin válvula de aislamiento
Válvula de alivio de presión típica montada en línea de proceso
Instalación típica para evitar turbulencia excesiva a la entrada
de una válvula de alivio de presión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Instalación típica de válvulas de alivio con válvulas de aislamiento
Arreglo de instalación típica de válvulas de alivio con 100% de
respaldo de capacidad de alivio
Arreglo alterno de instalación típica de válvulas de alivio con 100%
de respaldo de capacidad de alivio
Válvula de alivio de presión instalada en una tubería larga . . . . . .
Arreglo de válvula de aislamiento para cabezales y subcabezales
3
4
4
5
7
26
27
28
29
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31
32
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PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO
1
OBJETIVO
Presentar procedimientos para la instalación de válvulas de alivio.
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–
08–SA–01
08–SA–02
Descripción de Documento
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
08–SA–04
Sistemas de alivio de presión: Dispositivos de alivio de presión.
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).
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 los requerimientos para el diseño e instalación de las tuberías de entrada
y de salida de las válvulas de alivio de presión, así como los criterios de selección
de descargas a la atmósfera o a los sistemas cerrados, y el diseño de sistemas
cerrados para disposición de los alivios. Se excluyen los tambores de purga y los
mechurrios.
3
REFERENCIAS
Manual de Diseño de Proceso (versión 1986)
S
S
S
S
Vol IX, Subsección 15C “Sistemas de alivio de presión”.
Vol IX, Subsección 15D “Sistemas de manejo de desechos”.
Vol IX, Subsección 15E “Mechurrios”.
Vol IX, Subsección 15K “Manejo de químicos y productos de alta peligrosidad”.
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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 VIII, “Pressure Vessels”, 1992
S API–RP520, Part II, 4th edition,“Sizing, Selection and Installation of
Pressure–Relieving Devices in Refineries, Part II: Installation”, Diciembre 1994.
S API–RP521, “Guide for Pressure–Relieving and Depressuring Systems”,1990
4
DEFINICIONES
Véase PDVSA–MDP–08–SA–01
5
PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO
5.1
Localización de válvulas de alivio de presión
Una válvula de alivio de presión debería normalmente ser instalada muy cerca del
equipo que protege. Cuando se trata de recipientes, la válvula de alivio de presión
debería ser instalada directamente sobre el recipiente (Ver Figura 1). Sin embargo,
si los códigos locales no lo prohiben, está permitido montar la válvula de alivio de
presión sobre la tubería de proceso conectada al recipiente (ver Figura 2), con tal
que la vía de alivio desde el recipiente a la válvula de alivio de presión esté libre
de obstrucciones y cumpla con los requerimientos que se listan a continuación.
Sobre la misma base también está permitido proteger uno o más recipientes que
estén conectados por tuberías por una sola válvula de alivio de presión (o grupo
de válvulas de alivio de presión) montada sobre uno de los recipientes o sobre la
tubería de interconexión, con tal que:
S La vía de alivio de presión entre cualquier recipiente y la válvula de alivio de
presión que lo protege debe satisfacer los requerimientos de Diseño
especificados en “Evaluación de rutas de Escape en el Diseño de Alivio de
Presión”.
S La caída de presión entre el recipiente o tubería sobre la cual está montada la
válvula de alivio de presión no debe exceder el valor máximo permitido
especificado según el caso.
Cuando una válvula de alivio de presión se usa en un fraccionador para proteger
un tambor de destilado con una entrada sumergida, la válvula de alivio de presión
debe estar localizada en la columna misma y no en la tubería de salida de tope o
debe descargar a un sistema cerrado. Esto es con el fin de evitar un alivio de
líquido en el caso de que la válvula de alivio de presión descargue bajo condiciones
de un incendio en el tambor de destilado.
Adicionalmente, las válvulas de alivio de presión deberían ser instaladas corriente
abajo de estaciones reductoras de presión, placas de orificio, tomas para medición
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de flujo y otras conexiones como codos, a una distancia suficiente para evitar
turbulencia, la cual genera inestabilidad. (Ver Figura 3).
5.2
Posición de las válvulas de alivio de presión
Las válvulas de alivio de presión deberían ser instaladas en la posición vertical. La
instalación de válvulas de alivio de presión, diferentes a la posición vertical afecta
su operación y debería ser consultado con el fabricante.
5.3
5.3.1
Diseño de la tubería de entrada a válvulas de alivio de presión
Caída de presión de la tubería de entrada
La tubería de entrada, entre el equipo protegido y la conexión de entrada de la
válvula de alivio de presión, debería ser diseñada de manera tal que la caída de
presión total no exceda 3% de la presión de ajuste de la válvula. (Ver Figuras 1,
2, 3, 4a, 4b, 4c y 5).
La caída de presión debería ser calculada usando la máxima capacidad de alivio
de la válvula.
En el caso de presiones de ajuste por debajo de 100 kPa manométricos (14.7
psig) la máxima caída de presión a la entrada puede ser aumentada a 5% de la
presión de ajuste (unidades manométricas). El propósito de este requerimiento,
que aplica a ambas válvulas del tipo convencional y de fuelle, es evitar el golpeteo,
como se describe en el documento PDVSA–MDP–08–SA–03.
El golpeteo causado por un tamaño de tubería de entrada menor que el requerido,
puede algunas veces eliminarse en válvulas de alivio de presión operadas por
piloto, si la conexión de toma de presión de la válvula piloto se hace directamente
del recipiente que se está protegiendo. Sin embargo, se recomienda que se
apliquen las limitaciones de caída de presión anteriores, para evitar la reducción
de capacidad que resultaría de pérdidas excesivas a la entrada y asegurar la
ausencia de golpeteo.
5.3.2
Dimensionamiento de la tubería de entrada
El diámetro nominal de la tubería de entrada debe ser igual o mayor que el
diámetro nominal de la conexión de entrada de válvula de alivio de presión.
Cuando válvulas de seguridad múltiples se unen con un múltiple por la entrada,
el área de la sección transversal de la tubería que conforma el múltiple, debe ser
igual o mayor que la suma de todas las áreas (de sección transversal) de entrada
de las válvulas abiertas al múltiple.
5.3.3
Prevención del taponamiento en entradas de válvulas de alivio de presión
1.
Debe proveerse calefacción en las tuberías de entrada de válvulas de alivio
de presión donde pueda ocurrir taponamiento por formación de hielo,
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acumulación de cera o congelamiento de líquidos viscosos a temperaturas
ambientales.
2.
5.3.4
Donde pueda ocurrir taponamiento de la tubería de entrada como resultado
de formación de coque, acumulación de sólidos, etc., por corrientes de
proceso, debe colocarse una purga continua o una retroinyección de un
fluido limpio, (por ejemplo vapor de agua) por debajo de la válvula de alivio
de presión. El flujo se controla normalmente mediante un orificio de
restricción dimensionado para proveer un flujo de por lo menos 1.5 m/s (0.5
pie/s) en la línea de entrada. En el caso particular de válvulas de alivio de
presión para reactores de craqueo catalítico, la experiencia ha demostrado
que las líneas de entrada pueden mantenerse libres de taponamiento por
catalizador y coque si se proveen de un codo de extensión interno dentro del
reactor, orientado horizontalmente hacia la línea central del reactor.
Cualquier conexión interna debe ser de igual o mayor diámetro que el de la
entrada de la válvula de alivio de presión. Esto es adicional a la purga con
vapor de agua.
Válvulas de aislamiento
Se puede incluir una válvula de bloque con dispositivo para bloqueo en posición
abierta (CSO) en la tubería de entrada a una válvula de alivio de presión, si se
requiere para propósitos de aislamiento y si está permitido por códigos locales.
Para mayores detalles véase puntos 5.6.7 y 5.7.3 de este procedimiento, el
documento PDVSA–08–SA–02 y el Manual de Ingeniería de Diseño “Safety
Relief Protection Systems”. (K–366, punto 8.4.4)
5.4
Selección de descarga atmosférica o cerrada para válvulas de alivio
de presión
Las vías de descarga de las válvulas de alivio de presión a la atmósfera o a un
sistema cerrado se determina de acuerdo con los siguientes criterios:
5.4.1
Criterios para descargar válvulas de alivio de presión a sistemas cerrados
Se requiere la descarga de válvulas de alivio de presión a sistemas cerrados para
las siguientes categorías de servicio:
1.
Válvulas de alivio de presión que manejan materiales que son líquidos o
parcialmente líquidos en la entrada a la válvula. Se hace una excepción a
esto para ciertas válvulas de alivio por expansión térmica .
2.
Válvulas de alivio de presión normalmente en servicio para vapores, pero
que bajo cualquier contingencia sencilla pueden descargar líquidos
corrosivos, inflamables o peligrosos.
3.
Válvulas de alivio de presión localizadas en el espacio para vapores de
recipientes parcialmente llenos de líquido y que podrían llenarse
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rápidamente con líquido durante un descontrol de la planta. Esta categoría
incluye columnas, tambores de destilado, tambores de expansión en
refrigeración, o cualquier otro recipiente en que el tiempo de retención de
líquido por encima de la alarma de alto nivel es menor de 15 minutos, basado
en el flujo de entrada de líquido de diseño y el cese del flujo de salida de
líquido. Una excepción puede ser un sistema de circuito cerrado de
refrigeración donde el inventario es tan pequeño que descarta el
sobrellenado.
4.
Válvulas de alivio de presión que manejan vapores tóxicos o corrosivos que
se condensan a las condiciones del ambiente, por ejemplo fenol.
5.
Válvulas de alivio de presión en servicio para vapores tóxicos en que la
descarga a la atmósfera resultaría en una concentración calculada en la línea
de demarcación del sitio o en cualquier área de trabajo (a nivel del suelo o
de una plataforma elevada), que excede el Valor Límite dentro del Area
(TLV).
6.
Alivios de vapores inflamables, que si son descargados a la atmósfera
resultarían, en caso de una ignición inadvertida, en densidades de calor
radiante por encima de los niveles de exposición permitidos para el personal.
Este nivel máximo está establecido en 9.46 kW/m2 (3000 BTU/hpie2)
a nivel de plataformas cercanas a la cual el personal puede tener acceso, y
tienen suficientes vías de escape para abandonar el lugar en unos ocho
segundos; si se necesita ejecutar acciones de emergencia en dichas
plataformas cercanas, la radiación no deberá exceder de 6.31 kW/m2 (2000
BTU/hpie2) y el personal podrá dejar el lugar en un minuto o menos. Todo
esto supone que no hay protección física contra la radiación térmica. En el
caso que se tenga algún tipo de protección (vestimenta apropiada, pantallas,
etc.), los valores de radiación pueden ser mayores.
El cálculo para la densidad de calor por radiación sigue el procedimiento
detallado para mechurrios en los procedimientos de cálculos presentados en
el documento PDVSA–MDP (Pendiente) (Consultar MDP versión 1986,
Sección 15E), con la excepción de que se usen valores menores para F, la
fracción de calor emanado que se irradia, por las velocidades de salida
asociadas con descargas de válvulas de alivio de presión, que generalmente
son más altas.
F para Alivios de
Válvulas de Alivio de Presión
7.
Hidrógeno, metano
0.1
Etano e hidrocarburos más pesados
0.25
Las válvulas de alivio de presión que no entran dentro de las categorías
anteriores pero que serían contribuyentes significativos a la contaminación
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8.
5.4.2
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atmosférica. Tales alivios no deben ser normalmente usados para
dimensionar un sistema cerrado, pero deben combinarse tomándolos en
cuenta hasta el límite de su capacidad. El orden de preferencia para su
combinación es (1) vapores malolientes, (2) hidrocarburos no saturados, (3)
hidrocarburos saturados. Si los requerimientos locales no permiten tales
descargas atmosféricas, será necesario incluir esos alivios, cuando se
determina el tamaño del sistema cerrado.
Válvulas de alivio de presión en sitios donde la descarga atmosférica es
permitida, pero la conexión a un cabezal cerrado es menos costosa que una
línea de descarga atmosférica a una localización aceptable.
Criterios para la descarga de válvulas de alivio de presión a la atmósfera
Las válvulas de alivio de presión pueden descargarse a la atmósfera si se
satisfacen las siguientes condiciones:
5.4.3
1.
El fluido manejado debe ser totalmente vapor a la entrada de la válvula.
2.
La válvula no debe caer en ninguna de las categorías listadas bajo “Criterios
para Válvulas de Alivio de Presión a Sistemas Cerrados”
3.
Se cumplen las regulaciones locales con respecto a alivios atmosféricos.
Vías de descarga para válvulas múltiples
Algunos equipos que operan en dos modos, tales como reactores que son
regenerados periódicamente, requieren protección separada con válvulas de
alivio de presión para cada servicio. Son necesarias precauciones especiales en
casos en que la válvula de alivio de presión en servicio normal descargue
hidrocarburos y la válvula para el ciclo de regeneración descargue aire. En la
eventualidad de que ambas válvulas descarguen a la atmósfera debe ponerse un
aviso de advertencia cerca de las válvulas de alivio de presión y explicar
claramente los procedimientos apropiados en las instrucciones operacionales. Si
la válvula de alivio de presión para servicio de hidrocarburos descarga a un
sistema cerrado deben proveerse conexiones tales que solamente un sistema de
alivio de presión pueda estar en servicio al mismo tiempo, y el aire procedente del
ciclo de regeneración se mantenga alejado del sistema cerrado. En adición deben
proveerse letreros de advertencia apropiados e instrucciones adecuadas.
5.5
Aplicación de los criterios para dirigir la descarga de válvulas de
alivio de presión
A continuación se describe la aplicación de los criterios para dirigir la descarga de
las válvulas de alivio de presión en varias instalaciones típicas de planta.
1.
Columna de fraccionamiento
Una válvula de alivio de presión en una columna de fraccionamiento en
servicio para hidrocarburos es típicamente descargada a la atmósfera, con
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tal que se cumplan los tres criterios que se acaban de exponer. Aunque la
localización de la válvula de alivio de presión en el tope de la columna o en
la línea de salida de vapores del tope está normalmente expuesta a
materiales en fase de vapor de modo que es aceptable la descarga a la
atmósfera, cierta cantidad de líquido puede ser arrastrada con los vapores
que salen del tope bajo ciertas condiciones de descontrol tal como
inundación de la columna o flujo invertido desde el tambor de destilado. Sin
embargo, la sobrepresión conjuntamente con el arrastre de líquido se
considera una doble contingencia, la cual no se toma en cuenta para
propósitos de diseño, excepto en el caso de válvulas de alivio de presión
localizadas en la zona de vapores de recipientes parcialmente llenos de
líquido.
Aun cuando el alivio de tope de una columna sea todo vapor en la entrada
a la válvula de alivio de presión, la posibilidad de condensación de vapores
de alto peso molecular después del alivio puede ser otra materia que requiere
consideración. Algunos asumen que ocurrirá extensa condensación en el
aire si la temperatura atmosférica más baja está por debajo de la temperatura
de condensación de los vapores de hidrocarburos aliviados. Sin embargo, no
necesariamente ocurre esto. A medida que los vapores se despresionan a
través de la válvula de alivio de presión, se sobrecalientan, lo cual minimiza
las tendencias a condensar en la zona rica cerca del punto de alivio. Más
adelante, corriente abajo, los vapores de hidrocarburos se enfrían al
mezclarse con aire. Este enfriamiento y dilución con aire reduce la presión
de vapor de los hidrocarburos y a menudo resulta en que el punto de rocío
de los hidrocarburos permanece por debajo de la temperatura real de los
vapores, evitando así la condensación. Existen cálculos que indican que
pocos alivios de válvulas de alivio de presión en refinerías se condensan,
independientemente de su peso molecular.
La tendencia es máxima, sin embargo, donde las presiones son cercanas a
la atmosférica y el sobrecalentamiento relativo a la atmósfera es mínimo. Las
columnas de destilación atmosférica y los fraccionadores de unidades de
craqueo catalítico tienden a entrar en esta categoría. Como se expone en la
API RP 521, algunos operadores consideran que es grande la probabilidad
de que la condensación calculada coalezca en gotitas que gravitan (como
una lluvia) cuando la presión parcial de los condensables en el punto de rocío
excede 1/3 de la atmosférica. Con este factor y la protección del ambiente
en algunas plantas han desviado tales alivios a un sistema cerrado. Sin
embargo, generalmente esto no ha sido de mucha preocupación y tales
alivios han sido tratados como si fueran todo vapor.
2.
Bombas y hornos
No es siempre necesario que una válvula de alivio de presión que debe
descargar a un sistema cerrado debe también ser conectada a un cabezal
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de mechurrio. Por ejemplo, válvulas de alivio de presión en hornos
frecuentemente descargan a un recipiente corriente abajo del horno y
válvulas de alivio de presión en bombas normalmente descargan a la succión
de la bomba o al recipiente de succión de la bomba.
Cuando las variaciones de presión en la succión de la bomba pueden resultar
en sobrepresión en el lado de descarga, la válvula de alivio de presión debe
descargar a algún lugar seguro que no sea la succión.
Como una alternativa podría usarse una válvula de fuelle balanceado puesto
que no es afectada por una contrapresión superimpuesta variable. (Véase
el documento PDVSA–MDP–08–SA–03)
5.6
3.
Válvulas de alivio de expansión térmica
Véase el documento PDVSA–MDP–08–SA–01 la sección correspondiente
a “Sobrepresión causada por expansión térmica”
4.
Calderas de recuperación de calor de desecho
Una válvula de alivio de presión instalada en la carcaza de generación de
intercambio de una caldera de recuperación de calor de desecho (a
diferencia de la instalación en un tambor de vapor de agua), en la mayoría
de los diseños descarga una mezcla de agua y vapor. Esta mezcla no puede
descargarse con seguridad a la atmósfera, ni en el suelo, ni en un lugar
elevado, y por lo tanto debe proveerse un medio para separar el vapor y el
agua, tal como un tambor para recolección de agua, para permitir así la
disposición de las dos fases con seguridad.
5.
Intercambiadores de calor y condensadores
Las válvulas de alivio de presión instaladas en intercambiadores de calor y
condensadores para protección contra la rotura de un tubo deben descargar
a un sistema cerrado, cuando pueda haber descarga de líquido.
Diseño de la tubería de salida de válvulas de alivio de presión
descarga atmosférica
La tubería de salida de las válvulas de alivio de presión que descargan a la
atmósfera debe ser diseñada de acuerdo con lo siguiente:
5.6.1
5.6.2
Requerimientos
1.
Deben satisfacerse los criterios señalados en el punto 5.4 de este volumen
2.
Deben cumplirse las limitaciones de contrapresión acumulada definidas en
el documento PDVSA–MDP–08–SA–03.
Ignición de los alivios de las válvulas de alivio de presión
Si se descargan vapores por encima de su temperatura de autoignición, deberá
conectarse una línea de (1” nominal) vapor de extinción que pueda ser
remotamente operada. Considerar además lo siguiente:
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5.6.3
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1.
Para conexiones para vapor de extinción, debe usarse una temperatura de
315°C (600°F) como criterio de temperatura de autoignición para corrientes
de hidrocarburos típicas.
2.
Para la inclusión de una conexión para vapor de extinción, esta
características debe también proveerse para todas las válvulas de alivio de
presión en servicio para hidrógeno y metano que descarguen a la atmósfera.
3.
Todas las tuberías verticales de válvulas de alivio de presión en servicio para
hidrógeno y metano, deben ser provistas de un anillo toroidal (Figura 1) para
reducir la probabilidad de ignición por descargas electrostáticas.
Elevación de la tubería vertical de descarga
Cuando una válvula de alivio de presión, en servicio para vapores inflamables está
montada en el tope de un recipiente debe incluirse lo siguiente:
5.6.4
1.
La tubería debe descargar verticalmente hacia arriba.
2.
El extremo de la tubería debe estar por lo menos 2 m (6 pies) por encima de
cualquier parte del recipiente o su tubería que sale del tope, para evitar el
choque de la descarga con los equipos.
3.
El extremo de la tubería vertical debe estar por lo menos 3 m (10 pies) por
encima de la estructura accesible más alta en un radio de 8 m (26 pies).
4.
La colocación debe también considerar los niveles de disipación de calor por
radiación, en caso de que se encienda el alivio de la válvula de alivio de
presión. Referirse al Punto 5.3 “Selección de Descarga Atmosférica o
Cerrada para Válvulas de Alivio de Presión”.
Restricciones en la tubería
No se permiten restricciones en la tubería de salida tales como válvulas de
retención, supresores de llama, placas de orificio, etc.
5.6.5
Dimensionamiento de la tubería de salida
La tubería de salida se dimensiona de acuerdo con consideraciones de diámetro
mínimo y velocidades de salida, como sigue:
1.
El diámetro de la línea de descarga debe ser por lo menos igual al diámetro
de la brida de salida de la válvula de alivio de presión.
2.
La tubería vertical de la válvula de alivio de presión debe ser dimensionada
para una velocidad máxima de salida, con el alivio en contingencia de diseño,
del 75% de la velocidad sónica; esto es con el fin de limitar los problemas de
ruido y evitar un flujo estrangulado. Si es necesario instalar una sección de
la tubería vertical de mayor diámetro para limitar la máxima velocidad de
salida, su longitud debe ser por lo menos equivalente a 10 diámetros de la
tubería de mayor diámetro.
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3.
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Las tuberías verticales de válvulas de alivio de presión deben ser también
dimensionadas de modo que las velocidades de salida sean al menos 150
m/s (500 pies/s) para el máximo flujo de alivio, y por lo menos 30 m/s (98
pies/s) para el mínimo flujo de alivio. En base a trabajos experimentales y
experiencias en la planta, esta velocidad mínima, en conjunción con los
requerimientos de elevación ha probado asegurar una dispersión efectiva.
La retención de aire y la dilución resultan en una zona de inflamación
limitada, con una probabilidad despreciables de que esta zona alcance
cualquier equipo que pudiera constituir una fuente de ignición.
Para satisfacer los criterios de velocidad mínima de salida deben
considerarse las contingencias de sobrepresión que resulten en flujos de
alivio menores que los de la contingencia de diseño. Al considerar la
velocidad de salida es importante asegurarse de que no se exceden los
límites de contrapresión acumulada. En algunos casos este factor, en
conjunción con consideraciones de golpeteo de la válvula de alivio de presión
a bajos flujos de alivio, justificarían la instalación de dos válvulas de alivio de
presión con puntos de ajuste escalonados como se describió en la Parte II
de los Procedimientos de Diseño.
5.6.6
Temperatura de diseño de la tubería de salida
La temperatura de diseño para tubería de salida de válvula de alivio de presión que
descargan a la atmósfera, es normalmente la del ambiente. Sin embargo, debe
examinarse si ocurre autorefrigeración y si hay necesidad de materiales
resistentes a fractura por fragilidad, y además examinar las fuerzas por expansión
térmica, en el caso de que la tubería de alivio sea excepcionalmente larga.
5.6.7
Válvulas de alivio de presión múltiples que descargan a una tubería vertical
sencilla
Donde dos o más válvulas de alivio de presión se conectan por un múltiple a una
tubería vertical sencilla que descarga a la atmósfera, los siguientes requerimientos
adicionales son aplicables:
1.
Válvulas de aislamiento
Deben proveerse válvulas de aislamiento en las líneas individuales de salida
de las válvulas de alivio de presión de acuerdo con los requerimientos del
Manual de Ingeniería de Diseño “Safety Relief Protection Systems”, para
permitir la remoción con seguridad de una válvula de alivio de presión, para
su mantenimiento, durante la operación de la planta.
2.
Contrapresión
El sistema combinado de descarga atmosférica debe diseñarse para
satisfacer las limitaciones de contrapresión superimpuesta.
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3.
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Falla por fatiga
El sistema combinado de cabezal de descarga debe diseñarse de acuerdo
con las mismas consideraciones de falla potencial de la tubería por fatiga,
como se describe más adelante para sistemas de descarga cerrados.
4.
Velocidad de Salida
La velocidad de salida desde la tubería de salida combinada debe cumplir los
mismos requerimientos de velocidad máxima y mínima definidos para
instalaciones sencillas de válvula de alivio de presión como se describió
antes bajo “Dimensionamiento de la Tubería de Salida”. La velocidad
máxima debe basarse en el alivio más grande por contingencia sencilla del
grupo de válvulas de alivio de presión combinadas en el mismo múltiple. La
velocidad mínima debe basarse sobre el alivio más pequeño por
contingencia sencilla desde una válvula de alivio de presión del grupo. Esto
puede requerir más de una tubería vertical de salida, si se instalan válvulas
múltiples de alivio de presión.
5.7
Diseño de sistemas cerrados para válvulas de alivio de presión
Los sistemas cerrados para alivios de válvulas de alivio de presión se diseñan de
acuerdo con lo siguiente:
5.7.1
Vías de escape en los sistemas cerrados
1.
Sistema de mechurrio convencional
La mayoría de las descargas de válvulas de alivio de presión que deben ser
dirigidas a un sistema cerrado son combinadas en un múltiple de tubería y
alineadas a un tambor de purga convencional y luego a un sistema de
mechurrio. El tambor de purga sirve para separar el líquido de los vapores
de modo que la porción de vapores pueda ser quemada con seguridad en
el mechurrio y la porción de líquido bombeada a instalaciones para su
disposición. El tambor de purga puede ser del tipo para materiales
condensables o no condensables dependiendo de las características de las
corrientes que entran al sistema. Los criterios de selección así como la base
de diseño para cada tipo de tambor de purga se detallan en el documento
PDVSA MDP (Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección 15D). El
diseño del mechurrio incluyendo tambores de sello y otros medios de
protección contra el retroceso de la llama se describe en el documento
PDVSA MDP (Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección 15E).
Además del manejo de alivios de válvulas de alivio de presión, el cabezal del
mechurrio se usa también para dirigir otros alivios de emergencia al tambor
de purga. Estos incluyen separadores de gas combustible, de compresores
y absorbedores.
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A la atmósfera a través de un tambor de purga para condensables
Los alivios que pueden ser condensados totalmente pueden ser dirigidos a
un tambor de purga para condensables, el cual puede ser venteado a la
atmósfera si se cumplen los criterios expuestos en el documento PDVSA
MDP (Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección 15D).
3.
Sistemas de mechurrio segregados para H2S
Los alivios continuos de sulfuro de hidrógeno concentrado (mayor que 0.5
m3/m3) (como se define en el documento PDVSA MDP (Pendiente)
(Consultar MDP versión 1986, Sección 15K)), se dirigen normalmente a un
sistema de mechurrio segregado para H2S, que se describe en el documento
PDVSA MDP (Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección 15E), a fin
de limitar la extensión de los problemas de ensuciamiento y obstrucciones.
Los alivios intermitentes de H2S concentrado (mayor que 0.5 m3/m3 (0.5
pie3/pie3)), (es decir, alivios que duran hasta 30 minutos, por ejemplo
mientras descarga una válvula de seguridad) deberían preferiblemente ser
dirigidos a un sistema de mechurrio especial para H2S si está disponible; si
no a un sistema de mechurrio regular. El sistema segregado tiene la intención
de evitar un sistema de alivio sucio y obstruido para las válvulas de alivio de
presión.
Los cabezales de mechurrios de H2S deben ser construidos con provisión
para su aislamiento, lavado y desmantelamiento para su limpieza. Debe
reconocerse la necesidad de una limpieza periódica del cabezal del
mechurrio de H2S y por tanto debe proveerse una dirección de vía alterna
para alivios de H2S para tales ocasiones, si no puede tolerarse una parada
de las fuentes de H2S.
4.
Otros sistemas cerrados y segregados para servicios especiales
Sistemas cerrados especiales se proveen también para alivios de válvulas
de alivio de presión, en ciertos servicios en que resultarían problemas
operacionales o peligros por su descarga a través de un cabezal de
mechurrio regular. Tales servicios incluyen materiales severamente tóxicos,
corrosivos, contaminantes o costosos. Los siguientes son ejemplos de las
instalaciones especiales que se requieren:
a.
Un cabezal y tanque de purga segregados para válvulas de alivio de
presión que descargan fenol, metil–etil cetona (MEK) o dimetilo de
formamida (DMF) en procesos que usan estos materiales como
solventes. Referirse al documento PDVSA MDP (Pendiente) (Consultar
MDP versión 1986, Sección 15D) para más detalles.
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5.7.2
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b.
Un sistema de cabezal y tambor de purga segregados (que se ventea
a un cabezal de mechurrio regular), para válvulas de alivio de presión
que descargan materiales corrosivos, tales como ácidos o extractos de
ácidos en procesos tales como los de alquilación o extracción de
isobutileno.
c.
Secciones segregadas del cabezal del mechurrio para evitar la mezcla
de vapores que reaccionarían químicamente causando la deposición
de sólidos. Por ejemplo, amoníaco debe ser separado de H2S o CO2
para evitar el taponamiento del cabezal por sulfuro de amonio o
carbonato de amonio. En algunas situaciones el calentamiento de la
línea del mechurrio puede evitar la reacción y formación de depósitos
sólidos.
Dimensionamiento de sistemas de mechurrio y otros sistemas de alivio
cerrados
En lo que sigue se describen los factores que afectan el dimensionamiento de
sistemas de alivio cerrados. Los mismos principios aplican al dimensionamiento
de otros sistemas de alivio cerrados, por ejemplo, alivios de válvula de alivio de
presión que son combinadas en un múltiple a un evento atmosférico.
1.
Consideración de todos los alivios a través del sistema
Deben considerarse todos los alivios combinados en el sistema cerrado.
Además de las descargas de válvulas de alivio de presión, éstos pueden
incluir drenajes de tambores separadores de compresores de gas
combustible y de absorbedores, vapores venteados de tambores de
separación de agua, corrientes de alimentación desviadas, drenajes
cerrados procedentes de equipos, evacuaciones de vapores y de líquido.
2.
Flujo máximo a manejarse
El sistema de mechurrio debe ser dimensionado para manejar el mayor flujo
total precedente de cualquiera de las fuentes conectadas al mismo y
resultante de cualquier contingencia sencilla. Puesto que el sistema del
mechurrio consiste de varios cabezales colectores, ramas laterales,
tambores de purga y separación, etc., este principio debe aplicarse a todas
las partes del sistema, o sea, cada parte del sistema debe estar capacitado
para manejar el flujo máximo por cualquier contingencia que pueda ocurrir
en esa sección del cabezal. (Cualquier carga continua, tal como quema
excesiva de gas por el mechurrio, es adicional a la contingencia más grande).
Las bases de diseño para contingencias con el propósito de evaluar los flujos
de alivio a sistema del mechurrio se definen en:
a.
Flujos de descarga de
(PDVSA–MDP–08–SA–02).
válvulas
de
alivio
de
presión
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b.
Flujos de alivio de vapores evacuados, Manual de Ingeniería de
Riesgos “Sistemas de paradas de emergencia, bloqueo,
despresurización y venteo” (PDVSA–IR–P–01).
c.
Alivio de vapores de tambores de separación de agua (PDVSA–MDP
(Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección 15D)).
d.
Flujos de corrientes de alimentación desviadas (PDVSA–MDP
(Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección 15E)).
Presión disponible y caídas de presión de los equipos a través del
sistema del mechurrio
La caída de presión a través del sistema del mechurrio está compuesta de
caídas de presión parciales a través de los siguientes equipos:
a.
Líneas laterales de descarga desde válvulas de alivio de presión.
b.
Cabezales de válvulas de seguridad.
c.
Tambor de purga.
d.
Cabezal del mechurrio.
e.
Sello del mechurrio (determinada por la inmersión del tubo de sello).
f.
Chimenea del mechurrio.
g.
Boquilla del mechurrio
Con las caídas de presión a través de la boquilla del mechurrio, del sello del
mechurrio y la elevación del mechurrio fijos (de acuerdo con los Procedimientos
de Diseño de PDVSA–MDP (Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección
15E)), la chimenea del mechurrio, los cabezales y las líneas laterales se
dimensionan para el alivio más grande, cuidado de no exceder la máxima presión
operacional permitida de los tambores de purga y de los tambores de separación
de agua asociados. Estas máximas presiones operacionales permitidas se
explican en el documento PDVSA–MDP (Pendiente) (Consultar MDP versión
1986, Sección 15D) y a su vez son determinadas por:
a.
Contrapresión máxima permitida sobre las válvulas de alivio de presión, que
es una función de la presión de ajuste, tipo de válvula y de la contingencia
más grande.
b.
Contrapresión máxima permitida sobre corrientes de desvío de vapores que
permitirá el alivio del flujo de diseño de los equipos.
c.
Contrapresión máxima permitida sobre corrientes de agua de los equipos
que permitirá el alivio del flujo de diseño de los equipos.
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El diseño completo de la capacidad del sistema del mechurrio consiste en un
dimensionamiento apropiado de las tuberías laterales, cabezales y columna del
mechurrio para satisfacer los criterios anteriormente expuestos, usando los
procedimientos de cálculo presentados en el Apéndice E (“Design of Relief
Manifolds”), del API RP 521. En algunos casos el diseño puede ser optimado con
el uso de válvulas de alivio de presión balanceadas (usualmente del tipo con
fuelles), las cuales pueden tolerar contrapresiones más altas que las del tipo
convencional.
5.7.3
Diseño de un sistema de alivio cerrado
1.
Dirección de la salida del cabezal del mechurrio a través del área de
procesos
La dirección de la salida de los cabezales de mechurrio a través de las áreas
de procesos debe ser tal que se eviten colocaciones con un riesgo de
incendio particularmente alto, tales como sobre bombas, hornos, etc. Los
cabezales y subcabezales deben ser también dispuestos y provistos con
válvulas de aislamiento del tipo “CSO” (trabadas para permanecer abiertas)
y discos ciegos del tipo “anteojo”, a menos que sea prohibido por códigos
locales (Ver Figura 6). El objetivo es que no sea necesario que líneas del
mechurrio permanezcan en servicio en unidades que se paran
separadamente. Los tambores de purga y tambores de agua deben ser
espaciados y distanciados en áreas de proceso como lo requiere el Manual
de Ingeniería de Riesgos.
2.
Tubería de salida de válvulas de alivio de presión
La tubería de salida de válvulas de alivio de presión debe ser por lo menos
de igual tamaño al de la brida de salida de la válvula.
3.
Drenaje de líquidos desde un sistema de alivio cerrado
La acumulación de líquidos en sistemas de alivios cerrados puede imponer
una contrapresión apreciable y reducir la capacidad de alivio. Deben incluirse
las siguientes características de diseño para evitar estos problemas:
a.
Las válvulas de alivio de presión deben instalarse a un nivel por encima
del cabezal de modo que la tubería de salida drene dentro del cabezal.
En casos excepcionales, está permitida la localización a un nivel por
debajo del cabezal, de un drenaje especial para la tubería de salida.
b.
Los cabezales cerrados deben inclinarse continuamente hacia abajo
en dirección al tambor de purga desde todos los puntos en que les
entran tuberías laterales, desde válvulas de alivio de presión u otros
alivios. Los cabezales de mechurrio deben inclinarse continuamente
hacia abajo desde el tambor de sello del mechurrio hacia atrás, hasta
el tambor de purga. La inclinación requerida es de 0.2%.
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c.
No debe haber puntos bajos, ni otras trampas de líquidos donde pueda
acumularse líquido en sistemas de alivio cerrados.
d.
Deben proveerse trazas de vapor a las tuberías de salida de válvula de
alivio de presión y también a los cabezales donde puedan ocurrir
deposiciones de cera, hielo o congelamiento de líquidos viscosos.
Expansión térmica en el cabezal del mechurrio
Pueden usarse juntas de expansión del tipo deslizante como una alternativa
a los lazos de expansión en la tubería, si se requieren, para obtener una
reducción de la caída de presión o donde las juntas de expansión pueden
resultar en acumulación del líquido, pero sujeto a las siguientes condiciones:
a.
Están permitidas solamente en áreas con bajo riesgo de incendio, tales
como en sitios fuera del área de procesos de la planta, por lo menos a
4,5 m (15 pie) de carreteras y a 15 m (50 pie) de fuentes continuas de
ignición tales como hornos .
b.
No deben usarse en cabezales de mechurrio segregados para H2S o
servicios similares, debido a la toxicidad del fluido en caso de que
ocurra un escape.
c.
El líquido o vapores no son corrosivos para las superficies de contacto.
d.
El sistema en el cual están instaladas opera por debajo de 345 kPa
man. (50 psig) (especificar 345 kPa man. (50 psig), presión mínima de
diseño)
e.
El límite máximo de temperatura en de 400°C (752°F) y un mínimo de
10°C (50°F) para servicio intermitente, puesto que la formación de hielo
puede causar que la junta se pegue.
Si se especifica una junta deslizante la especificación de diseño debe incluir
también las siguientes notas:
f.
Proveer guías y anclajes para eliminar momentos en la tubería y
absorber fuerzas extremas sobre las juntas.
g.
Las partes cilíndricas deslizantes de la junta deben ser de acero
inoxidable 18–8
h.
La junta debe ser guiada internamente para mantener la alineación
axial.
i.
La junta debe tener 6 tornillos de empacadura con anillo tipo y
provisiones para inyección de un lubricante no combustible. El material
de la empacadura debe ser de un material adecuado (asbesto no está
permitido por ser cancerígeno) para 400°C (752°F) y debe ser por lo
menos de 13 mm (1/2 pulg.). La empacadura impregnada con teflón no
es aceptable.
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j.
La junta debe ser protegida con tensores limitantes parea evitar la
sobre–expansión o compresión.
k.
La identificación de la junta debe incluir presión y temperatura de
diseño, rango de temperatura, ajuste ambiental, rango de movimiento
máximo para comprensión y extensión.
Temperatura de diseño para sistemas de alivio cerrados
La temperatura de diseño de todas las tuberías, cabezales, tambores de
purga, etc. en un sistema de alivio cerrado, debe considerar las condiciones
reales más extremas asociadas con cualquier contingencia sencilla. La
aplicación de esta base de diseño incluye las siguientes interpretaciones:
a.
Deben tomar en cuenta las bajas temperaturas que puedan resultar por
autorefrigeración o expansión cuando los fluidos de proceso se
descargan a través de válvulas de alivio de presión.
b.
Puede concederse crédito por una caída de temperatura por expansión
en el caso de alivios calientes y también por enfriamiento atmosféricos
del cabezal, si estos pueden calcularse realísticamente.
c.
Los extremos de temperatura de descarga usados para el diseño de
sistemas de alivios de presión se basan en contingencias de fallas
operacionales. Así, la máxima temperatura de diseño para propósitos
de selección de materiales para válvulas de alivio de presión y tuberías,
se toma como la máxima temperatura de diseño del recipiente
protegido, con un crédito por la caída de presión como se describió
anteriormente. Sin embargo, en contingencias de exposición a un
incendio externo, estas temperaturas pueden ser excedidas por la
temperatura del fluido de proceso (por ejemplo, en el caso de líquidos
que hierven a alta temperatura) o por la temperatura de la superficie de
equipos (como resultado de exposición a un incendio); pero con ciertas
excepciones, estas temperaturas de contingencia de incendio no se
usan para el diseño de sistemas de alivio de presión. Estas
excepciones son:
• El punto de ebullición del fluido a la presión de alivio se usa para
dimensionar el orificio de una válvula de alivio de presión para la
contingencia de incendio como se describe en el volumen
PDVSA–MDP–08–SA–04.
• La temperatura de alivio más fría o más caliente que resulte de
condiciones del ambiente, falla operacional o contingencia de
incendio, se usa para el propósito de diseñar para expansión
térmica en el sistema completo de tuberías y cabezales. Puede
concederse un crédito por elevación o caída de temperatura en el
sistema, como se describió anteriormente.
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El diseño de sistemas de alivio cerrados para bajas temperaturas debe
tomar en consideración los siguientes factores:
• Los materiales de construcción deben ser adecuados para
soportar la temperatura mas baja posible que pueda ocurrir en
servicio.
• Debe darse un margen por la contracción térmica de la tubería,
basado en la temperatura de servicio más baja posible.
• Debe considerarse que los cabezales de válvula de seguridad y del
mechurrio están sujetos a intenso enfriamiento, si pueden estar
expuestos a líquidos fríos aliviados dentro del sistema. Esto incluye
cabezales de mechurrio que reciben de tambores de purga dentro
de los cuales se descargan líquidos fríos. Donde se combinen
tuberías laterales de materiales diferentes, el material del cabezal
de menor temperatura se usa para el resto de la línea combinada
y se extiende también hacia atrás en otras líneas hasta 6 m (20 pie).
• Un calentador en línea en la salida de vapores de un tambor de
purga es un medio permitido de proteger el cabezal y el mechurrio,
aguas abajo, contra bajas temperaturas que puedan resultar de
alivios de vapores fríos o por la exposición al clima de los líquidos
fríos en el tambor. Normalmente, el calentador en línea consiste de
una sección con chaqueta de vapor de agua sobre el cabezal con
un suministro de vapor continuo y además con una alarma
independiente de baja temperatura. El diseño debe también
proveer un medio efectivo para el retiro de condensado, para evitar
la pérdida de transferencia de calor y posible formación de hielo.
Diseños aceptables incluyen un tubo de sello barométrico (donde
la presión del vapor de agua es lo suficientemente baja) o un
tambor de vapor de agua con una retención de 15 minutos entre un
alto nivel normal y un alto nivel de emergencia, con un sistema de
descarga independiente. Es importante que no aparezca
condensado en ningún momento en el calentador en línea. Sin
embargo, los calentadores de líneas al mechurrio no están
permitidos en líneas sujetas a choque por enfriamiento intenso,
causado por el líquido, y donde la posibilidad de una falla del
calentador pueda resultar en fractura por fragilidad.
• Los diseños de sistemas de mechurrio deben también incluir
medios para evitar la congelación de agua de sello en el tambor de
sello del mechurrio, si los vapores que entran pueden estar por
debajo de 0°C (32°F), como se describe en el documento
PDVSA–MDP (Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección
15E).
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Válvulas de aislamiento para sistemas de alivios de presión
Las válvulas de bloqueo para propósitos de aislamiento pueden usarse para
aislar un aparato de alivio de presión del equipo que protege o de su sistema
de disposición aguas abajo. Puesto que el uso impropio de dichas válvulas
puede hacer inoperativo el aparato de alivio de presión, el diseño, instalación
y manejo de estas válvulas de aislamiento debe evaluarse cuidadosamente,
para asegurar que la seguridad de la planta no se ha comprometido.
Si un aparato de alivio de presión tiene un historial de servicio con fugas,
taponamientos y otros problemas severos que afecten su desempeño, debe
proveerse aislamiento y respaldo (duplicación) del aparato de alivio. Esta
estrategia de diseño permite que el aparato de alivio de presión sea
inspeccionado, mantenido o reparado sin parar la unidad de proceso. Sin
embargo, hay peligros potenciales asociados con el uso de válvulas de
asilamiento. La legislación local puede tener otros requisitos.
Todas las válvulas de aislamiento en tuberías de alivio de presión deberán
cumplir con los siguientes requisitos (ver Figuras 4a , 4b y 4c ):
a.
Las válvulas serán de hueco completo (abertura del tamaño de la
tubería donde está).
b.
Las válvulas serán apropiadas para la clasificación de servicio de la
tubería donde están.
c.
Las válvulas tendrán la capacidad de ser trancadas, abiertas o CSO.
d.
Cuando se usen válvulas de compuerta, se instalarán con el vástago
orientado horizontalmente o si esto no es factible, con el vástago
orientado hacia abajo a un máximo de 45° desde la horizontal, para
evitar que la compuerta caiga y cierre el flujo.
e.
Considérese pintar las válvulas de aislamiento con un color especial o
proveer otra identificación.
f.
Cuando se instalen válvulas de asilamiento en tuberías de descarga de
válvulas de alivio (PRV), se proveerán medios para prevenir
acumulación de presión entre la PRV y la válvula de aislamiento (por
ejemplo, una válvula de purga o venteo).
g.
Considérese la instalación de un aparato adicional de alivio de presión,
de tal manera que se tenga un 100% de capacidad disponible de alivio
mientras que cualquier aparato de alivio está fuera de servicio.
h.
Considérese almacenar la válvula de alivio extra hasta que se necesite,
para preservar su integridad y permitir su prueba en los bancos de
instrumentos justo antes de su instalación.
i.
Cuando se provean aparatos de alivio de respaldo, un enclavamiento
deberá proveerse, el cual fije las secuencias apropiadas de apertura y
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cierre de las válvulas de aislamiento, para asegurar que la protección
contra sobrepresión del recipiente no se ha comprometido.
Típicamente, las válvulas de aislamiento de la entrada de los aparatos
de respaldo de alivio de presión están cerradas.
j.
Válvulas de aislamiento de tres vías son aceptables, siempre y cuando
la instalación cumpla con los requisitos de tamaño y de caída de
presión.
Las colocaciones particulares donde se permiten tales válvulas del tipo
“CSO” son:
a.
Entradas de válvulas de alivio de presión donde se requiere el
aislamiento de la válvula de alivio de presión para mantenimiento en
operación, sujeto al cumplimiento de códigos locales.
b.
Salidas de válvulas de alivio de presión que están combinadas en un
múltiple a un sistema cerrado o a un venteo atmosférico combinado,
donde se requiere el aislamiento de la válvula de alivio de presión para
mantenimiento en operación, sujeto al cumplimiento de códigos
locales.
c.
Un cabezal de mechurrio en los límites de batería de una unidad que
puede pararse independientemente de otras unidades conectadas al
mismo cabezal.
d.
Líneas de entrada a mechurrios cuando un sistema de mechurrio está
conectada a más de un mechurrio y se requiere aislar un mechurrio
para mantenimiento.
Deberán fijarse procedimientos estrictos de manejo que prohibirán el cierre
inadvertido de válvulas de aislamiento las tuberías de alivio. Estos
procedimientos podrán requerir que la apertura y cierre de dichas válvulas
lo haga solamente una persona autorizada.
Se tendrá una lista actualizada de todas las válvulas de aislamiento
localizadas en las tuberías de alivio que puedan aislar válvulas de alivio. Se
proveerá además documentación de la posición requerida y razón para el
candado o sello de posición de la válvula en cuestión.
Se harán inspecciones periódicas de las válvulas de asilamiento localizadas
en las tuberías de alivio, las cuales verificarán la posición de dichas válvulas
y la condición del aparato de trancado o sello.
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Problemas de vibración acústicamente inducida en sistemas de
cabezales de mechurrios
La tendencia actual hacia el diseño de unidades y equipos más grandes
aumenta el potencial para problemas complejos de vibración. En particular,
los sistemas de tuberías de gas con válvulas reductoras de presión de gran
capacidad, han experimentado problemas de falla por fatiga donde existía
una turbulencia excesiva y alta energía acústica. Las fuerzas de la
turbulencia producen ciertos modos complejos de vibración en componentes
de tubería aguas abajo. Estas vibraciones pueden resultar eventualmente en
esfuerzos que exceden el límite de resistencia para los materiales, y por lo
tanto, pueden causar una falla por fatiga. Las válvulas de alivio de presión
pueden tener la capacidad de generar energía acústica suficiente para
causar fallas por fatiga, en tuberías de descarga laterales y/o tuberías de
cabezales del mechurrio, aguas abajo.
Problemas potenciales de vibración de este tipo, deben considerarse con
anterioridad, en la etapa de diseño del sistema de cabezal del mechurrio. Se
han desarrollado los siguientes criterios de diferenciación para ayudar al
diseñador en el reconocimiento de servicios con problemas potenciales de
vibración y que requieren evaluación más detallada:
• Tamaños de líneas aguas abajo de 400 mm (15 pulg.) y mayores:
velocidad de flujo de masa mayor de 91000 kg/h (200000 lb/h) o relación
de presiones mayores que 3.
• Tamaños de líneas aguas abajo de 200–350 mm (7–14 pulg.): velocidad
en la línea aguas abajo mayor que el 50% de la velocidad del sonido y
relación de presiones mayor que 3.
• Tamaños de línea aguas abajo menor de 200 mm (7 pulg.) y ensanchada
o conectada por una “T” a una línea de 200 mm (7 pulg.) o más grande:
velocidad en la línea mayor que el 50% de la velocidad del sonido y
relación de presiones mayor que 3.
Los criterios anteriores son una guía para detectar problemas potenciales en
sistemas de reducción de presión de gas y aplican a los primeros 90 m (295
pie) de tubería aguas abajo del reductor de presión bajo consideración. Los
sistemas con flujo de líquido solamente no se consideran como problemas
potenciales y no necesitan ser investigados. Para sistemas con flujos de dos
fases, usar la suposición conservadora de que la velocidad de flujo de masa
total es de gas solamente.
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Debe hacerse una distinción en cuanto al tiempo de servicio de los sistemas
de reducción de presión. La falla por fatiga de cualquier sistema mecánico
depende del tiempo, o sea del número de ciclos hasta la falla. Por lo tanto el
tratamiento requerido para un servicio continuo puede no estar justificado.
Un sistema en servicio de corta duración se define como uno que opera
durante un total de 12 horas o menos durante la vida de la planta. Las
válvulas de alivio de presión típicamente están dentro de ese límite.
Servicio continuo
Las válvulas de reducción de presión que operan más de 12 horas durante la vida
de la planta debe considerarse que están en servicio continuo. Las alternativas de
tratamiento para esos servicios típicamente requieren medidas para reducir la
energía acústica generada en la fuente.
Velocidad máxima en líneas
Las condiciones sónicas en discontinuidades de tuberías tales como conexiones
de ramales, reductores, etc., pueden también resultar en vibraciones inaceptables
acústicamente inducidas. Puesto que los componentes de tubería no son
diseñados para trabajar como estaciones reductoras de presión, estos han
probado ser más susceptibles a fallas por fatiga. Las velocidades máximas del flujo
de vapores o fases mezcladas no debe exceder el 50% de la velocidad sónica. Sin
embargo, para servicios de corta duración tal como el de un dispositivo de alivio
que descarga a un sistema de cabezal de mechurrio, las velocidades en la línea
pueden ser tan altas como el 75% de la velocidad sónica.
1.
Diseño para condiciones de arranque
Los cabezales cerrados deben ser diseñados para cualesquiera condiciones
anormales que puedan surgir durante la puesta en servicio del cabezal o
arranques de la planta.
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APENDICE
Figura 1.
Figura 2.
Figura 3.
Figura 4a.
Figura 4b.
Figura 4c.
Figura 5.
Figura 6.
Válvula de alivio de presión típica sin válvula de aislamiento.
Válvula de alivio de presión típica montada en línea de proceso.
Instalación típica para evitar turbulencia excesiva a la entrada de
una válvula de alivio de presión.
Instalación típica de válvula de alivio con válvulas de aislamiento.
Arreglo de instalación típica de válvulas de alivio con 100% de
respaldo de capacidad de alivio.
Arreglo alterno de instalación típica de válvulas de alivio con 100%
de respaldo de capacidad de alivio.
Válvula de alivio de presión instalada en una tubería larga.
Arreglo de válvula de aislamiento para cabezales y subcabezales.
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Fig. 1. VÁLVULA DE ALIVIO DE PRESIÓN TÍPICA SIN VÁLVULA DE AISLAMIENTO.
CAPUCHA CONTRA LLUVIA
(PUEDE REQUERIRSE)
SOPORTAR PARA RESISTIR PESO
Y FUERZAS DE REACCION
SI LA VALVULA DE ALIVIO
SE CONECTA A UN SISTEMA
CERRADO, EVITAR QUE LOS
ESFUERZOS DE LA TUBERIA
AFECTEN LA VALVULA BAJO
CUALQUIER CONDICION DE
OPERACION
CODO DE RADIO LARGO
VALVULA DE ALIVIO DE
PRESION
DRENAJE DEL CUERPO
DE LA VALVULA
DRENAJE OPCIONAL
DE PUNTO BAJO
LA CAIDA DE PRESION
NO EXCEDERA EL 3%
DE LA PRESION DE
AJUSTE
DIAMETRO NOMINAL
DE TUBERIA NO MENOR
QUE EL TAMANO DE
ENTRADA DE LA VALVULA
RECIPIENTE
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Fig. 2. VÁLVULA DE ALIVIO DE PRESIÓN TÍPICA MONTADA EN LÍNEA DE PROCESO.
VER 5.3.1 PARA LIMITACIONES
EN LA CAIDA DE PRESION
RECIPIENTE
VALVULA DE ALIVIO
DE PRESION
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Fig. 3. INSTALACIÓN TÍPICA PARA EVITAR TURBULENCIA EXCESIVA A LA
ENTRADA DE UNA VÁLVULA DE ALIVIO DE PRESIÓN.
BRIDAS DE ENTRADA
TUBO DE ENTRADA
CONEXION DEL RAMAL
TUBERIA PRINCIPAL
NO MENOS DE 10 DIAMETROS DE
TUBERIA DESDE CUALQUIER DISPOSITIVO
QUE PRODUZCA TURBULENCIA
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Fig. 4a. INSTALACIÓN TÍPICA DE VÁLVULA DE ALIVIO CON VÁLVULAS DE
AISLAMIENTO.
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Fig. 4b. ARREGLO DE INSTALACIÓN TÍPICA DE VÁLVULAS DE ALIVIO CON 100% DE
RESPALDO DE CAPACIDAD DE ALIVIO.
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Fig. 4c. ARREGLO ALTERNO DE INSTALACIÓN TÍPICA DE VÁLVULAS DE ALIVIO
CON 100% DE RESPALDO DE CAPACIDAD DE ALIVIO.
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Fig. 5. VÁLVULA DE ALIVIO DE PRESIÓN INSTALADA EN UNA TUBERÍA LARGA.
VALVULA DE
ALIVIO DE
PRESION
TUBERIA DE DESCARGA
DISEÑAR LA TUBERIA DE
ENTRADA, DE TAL MANERA
QUE LA CAIDA DE PRESION
DESDE EL RECIPIENTE HASTA
LA ENTRADA DE LA VALVULA
DE ALIVIO DE PRESION NO
EXCEDA EL 3% DE LA
PRESION DE AJUSTE DE LA
VALVULA
RECIPIENTE
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Fig. 6. ARREGLO DE VÁLVULA DE AISLAMIENTO PARA CABEZALES Y
SUBCABEZALES.
3/4”
2”
DRENAJE SIN
VALVULA (CEGADO)
DESDE LA PLANTA
O UNIDAD
VALVULA DE
AISLAMIENTO,
VASTAGO HORIZONTAL,
TRANCADA ABIERTA
CIEGO DE ANTEOJOS
(ABIERTO)