68515242 pdvsa manual de procesos diseno de plantas

PDVSA N° TITULO

REV. FECHA DESCRIPCION PAG. REV. APROB. APROB.

APROB. FECHAAPROB.FECHA

SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS

� PDVSA, 1983

MDP–08–SA–01 PRINCIPIOS BASICOS

APROBADO

ABR.95 ABR.95

SISTEMAS DE ALIVIO DE PRESION

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AGO.97 O.R.

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Sinceración con MID/MIR 13

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MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO

ESPECIALISTAS

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SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTASSISTEMA DE ALIVIO DE PRESION

PRINCIPIOS BASICOSAGO.971

PDVSA MDP–08–SA–01

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Indice1 OBJETIVO 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 ALCANCE 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 REFERENCIAS 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 DEFINICIONES 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1 Acumulación 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Area de riesgo de incendio 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3 Contingencia 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4 Contingencia doble 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5 Contingencia remota 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.6 Contingencia sencilla 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.7 Contrapresión 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.8 Contrapresión acumulada 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.9 Contrapresión superimpuesta 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.10 Descarga atmosférica 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.11 Diferencia de presión de descarga 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.12 Dispositivo de alivio de presión 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.13 Dispositivo de disco de ruptura 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.14 Emergencia 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.15 Evento 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.16 Levantamiento 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.17 Máxima presión de operación 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.18 Máxima presión de trabajo permisible (MAWP) 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.19 Presión de abertura 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.20 Presión de ajuste 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.21 Presión de cierre 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.22 Presión de diseño manométrica 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.23 Presión de prueba diferencial en frío 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.24 Presión de ruptura 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.25 Riesgo 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.26 Sistema de alivio de presión 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.27 Sistema abierto de desecho 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.28 Sistema cerrado de desecho 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.29 Sobrepresión 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.30 Válvula de alivio (PR) 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.31 Válvula balanceada de alivio de presión 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.32 Válvula convencional de alivio de presión 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.33 Válvula operada por piloto de alivio de presión 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.34 Válvula con resorte de alivio de presión 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

http://www.intevep.pdv.com/santp

http://www.intevep.pdv.com/santp/mdp/indice_mdp.htm

http://www.intevep.pdv.com/santp/mdp/segurida/indice_segu.htm

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4.35 Válvula de alivio de seguridad 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.36 Válvula de seguridad 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.37 Válvula de alivio de vacío 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 CONSIDERACIONES DE DISEÑO 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1 Base de contingencia para el diseño 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Aplicación de códigos y regulaciones gubernamentales 11. . . . . . . . . . . . . . 5.3 Resumen de los procedimientos para el alivio de presión 11. . . . . . . . . . . . .

6 NOMENCLATURA 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7 APENDICE 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tabla 1 “Resumen de Contingencia de Válvulas de Seguridad” 13. . . . . . . . .




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1 OBJETIVOEl objetivo de esta sección es presentar los principios básicos en los cuales sesustenta el diseño de los sistemas de alivio de presión aplicables a los proyectosde instalaciones nuevas y a las modificaciones de las instalaciones existentes enla IPPCN.

El tema “Sistemas de alivio de presión”, dentro del área de “Seguridad en el diseñode plantas”, en el Manual de Diseño de Procesos (MDP), está cubierto por lossiguientes documentos:

PDVSA–MDP– Descripción de Documento08–SA–01 Sistemas de alivio de presión: Principios Básicos (Este

documento).08–SA–02 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.

08–SA–04 Sistemas de alivio de presión: Procedimientos para especificar ydimensionar válvulas de alivio de presión.

08–SA–05 Sistemas de alivio de presión: Instalación de válvulas de alivio depresión.

Este documento, junto con los demás que cubren el tema de “Sistemas de aliviode presión”, dentro del Manual de Diseño de Procesos (MDP) de PDVSA, son unaactualización de la Práctica de Diseño “Seguridad en el diseño de plantas,subsección 15C: Sistemas de alivio de presión”, presentada en la versión de Juniode 1986 del MDP.

2 ALCANCECubre las definiciones básicas, las referencias que soportan las definiciones y lasconsideraciones básicas que deben ser tomadas en cuenta para el diseño de lossistemas de alivio de presión, excluyendo los relacionados con riesgos deincendio, explosión o accidente, el cual será tratado en PDVSA–MIR–(Pendiente)(Consultar MDP versión 1986, subsección 15B).

3 REFERENCIAS

Manual de Diseño de Proceso (Actual)

� MDP–01–DP–01“Temperatura y presión de diseño”

Manual de Diseño de Proceso (versión 1986)

� Vol IX, Subsección 15B “Minimización de los riesgos de incendio, explosión oaccidente”




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� Vol IX, Subsección 15C “Sistemas de alivio de presión”

Manual de Ingeniería de Riesgo� IR–S–00: “Definiciones”, Marzo 1995

Otras Referencias1. API–RP520, “Sizing, selection and installation of pressure–relieving

devices in refineries, part I, 1993.

2. API–RP521, “Guide for pressure–relieving and depressuring systems”,1990.

3. AMERICAN NATIONAL STANDARD ANSI B95.1 “Terminology for pressurerelief devices” (ANSI/ASME Performance Test Code PTC–25.3).

4 DEFINICIONES

4.1 AcumulaciónAumento de presión sobre la MAWP de un recipiente durante la descarga a travésde un dispositivo de alivio de presión y se expresa en unidades de presión o comoporcentaje de presión. Las acumulaciones máximas permisibles, se establecenpor los códigos de diseño aplicables a contingencias operacionales y de fuego.

4.2 Area de Riesgo de IncendioUna planta de proceso es subdividida en áreas de riesgo de incendio, cada unade las cuales es el área máxima que razonablemente puede esperarse estarinvolucrada totalmente en un incendio sencillo. Esto se usa como base paradeterminar el requerimiento combinado para alivio de presión debido a laexposición a un incendio, basado principalmente en los efectos de la radiación deun incendio centrado en una piscina de líquido inflamable ardiendo. Esto no debeconfundirse con las áreas usadas para determinar las capacidades de agua contraincendios y de drenaje, las cuales se definen como áreas de subdivisión del planode disposición de equipos según los documentos PDVSA MIR IR–M–03 “Sistemasde Agua contra Incendio” e IR–M–04 “Sistemas de Espuma contra Incendio”.Tampoco debe confundirse con la definición más general empleada durante losejercicios de Análisis Cuantitativo de Riesgos, en los cuales se considera laradiación por incendio de líquido inflamable y la sobrepresión por explosión denubes de gases inflamables.

4.3 ContingenciaEvento anormal que causa una condición de emergencia.

4.4 Contingencia dobleOcurrencia simultánea de dos o más contingencias sencillas que no estánrelacionadas entre si.




http://www.intevep.pdv.com/~citonline/espanol/cat_normas_int_es.html

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4.5 Contingencia remotaResultado de una contingencia sencilla o doble de muy baja probabilidad deocurrencia.

4.6 Contingencia sencillaEvento anormal sencillo que causa una condición de emergencia.

4.7 ContrapresiónPresión existente en el cabezal de descarga al cual alivia un dispositivo de aliviode presión. Es la suma de las contrapresiones superimpuesta y acumulada.

4.8 Contrapresión acumuladaIncremento en la presión en el cabezal de descarga, la cual se genera después queun dispositivo de alivio de presión abre.

4.9 Contrapresión superimpuestaPresión estática existente a la salida de un dispositivo de alivio de presión almomento de su abertura. Esta contrapresión proviene de otras fuentes y puedeser constante o variable.

4.10 Descarga atmosféricaAlivio de vapores o gases desde un dispositivo de alivio de presión a la atmósfera.

4.11 Diferencia de presión de descargaDiferencia entre la presión de ajuste y la presión de cierre de una válvula de aliviode presión, expresada en unidades de presión o como porcentaje de la presión deajuste.

4.12 Dispositivo de alivio de presiónUn dispositivo de alivio de presión funciona por la presión estática interna y estádiseñado para abrir durante una situación anormal o emergencia, de manera talde prevenir un aumento excesivo de la presión de fluido interno, por encima de unvalor específico. El dispositivo también puede estar diseñado para prevenir unvacío excesivo. Entre estos dispositivos se encuentran las válvulas de alivio depresión, los dispositivos de alivio de presión no recerrables y las válvulas de aliviode vacío.

4.13 Dispositivo de disco de rupturaDispositivo de alivio de presión diferencial no recerrable, accionado por la presiónestática interna, y está diseñado para funcionar mediante la ruptura del disco quecontiene la presión. Un dispositivo de disco de ruptura incluye un disco de rupturay un porta disco de ruptura.




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4.14 EmergenciaInterrupción de las operaciones normales en la cual el personal, los equipos y elambiente están en peligro.

4.15 EventoSuceso que envuelve el comportamiento de un equipo, una acción humana o unagente o elemento externo al sistema y que causa desviación de sucomportamiento normal.

4.16 LevantamientoDesplazamiento real del disco de una válvula de alivio de presión desde suposición cerrada hasta su posición abierta.

4.17 Máxima presión de operaciónMáxima presión esperada durante la operación de un sistema.

4.18 Máxima presión de trabajo permisible (MAWP)Máxima presión manométrica permisible en el tope de un recipiente a unatemperatura especificada. La MAWP se calcula usando el espesor nominal decada elemento del recipiente sin considerar el espesor adicional por corrosión niotras cargas de presiones. Es la base para fijar la presión de un dispositivo de aliviode presión.

4.19 Presión de aberturaValor de presión estática, corriente arriba de la válvula, a la cual existe unlevantamiento apreciable del disco y empieza a observarse un flujo de venteocontinuo.

4.20 Presión de ajustePresión manométrica a la cual es ajustada una válvula de alivio de presión paraabrir bajo condiciones de servicio.

4.21 Presión de cierreValor de la presión estática, aguas arriba de la válvula, a la cual el disco de laválvula hace contacto nuevamente con su asiento o cuando el levantamientoalcanza el valor de cero.

4.22 Presión de diseño manométricaCondición de presión más severa, coincidente con la temperatura más severa quese espera durante la operación. Esta presión puede ser usada en lugar de laMAWP, si esta última no ha sido establecida. La presión de diseño es igual o menorque la MAWP.




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4.23 Presión de prueba diferencial en fríoPresión a la cual una válvula de alivio de presión es ajustada para abrir en un bancode prueba e incluye las correcciones para las condiciones de servicio decontrapresión o temperatura o ambos.

4.24 Presión de rupturaPresión estática, aguas arriba de un dispositivo de alivio no recerrable, al cual eldispositivo abre.

4.25 RiesgoMedida de pérdidas económicas, daño ambiental o lesiones humanas, en términosde la probabilidad de ocurrencia de un accidente (frecuencia) y magnitud de laspérdidas, daño al ambiente o de las lesiones (consecuencias).

4.26 Sistema de alivio de presiónArreglo de un dispositivo de alivio de presión, tubería y medios de disposiciónconcebidos para la recolección, transporte y disposición segura de alivios. Talsistema puede estar formado por un simple dispositivo de alivio de presión con osin tubería de descarga ubicados en un recipiente o línea; sistemas más complejosincluyen varios dispositivos de alivio de presión que descargan a un cabezalcomún y terminan en un equipo de disposición.

4.27 Sistema abierto de desechoSistema de disposición que descarga directamente desde un dispositivo de aliviode presión a la atmósfera.

4.28 Sistema cerrado de desechoSistema de disposición capaz de resistir presiones diferentes de la presiónatmosférica.

4.29 SobrepresiónAumento de presión por encima de la presión de ajuste del dispositivo de alivio depresión y se expresa en unidades de presión o como porcentaje de presión. Lasobrepresión coincide con la acumulación cuando el dispositivo de alivio depresión esta ajustado a la MAWP del recipiente.

4.30 Válvula de alivio (PR)Válvula de alivio de presión con resorte que funciona por la presión estática aguasarriba de la válvula. Normalmente, se abre en proporción al aumento de presión




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por encima de la presión de apertura. Se utiliza principalmente con fluidosincompresibles.

4.31 Válvula balanceada de alivio de presiónVálvula de alivio de presión con resorte que incorpora elementos para minimizarel efecto de la contrapresión en las características de funcionamiento.

4.32 Válvula convencional de alivio de presiónVálvula de alivio de presión con resorte, cuyas características de funcionamientodependen directamente de los cambios de la contrapresión en la válvula.

4.33 Válvula operada por piloto de alivio de presiónVálvula de alivio de presión en la que la válvula principal está combinada con ycontrolada por una válvula de alivio de presión auxiliar.

4.34 Válvula con resorte de alivio de presiónDispositivo de alivio de presión diseñado para cerrar automáticamente y prevenirla salida adicional de fluido.

4.35 Válvula de alivio de seguridadVálvula de alivio de presión con resorte que puede ser utilizada como válvula deseguridad o como válvula de alivio, dependiendo de su aplicación.

4.36 Válvula de seguridadVálvula de alivio de presión con resorte, que funciona por la presión estática aguasarriba de la válvula, y se caracteriza por abrir rápidamente. Normalmente se utilizacon fluidos comprensibles.

4.37 Válvula de alivio de vacíoDispositivo de alivio de vacío diseñado para admitir un fluido para prevenir unexcesivo vacío interno; estos dispositivos están diseñados para cerrar y prevenirla salida de fluidos después que la condición normal ha sido restablecida.

5 CONSIDERACIONES DE DISEÑOEn esta sección se describen las causas principales de sobrepresión en equiposde refinería y los procedimientos de diseño para minimizar los efectos de estascausas. La sobrepresión es el resultado de un desbalance de los flujos normalesde material o energía, que causan que la materia o energía, o ambos, se acumuleen alguna parte del sistema. El análisis de las causas y magnitudes de lasobrepresión involucra por lo tanto un estudio complejo de los balances de materiay energía en un sistema del proceso.




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Aunque se han hecho esfuerzos para cubrir todas las circunstancias principales,el diseñador debe tener cuidado en no considerar las condiciones descritas comolas únicas causas de sobrepresión. Deben considerarse en el diseño todas lascircunstancias que razonablemente constituyan un riesgo bajo las condicionesprevalentes del sistema.

El sobrecalentamiento por encima de la temperatura de diseño puede tambiénresultar en una sobrepresión debido a una reducción del esfuerzo permisible. Unaválvula de alivio de presión no puede proteger contra este tipo de contingencia.Debe hacerse referencia a la sección sobre “Reacciones químicas”.

5.1 Base de contingencia para el diseñoEl costo de proveer instalaciones para aliviar todas las posibles emergenciassimultáneamente sería prohibitivo. Cada emergencia surge de una causaespecífica o contingencia. La ocurrencia simultánea de dos o más contingenciases improbable. De aquí que, generalmente, una emergencia que pueda surgirsolamente de dos o más contingencias no relacionadas normalmente no esconsiderada para propósitos de dimensionar equipos de seguridad. Ejemplos delo anterior serían el caso de la falla simultánea de una válvula de control en laposición abierta y la falla por falta de agua de enfriamiento. Otro ejemplo sería elcaso de la falla de un tubo en un intercambiador de calor al mismo tiempo que unafalla de cierre de una válvula de control. Asimismo, emergencias simultáneas peroseparadas, no se consideran si las contingencias que las causan no estánrelacionadas. Las contingencias, incluyendo incendios externos, se consideran norelacionadas si no existe una interrelación de proceso, mecánica o eléctrica entreellas, o si el lapso de tiempo transcurrido entre posibles y sucesivas ocurrenciasde esas causas es lo suficientemente largo para separar sus efectos.

Cada unidad o componente del equipo debe ser estudiado individualmente y cadacontingencia debe ser evaluada. El equipo de seguridad para una unidad individualse dimensiona para manejar la carga más grande resultante de cualquier posiblecontingencia sencilla. Cuando se analiza cualquier contingencia sencilla uno debeconsiderar todos los efectos directamente relacionados que puedan ocurrir porcausa de esa contingencia. Por ejemplo, si una falla de aire causa también que unaválvula de control en un circuito de enfriamiento cierre, entonces tanto la falla deaire como la pérdida de enfriamiento en el circuito deben considerarse como partede la misma contingencia.

De un modo similar, si una cierta emergencia involucra más de una unidad,entonces todas las unidades afectadas deben considerarse en conjunto. Unejemplo de esto es el uso de una corriente procedente de una unidad para proveerenfriamiento en una segunda unidad. La pérdida de energía eléctrica en la primeraunidad resultaría en una pérdida de ese enfriamiento en la segunda unidad, demodo que ésta debe considerarse como parte de la misma contingencia.




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Cada contingencia sencilla de un equipo podrá generar una carga de alivio.Aquella contingencia sencilla que genere la mayor carga de alivio sobre lasinstalaciones de alivio se denomina la “contingencia sencilla mayor”, y constituyela base de diseño del sistema colector común tal como el cabezal del mechurrio,el tambor de descarga de presión (tambor de purga o de alivio) y el mechurrio.

La emergencia que resulta en la “contingencia sencilla mayor” en una base globalpuede ser diferente de la emergencia que constituye la base para cadacomponente individual del equipo.

Aunque en general sólo se considera una contingencia sencilla para propósitos dediseño, pueden haber situaciones donde deben tomarse en cuenta dos o máscontingencias simultáneas; por ejemplo si hay alguna interrelación remota entreellas, y las presiones o temperaturas desarrolladas pudieran resultar en fallascatastróficas.

La sobrepresión que pueda ocurrir a presión normal o por debajo de la presiónnormal, como resultado de esfuerzos permisibles reducidos a temperaturas másaltas que las de diseño, debe ser también evaluada y deben aplicarse en el diseñocaracterísticas adecuadas de protección. Por ejemplo, tales condiciones puedenresultar de reacciones químicas, condiciones de arranque o de inestabilidad.Asimismo, deben considerarse las posibles bajas temperaturas de los metales,como por ejemplo autorefrigeración, con el fin de asegurarse de que no sedesarrollen condiciones de fractura por fragilidad.

5.2 Aplicación de códigos y regulaciones gubernamentales

La base para diseño por sobrepresión descrita en esta sección está relacionadacon el “Boiler and Pressure Vessel Code” ASME y el “Code for Petroleum RefineryPiping” ANSI B31.3. El cumplimiento con esos códigos es un requerimiento o esreconocido como el equivalente de un requerimiento en muchos lugares. Dondeapliquen códigos más estrictos, deben cumplirse los requerimientos locales. Porlo tanto, deben examinarse los códigos locales para establecer susrequerimientos. Como un ejemplo en algunos países no está permitido el uso deválvulas de bloque por debajo de válvulas de alivio de presión a menos que seinstalen dos válvulas de clavamiento.

También en algunos casos no está permitida una acumulación de 20% bajocondiciones de exposición a un incendio y la acumulación permisible puede sermenor que lo que establecen los Códigos ASME. La compañía afiliada para la cualse elabora el diseño es usualmente la mejor fuente de información sobre códigoslocales.

En los Estados Unidos el Código ASME es ahora obligatorio ya que es unrequerimiento de la Ley de Salud y Seguridad Ocupacional.




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5.3 Resumen de los procedimientos para el alivio de presiónA continuación se resumen los pasos esenciales en el diseño para la proteccióncontra la sobre presión y los cuales se exponen en detalle en las diferentessecciones de Procedimientos de Diseño de los documentos MDP–08–SA–02 al05.

5.3.1 Consideración de contingencias

Se consideran todas las contingencias que puedan resultar en sobrepresión sobrelos equipos, incluyendo la exposición de los equipos a un incendio externo, fallade los servicios auxiliares, fallas y mal funcionamiento de los equipos, condicionesde proceso anormales, expansión térmica, arranque, parada y erroresoperacionales.

Para cada contingencia se evalúa la sobrepresión resultante y se establecen lasnecesidades o bien para una presión de diseño adecuadamente aumentada (parasoportar la presión de emergencia) o para la necesidad de instalaciones de aliviode presión para prevenir sobrepresión (con los flujos de alivio calculadas).

5.3.2 Selección del dispositivo de alivio de presión

Para cada componente del equipo que podría estar sujeto a sobrepresión se haceuna selección del tipo adecuado entre la gran variedad de válvulas de alivio depresión y otros dispositivos disponibles. La instrumentación, las válvulas deretención y otros dispositivos similares, no son generalmente aceptables comomedio de protección contra la sobrepresión.

5.3.3 Especificación para válvulas de alivio de presión

Se aplican los procedimientos de cálculo normalizados para determinar el tamañode la válvula de alivio de presión requerida para el flujo máximo de alivio, así comotambién la información adicional necesaria para especificar la válvula.

5.3.4 Diseño de la instalación para una válvula de alivio de presión

Finalmente se diseña en detalle la instalación para la válvula de alivio de presiónincluyendo su ubicación, el dimensionamiento de la tubería de entrada y salida, elconjunto de válvulas adicionales y drenaje, selección de la descarga a un sistemaabierto o cerrado y diseño de un sistema de descarga cerrado a un mechurrio uotro lugar.

5.3.5 Resumen y documentación de las contingencias

La Especificación de Diseño debe incluir una tabulación de todas las contingenciasconsideradas, así como también sus requerimientos de alivio. Una tabulación tales de gran ayuda para asegurarse de que se han considerado todas lascontingencias y también para escoger la contingencia que determina el diseño delsistema colector. Un ejemplo de una hoja de tabulación se ha incluido en el

Apéndice como Tabla 1.




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6 NOMENCLATURANo aplica en esta sección

7 APENDICETabla 1 “Resumen de contingencias de válvulas de seguridad”




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TABLA 1

RESUMEN DE CONTINGENCIAS DE VALVULAS DE SEGURIDAD

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PDVSA N° TITULO




� PDVSA, 1983

MDP–08–SA–02 CONSIDERACION DE CONTINGENCIA YDETERMINACION DE LOS FLUJOS DE ALIVIO

APROBADA

AGO.95 AGO.95


AGO.95

OCT.97 O.R.

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Sinceración con MID, MIR y Contingencia Incendio 57

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SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTASSISTEMAS DE ALIVIO DE PRESION

CONTINGENCIAS Y FLUJOS DE ALIVIOOCT.971


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Indice1 OBJETIVO 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 ALCANCE 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 REFERENCIAS 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 DEFINICIONES 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO “CONSIDERACION DECONTINGENCIAS Y DETERMINACION DE LOS FLUJOSDE ALIVIO” 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1 Introducción 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Falla de los servicios industriales como una causa de una sobrepresión 45.3 Contingencias de falla de los servicios industriales a considerar 6. . . . . . . 5.4 Mal funcionamiento de los equipos como una causa de sobrepresión 11. . 5.5 Errores del operador como causa de sobrepresión 11. . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.6 Evaluación de la sobrepresión resultante de condiciones

de emergencia y Determinación de las velocidades de alivio 12. . . . . . . . . . 5.7 Sobrepresión en componentes específicos del equipo 20. . . . . . . . . . . . . . . 5.8 Sobrepresión causada por reacción química 30. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.9 Sobrepresión causada por temperaturas anormales 31. . . . . . . . . . . . . . . . . 5.10 Sobrepresión causada por expansión térmica 31. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.11 Incendio como causa de una sobrepresión 35. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.12 El vacío como una causa de falla de los equipos 43. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.13 Evaluación de la ruta de presurización en el diseño del alivio

de presión 46. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.14 Evaluación de la ruta de escape de presión en el diseño

de alivio de presión 48. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.15 Válvulas con dispositivos de bloqueo en la posición abierta (“CSO”) 49. . . 5.16 Válvula del tipo “CSC” (válvula con dispositivo para bloques

en posición cerrada) 50. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.17 Válvulas de control 50. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6 NOMENCLATURA 53. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7 APENDICE 53. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 1 Válvula de bajo recorrido guiada por el fondo y el tope para

descargas de turbinas 57. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 2A Presión de vapor y calor latente de vaporización para líquidos

hidrocarburos parafínicos puros (un solo componente),1era parte 58. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Figura 2B Presión de vapor y calor latente de vaporización para líquidoshidrocarburos parafínicos puros (un solo componente), 2da parte 59

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1 OBJETIVOPresentar las contingencias que pueden causar una sobrepresión en los equiposde una planta, y la forma de evaluarlas en términos de las presiones que puedanser generadas y/o de los flujos de los fluidos que deben ser aliviados.


PDVSA–MDP– Descripción de Documento08–SA–01 Sistemas de alivio de presión: Principios Básicos.08–SA–02 Sistemas de alivio de presión: Consideraciones de contingencia

y determinación de los flujos de alivio (Este documento).08–SA–03 Sistemas de alivio de presión: Dispositivos de alivio de presión.08–SA–04 Sistemas de alivio de presión: Procedimientos para especificar y

dimensionar válvulas de alivio de presión.08–SA–05 Sistemas de alivio de presión: Instalación de válvulas de alivio de

presión.Este documento, junto con los demás que cubren el tema de “Sistemas de alivio depresión”, dentro del Manual de Diseño de Procesos (MDP) de PDVSA, son unaactualización de la Práctica de Diseño “Seguridad en el diseño de plantas,subsección 15C: Sistemas de alivio de presión”, presentada en la versión de Juniode 1986 del MDP.

2 ALCANCECubre las contingencias originadas por incendios, fallas en los ServiciosIndustriales (energía eléctrica, agua de enfriamiento, vapor, aire de instrumentos,energía eléctrica para instrumentos, combustible, otros Servicios Industriales),fallas y mal funcionamiento de los equipos, errores del operador, arranques yparadas, y fallas causadas por expansión térmica.

3 REFERENCIASManual de Diseño de Proceso (versión 1986)

� Vol. IX, Subsección 15B “Minimización de los riesgos de incendio, explosión oaccidente”.

� Vol. IX, Subsección 15C “Sistemas de alivio de presión”.� Vol. VI, Subsección 10A “Procedimientos de diseño para servicios de bombeo”.� Vol. VI, Subsección 10F “Bombas de desplazamiento positivo”.� Vol. IV, Subsección 8A “Selección de hornos de proceso”.

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� Vol. I, Sección 2 “Temperatura de diseño, presión de diseño y clasificación debridas”.

Manual de Ingeniería de Diseño

� PDVSA–MID–Vol. 06 B–201–PR “Calentadores de fuego directo”.

Manual de Ingeniería de Riesgo

� PDVSA–IR–P–01 “Sistema de paradas de emergencia, bloqueo,despresurización y venteo de equipos y plantas”.

Otras Referencias

� ASME–Section I, “Power Boilers”, 1992.� ASME–Section VIII, “Pressure Vessels”, 1992.� ANSI–B31.3, “Petroleum Refinery Piping Code”.� API RP 520, Part I, 6th edition, Marzo 1993.� API RP 521, 3th edition, Noviembre 1990.

4 DEFINICIONESVéase documento PDVSA–MDP–08–SA–01 “Principios Básicos”.

5 PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO “CONSIDERACION DECONTINGENCIAS Y DETERMINACION DE LOS FLUJOS DEALIVIO”

5.1 IntroducciónEl primer paso en el diseño para protección contra sobrepresión es considerartodas las contingencias que puedan causar una sobrepresión y evaluarlas entérminos de las presiones que puedan ser generadas y/o de los flujos de fluidosque deben ser aliviados.

Todos los recipientes a presión no sujetos a combustión deben ser protegidosmediante dispositivos de alivio de presión que eviten que la presión aumente masde un 10% o 3 psi, cualesquiera de las dos que sea la mayor, por encima de lamáxima presión de trabajo permitida (16% o 4 psi con válvulas múltiples). Laexcepción es que se permite un exceso de presión de 21%, en los dispositivos dealivio de presión que adicionalmente son requeridos, cuando el exceso de presiónes causado por una exposición a un incendio u otras inesperadas fuentes externasde calor.

Los recipientes a presión bajo condiciones de combustión están cubiertos por elCódigo ASME, Sección I (Power Boilers). Este Código especifica el requerimientode dispositivos de alivio de presión para evitar que las presiones aumenten más deun 6% por encima de la máxima presión de trabajo permitida.

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En la sección de “Principios Básicos” y bajo “Consideraciones de Diseño” sedescribe la base de Contingencia sencilla para estas consideraciones, así comotambién los medios para tabular y documentar las varias contingenciasconsideradas. En el resto de este capítulo se detallan los tipos de contingenciasque deben ser consideradas así como también los lineamientos para evaluarlas.

La selección de la presión de diseño para equipos es cubierta en el documentoPDVSA–MDP–01–DP–01 “Temperatura y Presión de Diseño”. El diseño paraprotección contra sobrepresión en la mayoría de los casos consiste en proveerdispositivos de alivio de presión dimensionados para manejar las velocidades dealivio necesarias para evitar que las presiones que surgen en emergenciasaumenten por encima de la presión de diseño (más la acumulación permitida).

Como un medio alterno de protección, en algunos casos es económico especificaruna mayor presión de diseño del equipo que soportará la presión máxima quepueda ser generada sin aliviar ninguno de los fluidos contenidos en el sistema.Más aún, en algunos casos el costo de un sistema colector puede ser reducidoespecificando presiones de diseño más altas, las cuales permitirán unacontrapresión más alta en el sistema colector.

5.2 Falla de los servicios industriales como una causa de unasobrepresión

La falla de los suministros provistos por los servicios industriales (por ejemplo,electricidad, agua de enfriamiento, vapor, electricidad o aire para instrumentos, ocombustible), a las instalaciones de la planta de refinación resultará en muchoscasos en condiciones de emergencia que potencialmente pueden sobrepresionarlos equipos. Aunque los sistemas de suministro de servicios industriales estándiseñados para ser confiables mediante la selección de sistemas múltiples degeneración y distribución, equipos de repuesto, sistemas de apoyo, etc., todavíapermanece la posibilidad de que fallen. Los mecanismos de posibles fallas de cadaservicio industrial deben por lo tanto ser examinados y evaluados para determinarlos requerimientos asociados para la protección contra la sobrepresión. Las reglasbásicas para estas consideraciones son las siguientes:

1. Las interrupciones del suministro de un servicio industrial se consideransolamente en una base de contingencia sencilla, o sea que corresponde ala falla de un componente sencillo del sistema de generación o distribuciónde un servicio industrial. Sin embargo, se debe prestar consideración alefecto directo de un servicio auxiliar sobre otro. Si la falla del suministro enun sistema industrial, como resultado de una contingencia sencilla, resultaen la pérdida total o parcial de otro servicio industrial interrelacionado,entonces se debe considerar la falla dual. Por ejemplo, en una planta dondela electricidad es producida por turbo–generadores de vapor, la pérdida de

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la producción de vapor puede causar una pérdida directa de la energíaeléctrica.

2. Las fallas se consideran tanto en una base local, es decir, pérdida delsuministro de un servicio industrial a un componente de los equipos (porejemplo, electricidad al motor de una bomba), como en una base general, esdecir, pérdida del suministro a todos los equipos que lo consumen en unaunidad de procesos (por ejemplo, agua de enfriamiento a todos losenfriadores y condensadores). Para propósitos de estas considera– cionesde diseño de alivio de presión, una unidad de procesos se define como la quecumple todos los criterios siguientes:

a. Está segregada dentro de sus propios límites de batería claramenteidentificables.

b. Está suplido con cada servicio industrial a través de uno o dos ramales detubería laterales independiente desde un cabezal de suministro fuera de loslímites físicos de la planta.

c. Constituye en sí una función de procesamiento completa.

3. Para una unidad de procesos con su propio y segregado sistema cerrado dedescarga para alivio de presión y separado del resto de la planta, solamentese necesita considerar una sola falla de los servicios industriales a esaunidad para propósitos de diseñar las instalaciones de seguridad. Sinembargo, cuando dos o más unidades comparten un sistema de descargacerrado (por ejemplo, un tambor de descarga común y/o un mechurrio) elprocedimiento de diseño debe incluir una consideración para la fallapotencial del suministro de los servicios industriales a más de una de lasunidades, causada por una contingencia sencilla. Aunque estas fallas de losservicios industriales de la refinería o de la planta no se usan normalmentecomo base para dimensionar las instalaciones de seguridad, debenevaluarse de todos modos. No es necesario usarlas como base para eldimensionamiento con tal que puedan ser realísticamente establecidascomo de muy remota probabilidad. Esto involucra la evaluación de laconfiabilidad de los sistemas de generación y distribución y requiere de unbuen diseño de ingeniería y la provisión de características (equipos) deapoyo adecuados.

Ejemplos de tales características de apoyo para cada servicio auxiliar se danmás adelante. En los diseños en que todas las válvulas de alivio de presióndescargan a un sistema colector cerrado, debido a restricciones porprotección al ambiente, una falla total de un servicio industrial merece unaconsideración más profunda puesto que no hay alivio a la atmósfera el cualtendería a aliviar la carga sobre el sistema cerrado.

4. La evaluación de los efectos de una sobrepresión atribuible a la pérdida delsuministro en un servicio industrial en particular, debe incluir la cadena de

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eventos que podrían ocurrir y el tiempo de reacción involucrado. En lassituaciones donde el flujo de fluidos es interrumpido debido a la falla delsuministro de servicio industrial que lo soporta, pero está en paralelo conequipos que tienen una fuente diferente de energía, puede concederse uncrédito por los equipos no afectados que se mantienen en funcionamientohasta el punto en el cual la operación se mantiene y los equipos en operaciónno se detienen por sobrecarga.

Como ejemplo, considerando el caso de un sistema de circulación de aguade enfriamiento que consta de dos bombas paralelas en operación continua,con impulsores accionados por fuentes de energía diferentes y norelacionadas. Si falla una de las fuentes de energía puede concederse uncrédito por la operación ininterrumpida de la bomba no afectada, con tal quela bomba en operación no se desconecte y se detenga (no se dispare) debidoa sobrecarga. De un modo similar, puede también darse crédito por laoperación ininterrumpida de compresores de aire o generadores deelectricidad físicamente dispuestos en paralelo, que operan normalmentecon impulsores con dos fuentes no relacionadas de energía.

Los sistemas de apoyo que dependen de la acción de dispositivos automáticos derelevo (por ejemplo, un repuesto de relevo impulsado por una turbina para unabomba de agua de enfriamiento impulsada por un motor eléctrico con un control“PLCI”, instrumento indicador de control por presión y nivel) no deben serconsiderados como un medio aceptable para prevenir una falla de serviciosindustriales para propósitos de diseño de alivio de presión, aunque su instalaciónestá totalmente justificada para una mejor continuidad y confiabilidad de lasoperaciones de la planta.

5.3 Contingencias de falla de los servicios industriales a considerar

A continuación, se describe la aplicación de las consideraciones de diseñoanteriores, a los sistemas auxiliares principales de instalaciones típicas.

En algunos casos, la pérdida del suministro de servicios no es una causa directa desobrepresión, pero inicia un descontrol de la planta o una emergencia, la cual a suvez puede resultar en una sobrepresión (por ejemplo, una falla eléctrica queconduzca a la pérdida del reflujo de una columna). Donde sea necesario, se debehacer referencia a los procedimientos para evaluar tales situaciones de descontrolo emergencia y para la determinación de las velocidades de alivio, que sedescriben más adelante en esta sección.

5.3.1 Energía eléctrica

1. Consideraciones en base normal individual y en base respecto a launidad de procesos para el dimensionamiento del alivio de presión –Las siguientes contigencias sencillas deben ser consideradas como la base

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normal para evaluar la sobrepresión que pueda resultar de fallas de energíaeléctrica:

a. Falla individual del suministro de energía eléctrica a cualquier componentede los equipos que la consuma, tal como un motor impulsor de una bomba,ventilador o compresor.

b. Falla total del suministro eléctrico a todos los equipos que lo consumen enuna unidad de procesos.

c. Falla general eléctrica a todos los equipos alimentados desde una barra dedistribución eléctrica (“Bus Bar”) en una subestación que presta servicio auna o más unidades de procesos.

2. Consideración de una falla eléctrica total en planta o en refinería –Aunque normalmente no se usa como una base para el dimensionamientode las instalaciones de alivio de presión, deben considerarse las siguientesfallas eléctricas generales a nivel de planta.

a. Falla del suministro de energía eléctrica comprada a la planta o refinería.

b. Falla del suministro de la energía auto–generada a la planta o refinería.

c. Falla total eléctrica en cualquier sub–estación particular.

Como se expuso anteriormente punto 5.2. “Falla de los servicios industrialescomo una causa de una sobrepresión”, se deben incluir características deapoyo adecuadas para reducir la probabilidad de fallas mayores a un gradobajo aceptable y balanceadas contra las consecuencias si ocurrieran talesfallas. Las siguientes provisiones son normalmente requeridas comomínimo:

d. Dos o más alimentadores para energía eléctrica comprada.

e. Dos o más generadores en paralelo con un repuesto de apoyo cuando laenergía eléctrica es generada en la planta o refinería.

f. Más de un combustible para las calderas que generan vapor para losgeneradores a turbina de vapor.

g. Arreglos de distribución de la carga eléctrica para mantener el suministropreferencial a los consumidores críticos.

h. Sistemas secundarios selectivos para la distribución de la energía eléctrica.

5.3.2 Agua de enfriamiento

1. Consideraciones en base normal individual y en base a la unidad deprocesos para el dimensionamiento del alivio de presión – Lassiguientes contingencias sencillas se deben considerar como la base normalpara evaluar la sobrepresión que pueda resultar de las fallas de agua deenfriamiento:

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a. Falla individual del suministro de agua a cualquier enfriador o condensadoren particular

b. Falla total de cualquier rama lateral de suministro a una unidad de procesosy que puede ser cerrada con válvulas desde la línea principal fuera del áreade la planta.

2. Consideración de una falla total en planta o en refinería – Debenconsiderarse las siguientes fallas de agua de enfriamiento:

a. Falla de cualquier sección de la línea principal de agua fuera del área de laplanta.

b. Pérdida de la disponibilidad de todas las bombas de agua de enfriamientoque resultaría de cualquier contingencia sencilla en los sistemas auxiliaresque suplen o controlan los impulsores de las bombas.

c. Pérdida de la disponibilidad de todos los ventiladores en una torre deenfriamiento de agua que resultaría de una contingencia sencilla en elsistema de servicios industriales que suplen o controlan los impulsores de losventiladores.

Como se expuso anteriormente en el punto 5.2., “Falla de los serviciosindustriales como una causa de una sobrepresión”, generalmente seincluyen características de apoyo adecuadas reducir la probabilidad deocurrencia de estas fallas mayores a un grado bajo aceptable. Como mínimose debe suministrar lo siguiente:

d. Bombas de agua de enfriamiento múltiples con impulsores diferentes y coninterconexión automática de la bomba de repuesto.

e. Por lo menos 30 minutos de retención útil del nivel de líquido en el sumiderode una torre de enfriamiento de agua, basado sobre la pérdida de agua dereposición, con una alarma independiente de bajo nivel de agua ajustada alnivel de retención de 30 minutos. Esto debería proveer suficiente advertenciaal personal de operaciones para tomar las acciones correctivas. Sin talalarma la falla del flujo de agua de reposición puede ser difícil de detectar.

f. Suministro secundario selectivo de energía eléctrica a los motores de losventiladores de la torre de enfriamiento de agua.

g. Instrumentación y alarmas adecuadas para dar advertencia de fallaspotenciales en el sistema de agua de enfriamiento, tal como una alarma debajo flujo en el suministro de reposición de agua de enfriamiento.

En casos apropiados se debe también considerar la aplicación de losiguiente:

h. Torres de enfriamiento múltiples.

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i. Cabezales de distribución entrecruzados o en circuito en anillo parabeneficiarse de la capacidad adicional de reposición de las torres deenfriamiento múltiples.

5.3.3 Vapor de agua

1. Consideraciones en base normal individual y en base a la unidad deprocesos para el dimensionamiento del alivio de presión – Lassiguientes contingencias sencillas deben ser consideradas como la basenormal para evaluar la sobrepresión que puede resultar de las fallas de vaporde agua.

a. Falla individual de vapor de agua a cualquiera de los componentes de losequipos que lo consuma (por ejemplo, impulsores de turbinas,recalentadores, despojadores, eyectores, etc.).

b. Falla total de cualquier rama lateral de tubería que supla a una unidad deprocesos desde la línea principal fuera del área física de la planta.

2. Consideración de fallas totales en planta o en refinería – Debenconsiderarse las siguientes fallas generales del vapor de agua:

a. Falla de cualquier sección de la línea principal de suministro fuera del áreafísica de la planta.

b. Pérdida de la disponibilidad de cualquier generador de vapor en particular.

c. Pérdida de la disponibilidad de vapor comprado a terceros en cualquier líneade suministro.

Como se expuso anteriormente en el punto 5.2. “Falla de los serviciosindustriales como una causa de una sobrepresión”, la probabilidad deocurrencia de estas fallas mayores debe ser reducida a un grado bajoaceptable por características de apoyo, tales como las siguientes:

d. Calderas múltiples con capacidad de repuesto y sometidas a combustión porcombustibles múltiples.

e. Sistemas de control y de alarma adecuados, arreglos para la distribución delas cargas, etc.

f. Cabezales de distribución con suficientes circuitos y válvulas de modo quesólo se necesite cerrar una porción del sistema si ocurre un escape depresión de importancia.

5.3.4 Aire para instrumentos

1. Consideraciones en base normal individual y en base a la unidad deprocesos para el dimensionamiento del alivio de presión – Lassiguientes contingencias sencillas deben ser consideradas como la base

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normal para evaluar la sobrepresión que pueda resultar de una falla de airepara instrumentos:

a. La pérdida del suministro de aire para instrumentos a cualquier instrumentode control individual o válvula de control. Se asume que ocurre la respuestacorrecta ante la falla de aire. En el caso de válvulas de control del tipo que“permanece estacionaria”, se asume que tiene lugar la acción dedesplazamiento a la posición abierta o cerrada. Las fallas de los controlesautomáticos se cubre más adelante en el punto 5.6 de esta sección bajo“Evaluación de la Sobrepresión resultante de Condiciones de Emergencia yDeterminación de las Velocidades de Alivio”. Debe notarse que estas últimasconsideraciones incluyen la falla de cualquier válvula de control en ambasposiciones, abierta y cerrada.

b. Falla total de cualquier tubería lateral con válvula suministrando a una unidadde proceso desde la tubería principal fuera del límite de batería de la planta.Se asume que tiene lugar la respuesta correcta ante la falla de aire deinstrumentos y válvulas de control (considere que las válvulas del tipo que“permanecen estacionarias” se mueven hacia la posición abierta o cerradadependiendo de la dirección del actuador).

2. Consideración de las fallas totales en planta o en refinería – Debenconsiderarse las siguientes fallas generales de aire para instrumentos:

a. Falla de cualquier sección de la línea principal de aire para instrumentosfuera del área física de la planta.

b. Pérdida del flujo a través de cualquier conjunto de secadores de aire parainstrumentos.

Como se explicó anteriormente en el punto 5.2. “Falla de los serviciosindustriales como una causa de una sobrepresión”, se debe reducir laprobabilidad de ocurrencia de estas fallas mayores a un grado bajoaceptable, con características de apoyo apropiadas.

Los siguientes renglones deberían ser considerados como losrequerimientos mínimos:

c. Compresores de aire múltiples con impulsores diferentes y arranqueautomático del equipo de repuesto.

d. Secadores múltiples de aire para instrumentos.

e. Arranque automático del sistema de aire para mantenimiento.

f. Cabezales de distribución con circuitos en anillo.

5.3.5 Energía eléctrica para instrumentos – La falla de energía eléctrica parainstrumentos se evalúa en una base similar a la descrita para falla de energíaeléctrica y se debe incluir en las consideraciones normales para el

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dimensionamiento del alivio de presión, la falla del suministro de energía eléctricaa todos los instrumentos controlados desde una barra de distribución sencilla(“single bus bar”). Las características de confiabilidad deberían incluir elsuministro eléctrico secundario selectivo a salas de control, con apoyo degeneradores de emergencia o baterías para instrumentos críticos y computadorasde control. Los controles críticos deberían ser capaces de operar continuamenteindependientes de los computadores de control.

5.3.6 Combustibles – Los suministros de combustibles a calderas, hornos, impulsoresde turbina de gas y máquinas, etc., se diseñan con características tales comocombustibles múltiples, apoyo con vaporizadores de propano y un tanque decompensación de combustible líquido para promover la confiabilidad. La falla decualquier combustible en particular a una unidad de procesos o instalacióngeneradora de un servicio auxiliar se usa como base para evaluar unasobrepresión potencial.

5.3.7 Otros servicios industriales – La falla de otros servicios industriales tales comogas inerte a sellos y sistemas de purga, o aire comprimido (cuando el proceso lousa), puede en algunos casos determinar los requerimientos de alivio de presión.Estos casos se evalúan en base a una falla de contingencia sencilla, en formasimilar a las anteriores.

5.4 Mal funcionamiento de los equipos como una causa de sobrepresión

Los componentes de los equipos están sujetos a falla individual debido a malfuncionamiento mecánico, en adición a fallas como resultado de la falta delsuministro de algún servicio auxiliar. Tales componentes incluyen bombas,ventiladores, compresores, mezcladores, instrumentos y válvulas de control. Eldescontrol del proceso que resulta de un tal mal funcionamiento (por ejemplo lafalla de una bomba de reflujo), puede a su vez resultar en condiciones deemergencia y en una situación potencial de sobrepresión. Estas contingenciasdeberían examinarse y deberían también evaluarse como se describe en el punto5.6 de esta sección “Evaluación de Condiciones de Emergencia y Determinaciónde las Velocidades de Alivio”. Al aplicar estas reglas generalmente puedeconcederse crédito por condiciones de presión o temperatura que existan bajo lascondiciones de alivio o de máxima presión.

5.5 Errores del operador como causa de sobrepresión

Los errores de los operadores se consideran como una causa potencial desobrepresión, aunque generalmente no se consideran las contingenciascausadas por extrema negligencia o incompetencia. Casos de extremanegligencia que no se incluyen generalmente son: olvido de remover discosciegos, vacío debido al bloqueo de un recipiente que trabaja con vapor durante una

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parada de mantenimiento, desvío de dispositivos de emergencia, operar con unaválvula de bloqueo cerrada asociada con una válvula de alivio de presión y ungrave desalineamiento del flujo de proceso durante un arranque. El cierre oapertura de válvulas que normalmente deben estar trabadas en la posición abierta(CSO) o trabadas en la posición cerrada (CSC) es considerado como un caso deextrema negligencia (Referirse al punto 5.13 sobre válvulas CSO bajo “Evaluaciónde las rutas de Presurización en el Diseño del Alivio de Presión). Un ejemplo típicode un error de un operador que debería ser considerado es la apertura o cierre deuna válvula sin darse cuenta de lo que está haciendo. Las sobrepresiones posiblesdeben evaluarse como se describe en el punto 5.6 “Evaluación de la sobrepresiónresultante de Condiciones de Emergencia y Determinación de las Velocidades deAlivio” de esta sección.

5.6 Evaluación de la sobrepresión resultante de condiciones deemergencia y determinación de las velocidades de alivio

En los siguientes párrafos se describen una variedad de situaciones típicas deemergencia en una planta que puedan resultar de fallas de servicios industriales,mal funcionamiento de los equipos o descontroles de la planta y que puedenresultar en una sobrepresión de los equipos. Se incluyen lineamientos para laevaluación de esas condiciones de emergencia y la determinación de lasvelocidades de alivio.

5.6.1 Falla de control automático – Los dispositivos de control automático songeneralmente actuados directamente por el proceso o indirectamente por mediode una variable de proceso, o sea, presión, flujo, nivel de líquido o temperatura.Cuando falla la señal de transmisión o el medio operativo, el dispositivo de controladoptará una posición totalmente abierta o totalmente cerrada de acuerdo con sudiseño básico, aunque algunos dispositivos pueden ser diseñados parapermanecer estacionarios en la última posición de control. Tales válvulas decontrol para “permanecer estacionarios”, sin embargo, tienden a moverse a laposición que favorece el proceso y esto debe tomarse en cuenta. Se debe tambiénestudiar atentamente la falla de un elemento medidor del proceso en un transmisoro controlador sin una falla coincidencial de la energía de operación al elementofinal controlado para determinar el efecto en este elemento.

Sin embargo, al examinar un sistema de proceso en cuanto a causas potencialesde sobrepresión, se asume que cualquier dispositivo de control automático puedefallar en la posición abierta o cerrada independientemente de su acción ante lapérdida de su señal de transmisión o medio operativo.

Cuando el diseñador establece el tamaño de una válvula de control, por ejemplo alseleccionar el Cv, se asume que una válvula de ese tamaño ha sido instalada. Simás adelante se aumenta el tamaño de la válvula de control, puede ser necesariorevisar las consideraciones de alivio de la válvula PR.

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1. Acción en el caso de falla de aire de instrumentos o falla eléctrica – Elsuministro de aire para instrumentos y de electricidad debería ser diseñadopara minimizar el riesgo de situaciones de emergencia que puedan resultarpor su falla. Esto se logra generalmente especificando el cierre de válvulasde control en fuentes de entrada de calor, drenajes de agua y corrientes dealimentación y de productos. El bloqueo total hermético de los equipos de laplanta de esa manera (en base a que cualquier sobrepresión resultante seráaliviada por válvulas de alivio de presión apropiadamente diseñadas) seconsidera más seguro que la descarga descontrolada a tanques u otrasunidades.

Una válvula de control en un sistema de calentamiento debe generalmenteser ajustada para cerrar por falla a fin de eliminar la entrada de calor. Sinembargo, una válvula de control en un circuito de calentamiento, tal comouna válvula de control de flujo de entrada a un horno, debe generalmente serajustada para abrir por falla para evitar un sobrecalentamiento. Del mismomodo, los circuitos de calor integrados deben ser cuidadosamenteestudiados para determinar el efecto de la pérdida del enfriamiento ocalentamiento. Por ejemplo, un sistema de circuito cerrado que usa paracalentar y enfriar puede resultar en una entrada de calor aumentada si fallala corriente que remueve el calor.

2. Análisis del sistema de válvulas de control – Para evaluar losrequerimientos de capacidad de alivio de un sistema para cualquiercontingencia sencilla (que no sea la falla de un servicios auxiliar que afecteel movimiento de una válvula), tal como el cierre o apertura de una solaválvula o falla de un servicio auxiliar, se asume que todas las válvulas decontrol en el sistema que abren bajo los efectos de las contingencia enconsideración, permanecen en la posición requerida para el flujo normal delproceso. Por lo tanto, puede concederse un crédito por la capacidad normalde esas válvulas, corregida para las condiciones de alivio, con tal que elsistema aguas abajo sea capaz de manejar el aumento de flujo. Si bienalgunos controladores pueden responder correctamente aumentando laapertura de las válvulas, el crédito de capacidad debe concederse sólo hastala extensión correspondiente a su posición operativa normal. Esto evitadecisiones subjetivas involucradas al evaluar los tiempos de respuesta y losefectos de los ajustes de los controladores, tales como banda proporcional,reajuste (“Reset”) y velocidad de acción. Esto es también compatible con lafilosofía básica que establece que los instrumentos pueden nonecesariamente operar en una situación de emergencia. En el caso de queuna válvula cierre bajo la contingencia considerada no debe concederseningún crédito por alivio a través de esa válvula.

3. Falla de una válvula de control individual – Las siguientes fallasindividuales de válvulas de control deberían incluirse en el análisis de

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sistemas de control para la determinación de los requerimientos de alivio depresión:

a. Falla en la posición totalmente abierta de una válvula de control que admiteun fluido desde una fuente de alta presión a un sistema con una presión másbaja.

b. Falla en la posición totalmente abierta de una válvula de control quenormalmente deja pasar líquido desde una fuente de alta presión a unsistema con una presión más baja, seguido de la pérdida de nivel de líquidoen el recipiente aguas arriba y flujo de vapor de alta presión solamente.

c. Falla de una válvula de control en la posición cerrada en la corriente de salidade un recipiente o sistema.

d. Una válvula de control que falla abierta con su desvío abierto al mismotiempo. En este caso, la velocidad de alivio y el orificio de alivio de presióndeben basarse en la falla de la válvula de control con el desvío 50% abierto(basado en área) a 110% de la presión de diseño.

Al analizar tales fallas individuales de válvulas de control debe considerarsela acción de otras válvulas de control del sistema, de acuerdo con el párrafo2 anterior.

En los dos primeros casos anteriores, puede concederse un crédito, dondeaplique, por la reducción de la presión de una fuente de alta presión debidoa la reducción del inventario neto durante el período que la presión del equipoaguas abajo esté subiendo para aliviar la presión. Sin embargo, lasinstalaciones de alivio de presión deben ser dimensionadas para manejar lascondiciones de flujo “pico” calculadas.

4. Consideraciones de capacidad especial – Aunque los dispositivos decontrol tales como válvulas de control operadas por diafragma, sonespecificadas y dimensionadas para condiciones operacionales normales,se espera también que ellos operen durante condiciones de trastornooperacional, incluyendo los períodos cuando los dispositivos de alivio depresión estén aliviando. Se debe seleccionar el diseño de válvula ycapacidad del mecanismo operador de la válvula para asegurar la operacióndel tapón de la válvula de acuerdo con las señales de control durante lascondiciones de presiones anormales. Cuando existen muchas discrepanciasentre las condiciones normales y de emergencia se deben cubrir en lasección de Especificación de Diseño los requerimientos de más alta presióndel mecanismo operador de la válvula.

Al determinar los requerimientos de alivio de presión, se deberían calcularlas capacidades de las válvulas de control para las condiciones detemperatura y presión de alivio, puesto que en muchos casos estas sonsignificativamente diferentes de las capacidades a las condiciones

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operacionales normales. Los equipos aguas abajo deben ser analizadosbajo las condiciones de alivio.

5. Evaluación de la presurización y de la vía de escape de presión – Sedebe hacer también referencia a “Evaluación de la ruta de Presurización enel diseño del alivio de presión” y “Evaluación de la ruta de Escape de presiónen el diseño de alivio de presión” más adelante en esta sección, en los puntos5.13 y 5.14 para una exposición complementaria de las válvulas de controlcomo un factor en el diseño del alivio de presión.

5.6.2 Falla de enfriamiento en condensadores – En adición a la falla general del aguade enfriamiento descrita bajo “Falla de los Servicios Industriales como una Causade Sobrepresión” se debe considerar la falla del flujo de agua de enfriamiento acada condensador o enfriador individual.

Normalmente no se concede ningún crédito por el efecto en un condensador detubos y carcaza después de una falla de la corriente de enfriamiento, porque estálimitada en el tiempo y depende de la configuración física de la tubería. Sinembargo, si el sistema de tuberías de proceso es anormalmente extenso y noaislado se debe considerar el efecto de la pérdida de calor a la atmósfera.

1. Condensación total – El requerimiento de alivio es el flujo total de vapor queentran al condensador. Si se desea se puede conceder un crédito por lavelocidad de alivio reducida cuando se recalcula una temperaturacorrespondiente a la nueva composición de los vapores a la presión de ajustede la válvula de alivio de presión más la sobrepresión, y por la entrada decalor que prevalece en el momento del alivio. La capacidad de compensacióndel acumulador del tope a un nivel de líquido normal está típicamente limitadaa menos de 10 minutos. Si la duración de la falla de enfriamiento excede eltiempo normal de sostenimiento del nivel, se pierde el reflujo y la velocidadde flujo de vapores del tope, su composición y temperatura pueden cambiarsignificativamente.

Asimismo, la carga de vapores en el momento del alivio puede reducirse pordebajo del flujo normal de diseño debido a la más alta presión que puedecontrarrestar la vaporización en el momento de la sobrepresión. El“reventón” de un recalentador es un ejemplo de tal situación. En un caso talpueden usarse las condiciones de diseño de la presión del vapor, en vez dela presión máxima del vapor que podría existir bajo condiciones de alivio depresión del sistema de vapor. Estos cambios pueden tomarse en cuenta,donde sea apropiado, tanto para el equipo involucrado como para losequipos aguas abajo.

2. Condensación parcial – El requerimiento de alivio es la diferencia entre losflujos de vapores de entrada y de salida a las condiciones de alivio. El flujode vapores de entrada debe ser calculado en la misma base que seestableció en el renglón 1. Si el reflujo cambia en cantidad o composición, el

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flujo de vapores que entra al condensador debe determinarse para lasnuevas condiciones.

5.6.3 Falla de intercambiadores de aire – La pérdida de la capacidad de unintercambiador por aire puede resultar de una falla del ventilador o cierreinadvertido de las rejillas.

1. Falla del ventilador – El efecto de la falla de un ventilador sobre la capacidadde transferencia de calor dependerá de la configuración de los ventiladoresy de los haces de tubos.

Para propósitos de diseño del alivio de presión se considera la contingenciasencilla de la falla de un ventilador (la falla de todos los ventiladores queresultaría de una falla eléctrica general, estaría incluida bajo lasconsideraciones de falla de los servicios industriales). Se puede concedercrédito por la transferencia continua de calor como resultado de laconvección natural. Como una guía esta concesión puede ser 10% de lacapacidad de diseño para el servicio de condensación y 30% de la capacidadde diseño para servicio de enfriamiento, aplicado sobre el área de los hacesde tubos afectados por la falla del ventilador.

2. Falla de las rejillas – El cierre inadvertido de las rejillas puede ser elresultado de una falla del control automático o de una falla mecánica deinterconexión. El efecto sobre la transferencia de calor dependerá del gradode restricción del flujo de aire en la posición cerrada, y de la configuración delas rejillas en relación a los haces de tubos (por ejemplo, puede que las rejillasno hayan sido instaladas sobre todos los haces de tubo en un servicio dado).Para los efectos del diseño del alivio de presión se asume la contingenciasencilla del cierre de un juego de rejillas (la falla de todas las rejillas queresultaría de una falla general de aire para instrumentos o falla generaleléctrica se incluye en las consideraciones de las fallas de los serviciosindustriales). Se puede conceder un crédito por la continuación de latransferencia de calor por medio del flujo de aire restringido. Como una guíase puede dar un crédito de 10% de la capacidad de diseño para servicio decondensación y 30% de la capacidad de diseño para servicio deenfriamiento, aplicado sobre el área de los haces de tubos afectados por lafalla del juego de rejillas.

5.6.4 Condiciones especiales en un circuito cerrado – Cuando se aplicacalentamiento o enfriamiento en un circuito cerrado (por ejemplo un sistema deaceite caliente o de refrigeración) se deben considerar las condiciones desobrepresión que puedan ocurrir por pérdida del flujo del fluido, pérdida de laentrada de calor o de la remoción de calor.

1. Falla del flujo de reflujo – En algunos casos la falla del reflujo (por ejemplopor causa de una bomba que se pare o el cierre de una válvula) causará lainundación de los condensadores, lo que es equivalente a la capacidad

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requerida de una válvula de alivio de presión por pérdida total del medioenfriante. Los cambios de composición causados por la pérdida de reflujopueden producir propiedades diferentes de los vapores, que afectan lacapacidad. Corrientemente una válvula de alivio de presión dimensionadapara una falla total del medio enfriante será adecuada para esta condición,pero cada caso debe ser examinado con relación a los componentesparticulares y el sistema involucrado.

2. Falla del flujo en el circuito de una bomba circulante – El requerimientode alivio es equivalente a la rata de vaporización causada por una cantidadde calor igual al calor removido en el circuito de flujo alrededor de la bomba.El calor latente de vaporización es el correspondiente a la temperatura ypresión de las condiciones de la válvula de alivio de presión. Si aplica sepuede considerar el agotamiento de los calentadores a vapor.

3. Falla del flujo del medio absorbente – Para la absorción con aceite pobregeneralmente no existe un requerimiento de alivio por falla del flujo de esteaceite. Sin embargo, en una unidad donde pueden removerse grandescantidades de vapores de entrada en el absorbedor, la pérdida del medioabsorbente puede causar un aumento de presión que requiera alivio puestoque el sistema aguas abajo puede no ser adecuado para manejar el aumentode flujo. En tales casos debe analizarse el efecto del flujo de los vaporesadicionales sobre los equipos aguas abajo.

4. Pérdida del calor en un sistema de fraccionamiento en serie – En elfraccionamiento en serie, o sea cuando el flujo del fondo de la primeracolumna alimenta la segunda columna, y el flujo del fondo de la segundaalimenta una tercera, es posible que la pérdida de la entrada de calor a unacolumna cause la sobrepresión de la siguiente columna. La falta de calorresulta en que algunas de las fracciones livianas se queden en el fondo dela columna y sean transferidos a la columna siguiente como alimentación.Bajo estas circunstancias, por ejemplo, la carga de vapores del tope de lasegunda columna puede consistir en su carga normal de vapores más lasfracciones livianas provenientes de la primera columna. Si la segundacolumna no tiene suficiente capacidad de condensación para la cargaadicional de vapores puede tener lugar una presión excesiva.

5. Entrada anormal del calor en el proceso – La capacidad requerida es elflujo máximo de generación de vapores a las condiciones de la válvula dealivio de presión, incluyendo todos los no–condensables producidos por elsobrecalentamiento, menos la condensación normal o el flujo de salida devapores. En cada caso el diseñador debe considerar la conducta potencialde un sistema y cada uno de sus componentes. Por ejemplo, el combustibleo la válvula de control del medio de calentamiento o la transferencia de calorpor el lado de los tubos puede ser la consideración limitante. Consistente conlas prácticas para otras causas de sobrepresión, se deben usar valores de

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diseño para cálculos como el del tamaño de la válvula. Sin embargo, se debeconsiderar la sobre–capacidad intrínseca, tal como la práctica común deespecificar quemadores capaces de trabajar con un 125% del calor dediseño a la entrada del calentador. Esto no fija generalmente la capacidad dela válvula de alivio de presión.

En los casos en que se instalan accesorios para limitar el movimiento delvástago de las válvulas, se debería usar la capacidad de la válvula totalmenteabierta en vez de la capacidad al ajuste de límite. Para equipos deintercambio de calor del tipo tubos/carcaza, la entrada de calor se deberíacalcular en base a condiciones limpias en vez de condiciones deensuciamiento.

5.6.5 Condiciones de emergencia en plantas integradas – En plantas integradas undescontrol del proceso en una unidad puede tener un efecto sobre otras unidades(por ejemplo, la pérdida del flujo en un circuito de bomba circulante que se usacomo fuente de calor para recalentar otras columnas). Se deben considerar todaslas posibilidades como esas y evaluar el potencial de una sobrepresión resultante.

1. Entrada de calor anormal desde un recalentador – Los recalentadores sediseñan con una entrada de calor especificada. Cuando están nuevos olimpiados recientemente, puede ocurrir una entrada de calor adicional porencima del diseño normal. En el caso de una falla del control de temperatura,la generación de vapor puede exceder la habilidad del sistema de procesopara condensar o absorber de otra manera el aumento de presión, quepuede ser también causado por no–condensables producidos durante elsobrecalentamiento.

2. Acumulación de no–condensables – Los no–condensables no seacumulan bajo condiciones normales puesto que son desalojados con lascorrientes de vapores del proceso. Sin embargo, en ciertas configuracionesde tubería es posible que se acumulen los no–condensables hasta el puntoque un condensador sea bloqueado. Tal condición podría suceder si unaválvula automática de control de venteo fallara en la posición cerrada por unlapso de tiempo. Este efecto es igual a una pérdida total del medio enfriantey por consiguiente no necesita ser considerada separadamente.

3. Agua o hidrocarburos livianos en el aceite caliente – Aunque estasituación está presente como una causa potencial de sobrepresión, noexisten métodos generalmente reconocidos para calcular los requerimientosde alivio de presión. En situaciones limitadas si se conocen la cantidad deagua presente y el calor disponible en la corriente de proceso, puedecalcularse el tamaño de la válvula de alivio de presión como una válvula devapor.

Por ejemplo, en el caso de un acumulador de la corriente de alimentacióncaliente que opera por encima de 100°C, puede ser posible estimar la presión

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que se desarrollaría si se bombeara agua dentro del recipiente al caudal dealimentación normal.

En la mayoría de los casos, sin embargo, la cantidad de agua no es conocidaaún entre límites muy amplios. también, puesto que la expansión de volumendel estado líquido al de vapor es tan grande (aproximadamente 1400 vecesa presión atmosférica) y la velocidad de generación de vapor es así mismotan grande, es dudoso si una válvula de alivio de presión podría abrir losuficientemente rápido para ser de utilidad, aunque un disco de rupturapodría proveer alivio. Puesto que los discos de ruptura no son muy prácticos,normalmente no se provee ningún dispositivo de alivio de presión para estacontingencia.

Por lo tanto, el diseño y operación de un sistema apropiado de proceso,incluyendo las condiciones de arranque, son requerimientos muyimportantes para eliminar esta posibilidad. Algunas de las precauciones quepueden tomarse son evitar los “bolsillos” colectores de agua, proveertrampas de condensado de vapor apropiadas y bloqueos dobles y drenajesen conexiones de agua a líneas de proceso calientes. Asimismo, no se debeninstalar conexiones de retiro del fondo de recipientes con extensionesinternas, que puedan atrapar el agua en el fondo del recipiente. Refiérasetambién a lo expuesto bajo “Operaciones con Asfalto y TanquesAtmosféricos”.

4. Bloqueo de equipos por el colapso de partes internas, coque, etc.– Sedeberían considerar contingencias tales como colapso de las partes internasdel lecho de un reactor (como por ejemplo, las parrillas de un reactor de lechofijo, lechos con catalizador coquizado, acumulación de partículas finas decatalizador, obstrucción de pantallas y coladores, líneas bloqueadas concoque, etc.) que pudieran presentarse para identificar situaciones desobrepresión. El colapso de las partes internas de una columnafraccionadora es tan poco probable que generalmente no es unaconsideración de diseño.

5. Válvula manual – La operación inadvertida de una válvula de bloqueomientras la planta está en operación puede exponer los equipos a unapresión que excede la presión máxima de trabajo permitida. Para propósitosde diseño se considera que sólo una válvula manual es abierta o cerrada yque los dispositivos de control están en su posición normal de diseño, comose describió anteriormente. Se requiere una válvula de alivio de presión si laválvula de bloqueo no está asegurada con cadena y candado o “car sealed”en su posición de abierta, y si el cierre de tal válvula puede resultar en unasobrepresión. Para las limitaciones del uso de válvulas “CSO”, refiérase alpunto 5.14 expuesto bajo “Evaluación de la ruta de Escape de presión en elDiseño de Alivio de Presión” de esta sección.

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La cantidad de material a ser aliviada debería determinarse a las condicionesque corresponden a la presión de ajuste de la válvula de alivio más lasobrepresión y no a las condiciones de operación normales.Frecuentemente, resulta una disminución apreciable de la capacidad de laválvula de alivio de presión requerida cuando esa diferencia de lascondiciones es bastante grande. Se debería también considerar el efecto dela caída de presión por fricción en la línea de interconexión entre la fuente desobrepresión y el sistema que está siendo protegido, cuando se determinael requerimiento de capacidad. Si la válvula deja pasar un líquido que seevapora súbitamente al bajar la presión o el contenido de calor causa laevaporación del líquido, esto se debe considerar cuando se determina eltamaño de la válvula de alivio.

6. Arranque, parada y operaciones alternas – Para propósitos de proteccióncontra la sobrepresión no sólo se deben considerar las condicionesoperacionales estables sino también las condiciones de un arranque,parada, lavado, regeneración, tipos de alimentación variables, operacionesrestringidas y cualquier otra condición de operación posible que sea diferentede las normales.

7. Aumento de la capacidad de la planta – Cuando se aumenta la capacidadde la planta, debe re–evaluarse todo el sistema de alivio de presión, aun sise han instalado equipos adicionales. Por ejemplo, una unidad que estáoperando a 120% de la capacidad de diseño puede requerir una capacidadde alivio de presión adicional.

5.7 Sobrepresión en componentes específicos del equipoAdemás del mal funcionamiento de componentes del equipo que puedan causaruna sobrepresión operativa en equipos asociados (por ejemplo, una sobrepresiónen un fraccionador debido a la falla del agua de enfriamiento o de la bomba dereflujo), algunos componentes del equipo están sujetos a sobrepresión porrazones mecánicas. Tales componentes incluyen intercambiadores de calor,bombas, compresores, turbinas y hornos. En los siguientes párrafos se describe eldiseño para la protección apropiada de esos componentes.

1. Falla en los tubos de un intercambiador de calor – En un intercambiadorde calor del tipo tubos/carcaza, los tubos están sujetos a falla debido a variascausas tales como choque térmico, vibración o corrosión. Cualquiera quesea la causa, el resultado es la posibilidad de que una corriente a alta presiónsobrepresione el equipo en el lado de baja presión del intercambiador. Eldiseño económico normalmente requiere que la corriente a mayor presiónfluya a través de los tubos, puesto que esto resulta en una carcaza másdelgada, pero esto no es siempre el caso.

Se deben conocer las relaciones de presión para permitir la evaluaciónapropiada de los resultados de la falla en los tubos. así también se debería

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determinar la capacidad del sistema de baja presión para absorber el aliviode presión. Es necesario cuantificar el posible aumento de presión, paradeterminar si se requiere alivio de presión adicional en el caso de que el flujode alta presión se descargue en la corriente de baja presión, por causa dela rotura de un tubo.

La base general de diseño es que el lado de baja presión de unintercambiador de calor debe ser protegido por medio de aparatos de aliviode presión, si la presión de diseño en el lado de baja presión es menor quedos tercios, la presión de diseño del lado de alta presión y también si latubería en el lado de baja presión no puede soportar la descarga a través deun tubo roto sin exceder el valor de dos tercios la presión de diseño del ladode alta presión. Todo el sistema de baja presión debe ser examinado parasobrepresión potencial a través de un tubo roto. Si la decisión es aumentarla presión de diseño del lado de baja presión para eliminar la necesidad deuna válvula de alivio de presión, es imperativo que todo el lado de bajapresión sea verificado para asegurarse que la presión de diseño del lado debaja presión sea mayor o igual a dos tercios la presión de diseño del lado dealta presión.

El efecto de cambios de temperatura en el lado de baja presión comoresultado de un escape de presión en un tubo no se toma en cuentageneralmente cuando la temperatura de diseño del lado de baja presión esespecificada, puesto que un aumento de temperatura se consideranormalmente como una caso de esfuerzo permitido de corta duración. Sinembargo, en los casos de fractura por fragilidad, que podrían ocurrir en ellado de baja presión, existen varios procedimientos para minimizar el riesgode la falla de un tubo (tales como el soldar los tubos a la placa de tubos y usode un mejor material para obtener mayor resistencia contra la corrosión) queson una alternativa más aceptable a especificar materiales resistentes a lafractura por fragilidad, en toda la extensión del lado de baja presión.

2. Bombas y equipos aguas abajo – Una válvula de alivio PR se requiere parauna bomba cuando la presión de la bomba con la descarga cerrada es mayorque la presión de diseño de la tubería de descarga, del equipo aguas abajoo de la carcaza de la bomba. Las bombas de desplazamiento positivonormalmente requieren tal protección, mientras que en la mayoría de loscasos las bombas centrífugas no la requieren.

La capacidad de una válvula de alivio de presión en la descarga de unabomba debería ser igual a la capacidad de la bomba, excepto que para unabomba centrífuga con una curva de rendimiento conocida, puedeaprovecharse la reducción de la capacidad de la bomba a medida quedesciende en su curva de rendimiento, para también reducir el tamaño de laválvula de alivio de presión. La presión de descarga de una bomba centrífugafuncionando con la descarga cerrada, para determinar si los equipos aguas

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abajo necesitan protección con una válvula de alivio de presión, se calculacomo se describe a continuación, a menos que se requieran presiones dediseño más altas debido a otras consideraciones diferentes a la presión dedescarga de la bomba. Se debe hacer referencia también a los documentosPDVSA–MDP–02–P–06 “Calculos en Servicios de Bombeos” yPDVSA–MDP–02–P–08 “Bombas de Desplazamiento Positivo”.

a. Para una bomba centrífuga una obstrucción aguas abajo usualmente causaun aumento de la presión de succión, de modo que la presión de diseño parala carcaza de la bomba y el equipo aguas abajo, es normalmente la presiónde succión máxima, más la presión diferencial máxima de la bomba que sedesarrolla al cerrar la descarga totalmente.

Cuando una obstrucción aguas abajo no causa un aumento de la presión desucción, la presión de diseño es la presión mayor entre (a) la presión desucción normal más la presión diferencial máxima de la bomba o (b) lapresión de succión máxima de la bomba más la presión diferencial normalde la bomba.

La determinación más exacta de la presión diferencial máxima de la bombase hace por medio de la curva de rendimiento para la bomba en particular.Esa curva puede no estar disponible durante la fase de diseño, de modo quese pueden consultar curvas reales para bombas similares en serviciosparecidos. Si esta información no está disponible, la presión diferencialmáxima puede aproximarse usando al menos el 120% de la presióndiferencial normal de la bomba. En tales casos, debe corroborarse el diseñocuando las curvas reales estén disponibles.

b. La presión de diseño de una bomba reciprocante impulsada por vapor y lapresión del equipo aguas abajo, se puede fijar como la máxima presión deproceso que el cilindro a vapor es capaz de producir a la presión máxima delvapor, en cuyo caso no se requieren instalaciones de alivio de presión. Sinembargo, en la mayoría de los casos no es económico fijar la presión dediseño del equipo aguas abajo, tan alta como esta máxima presiónrestrictiva. En estos casos se requeriría una válvula de alivio de presión paraproteger el equipo aguas abajo contra la sobrepresión.

Para bombas reciprocantes impulsadas por motores eléctricos, las válvulasde alivio de presión sirven para el doble propósito de proteger contra lasobrepresión a la bomba y a la tubería aguas abajo y además de protegerel impulsor contra una sobrecarga. El volumen PDVSA–MDP–02–P–08“Bombas de Desplazamiento Positivo”, describe esta aplicación.

Otras bombas de desplazamiento positivo tales como bombas rotativas deengranaje y de diafragma, requieren normalmente protección con unaválvula de alivio de presión para ambos, la bomba y del equipo aguas abajo.Las válvulas de alivio de presión para todas las bombas de desplazamiento

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positivo deben tener una capacidad por lo menos igual a la capacidad de labomba.

Para cualquier bomba que requiera una válvula de alivio de presión para suprotección o la de los equipos aguas abajo, la presión de ajuste de la válvulade alivio debe ser mayor que la presión de descarga normal de la bomba en170 kPa (25 psi) o 10% de la presión de ajuste, cualesquiera de las dos quesea la mayor. Debe tenerse en cuenta, sin embargo, que en algunos casospuede ser deseable una presión de ajuste más elevada en la válvula de aliviode presión para asegurar un diferencial suficiente cuando la bomba va a seroperada bajo un flujo de bombeo más bajo que el del diseño normal. Estoreconocerá la más alta presión de descarga de la bomba bajo condicionesde bajo flujo. En el caso de las bombas reciprocantes, es deseable undiferencial mayor a un 10% debido a oleaje de presión.

Las válvulas de alivio de presión de las bombas deberían descargar a unsistema cerrado. En muchos casos pueden ser convenientemente enviadasa la línea de succión o al recipiente de succión.

3. Compresor y Equipos Aguas Abajo – Las válvulas de alivio de presión sonrequeridas por cualquier compresor donde la máxima presión que pueda sergenerada durante oleaje o condiciones de descarga restringida exceda lapresión de diseño de la tubería de descarga, equipo aguas abajo o carcazadel compresor.

Para compresores centrífugos, es usualmente económico fijar la presión dediseño más baja que la máxima presión posible que el compresor puedadesarrollar y proporcionar una protección adecuada sobre la descarga conuna válvula de alivio de presión. En algunos casos (por ejemplo, donde elflujo a través de la válvula de alivio de presión sería la descarga más grande,determinando así del tamaño de un sistema cerrado de disposición), puedeser ventajoso fijar la presión de diseño de la carcaza del compresor y delequipo aguas abajo igual a la máxima presión que puede ser generada enun punto de oleaje, asumiendo la más severa de las combinaciones develocidad, peso molecular, presión de succión y condiciones de temperaturaque puedan ocurrir como resultado de una contingencia sencilla. Sinembargo, esto generalmente no es lo deseable.

Para los compresores de desplazamiento positivo, casi siempre se requierenválvulas de alivio de presión en la descarga. Generalmente, no eseconómicamente atractivo el confiar en la parada del compresorreciprocante, ya que las presiones de parada del impulsor son usualmentebastante altas en comparación con la presión de operación.

Las carcazas en la etapa de baja presión y los circuitos interetapas encompresores multietapas centrífugos y de desplazamiento positivos noestán normalmente diseñadas para la presión de descarga completa ydeben estar también provistas con protección contra sobrepresión.

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La presión de ajuste para las válvulas de alivio de presión para compresorescentrífugos debería ser mayor que la presión normal de operación en 170kPa (25 psi) o 10% de la presión de ajuste cualesquiera de las dos que seamayor. Sin embargo, en el caso de los compresores reciprocantes, undiferencial mayor a un 10% puede ser deseable debido a los oleajes depresión. Las válvulas de alivio de presión interetapas deberían ser ajustadasal menos tan altas como la presión de ajuste de salida del compresor, paraevitar el levantamiento de la válvula durante paradas del compresor.

La capacidad de una válvula de alivio de presión debería ser igual a lacapacidad del compresor en condiciones de emergencia. Para compresorescentrífugos la combinación del punto de ajuste de la válvula de alivio depresión y capacidad de alivio debería ser tal que evite condiciones deoscilación por causa de las condiciones anticipadas de emergencia,combinada con las variables operacionales. Las válvulas de alivio de presiónde compresores deberían descargar a sistemas apropiados atmosféricos ocerrados y nunca a la succión de la máquina.

4. Turbina de vapor – Se requiere una válvula de alivio de presión en la líneade entrada de vapor de agua para cualquier turbina de vapor, si la presiónmáxima de suministro de vapor es mayor que la presión de diseño de laentrada de la carcaza. La válvula de alivio de presión debería ser ajustadaa la presión de diseño de la entrada de la carcaza y dimensionada para evitarla sobrepresión de la carcaza bajo condiciones de suministro de vaportotalmente abierto y flujo normal de escape de presión.

La protección del lado de escape de presión de las turbinas de vapordepende de si están en servicio de condensación o están en servicio deno–condensables, como se expone a continuación:

a. Turbina de condensación – El condensador y la carcaza del extremo dedescarga de una turbina de condensación no son diseñados normalmentepara soportar la presión total del suministro de vapor. Por lo tanto, en talescasos se debe proveer protección contra la sobrepresión que resultaríadebido a pérdida del flujo de agua de enfriamiento u otra falla operacional.El tipo especial de válvula de alivio de presión que se instala normalmentepara este propósito en el escape de presión de la turbina se ilustra en laFigura 1. No tiene un extremo con resorte y es normalmente sostenida enposición cerrada por las condiciones de vacío en el condensador, pero serequiere un suministro de agua fresca (no agua salada o sucia) para elsistema de sello. El suplidor del condensador usualmente especifica yprovee la válvula de alivio de presión de acuerdo con las especificaciones de“Standards of the Heat Exchanger Institute, Surface Condenser Section”.

Los flujos de alivio requeridos para estas válvulas de alivio de presión sebasan en el flujo de vapor a la turbina y el tamaño apropiado puede

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corroborarse con la tabla siguiente la cual se ha extraído de los “Standardsof the Heat Exchanger Institute”.

Flujo Máximo de Vapora la Turbina

(kg/s) (1)

Tamaño Requeridode la Válvula de Alivio

(mm2)<0.95 150

0,95–1.49 200

1.50–2.14 200

2.15–2.14 200

2.53–2.91 250

2.92–3.80 250

3.81–4.81 300

4.82–5.67 300

5.68–5.94 350

5.95–7.81 350

7.81–8.56 400

8.57–10.33 400

10.34–13.3 450

13.4–15.1 450

15.1–21.4 500

21.5–31.5 600

31.6–47.9 750

NOTA:

Para convertir kg/s a lb/h, divida entre 1.2599x10–4. Para convertir mm a pulg, divida entre25.4

b. Turbina sin condensación – La carcaza de una turbina sin condensaciónno está normalmente diseñada para soportar la presión total de suministrode vapor en el extremo de descarga. Se requiere por lo tanto una válvula dealivio de presión en el extremo de descarga si la presión en cualquier partede la carcaza puede llegar a exceder la presión de diseño como resultado delcierre de la válvula en dicho extremo, fluctuaciones de la contrapresión ocontingencias similares. La válvula de alivio de presión debe descargar a laatmósfera y la presión de ajuste debería ser mayor que la presión de escapede presión normal en 170 kPa (25 psi) o 10% de la presión de ajuste,cualquiera de las dos que sea mayor.

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Más aún, la presión de diseño más baja de cualquier sección de la carcazase debe especificar para que no sea menor que la presión a que puede sersometida bajo las condiciones de alivio de la válvula de alivio de presión. Estoes necesario para dar margen para la caída de presión dentro de la carcaza.La válvula de alivio de presión debería ser dimensionada para dejar pasar elflujo normal de vapor a la turbina, pero puede concederse un crédito por elflujo de vapor que es retirado de una etapa intermedia de la turbina, si nofuera bloqueado por la misma contingencia como cierre del escape depresión.

Las excepciones a los requerimientos anteriores aplican en los casossiguientes:

a. Las turbinas que descargan a la atmósfera a través de la tubería abierta sinválvulas no requieren protección contra la sobrepresión en el escape depresión.

b. Las turbinas que descargan en una salida principal de vapor a través de unaconexión en el tope o lateral no requieren protección contra la sobrepresiónen el escape, con tal que la presión máxima de entrada del vapor no exceda1000 kPa manométricas (145 psig), pero se debe proveer un letrero deadvertencia en la válvula de escape de presión que indique la forma demanipular esta válvula. Debe instalarse también una válvula tipo centinela enla carcaza de la turbina para dar una advertencia audible. (NOTA: esto puedeno ser permitido por códigos locales).

5. Hornos y calderas – La sobrepresión puede producirse en los hornos y lascalderas en dos formas: sobrepresión de la caja de combustión porventiladores de tiro forzado o ruptura de tubos y sobrepresión de los tubosdebido a pérdida del flujo del fluido o bloqueo de la salida, con elsobrecalentamiento resultante.

1. Sobrepresión en la caja de combustión – La caja de combustión deun horno y calderas con tiro forzado está diseñada para soportar lasobrepresión que pueda generarse por los ventiladores con suscompuertas de tiro en posición cerrada de acuerdo con el documentoPDVSA–MDP–05–F–05 “Precalentadores de Aire” y el Manual deIngeniería de Diseño B–201–PR, “Calentadores de fuego directo”.Esto necesita comprobarse particularmente cuando se proveenventiladores de tiro forzado y de tiro inducido, para descargar losproductos de combustión a través de las instalaciones derecuperación de calor, puesto que pueden usarse presiones en losventiladores mayores que las normales para vencer la caída depresión.

En el caso de hornos de proceso de alta presión, la ruptura de un tubopuede ser también la causa de sobrepresión en la caja de combustión.

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2. Sobrepresión en el lado de vapor de una caldera – Todas lascalderas sometidas a combustión están provistas de válvulas de aliviode presión dimensionadas para aliviar el flujo total de vapor en el casodel cierre de la salida normal de vapor de acuerdo con el Código ASME(“American Society of Mechanical Engineering”: Sociedad Americanade Ingenieros Mecánicos), Sección I “Power Boilers” (calderas depotencia) u otras regulaciones que aplican.

La protección contra la sobrepresión para calderas de recuperaciónde calor de desecho se diseña de acuerdo con los requerimientos del“Código ASME” para recipientes a presión, siempre y cuando losrecipientes satisfagan las definiciones del párrafo U–1(e) de laSección VIII, División 1 del Código.

3. Sobrepresión en los serpentines de un horno de proceso – Elserpentín de cualquier horno en que el flujo del fluido de procesopuede ser interrumpido por el cierre inadvertido de una válvula en lasalida del horno (por error del operador) está sujeto a sobrepresiónpotencial y falla de un tubo debido a sobrecalentamiento yconsecuente reducción del nivel de esfuerzo permitido. A menos quepuedan eliminarse efectiva– mente tales mecanismos de interrupcióndel flujo (que surgen de una contingencia sencilla), el horno debe serprovisto de una válvula de alivio de presión en la salida del serpentín.En aplicaciones como ésta, la válvula de alivio de presión funcionaasegurando la continuidad del flujo a través del serpentín, así comotambién limitando la presión máxima. Es por lo tanto necesario que elsistema de alimentación sea capaz de proveer el flujo necesario a lascondiciones de alivio de la válvula de alivio de presión.

La sobrepresión y falla de un tubo puede también ser resultante delcierre de una válvula en el lado de entrada al horno o por falla de labomba de alimentación, si el serpentín permanece presionado por elequipo aguas abajo. En estos casos, sin embargo, la sobrepresiónocurre a la presión de operación normal o por debajo de ella (debidoal sobrecalentamiento en una condición de ausencia de flujo) y por lotanto una válvula de alivio de presión no puede proveer la protecciónnecesaria.

Las características de diseño requeridas para evitar elsobrecalentamiento de los tubos de un horno y su sobrepresiónconsiguiente, son las siguientes:

a. Se deberían proveer alarmas de bajo flujo, cierre hermético del combustibleinmediato a la pérdida del flujo del fluido de proceso y confiabilidad del flujode alimentación al horno de acuerdo con el documentoPDVSA–MDP–05–F–02 “Consideraciones de Diseño”. La alarma de bajoflujo y el cierre hermético del combustible proveerán alguna protección

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contra la falla de un serpentín debido a sobrecalentamiento por la pérdida delflujo de alimentación o cierre de la válvula de bloque en la entrada al horno.

b. Las válvulas de control en líneas de entrada al horno deberían abrir opermanecer estacionarias y luego moverse a la posición abierta, en un casode falla de la señal o del medio actuante, con el fin de evitar elsobrecalentamiento del serpentín.

c. Si se ha instalado una válvula de bloqueo en la entrada al horno, no serequiere una válvula de alivio de presión y la válvula de bloqueo no necesitaser del tipo CSO (válvula con dispositivo para bloquearla en la posiciónabierta). Sin embargo, si se instalan válvulas operadas manualmente oválvulas de control en cada paso de entrada al horno para proveer unadistribución de la alimentación en un horno de pasos múltiples, se deberíaproveer una protección contra la pérdida del flujo de fluido en cualquier ycada pase en particular como sigue:

1. Proveer un bloqueo del movimiento de la válvula hacia el cierre, oproveer un desvío abierto alrededor de cada válvula para que elflujo no pueda ser totalmente interrumpido, o

2. Proveer indicador de flujo en cada pase con una alarma de bajoflujo.

El bloqueo del movimiento hacia el cierre o desvíos deberían serdimensionados para dejar pasar por lo menos el 25% del flujo dediseño a través de cada pase en particular. Asimismo, la alarma debajo flujo y el cierre hermético del flujo de combustible deberíanajustarse para operar cuando el flujo disminuya al 25% del flujo dediseño.

Si se provee una válvula de alivio de presión en la línea dealimentación al horno, la válvula debería ser ubicada aguas arribadel orificio que mide el bajo flujo de alimentación al horno y activa elcierre hermético del flujo de combustible, de modo que tenga lugarel cierre hermético del flujo de combustible si el horno es bloqueadoen la salida.

d. No usar válvulas de retención para aislar el horno. Consultar el documentoPDVSA–IR–P–01. En caso de que exista una sola válvula de retención paraaislar el horno, no requiere de dispositivo de alivio.

e. Se requiere normalmente una válvula de alivio de presión en la línea desalida de un serpentín cuando tienen instalada una válvula de bloqueo queno puede ser del tipo CSO (válvula con dispositivo para bloquearla en suposición abierta), como por ejemplo, en una planta “Powerformer” o dondeuna válvula del tipo CSO no está permitida por códigos locales. La válvula dealivio de presión debería ser instalada preferentemente a la salida del

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serpentín, particularmente cuando la alimentación al horno es 100% devapores. La válvula de alivio de presión debería ser diseñada para lascondiciones de salida del horno, incluyendo una purga si es necesario paraevitar la deposición de coque en la entrada a la válvula de alivio de presión.

f. Cuando se instala una válvula de bloqueo remota (VBR) en la salida de unhorno para propósitos de aislamiento (bloqueo) de emergencia, según eldocumento PDVSA–IR–P–01, es necesario o bien proveer algún flujo através de los tubos o interrumpir rápidamente el flujo de combustible a la cajade combustión para evitar la ruptura de un tubo en el caso de que la VBR seacerrada inadvertidamente. Si bien se prefiere la instalación de una válvulade alivio de presión en la salida del serpentín, esto puede no ser siemprepráctico, particularmente en hornos de alta presión debido a limitaciones dediseño de la válvula de alivio de presión. Por lo tanto, está permitido usarcualquiera de las dos alternativas siguientes (la válvula de alivio de presiónes preferible):

– Una válvula de alivio de presión:a. La válvula de alivio de presión puede instalarse como un desvío

alrededor de la válvula VBR, o puede descargar a la atmósfera o a otrosistema cerrado. Debería ser dimensionada lo menos para 25% delflujo normal del horno y debería tener un punto de ajuste de 10% o 170kPa manométricos (25 psig) por encima de la presión normal deoperación, cualquiera de las dos que sea mayor.

b. La fuente de alimentación al horno debe tener una característica depresión/flujo tal que por lo menos 25% del flujo normal sea mantenido através del horno, si la válvula de bloqueo (VBR) es inadvertidamentecerrada y la válvula de alivio de presión se abre como consecuencia.Debe darse un margen para la caída de presión en el sistema debido alensuciamiento.

c. Si el equipo aguas arriba del horno está provisto de una válvula dealivio de presión, para protección contra la sobrepresión causada porel cierre de la descarga de una bomba o compresor, entonces el puntode ajuste debería ser lo suficientemente alto de modo que la válvulapreferencialmente no abrirá, en el caso de que la válvula de alivio depresión en la salida del horno esté funcionando, para mantener el flujo.

d. La válvula de alivio de presión debería ser diseñada para lascondiciones a la salida del serpentín y debería incluir una purga si esnecesario, para minimizar la deposición de coque en la entrada a laválvula de alivio de presión.

– Cierre del Flujo de Combustible y del Flujo de Proceso – La válvula VBRdebería tener instrumentación de modo que cuando el desplazamiento delvástago de la válvula alcance el 50% de la posición cerrada active losiguiente:

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a. Cierre del flujo de combustible a la caja de horno.

b. Parada de las bombas de alimentación del horno o compresores.

Debe proveerse un desvío con una válvula del tipo CSC (válvula con undispositivo para bloquearla en su posición cerrada) alrededor de la válvulaVBR para pruebas durante la operación con el fin de asegurarse delfuncionamiento de la válvula VBR.

5.8 Sobrepresión causada por reacción química

En ciertos procesos pueden ocurrir reacciones de descomposición o cambiosbruscos de la temperatura como resultado de una falla del flujo de alimentación ode enfriamiento, sobrecalentamiento de la alimentación, contaminantes o causassimilares. Los procesos con hidrógeno a alta presión o las reacciones demetanación son algunos ejemplos. En otros casos el aire introducido parareaccionar químicamente, como decoquización o regeneración de cataliza–dores, pueden causar sobrecalentamiento si no son cuidadosamente controlados.

El sobrecalentamiento puede resultar en sobrepresión debido a una reducción delesfuerzo permitido. Por lo tanto, el diseño debe incluir posibilidades de monitoreo yde control para evitar la eventualidad de reacciones de descomposición yreacciones disparadas sin control, puesto que los dispositivos de alivio de presiónconvencionales normalmente no pueden proveer protección contra esascontingencias.

Las temperaturas de diseño deben especificarse con un margen suficiente porencima de la temperatura de operación normal, para permitir la detección detemperaturas anormales y la toma de medidas correctivas por medio de controlesmanuales o automáticos.

Las características apropiadas de diseño pueden incluir control adelantado de latemperatura de la alimentación, alarmas de alta temperatura, cierres automáticospor alta temperatura para interrumpir el flujo de alimentación y abrir un venteo, a laatmósfera o a un sistema cerrado, monitoreo adecuado de las temperaturas através de un lecho de catalizador, etc.

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5.9 Sobrepresión causada por temperaturas anormales

Debe tomarse en cuenta la interrelación entre los esfuerzos permitidos (y de ahí lapresión de diseño del equipo) y las temperaturas que pueden surgir durante losdescontroles operacionales, emergencias, arranque y parada. Los efectos de laalta temperatura en algunas contingencias particulares se presentan en el punto5.11 “Incendio Como una Causa de Sobrepresión”, y el punto 5.8 “SobrepresiónCausada por Reacción Química”. Deben también evaluarse las bajastemperaturas que puedan resultar de condiciones ambientales, autorefrigeración,etc., para asegurarse de que los recipientes que puedan estar sometidos atemperaturas por debajo de las temperaturas de transición de fragilidad, seandiseñados de tal modo que los esfuerzos permisibles bajo estas condiciones noson excedidos. Este tópico se explica en detalle en el documento PDVSAMDP–01–DP–01 “Temperatura y Presión de Diseño”.

5.10 Sobrepresión causada por expansión térmica

1. Sobrepresión por expansión térmica – Las líneas o equipo que puedanestar llenos de líquido bajo condiciones de ausencia de flujo y que puedencalentarse mientras están totalmente bloqueados (encerrados entreválvulas), deben ser provistos de algún medio para aliviar la crecientepresión por efecto de la expansión térmica del líquido contenido. Debeconsiderarse la radiación solar así como otras fuentes de calor. Las líneaso equipo que están más calientes que la temperatura ambiente cuando sebloquearon y que no pueden de otra manera ser calentados por encima dela temperatura a la cual se bloquearon, no necesitan protección contra laexpansión térmica del líquido. Los siguientes son ejemplos de algunosmecanismos de expansión térmica:

a. Tuberías y recipientes que son bloqueados (encerrados entre válvulas) conlíquido en su interior y después calentados por líneas trazadoras decalentamiento, serpentines o por transferencia de calor desde la atmósferau otros equipos.

b. Un intercambiador de calor bloqueado por el lado “frío”, con flujo sininterrupción en el lado “caliente”. Esta situación puede ocurrir algunas vecesdurante la operación normal. Por ejemplo, considérese el caso de un tren deintercambiadores de calor en que la alimentación a la planta espre–calentada por intercambio de calor con productos calientes, con laalimentación fluyendo desde una bomba (que tiene una válvula de retenciónen la descarga), a través de los intercambiadores a un tambor devaporización instantánea. Un controlador de nivel en el tambor devaporización opera una válvula de control entre el tren de intercambiadoresy el tambor de vaporización: así que se si la válvula de control cierra, elsistema de alimentación queda bloqueado y sujeto a expansión térmica.

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c. Tuberías o recipientes bloqueados totalmente mientras están llenos delíquido a, o por debajo, de la temperatura ambiente y después calentados porradiación solar directa. Los sistemas criogénicos y de refrigeración deben serparticularmente examinados respecto a esta contingencia.

2. Método de protección contra sobrepresión, causada por expansióntérmica – Puede proveerse protección contra la sobrepresión causada porexpansión térmica por medio de los siguientes métodos:

a. Instalación de una válvula de alivio de presión.

b. Adición de un pequeño desvío abierto alrededor de una de las válvulas deaislamiento (bloqueo), que podría ser usada para bloquear totalmente elequipo.

c. Asegurarse de que los equipos totalmente bloqueados sean drenados delíquido.

Nota: los puntos b y c pueden no ser permitidos por códigos locales.

3. Aplicaciones de la protección contra la sobrepresión por expansióntérmica – La protección contra la sobrepresión causada por expansióntérmica se debería incluir en aplicaciones específicas de acuerdo con losiguiente:

a. Intercambiador de calor – Los intercambiadores del tipo carcaza/tubos ode doble tubo, en que el lado más frío puede ser bloqueado estando lleno delíquido sin interrupción del flujo en el lado caliente, debe ser protegidos porcualquiera de los siguientes métodos:

• Una válvula de drenaje operada manualmente con un letrero deadvertencia, cuando hay dos válvulas de bloque localizadas en elintercambiador. Si ambas válvulas de bloque no están localizadas enel intercambiador debe usarse el método (b) o (c) siguientes:

• Un pequeño desvío permanentemente abierto alrededor de una de lasválvulas de bloque. Refiérase al Manual de Ingeniería de Diseño“Safety relief protection systems”.

• Instalación de una válvula de alivio de presión.

Si se provee un desvío o una válvula de alivio de presión de presión,está debe también tener suficiente capacidad para aliviar los vaporesgenerados por el flujo frío, por entrada de calor desde el lado calientebajo las condiciones de flujo de diseño, si la vaporización pudieratambién causar la sobrepresión del lado frío.

Debe notarse que una válvula de retención ubicada en la tuberíaaguas arriba del lado más frío de un intercambiador de calor seconsidera como una válvula de bloqueo.

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b. Tuberías – Las secciones de tubería en cualquier servicio de líquido dentroo fuera del área de la planta, que pueden ser bloqueadas totalmente mientrasestán llenas de líquido, y ser sometidas a expansión térmica por uncalentamiento posterior, deben ser protegidas por el método siguiente:

• Un pequeño desvío alrededor de una de las válvulas de bloqueo segúnlo especificado en el Manual de Ingeniería de Diseño “Safety reliefprotection systems” (el desvío debe ser de 25 mm (1 pulg.) de diámetrocon una válvula de retención. Este método es sólo aplicable donde elescape a través del desvío es aceptable) o si no por medio de:

• La provisión de medios para retirar el líquido de modo que la línea nopermanezca llena de líquido.

Debe notarse que secciones cortas de tuberías que contienen líquido,dentro o fuera del área de la planta, que puedan ser bloqueadas, nonecesitan generalmente válvulas para el alivio térmico puesto quenormalmente están disponibles un drenaje manual y un medio segurode drenaje. Tales secciones cortas de tubería incluirían esas entreválvulas de aislamiento en estaciones de válvulas de control, múltiplesde tuberías en bombas, etc., y son de una longitud menor de 30 m (100pie). También, el escape a través de una válvula de retención esusualmente suficiente para compensar la expansión térmica debida acalentamiento solar.

c. Recipientes – Todos los recipientes y equipo que puedan ser bloqueadosmientras están llenos de líquido y sujetos a calentamiento posterior y portanto a expansión térmica por cualquiera de los mecanismos descritos en elpárrafo (1) anterior, deben ser protegidos por cualquiera de los métodosdescritos anteriormente para tuberías, o sea:

• Válvula de alivio de presión, o bien,

• Un pequeño desvío alrededor de una de las válvulas de bloque, o bien,

• Medios para drenaje del líquido.

En los casos en que los recipientes son provistos de válvulas de aliviode presión para la protección contra la sobrepresión por exposición aun incendio, o por una contingencia de falla operacional, no serequiere protección adicional contra la expansión térmica.

d. Válvula de control – Se considera que las válvulas de control con dobleasiento dejan pasar suficiente flujo de escape de presión para que losequipos bloqueados por tales válvulas, no necesiten ser provistos deprotección contra la expansión térmica.

4. Detalles de instalación para una válvula de alivio de presión paraprevención de la expansión térmica

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a. Las válvulas de alivio de presión para protección contra la expansión térmicadeberían ser especificadas con un punto de ajuste tan alto como sea posiblepor encima de la presión operacional a fin de evitar descargas inadvertidaso por descuido. Debe seguirse el Código “ASME” para recipientes. Cuandola válvula de alivio de presión se instala solamente para propósitos de aliviopor expansión térmica en sistemas de tuberías, es deseable un ajuste dehasta 1.33 veces la presión de diseño del componente del equipo que seprotege (especificación ANSI B–31.3), siempre y cuando la duración de lasobrepresión no exceda 10 horas de una sola vez, o 100 horas en un año ysi lo permiten los códigos locales. Sin embargo, debe concederse un margenpor la contrapresión si la válvula de alivio de presión descarga a un sistemacerrado, de modo que no se exceda el valor de 1.33 veces la presión dediseño.

b. No es fácil determinar el requerimiento de capacidad, pero puesto que elvolumen a descargar para aliviar la presión es pequeño, puede especificarsenormalmente una válvula de alivio de presión de tamaño nominal 15 mm (3/4pulg.) por 25 mm (1 pulg.), particularmente cuando sólo está involucrado elcalentamiento solar. Deben considerarse tamaños más grandes paratuberías de gran diámetro tendidas sobre la superficie del terreno y noaisladas térmicamente, así como también para recipientes llenos de líquidose intercambiadores de calor. (No debería olvidarse el tomar en cuenta laspresiones generadas por vaporización, así como también la expansión dellíquido).

c. Una válvula de alivio de presión contra la expansión térmica puede serinstalada en cualquier punto conveniente en el equipo o tubería que estéprotegiendo. En muchos casos la ubicación será determinada por ladisponibilidad de una ruta de descarga apropiada.

d. Para ubicaciones en el sitio de la planta la válvula de alivio de presión queprovee protección contra la expansión térmica y que alivia líquido debedescargar a un sistema cerrado, si el líquido dentro del sistema está a unatemperatura por encima de 315°C (605°F) o está por encima de su punto deinflamación. Ese sistema cerrado puede ser un cabezal de mechurrio o unequipo en el lado opuesto de una de las válvulas de bloqueo. Las válvulasde alivio de presión para la protección contra la expansión térmica ubicadasen el sitio de la planta y que alivian líquido pueden descargar a la atmósferaa nivel del suelo en una ubicación segura tal como una alcantarilla derecolección de agua sucia (como se detalla en el Manual de Ingeniería deDiseño “Safety relief protection systems”), con tal que el líquido en el sistemaesté a una temperatura menor de 315°C (605°F), y por debajo de su puntode inflamación. Materiales que están a una temperatura mayor que su puntode inflamación pueden descargarse a una cloaca si la cantidad es pequeña

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(menor de 100 dm3) (26 galones) y la densidad del material es mayor de 710kg/m3 (44 lb/pie3).

e. En ubicaciones fuera del área de la planta las válvulas de alivio de presiónpara protección contra la expansión térmica pueden descargar al cabezal deun mechurrio aguas arriba de un tambor separador, si está disponible, o aequipos (por ejemplo un tanque) en el lado opuesto de una de las válvulasde bloqueo, o a la atmósfera. Las descargas a la atmósfera deben ser a niveldel suelo en una ubicación segura.

f. Válvulas de alivio de presión para la protección contra la expansión térmicaen ubicaciones dentro o fuera del área de la planta, que alivian fluidos tóxicos(Sustancias tóxicas: “Aquellos materiales que por sus propiedades químicaspueden producir efectos nocivos, reversibles o irreversibles, cuando han sidoabsorbidos o introducidos en un organismo viviente”), deben descargar a unsistema cerrado adecuado.

g. Cada válvula de alivio de presión para protección contra la expansión térmicadebería ser provista de una válvula del tipo CSO en la entrada (válvula condispositivo para bloquearla en posición abierta) y también de una válvula tipoCSO en la salida (en el caso de una descarga cerrada), con el fin de permitirel aislamiento del sistema para propósitos de inspección y de prueba, si lopermiten los códigos locales.

5.11 Incendio como Causa de una Sobrepresión

Los equipos en el área de una planta que maneja fluidos inflamables estén sujetospotencialmente a ser expuestos a un incendio externo, lo cual puede conducir auna sobrepresión resultante de la vaporización de los líquidos contenidos. Esteriesgo puede existir aun para componentes del equipo que contienen materialesno inflamables.

1. Equipos a Ser Protegidos – Todos los recipientes sujetos a riesgo desobrepresión por incendio deben ser protegidos mediante válvulas de alivio,con las siguientes excepciones:

a. No se requiere una válvula de alivio de presión para proteger contraincendios cualquier recipiente que normalmente no contiene o contiene muypoco liquido, puesto que la falla de la carcaza debido a unsobrecalentamiento ocurriría aun si se ha provisto dicha válvula. Algunosejemplos son los tambores separadores de gas combustible y los tamboresseparadores en la succión de compresores. (Nota: algunos códigos localesrequieren protección con válvula de alivio de presión para el caso de”tambores secos”). Si se requiere una válvula de alivio para las condicionesde un ”tambor seco” se puede usar el procedimiento de dimensionamientodescrito bajo el API RP–520.

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b. Tambores y columnas de 0.6 m (2 pie) y menos de diámetro, construidos detuberías, accesorios de tuberías o su equivalente no requieren válvulas dealivio para su protección contra incendios en base a que las tuberías no sonprovistas de protección contra sobrepresión a causa de esta contingencia.Se requieren válvulas de alivio en estos recipientes, sin embargo, si lasobrepresión puede resultar de otras contingencias que no sean incendio.

c. Los recipientes interconectados puede ser considerados como una unidadpara propósitos de alivio de presión si las tuberías y las válvulas entre elloscumplen con los criterios delineados en la sección 5.14 “Evaluación de la rutade escape de presión en el diseño de alivio de presión”, en este mismodocumento.

Excepto en el caso de situaciones especiales, no se proveen dispositivos dealivio de presión para exposición a incendio de intercambiadores de calor,enfriadores por aire, o tuberías, ni tampoco se incluyen las superficiesexpuestas de esos renglones en el cálculo de la entrada total de calor porexposición a un incendio. Situaciones especiales pueden ser congestión yespaciamiento sub–estándar, o equipos mucho más grandes que lo normalcon un inventario normal de liquido por encima de alrededor de 4 m3 y/o querepresenta más del 15% de la superficie total en contacto con el líquido enel sistema al cual está directamente conectado para alivio de presión.

2. Determinación de los Flujos de Alivio y Area de Riesgo – Al calcular lascargas de calor como resultado de incendio de los diferentes recipientes, seasume que los vapores son generados por la exposición al incendio y que elcalor es transferido a los líquidos contenidos a las condicionesoperacionales. El procedimiento de cálculo se describe posteriormente. Paradeterminar la capacidad de la válvula de alivio para varios recipientesinterconectados, cada recipiente debe ser calculado separadamente, en vezde determinar la entrada total de calor en base a la suma de las superficieshumedecidas de todos los recipientes. No se consideran los vaporesgenerados por la entrada de calor normal del proceso o compresión, etc. Nose da ningún crédito para cualquier vía de escape de la carga de vaporesgenerados por el incendio que no sea a través de la válvula de alivio (quepuede ser una válvula de alivio común para más de un recipienteinterconectado). Tampoco se da ningún crédito por la reducción de la cargade calor generada por el incendio debido al funcionamiento continuo decondensadores y enfriadores.

A fin de determinar la capacidad total de vapores a ser aliviada cuando variosrecipientes están expuestos a un incendio sencillo, el área de procesos seconsidera dividida en un número de áreas sencillas de riesgo de incendio.Referirse al documento PDVSA–MDP–08–SA–01 para la definición de unárea de riesgo de incendio. API RP 521 indica, en su sección 5.2.2, que, enausencia de otros factores controlantes, la consideración de un área sencilla

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de riesgo de incendio debería estar limitada a un área de terreno entre 230a 460 m2 (2500 a 5000 pies2).

La colocación de los equipos de la planta debe ser diseñada de acuerdo conlos estándares de espaciamiento (referirse al documentoPDVSA–MIR–IR–M–01 “Separación entre equipos e Instalaciones”) y debeincluir la accesibilidad para el combate de incendios. Las áreas de riesgo deincendio se establecen mediante la provisión de vías de acceso o espacioslibres de por lo menos 6 m (20 pie) de ancho por todos los lados, los cualespermitan el acceso de todos los equipos de combate de incendios en todaslas partes del área y limiten así la propagación del incendio. El espacio librepor debajo de las líneas de tuberías si es mayor de 6 m (20 pie) de ancho,se considera una separación aceptable entre áreas con riesgo de incendio.Sin embargo, un área de riesgo de incendio sencillo no necesita extendersemás de 465 m2 (5000 pie2) con tal que el área incluya la combinación mássevera de cargas originadas por incendio dentro de un módulo de área querazonablemente podría estar involucrada en un incendio real. El uso deformas de módulo no comunes tales como por ejemplo, una ”T”, debeevitarse. La base para lo anterior es que un incendio que involucre un áreamás grande seria de tal magnitud que las fallas de tuberías o de otros equiposproveería medios adicionales de alivio de la presión.

Aún cuando cada caso debe analizarse por separado, siguiendo lasindicaciones del párrafo anterior, se recomienda considerar el área sencillade riesgo de incendio, la cual se considera que razonablemente estarátotalmente involucrada en un incendio sencillo, como un área circular con undiámetro de 21 m (69 pies), o un área limitada por espacios abiertos de 6 mó más de ancho, que cubra un máximo de 460 m2 (5000 pies2)

Cuando ocurre un incendio se supone que todo el flujo de los fluidos haciao desde el área de riesgo ha sido interrumpido. Por lo tanto, cargas de flujooriginadas por fallas de válvulas de control o corrientes de alimentación queentran no son aditivas a las cargas originadas por el incendio. No se daningún crédito por la salida de flujos a través de las vías normales puesto quepueden estar bloqueadas durante la emergencia del incendio.

La carga total por el incendio se calcula para cada área de riesgo de incendioy se usa para determinar la descarga más grande del riesgo sencillo. Dondeel tamaño de un cabezal de descarga cerrado es fijado por los requerimientosde capacidad de alivio por fuego puede tomarse ventaja para reducir elrequerimiento suministrando protección o aislamiento a prueba de incendioen recipientes con altos inventarios de líquidos, como se describe en eldocumento PDVSA–MIR–IR–C–03 “Revestimientos contra Incendios”.

La duración de un incendio depende de muchos factores: las instalacionesdisponibles para combatir incendios, la preparación del personal paracombatirlos, la disponibilidad de fácil acceso al lugar del incendio, etc. En

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general, las instalaciones de PDVSA, cumplen con estrictas normas deseguridad para que, si se sucede una emergencia por incendio, éste puedasofocarse rápida y eficientemente. API RP 521, en su sección 3.15.2.2,considera que un razonable tiempo de exposición a fuego de cualquierequipo, en lugares donde se tienen las instalaciones necesarias paracombatir incendios, personal adecuadamente entrenado para combatirlos,y un fácil acceso al lugar del incendio, es de 20 minutos a una hora. Paraefectos de trabajo preliminar, se supondrá que un incendio no durará más deuna hora, al menos que se consideren hechos de sabotaje.

3. Protección de los Recipientes Contra la Exposición a un Incendio enAñadidura al Alivio de Presión – Las válvulas de alivio de presión nopueden proteger a un recipiente que se sobrecalienta localmente en susuperficie no humedecida, aunque en realidad evitan que la presión subamás allá de la presión de acumulación de la válvula. Sin embargo, en talescasos el recipiente puede ser protegido efectivamente contra una falla poruno de los dos métodos siguientes para mitigar los efectos de un incendio:

a. Reducción de la Presión por Despresurización – La reducción de lapresión en un recipiente expuesto a un incendio tiene la ventaja de no sóloreducir los esfuerzos sobre el metal a un valor que no resulte en una falla, sinoque también reduce apreciablemente la cantidad de combustible quealimentaria el incendio. La aplicación y el diseño de sistemas dedespresurización (purga de vapor) en emergencias se describe en eldocumento PDVSA–MIR–IR–P–01 “Paradas de Emergencia, bloqueo,despresurización y venteo de plantas y equipos”.

b. Limitación Efectiva de la Entrada de Calor – La aplicación de agua contraincendios desde instalaciones fijas y móviles es el método primario de enfriarlos equipos expuestos a un incendio. Estas instalaciones se describen en eldocumento PDVSA–MIR–IR–M–03: “Sistema de Agua contra Incendio”.Protección adicional por medio de sistemas fijos de chorro o de regadera deagua, o protección a prueba de incendio se aplican en áreas de riesgoparticularmente de alto de incendio, como se describe en los documentosIR–M–03 y IR–C–03, respectivamente. Sin embargo, en eldimensionamiento de las válvulas de alivio, no se confiere ningún crédito porreducir la entrada de calor mediante la aplicación de agua para enfriamiento,puesto que no se le puede considerar 100% efectiva en todas las condicionesde los posibles tipos de incendios.

4. Determinación de las cargas de vapor de recipientes que contienenlíquidos y que están expuestos a un incendio.– A continuación sedescribe el procedimiento para calcular los caudales de alivio requeridos.

Paso 1. Cantidad de calor absorbida – La cantidad de calor absorbida porun recipiente expuesto a un incendio abierto es notablemente afectada porel combustible que produce y/o alimenta al incendio, el grado en que el fuego

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envuelve al equipo bajo estudio, tamaño y carácter de la instalación, y lasmedidas de protección contra incendio. Estas condiciones se evalúanmediante la ecuación siguiente, bajo la premisa que existen las instalacionesadecuadas (y el personal adecuado para actuar rápidamente) para combatirincendios, y el drenaje adecuado para alejar el material inflamable del focodel incendio:

Q � F1 F A0.82 Ec. (1)

donde:

Enunidades

SI

Enunidadesinglesas

Q = Absorción de calor total (entrada) por lasuperficie humedecida

kW BTU/h

A = Superficie total humedecida m2 pies2

F = Factor Ambiental adim. adim.F1 = Factor cuyo valor depende de las

unidades usadas43.19 21000

Cuando no existen las instalaciones adecuadas (y el personal adecuadopara actuar rápidamente) para combatir incendios, y el drenaje adecuadopara alejar el material inflamable del foco del incendio, la ecuación a empleares:

Q � F2 A0.82 Ec. (2)

donde:

Enunidades

SI

Enunidadesinglesas


kW BTU/h


F2 = Factor cuyo valor depende de lasunidades usadas

70.96 34500

Factor Ambiental – El valor F depende de la conductancia térmica delaislante térmico del recipiente; otros efectos ambientales se ignoran.

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La conductancia es la conductividad térmica dividida por el espesor delaislante. La conductividad térmica a ser usada aquí es a la temperaturamedia entre 900°C (1650°F) y la temperatura de proceso que se espera a lascondiciones de alivio. Se sugiere una temperatura media conservadora de540°C (1000°F).

Generalmente, no puede concederse ningún crédito por la disponibilidad deregadera de agua o sistemas de diluvio al dimensionar sistemas de válvulasde alivio de presión. El suministro de suficiente agua para absorber la mayorparte del calor por radiación se hace poco práctico para la mayoría de lasinstalaciones. El esfuerzo debe concentrarse en proveer suficiente agua alexterior de un recipiente expuesto a un incendio, para mantener latemperatura del metal por debajo de un punto en que pueda ocurrir una falla.Un clima de invierno, vientos fuertes, sistemas tapados, suministro de aguano confiable y condiciones de la superficie del recipiente, son los factores quepueden impedir una cobertura con agua adecuada, así que no serecomienda ninguna reducción del factor ambiental.

Los valores de Factor Ambiental a usar en la Ec. (1), de acuerdo a lasrecomendaciones del API RP521, Tabla A–3, son los siguientes:

Tipo de Instalación / protección contra fuego Factor Ambiental, F

Recipiente desnudo 1.0Recipiente aislado contra fuego, con los siguientes valores de conductancia(Supone aislamiento que soporte el chorro de las mangueras contra incendio)

KW/m2 °C (BTU/h pie2 °F)

(4) 0.3

(2) 0.15

(1) 0.075(0.67) 0.05

(0.5) 0.0376

(0.4) 0.03

(0.33) 0.026

Sistemas de enfriamiento con agua sobrerecipientes desnudos

1.0

Instalaciones de Despresurización y Vaciado derecipientes

1.0

A menos que el sistema de aislamiento cumpla los requerimientos parasoportar las llamas y el choque de la corriente de la manguera contraincendio detallados en el documento PDVSA–MIR–IR–C–03“Revestimientos contra Incendios”, debe usarse un valor de F = 1.0.

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Nótese que las consideraciones económicas favorecerán en algunos casosla provisión de aislamiento adicional (más allá de la requerida paraconservación del calor), a fin de reducir la capacidad requerida del sistemade alivio de presión cuando el caso controlante de diseño es porconsideraciones de incendio.

Superficie Húmeda Expuesta a Incendio – La superficie húmeda A usadapara calcular la absorción de calor para una situación práctica de incendio,se toma normalmente como la superficie total húmeda dentro de 7.5 m (25pie) por encima del nivel del suelo. El ”nivel” usualmente se refiere al niveldel piso, pero también debe considerarse cualquier otro nivel al cual puedesostenerse un incendio de grandes proporciones, tal como una plataforma.En el caso de recipientes que contienen un nivel variable de liquido seconsidera el nivel promedio. Las interpretaciones especificas de A a usarsepara varios recipientes son como sigue:

1. Tambores Horizontales

Menos del 50 % lleno (hasta el nivel alto normal de liquido). Se usa lasuperficie del recipiente húmeda hasta el nivel alto normal de liquidosin tomar en cuenta la distancia por encima del nivel del suelo.

Más del 50 % lleno (hasta el nivel alto normal de liquido). Se usa lasuperficie total del recipiente dentro de una distancia de 7.5 m (25 pie)desde el nivel del suelo o hasta el plano ecuatorial del recipiente,cualquiera de las dos que sea mayor.

2. Tambores Verticales – Se usa la superficie húmeda dentro de unadistancia de 7.5 m (25 pie) a partir del suelo, basada en el nivel normalde liquido. Si todo el recipiente está 7.5 m (25 pie) o más por encimadel nivel del suelo sólo necesita incluirse el nivel de liquido contenidoen la tapa inferior del recipiente.

3. Fraccionadores y Otras Columnas – Un nivel equivalente a columnavacía es calculado sumando la retención de liquido en las bandejas alnivel normal de liquido en el fondo de la columna. Se usa la superficiehúmeda por este nivel equivalente y que esté dentro de 7.5 m (25 pie)desde el nivel del suelo. Se incluirá el nivel del rehervidor en este nivelequivalente si dicho aparato forma parte integral de la columna.

4. Esferas y Esferoides de Almacenaje – Se usa la superficie totalexpuesta dentro de 7.5 m (25 pie) desde el nivel del suelo o hasta laelevación del diámetro horizontal máximo, cualquiera de los dos quesea mayor.

5. Almacenamiento en General – Se usa la superficie húmeda dentrode una distancia de 7.5 m (25 pie) a partir del suelo, basada en el nivelnormal de liquido. Para Tanques con presión de operación igual o pordebajo de 1.03 barg (15 psig), ver API estándar 2000.

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6. Intercambiadores de Calor, Intercambiadores por Aire y Tuberías– Estos equipos no son normalmente considerados para establecer lasuperficie húmeda de recipientes expuestos en un área con riesgo deincendio. Sin embargo, pueden haber situaciones especiales, talescomo congestión o espaciamiento grande sub–estándar, o uncomponente de equipo grande no usual, tal como un rehervidor conuna retención de liquido de 4 m3 (1000 galones) o más, que ameritensu inclusión.

Paso 2. Velocidad de Alivio de Vapores – Toda absorción de calor porexposición a un incendio se considera como calor latente y no se concedeningún crédito por la capacidad de calor sensible del fluido dentro delrecipiente. La rata de alivio de vapores (W) se calcula con la fórmula:

donde:

W � Q�L Ec. (3)

Enunidades

SI

Enunidadesinglesas

W = Flujo másico de vapores a aliviar kg/s lb/hQ = Absorción de calor total (entrada) por la

superficie humedecidakW BTU/h

L = Calor latente de vaporización del liquido enel recipiente, evaluado a la presiónexistente en la entrada de la válvula dealivio de presión, bajo condiciones dedescarga total

kJ/kg BTU/lb

Los vapores a ser aliviados son aquellos que están en equilibrio con el líquidobajo las condiciones existentes cuando la válvula está aliviando a sucapacidad máxima. No debe pasarse por alto que la composición de losvapores y del líquido pueden cambiar a medida que se alivian vapores delsistema; las temperaturas y valores del calor latente pueden cambiar.

Los valores del calor latente y peso molecular a ser usados para calcular larata de vaporización, son los relevantes a las condiciones capaces degenerar las máxima rata de alivio. La duración de un incendio no entranormalmente en este análisis.

La estimación del calor latente de vaporización, deberá ser lo más realistaposible, para lograr una estimación apropiada de los vapores a aliviar. Enmezclas multicomponentes, el uso de reglas de mezcla en peso de losvalores individuales de calor latente de vaporización entrega los resultadosmás apropiados. Sin embargo, debido a que el fenómeno de absorción de

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calor, con su consecuente generación de vapores, hace que la composicióndel líquido remanente cambie con el tiempo, será necesario llegar a uncompromiso acerca de que composición usar para dicha estimación del calorlatente de vaporización: para todos los efectos, usar la composición inicial dellíquido en el recipiente bajo incendio para dicha estimación.

Para efectos de estimación preliminar del calor latente de vaporización, ycuando no se tenga una fuente más confiable de información, como lo seríauna simulación del evento con un programa de simulación de procesos, seusarán las gráficas 2a y 2b presentes en el apéndice. Estas gráficas fuerontomadas del API RP 521 (1990), Apéndice A, y fueron desarrolladas paralíquidos de hidrocarburos parafínicos de un sólo componente. Obviamente,mientras más alejados se esté de la base de esta gráfica, mayores serán loserrores que se cometan.

La práctica recomendada de calcular el flujo de alivio usando la absorción decalor del recipiente y el calor latente del líquido, no es válida cerca del puntocrítico de dicho fluido, ya que el calor latente se aproxima a cero y el calorsensible domina

Para condiciones de vaporización de líquidos cercanas al punto critico, elvalor mínimo del calor latente que debe usarse es 116 kJ/kg (50 BTU/lb).

Para condiciones de vaporización de líquidos en o por encima del puntocrítico, la rata de descarga de vapores depende de la rata a que el fluido seexpandirá.

5.12 El vacío como una causa de falla de los equipos1. Generalidades – Los equipos que puedan operar bajo condiciones de vacío

de un modo continuo o intermitente, deben ser diseñados para soportarcondiciones de vacío o protegidos de otra manera, en adición a cualquierrequerimiento para su operación bajo presión positiva. Deben especificarselas condiciones del vacío. En algunos casos esto puede incluir las tuberías,así como también recipientes u otros equipos.

Otros equipos que no operan bajo condiciones de vacío, bien sea de maneracontinua o intermitente, pueden ser inadvertidamente expuestos acondiciones de vacío por contingencias, tales como las siguientes:

a. Mal funcionamiento de la instrumentación.

b. Drenaje de líquidos no volátiles de un recipiente sin venteo atmosférico orepresurización con gas.

c. Cierre del flujo de vapor de agua al terminar una purga con vapor de aguasin admitir un gas no condensable (por ejemplo, aire durante una parada, gascombustible durante un arranque).

d. Funcionamiento defectuoso de válvulas.

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e. Baja temperatura ambiente resultante en una presión de vaporsubatmosférica de ciertos materiales (por ejemplo, algunos alcoholes,aromáticos, butano, pentano) almacenados a presión.

f. Pérdida de introducción de calor a equipos de proceso cerrados que manejanmateriales con baja presión de vapor (por ejemplo, en el fraccionamiento dealcoholes y solventes aromáticos), mientras continua el enfriamiento talcomo por medio de un condensador o por pérdida de calor a la atmósfera.

g. Pérdida de la introducción de calor a calderas de recobro de calor de desechocon la resultante condensación de vapor.

h. Pérdida de la entrada de calor a equipos de proceso cerrados donde segeneran grandes cantidades de vapor de agua, por ejemplo enregeneradores de “DEA” (dietanolamina) y “MEA” (metanolamina).

En algunas de las situaciones anteriores puede proveerse una proteccióncontra el vacío mediante la instalación de dispositivos de alivio de vacío, porejemplo, válvulas de alivio de vacío en tanques y esferoides. En otros casos,se confía en que no se desarrollará una condición de vacío por laconfiabilidad en procedimientos operacionales correctos por el personal deoperaciones, por ejemplo, no drenar un líquido no volátil de un recipiente sinventear o represurizar, o no bloquear un recipiente que ha sido llenado devapor de agua durante el arranque o parada de la planta. En general, debenconsiderarse en el diseño cualesquiera condiciones de vacío que puedancrearse durante las operaciones del proceso tales como enfriamientoanormal, baja temperatura ambiente, pérdida de calor o succionesbloqueadas en ciertos compresores.

Al diseñar para condiciones de vacío puede concederse un crédito por elhecho de que una condición de vacío puede no crear un vacío total. Así, notodos los recipientes y equipo necesitan ser diseñados para una condiciónde 100% de vacío. Por ejemplo, si la condición de vacío ha sido creada porun bloqueo de la succión en el circuito de un compresor y el vacío creado estálimitado a 10 psia por las características del compresor, el sistema sólonecesita ser diseñado para 69 kPa abs. (10 psia).

Como una regla general, se permiten los dispositivos de alivio de vacío enrecipientes de almacenaje ubicados fuera del área de la planta que manejanproductos acabados limpios, puesto que no existe esencial– mente ningunaposibilidad de una fuente de ignición interna. Sin embargo, los dispositivosde alivio de vacío que permiten el rompimiento de un vacío con gas inerte ovapores inflamables no están permitidos para su uso en equipo de proceso,puesto que no se consideran lo suficientemente confiables para suministraruna protección adecuada bajo todas las circunstancias. Pueden, sinembargo, usarse dispositivos para la protección contra el vacío que permitenla entrada de aire, en el caso de que el equipo no contenga o no pueda

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contener materiales inflamables, por ejemplo, en el caso de algunossistemas de vapor de agua.

2. Diseño de equipos para evitar falla bajo condiciones de vacío

Los equipos que pueden ser expuestos al vacío por cualquier contingenciasencilla del proceso deberían diseñarse para condiciones de vacío. Enmuchos casos, equipos con una presión de diseño sustancialmente positivason capaces de soportar el vacío total, pero el diseño debería corroborarse.Como una alternativa para diseñar en condiciones de vacío, en ciertos casoses permisible proveer medios para prevenir la ocurrencia de las condicionesde vacío.

En general, venteos de vacío, y sistemas de represurización con inerte o congas no se consideran como una alternativa aceptable para el diseño encondiciones de vacío para equipos de proceso. Los sistemas derepresurización pueden ser provistos por razones de proceso, pero no seconsideran lo suficientemente confiables para la protección del equipo. Losrompedores de vacío son difíciles de mantener herméticos y pueden admitiraire dentro del equipo.

Venteos de vacío (aire) son, sin embargo, usados en recipientes dealmacenaje refrigerados para productos limpios, como un apoyo a unsistema de represurización y de parada de un compresor por baja presión.Esto es aceptable, puesto que no hay ninguna fuente de ignición interna y losventeos de vacío funcionarían solamente si la protección primaria contra elvacío (represurización y parada del compresor) fallara en operar. Asimismo,cuando se requiere protección contra el vacío en recipientes presurizadostales como esferas y esferoides, son aceptables los dispositivos de alivio devacío que admiten aire, puesto que la posibilidad de un gran vacío es muyremota y no hay fuentes de ignición interna.

En el caso de equipos de fraccionamiento a baja presión no se requierediseñar para condiciones de vacío si se pueden cumplir todas las siguientescondiciones:

a. Existe un dispositivo adecuadamente dimensionado de alivio de vacío paraevitar un vacío.

b. No existen materiales pirofóricos tales como peróxidos, acetiluros o sulfuroso cualesquiera posibilidades internas de ignición tales como electricidadestática, bien sea por condiciones normales o anormales.

c. Las temperaturas de proceso están por lo menos 83°C (180°F) por debajodel punto de auto–ignición de los materiales que se manejan.

Los fraccionadores que satisfacen los criterios anteriores y que por lo tantono necesitan ser diseñados para condiciones de vacío deben, sin embargo,ser provistos con los dos dispositivos siguientes:

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• Un sistema confiable automático de represurización (gas inerte o unhidrocarburo gaseoso) para minimizar la posibilidad de que ocurrancondiciones de vacío.

• Una alarma de baja presión montada en el tablero de instrumentos,ajustada a una presión positiva y un dispositivo operado a controlremoto para que pueda admitirse gas de presurización desde el centrode control, en el caso de que falle el sistema automático.

Como una regla los sistemas de vapor de agua no requierenprotección especial contra el vacío, puesto que ellos son normalmentecapaces de soportar el vacío que se desarrolle si fallara la generaciónde vapor y se condensara vapor residual. Sin embargo, deberíanexaminarse los sistemas de vapor de baja presión.

Generalmente los equipos no son diseñados para soportar el vacíodebido al bloqueo total en un recipiente por razones de paradadespués de su limpieza con vapor. Se confía en una buena prácticaoperacional para asegurarse de que un recipiente o equipo no estéembotellado, es decir, que tenga su venteo correspondiente abierto.También, por otra parte, no se requiere diseñar para protección contrael vacío en el caso de esferas, esferoides y recipientes similarescuando las condiciones de vacío pueden resultar solamente deldrenaje de agua durante el arranque, puesto que una buena prácticaoperacional requiere el desplazamiento con gas o el venteo encircunstancias tan infrecuentes.

Los tanques de almacenaje atmosféricos del tipo de techo cónicodeben ser provistos de una válvula de presión–vacío o de un venteoabierto, dependiendo del punto de inflamación del productoalmacenado.

5.13 Evaluación de la ruta de presurización en el diseño del alivio depresión

En los siguientes párrafos se indica la base para el diseño de la limitación decapacidad permisible, en las vías de flujo a través de las cuales un componente deequipo pueda ser sobrepresionado desde una fuente de fluidos a alta presión.

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1. Tuberías – Puede concederse un crédito por la caída de presión y flujomáximo a través de una tubería que constituye una vía de presurización a unrecipiente en el cual se va a instalar una válvula de alivio de presión parapropósitos de protección contra la sobrepresión. El cálculo debe hacersepara las condiciones de alivio. Sin embargo, en el caso en que se da uncrédito por caída de presión al determinar el ajuste de la válvula de alivio depresión, debe también considerarse que bajo condiciones de ausencia deflujo, las presiones se igualarán a través del sistema a la presión de ajustede la válvula de alivio de presión.

También, si se requiere el alivio de vapores a través de un sistema líquido,debe tomarse en cuenta la dinámica del desplazamiento del líquido previoa la descarga de los vapores. Por ejemplo, en el caso de dos recipientesllenos con líquido interconectados por una línea de líquido en el fondo conuna válvula de alivio de presión en el segundo recipiente, el desplazamientodel líquido a través de la línea de interconexión puede no ser suficiente paraproteger el primer recipiente, si la sobrepresión es causada por generaciónde vapores.

2. Válvula de retención – Una válvula de retención normalmente no es unmedio aceptable de evitar la sobrepresión por el flujo invertido desde unafuente de alta presión. Sin embargo, una válvula de retención es aceptablecuando un análisis de confiabilidad muestre que dicha válvula de retencióntenga una tasa aceptable de fallas. La tasa máxima aceptable de fallas seráespecificada por PDVSA.

3. Orificio de restricción – En general, no debería usarse un orificio derestricción como un medio de limitar la capacidad de una vía depresurización. En casos especiales en los cuales se logran grandesincentivos (tal como reducir el tamaño de un sistema del mechurrio), puedeusarse un orificio de restricción con tal que se satisfagan todas lascondiciones siguientes:

a. Se incluye un medio físico para evitar la remoción inadvertida (por descuido)del orificio de restricción, por ejemplo soldando el orificio de restricción a labrida.

b. Se provee una advertencia contra la remoción no autorizada del orificio pormedio de las siguientes indicaciones:

• Una placa de advertencia soldada a la manilla del orificio de restriccióno a la brida.

• Una nota de advertencia en la documentación correspondiente (hojasde especificación, diagramas de flujo y manuales operacionales).

• La instalación del orificio es revisada por la sección correspondientedel Departamento (Superintendencia) de Seguridad.

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4. Válvula de control – Una válvula de control con un bloqueo para restringirsu movimiento hasta su posición de máxima apertura, no es normalmenteaceptable como un medio de limitar la capacidad de una vía de presurización,puesto que el límite de parada puede ser removido después o la válvulapuede ser cambiada. Puede concederse un crédito por la limitación decapacidad de una válvula de control en la posición de totalmente abierta,solamente si aplican todas las condiciones siguientes:

a. No existe ningún desvío alrededor de la válvula de control. Si se ha provistoun desvío, referirse al punto (d) más adelante.

b. Se supone que la válvula de control ha sido provista con el tapón de tamañomáximo y también el asiento correspondiente para el tamaño del cuerpo dela válvula.

c. Si el tamaño de la válvula de control es crítico para la protección contra lasobrepresión del equipo aguas abajo, y no debe ser aumentado, entoncesesto es claramente advertido en toda la documentación relevante (hojas deespecificaciones, diagramas de flujo, manuales operacionales, etc.) yademás se suelda una placa de advertencia al cuerpo de la válvula. En talescasos, debería hacerse una revisión de la válvula instalada o adquirida,durante la revisión previa al arranque.

d. Si existe un desvío alrededor de la válvula de control, el equipo aguas abajodebe ser protegido de modo tal que su presión no exceda 110% de la presiónde diseño, al mismo tiempo considerando que la válvula de control está enla posición de totalmente abierta y el desvío 50% abierto.

e. La instalación es revisada por la sección correspondiente de laSuperintendencia de Seguridad.

5.14 Evaluación de la ruta de escape de presión en el diseño de alivio depresión

Los siguientes párrafos presentan la base para el diseño de las vías de escape depresión permisibles cuando se consideran las contingencias de sobrepresión.

Agrupamiento de recipientes interconectados – Dos o más recipientes apresión conectados por tubería pueden considerarse como una unidad sencillapara propósitos de alivio de presión, sujeto a las condiciones que se delinean másadelante. Si esas condiciones son satisfechas, entonces las instalaciones para elalivio de presión para el grupo pueden estar ubicadas en cualquiera de losrecipientes en particular o en la tubería de interconexión. Sin embargo, las caídasde presión a través del sistema bajo las condiciones de alivio deben ser tales queningún recipiente en el grupo esté expuesto a una presión mayor que su presión dediseño (más la acumulación permitida) durante cualquier contingencia sencilla.(Referirse a “Evaluación de la Vía de Presurización en el Diseño del Alivio de

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Presión” anteriormente expuesto). Al evaluar las cargas de alivio por incendiocuando se considera un grupo de recipientes como una unidad sencilla parapropósitos de alivio de presión, la exposición al incendio debe suponerse pararecipientes del grupo que están en la misma área de riesgo de incendio, como sedescribe en la sección 5.11 de este documento.

Falla de los tubos de un intercambiador de calor – Vía de Escape de presión enel Lado de Baja Presión. Los requerimientos que se describen más adelanteaplican también a las vías de escape de presión requeridas en el lado de bajapresión de intercambiadores de calor para evitar una sobrepresión en el caso deuna falla en los tubos. Referirse también al Manual de Ingeniería de Diseño “Safetyrelief protection systems”.

Tuberías para recipientes interconectados e instalaciones de alivio depresión – Las tuberías deben ser de capacidad adecuada para manejar lasvelocidades de alivio acumuladas a través del sistema, que puedan surgir porcausa de cualquier contingencia sencilla.

Una situación especial ocurre con los condensadores sumergidos donde la salidadel condensador está usualmente por debajo del nivel normal de líquido en eltambor acumulador de destilado. Si ocurre un incendio cerca del tambor laintroducción de calor al tambor hará que suba la presión en el sistema formado porla columna y el tambor. Cuando la válvula de seguridad en la columna “alivie”, elflujo será en la dirección hacia fuera del tambor forzando líquido a salir por la líneadel tope de la columna. Si continúa la entrada de calor al tambor, puede aumentarconsiderablemente el cabezal estático de líquido en la línea de salida del tope de lacolumna. Esto dependerá, por supuesto, del volumen del tambor y de la longitudvertical de la línea de salida del tope. Si este incremento de presión puede sermayor del 20% de la presión de diseño del tambor, entonces debe instalarse unaválvula de seguridad en el tambor o debe aumentarse la presión de diseño deltambor.

5.15 Válvulas con dispositivos de bloqueo en la posición abierta (“CSO”)

Las válvulas de bloqueo del tipo “CSO” son permisibles en vías de escape depresión de alivio de presión con tal que la contingencia sencilla que causa el cierrede la válvula “CSO” no origine que algún equipo resulte sometido a más de una 1.1veces su presión de diseño. (Nota: el uso de válvulas del tipo “CSO” no estáreconocido en todos los códigos locales).

Los requerimientos para válvulas del tipo “CSO” son los siguientes:

a. El bloqueo de válvula es un medio de asegurar la posición correcta de unaválvula de bloqueo y debería usarse solamente cuando la posición de“totalmente abierta” es una parte esencial de un sistema de alivio de presióno de ruta de escape de presión. Generalmente, no debería usarse una

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válvula del tipo “CSO” para conveniencias de proceso, sino que su uso debeser confinado a aplicaciones que tengan que ver con la seguridad.

b. Las válvulas del tipo “CSO” deben ser del tamaño de la línea, de operaciónmanual y del modelo de bola, compuerta o tapón (las válvulas operadas pormotor pueden no considerarse del tipo “CSO”).

c. Las válvulas del tipo “CSO” no deben tener ninguna restricción o obstrucciónen su área de sección transversal en la posición abierta.

d. Las válvulas de compuerta deben ser instaladas con la orientación delvástago indicada en el Manual de Ingeniería de Diseño “Safety reliefprotection systems”.

e. Las válvulas del tipo “CSO” deben ser pintadas de un color claramentedistinguible, normalmente de color amarillo.

f. Pueden usarse sellos de bloqueo de plástico o alambres con sellos de plomo.Cada planta debe establecer un procedimiento efectivo para revisar y llevarun control escrito regular de todas las válvulas que tengan un sello para elmovimiento del vástago. La rotura de los sellos de movimiento del vástagode las válvulas “CSO” debería ser permitido solamente por personalautorizado.

g. El uso de válvulas de bloqueo doble donde se requiera para cierre herméticoes sólo aceptable si ambas válvulas son del tipo “CSO”.

5.16 Válvula del tipo “CSC” (Válvula con dispositivo para bloqueo enposición cerrada)

En ciertos casos puede ser ventajoso usar válvulas con dispositivo para bloqueoen posición cerrada, tal como en el caso de un desvío alrededor de una válvula decontrol de gas combustible usada para proteger un horno contra la extinciónrepentina de la llama (el desvío se provee para verificar periódicamente laoperación del sistema automático de parada). Donde se usen válvulas del tipo“CSC” para otros propósitos, su uso está limitado también a aplicaciones donde laapertura inadvertida de la válvula “CSC” no sobrepresionaría el equipo en más de1.1 veces la presión de diseño.

5.17 Válvulas de control1. Generalmente no está permitido el uso de una válvula de control en la vía de

escape de presión del alivio de presión. En algunos casos muy particularesdonde se presentan razones importantes (tal como en una unidad decraqueo catalítico en el caso de válvulas para los gases de combustión quesalen del regenerador) puede usarse una válvula de control con unacaracterística de mínima apertura, pero sujeto a que se satisfagan todas lascondiciones siguientes:

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a. La apertura mínima, que puede ser un hueco o un corte en el disco o tapónde la válvula, debe ser dimensionado para dejar pasar el flujo de alivio dediseño sin sobrepresionar ningún equipo. Los límites para detener elmovimiento del vástago de la válvula no son un medio aceptable paraasegurarse de la apertura mínima.

b. Debe hacerse notar claramente en la documentación pertinente (hojas deespecificaciones, catálogos mecánicos, diagramas de flujo, manualesoperacionales, etc.) el hecho de que la característica de apertura mínima seha incluido para propósitos de alivio de presión y no debe cambiarse. tambiéndebe soldarse al cuerpo de la válvula una placa–letrero de advertencia.

c. La instalación debería ser revisada por la sección correspondiente de laSuperintendencia de Seguridad.

2. Es aceptable una válvula de control de 3 vías que divide o combina dos flujosen una vía de alivio de presión, con tal que el área total seccional transversalde apertura sea por lo menos igual a la tubería adyacente en todas lasposiciones de la válvula. También, la válvula debería ser del tipo que nuncatiene la compuerta en la posición de totalmente cerrada.

3. Las válvulas interconectadas eléctrica o mecánicamente para dividir ocombinar dos flujos no son aceptables en una vía de alivio.

4. Placa de orificio de medidor de flujo – Una placa de orificio de mediciónde flujo es permisible en la vía de alivio de presión del flujo normal de proceso,con tal que pueda dejar pasar el flujo de emergencia requerido sin excederlos límites de presión de los equipos aguas arriba. Sin embargo, no esaceptable en la entrada de una válvula de alivio de presión ni tampoco encabezales de mechurrios.

5. Válvula de retención – Una válvula de retención es aceptable en una vía dealivio de presión del proceso con tal que:

a. La válvula abra en la dirección del alivio de presión y

b. La válvula sea de retención a bisagra o del tipo de compuerta como una“galleta” (wafer) con ninguna actuación externa o mecanismo deamortiguación y, también,

c. Se incluye la caída de presión en el análisis del sistema.

Sin embargo, no está permitido el uso de una válvula de retención en latubería de entrada o de salida de una válvula de alivio de presión ni tampocoen cualquier cabezal de mechurrio o de válvula de seguridad.

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6. Supresores de llama y pantallas deshumificadoras – Ninguno de estosdispositivos está permitido en un sistema de descarga de alivio de presión,tal como en el cabezal de un mechurrio o tambor separador. El diseño dedispositivos de remoción de materiales arrastrados tales como pantallasdeshumificadoras debe asegurar que la vía de alivio no pueda ser obstruidao, bien por taponamiento de la pantalla o por la pantalla misma,desprendiéndose y bloqueando la entrada de la válvula de alivio.

7. Vías de flujo paralelas – En algunos casos, las vías de alivio de presiónpueden tener lugar a través de componentes de equipos unidos por múltiplesde tubería en sus entradas y salidas, con válvulas que tienen dispositivos desello para mantenerlas abiertas (válvulas “CSO”) para aislamiento de una omás de las vías paralelas para mantenimiento en operación o condicionesde flujo menores que las de diseño. Un ejemplo de este caso son doscondensadores en paralelo en el sistema del tope de una columnafraccionadora. Si la válvula de alivio de presión de la columna es tambiénusada para la protección del tambor de destilado, la vía de alivio de presiónsería a través de los dos condensadores en paralelo. Para propósitos dediseño, ambas vías pueden considerarse como disponibles para el alivio depresión, puesto que todas las válvulas de aislamiento son del tipo de bloqueen su posición abierta (válvulas “CSO”). Sin embargo, el sistema deberíatambién ser analizado en base a que solamente habría una vía disponiblecuando el condensador es aislado para su mantenimiento en operación. Eneste análisis, la vía sencilla disponible debería ser de dimensión suficientepara que el tambor de destilado no sea sobrepresionado a una presión mayorde 1.1 veces la presión de diseño. Esta base debería también aplicarse aotros componentes de equipos, como por ejemplo filtros paralelos oreactores.

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6 NOMENCLATURA

Enunidades

SI

Enunidadesinglesas


F = Factor Ambiental adim. adim.F1 = Factor cuyo valor depende de las

unidades usadas en la Ec. (1)43.19 21000

F2 = Factor cuyo valor depende de lasunidades usadas en la Ec.(2)

70.96 34500

L = Calor latente de vaporización del liquido enel recipiente, evaluado a la presiónexistente en la entrada de la válvula dealivio de presión, bajo condiciones dedescarga total

kJ/kg BTU/lb


kW BTU/h

W = Flujo másico de vapores a aliviar kg/s lb/h

7 APENDICEFigura 1 “ Válvula de bajo recorrido guiada por el fondo y el tope para descargas deturbinas”

Figura 2a: “Presión de Vapor y Calor Latente de Vaporización para LíquidosHidrocarburos parafínicos puros (un solo componente), 1era parte”

Figura 2b: “Presión de Vapor y Calor Latente de Vaporización para LíquidosHidrocarburos parafínicos puros (un solo componente), 2da parte”

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FIGURA 1

VALVULA DE BAJO RECORRIDO GUIADA POR EL FONDO Y POR EL TOPE PARADESCARGA DE TURBINA

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FIGURA 2A

PRESIÓN DE VAPOR Y CALOR LATENTE DE VAPORIZACIÓN PARA LÍQUIDOSHIDROCARBUROS PARAFÍNICOS PUROS (UN SOLO COMPONENTE), 1ERA PARTE

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FIGURA 2B

PRESIÓN DE VAPOR Y CALOR LATENTE DE VAPORIZACIÓN PARA LÍQUIDOSHIDROCARBUROS PARAFÍNICOS PUROS (UN SOLO COMPONENTE), 2DA PARTE

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PDVSA N° TITULO




� PDVSA, 1983

MDP–08–SA–03 DISPOSITIVOS DE ALIVIO DE PRESION

APROBADO

AGO.95 AGO.95


AGO.95

AGO.97 O.R.

J.P

1

0


31

L.R.

F.R.


ESPECIALISTAS

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DISPOSITIVOS DE ALIVIO DE PRESIONAGO.971


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Indice

1 OBJETIVO 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 ALCANCE 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 REFERENCIAS 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 DEFINICIONES 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1 Válvulas de alivio de seguridad tipo convencional 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Válvula de alivio de presión del tipo de fuelle balanceado 5. . . . . . . . . . . . 5.3 Válvula de alivio de presión operada por piloto 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4 Efecto de la contrapresión sobre las válvulas 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5 Factores de la contrapresión en el diseño de válvulas

de alivio de presión 10. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.6 Golpeteo de las válvulas de alivio de presión 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.7 Instalación de válvulas múltiples de alivio de presión 14. . . . . . . . . . . . . . . . 5.8 Características especiales para válvulas de alivio de presión

operadas por resorte 16. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.9 Discos de ruptura 17. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.10 Compuerta para explosión 19. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.11 Sello líquido 19. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.12 Válvula de alivio de presión para servicio contra taponamiento

por polímeros 20. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.13 Protección contra la sobrepresión con el uso de restricciones

y vías de escape de presión 20. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6 NOMENCLATURA 21. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7 APENDICE 22. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 1 “Válvula típica de alivio de seguridad convencional” 23. . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 2 “Característica de una válvula típica de seguridad” 24. . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 3 “Fuerzas que actúan sobre los discos de válvulas de seguridad

del tipo convencional y de fuelle balanceado” 25. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 4 “Condiciones de presión para una válvula de seguridad instalada

en un recipiente a presión (fase vapor).válvula suplementaria usada paraexposición a un incendio solamente” 26. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Figura 5 “Válvula típica de seguridad de fuelle balanceado” 27. . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 6 “Válvula típica de alivio de presión operada por piloto” 28. . . . . . . . . . . . . . . Figura 7 “Válvula de seguridad con sello de asiento de anillo en “O”” 29. . . . . . . . . . . Figura 8 “Conjunto típico de disco de ruptura” 30. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 9 “Compuerta de explosión para oxidador de asfalto” 30. . . . . . . . . . . . . . . . . .




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1 OBJETIVOEl objetivo de esta sección es describir los diferentes tipos de dispositivos de aliviode presión existentes para desalojo de vapor y/o líquidos, con sus característicasy criterios para su selección.

El tema “Sistemas de alivio de presión”, dentro del area de “Seguridad en el diseñode plantas”, en el Manual de Diseño de Procesos (MDP), está cubierto por lossiguientes documentos:

PDVSA–MDP– Descripción de Documento

08–SA–01 Sistemas de alivio de presión: Principios Básicos.

08–SA–02 Sistemas de alivio de presión: Consideraciones de contingenciay determinación de los flujos de alivio.

08–SA–03 Sistemas de alivio de presión: Dispositivos de alivio de presión(Este documento).




2 ALCANCEEsta sección cubre la descripción, características y criterios para seleccionar eltipo de dispositivo de alivio de presión o válvula de seguridad adecuado según losrequerimientos del servicio, incluye también las ventajas y desventajas de losmismos.

3 REFERENCIAS

Manual de Diseño de Proceso (versión 1986)� Vol. IX, Subsección 15B “Minimización de los riesgos de incendio, explosión o

accidente”.� Vol. IX, Subsección 15C: “Sistema de Alivio de Presión”.

Manual de Diseño de Proceso� PDVSA–MDP–08–SA–02 “Consideración de contingencias y determinación de

los flujos de alivio”.




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Otras Referencias

� ASME–Section I, “Power Boilers”, 1992

� ASME–Section VIII, “Pressure Vessels”, 1992

� API–RP520, “Sizing, Selection and Installation of Pressure–Relieving Devicesin Refineries”, Part I, 6th edition, Marzo 1993.

4 DEFINICIONESVéase documento PDVSA–MDP–08–SA–01.

5 PROCEDIMIENTOS DE DISEÑOLos dispositivos de alivio de presión más usados en refinerías y plantas químicasson: válvulas de alivio de seguridad tipo convencional, válvulas de alivio de presióndel 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 refineríasy plantas químicas es del tipo de válvula de seguridad cargada por resorte, guiadapor el tope, de alto levantamiento y de modelo de boquilla ilustrado en la Figura1. El resorte es usualmente externo y empotrado en un bonete para su proteccióncontra el clima. La cámara del bonete se ventea a través de un pasaje interno ala salida de la válvula.

5.1.1 Operación general – La operación de una válvula de seguridad convencional semuestran en el diagrama de la Figura 2. La acción de la válvula a medida que subela presión desde su valor inicial de operación normal (asumiendo que no existecontrapresión) se describe a continuación.

1. A una presión por debajo de la presión de ajuste (típicamente 93% a 98% dela presión de ajuste dependiendo del mantenimiento de la válvula y sucondición) puede ocurrir un ligero escape de presión como una sudoraciónentre el asiento de la válvula y el disco. Esto se debe al progresivodecremento de la fuerza neta de cierre que actúa sobre el disco (presión delresorte menos la presión interna).

2. A medida que sube la presión operacional, aumenta la fuerza resultantesobre el disco de la válvula, oponiéndose a la fuerza ejercida por el resorte,hasta que, al alcanzar la presión de ajuste (ajustada normalmente igual alvalor de la presión de diseño del recipiente), las fuerzas sobre el disco sebalancean y el disco comienza a levantarse.





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3. A medida que continúa aumentando la presión del recipiente por encima dela presión de ajuste, el resorte es comprimido aún más hasta que el discoestá totalmente levantado. La válvula es diseñada para alcanzar sucapacidad de trabajo a la acumulación máxima permitida (10% paracontingencias 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 asu posición bajo acción del resorte, pero se re–asienta a una presión menorque la presión de ajuste en una cantidad denominada “presión diferencial depurga” que es 4% a 8% de la presión de ajuste. La “diferencia de presión depurga” puede ajustarse dentro de ciertos límites por varios mediosrecomendados por el suplidor o fabricante de la válvula, para proveer una“presión diferencial de purga” más larga o más corta.

5.1.2 Características de apertura de la válvula

Servicio de vapor

Las válvulas de alivio de presión para servicio de vapor (o sea válvulas deseguridad y válvulas de alivio de seguridad) son específicamente diseñadas parauna acción de disparo. Eso significa que se mueven a la posición totalmenteabierta si ocurre una ligera sobrepresión, la válvula permanece totalmente abiertaa medida que la presión aumenta al máximo permitido, y a esa condicióndescargan su flujo de diseño. Esa característica de disparo se logra mediante unorificio anular secundario construido fuera del asiento–boquilla. Esto origina queexista un área de disco adicional expuesta a la presión de operación tan prontoocurra un ligero levantamiento, acelerando el movimiento de apertura.

La energía cinética del vapor que fluye, por acción entre el retenedor del disco dela válvula y el anillo de purga, se suma a la fuerza de apertura y causa que la válvulaabra con un disparo. Esta energía cinética del flujo continúa actuando contra lafuerza del resorte a medida que la presión del fluido retorna al valor de ajuste dela válvula de alivio de presión. Esto explica el hecho de que la válvula de alivio depresión se re–asiente a una presión menor que la presión de ajuste, lo cual sedenomina presión diferencial de purga.

El flujo de vapor a través de una válvula típica de alivio de seguridad de altolevantamiento diseñado normalmente está caracterizado por una velocidadsónica límite y por condiciones críticas de flujo/presión en el orificio (garganta dela boquilla), y para un tamaño de orificio y composición del gas dado, el flujo demasa 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 yválvulas 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 quealcanza la posición totalmente abierta a 25% de sobrepresión. Esta característicapuede variar entre tipos y marcas.

5.1.3 Limitaciones de contrapresión

La contrapresión acumulada máxima no debe exceder el valor de sobrepresiónque aplique en el momento, es decir, la contrapresión acumulada no excederá el10% de la presión manométrica de ajuste, o el 21% de dicha presión para el casode fuego.

5.2 Válvula de alivio de presión del tipo de fuelle balanceadoUna válvula típica de alivio de presión del tipo fuelle se ilustra en la Figura3

5.2.1 Aplicación – Se deberían especificar válvulas de fuelle donde apliquen cualquierade lo siguientes casos:

1. Las contrapresiones superimpuestas no son constantes (En los casos enque las contrapresiones fluctúan sobre una válvula convencional, la válvulapuede abrir a una presión muy baja o puede permitir que la presión delrecipiente 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 deajuste en cualquier caso, y excede el 21% de la presión manométrica deajuste en caso de incendio

3. El servicio es sucio o corrosivo, puesto que el fuelle protege el resorte delfluido de proceso. Sin embargo, las circunvoluciones del fuelle puedentambién ensuciarse en servicio extremadamente viscoso, tal como conasfalto, limitando el levantamiento de la válvula, a menos que la válvula seacalentada y aislada.

Aunque la válvula de alivio de presión tipo fuelle tiene la ventaja de toleraruna contrapresión más alta que lo que puede soportar una válvulaconvencional, debe reconocerse que el fuelle es inherentemente un punto dedebilidad mecánica que introduce algún grado de riesgo adicional en el casode que el fuelle tenga una falla y descargue fluidos de proceso a través delventeo. Estas válvulas de fuelle no se deben usar en servicios en que latemperatura de proceso excede el punto de auto–ignición.




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5.2.2 Limitaciones de contrapresión – Las válvulas de alivio de presión del tipo defuelle balanceado pueden ser usadas satisfactoriamente en servicio para vaporeso líquidos hasta una contrapresión máxima (superimpuesta más acumulada) dehasta 50% (Recomendaciones del fabricante CROSBY), de la presión de ajustecon tal qie el efecto de la contrapresión sea incorporada en los cálculos dedimensionamiento. A contrapresiones mayores la capacidad se torna cada vezmás sensitiva a pequeños cambios de la contrapresión.

Aparte de las limitaciones de contrapresión anteriormente expuestas basadas enla capacidad de la válvula, las válvulas de alivio de presión del tipo fuellebalanceado están también sujetas a limitaciones de contrapresión basadas en laresistencia mecánica del fuelle o del bonete o de la clasificación de trabajo de labrida externa.

5.2.3 Venteos del bonete en válvulas de fuelle – A fin de lograr el balanceo requeridodel disco de la válvula, el interior del fuelle debe ser venteado a través de la cámaradel bonete a la atmósfera. Para este propósito, se provee un hueco de venteo de10 a 20 mm (0–5 pulg.) de diámetro en el bonete. así, cualquier falla o escape depresión del fuelle permitirá que el fluido de proceso sea descargado desde el ladode alivio de la válvula a través del venteo. Las instalaciones de venteo deben porlo tanto ser cuidadosamente dispuestas para cumplir con los siguientesrequerimientos:

1. Antes de poner en servicio una nueva válvula deben removerse los taponesde los huecos de venteo del bonete, que han sido provistos por el fabricantepara el transporte.

2. Cada válvula de alivio de presión debe ser instalada de modo que el venteodel bonete no permita que los vapores aliviados caigan sobre tuberías oequipos, 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 paraevitar la penetración de suciedad o agua de lluvia y su extremo debe ser talque 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 paradirigir el escape de presión hasta el nivel del suelo a través de una tuberíaextendida, conectada a una bandeja recolectora o un pasa–hombre conconexión de entrada sellada.

4. Aunque se prefiere un venteo a la atmósfera como se describió en lospárrafos 2 y 3 anteriores, una alternativa es hacer una conexión a un sistemacerrado de baja presión, si está disponible. Este método puede usarse en elcaso de fluidos altamente tóxicos. Debe usarse la longitud mínima de latubería de venteo. Deben examinarse cuidadosamente los efectos de




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cualquier contrapresión puesto que en tales casos, la contrapresiónsuperimpuesta 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 actúasobre el asiento principal de la válvula en la parte inferior del pistón de áreadiferencial flotante y por medio de la línea de suministro del piloto es tambiénaplicada al tope del pistón y por debajo del disco de la válvula piloto. Puesto queel área superior del pistón es más grande que el área de la boquilla en el extremoinferior del pistón, existe una fuerza grande sosteniendo apretado el pistón sobrela boquilla. Bajo condiciones estáticas, esta fuerza de sello ejercida hacia abajoaumenta a medida que sube la presión en el recipiente y la válvula se acerca haciasu punto de ajuste. Esto contrasta con la válvula convencional operada porresorte, donde la fuerza neta sobre el asiento se reduce y la válvula de alivio depresión comienza a dejar escapar el fluido a medida que se aproxima a su puntode ajuste.

Cuando se alcanza la presión de ajuste del piloto, éste abre y despresiona el áreapor encima del pistón, y alivia a la atmósfera o a un cabezal de tubería reduciendoasí la carga sobre la parte superior del pistón, hasta el punto en que la fuerza deempuje hacia arriba sobre el asiento del pistón puede vencer la fuerza ejercidahacia abajo. Esto causa un levantamiento instantáneo del pistón hasta su posiciónde apertura total.

La válvula piloto asiento blando cargada por resorte es construida de modo tal quelogra una gran descarga de alivio. En el caso de un piloto del tipo activado por elflujo, en el punto en que la línea de suministro del piloto alimenta la presión delsistema a la válvula de alivio del piloto, el flujo pasa a través de un orificio variableque es también el ajuste de descarga de alivio de la válvula principal. Cuando elpiloto abre el flujo a través de la línea de suministro causa una caída de presióninmediata a través del orificio. Ajustando el tamaño del orificio, o sea la magnitudde la caída de presión a través del mismo, puede obtenerse el grado deseado dedescarga 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 delpistón y éste es movido rápidamente a su posición de cierre.

El punto de detección de presión de la válvula piloto puede estar localizado en elcuello de entrada de la válvula principal o en la carcaza del recipiente que seprotege. En este último caso, la válvula es menos afectada por la caída de presiónen la tubería de entrada como se explica más adelante.

5.3.1 Ventajas – Las ventajas de las válvulas de alivio operadas por piloto son lassiguientes:




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1. Una válvula operada por piloto puede operar en la cercanía de su punto deajuste y permanece cerrada sin el menor escape de presión hasta que lapresión de entrada alcanza la presión de ajuste. Es posible aprovechar estopara reducir el margen normal de 10% entre las presiones de operación y deajuste, reduciendo así el espesor requerido de la pared de la carcaza delrecipiente. Sin embargo, todavía a esta altura no hay suficiente experienciaoperacional para hacer de esto una recomendación general. Aún más, estono constituye un factor de significación hasta que se involucran presiones dediseño por encima de 6900 kPa manométricos (1000 psig), excepto quizáspara remover restricciones operacionales.

2. Una vez que se alcanza la presión de ajuste, la válvula se abrecompletamente y permanece abierta, mientras se excede el valor del puntode ajuste. No hay necesidad de una sobrepresión de un flujo mínimo paramantenerla abierta. De este modo, no está sujeta a golpeteo a bajasvelocidades de descarga.

3. Si la conexión de detección de presión para la válvula piloto se tomadirectamente del recipiente protegido (corriente arriba de cualquierrestricción por la tubería de entrada), una válvula operada por piloto estámenos expuesta al golpeteo que está normalmente asociado con una altacaída de presión en la tubería de entrada. Sin embargo, es todavíaaconsejable diseñar la tubería de entrada para una caída de presión máximapor fricción de 3% de la presión de ajuste, puesto que se ha tenidoinformación de resonancia y golpeteo, cuando se han medido caída depresión más altas.

4. Cuando el piloto descarga a la atmósfera, una válvula de alivio de presiónoperada por piloto está totalmente balanceada. Al igual que la válvula defuelle balanceado su presión de apertura no es afectada por la contrapresióny una alta contrapresión acumulada no resulta en un golpeteo.

5. Las válvulas operadas por piloto pueden ser usadas satisfactoriamente enservicios de líquido o de vapores hasta una contrapresión máxima(superimpuesta más acumulada) de 50% de la presión de ajuste, con tal quela contrapresión sea incluida en los cálculos de dimensionamiento. Acontrapresiones más altas la capacidad es cada vez más afectada porpequeños cambios de la contrapresión. Como una excepción puede usarseuna contrapresión de 75% de la presión de ajuste con tal que se reconozcaesa desventaja.

6. Facilidad de Ajuste – Con una sencilla conexión de prueba puedenchequearse la presión de reventón del piloto y la presión de reasentamientomientras la válvula está en servicio.

7. Despresurización Remota – Una válvula operada por piloto essuficientemente 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 decontrol o una válvula solenoide para descargar la cámara del pistón, esposible abrir y cerrar una válvula operada por piloto a presiones por debajode su punto de ajuste desde cualquier localidad remota, sin afectar suoperación como una válvula de alivio de presión.

8. Las válvulas de alivio operadas por piloto pueden especificarse para unadescarga de alivio tan baja como el 2%. Esto representa una ventaja para suuso en una tubería principal de gas y almacenaje bajo presión, donde elestrecho rango de ciclos de presión minimiza las pérdidas del producto pordescargas de alivio.

9. Para aplicaciones que involucran una alta contrapresión superimpuesta, unaválvula operada por piloto puede ser la única válvula balanceada posible queesté comercialmente disponible debido a las limitaciones mecánicas queaplican a los fuelles.

5.3.2 Desventajas – Las válvulas de alivio de presión operadas por piloto presentan lassiguientes desventajas:

1. No son recomendados para servicios expuestos a ensuciamiento uobstrucciones, debido a que pueden taparse la válvula piloto y las líneasdetectoras de presión de bajo calibre. Si se ensucian o tapan la válvula pilotoo las conexiones del piloto la válvula abre automáticamente. En casosespeciales en que el ensuciamiento es debido a sólidos arrastrados estadificultad puede obviarse usando una válvula piloto del tipo “sin flujo” y unfiltro en la línea del piloto. Con una válvula piloto del tipo “sin flujo” no existeun flujo normal en el sistema del piloto y por lo tanto el arrastre de sólidos esreducido.

2. Estas válvulas están normalmente limitadas a una temperatura máxima deentrada 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 malfuncionamiento de la válvula a menos que se apliquen diseños especiales.

4. En los tamaños más pequeños son más costosas comparadas con lasválvulas convencionales y las válvulas de fuelle.

5.4 Efecto de la contrapresión sobre las válvulas

La Figura 5 ilustra las fuerzas que actúan sobre los discos de válvulasconvencionales típicas y de fuelle balanceado.

El efecto de la contrapresión sobre las válvulas de alivio, así como lasconsideraciones apropiadas de diseño se describen a continuación.

1. La presencia de cualquier contrapresión superimpuesta sobre el tope deldisco 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 eldisco de la válvula por la presión en el recipiente. El efecto de la contrapresiónsuperimpuesta sería aumentar la presión de ajuste si no se concede unmargen para la misma en el ajuste del resorte.

2. La existencia de cualquier contrapresión que actúe sobre el tope del discode una válvula convencional mientras ésta se encuentra en la posiciónabierta o parcialmente abierta, ejerce una fuerza de cierre y resulta en unlevantamiento reducido de la válvula y por consiguiente, en una velocidad dedescarga disminuida, asumiendo que las otras variables permanecen sincambio.

3. Una contrapresión acumulada excesiva que actúa sobre el tope del disco deuna válvula de alivio de presión convencional puede resultar en un golpeteo.

4. La contrapresión reduce la caída de presión a través del orificio de cualquiertipo de válvula de alivio de presión. Esto resulta en velocidades de descargareducidas en el caso de vapores, si la contrapresión excede la presión críticade flujo. Para líquidos, cualquier contrapresión reduce la caída de presión locual resulta en una velocidad de descarga menor.

5. Una válvula de alivio de presión del tipo “fuelle” es una en que la fuerza decierre ejercida por la contrapresión sobre el tope del disco de la válvula y lacontrapresión ejercida sobre la parte inferior del disco se balancean porquelas superficies expuestas son iguales, cancelándose la una con la otra. Elfuelle protege el tope del disco contra la sobrepresión y el área del fuelle seventea a la atmósfera a través del venteo del bonete. En el caso de unaválvula operada por piloto, con tal que la válvula piloto descargue a laatmósfera, el pistón principal es independiente de la contrapresión y, por lotanto, es también considerada como una válvula balanceada. Las válvulasde 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 mismamanera que para válvulas de alivio convencionales.

5.5 Factores de la contrapresión en el diseño de válvulas de alivio depresión

La contrapresión se incluye como un factor en la selección y dimensionamiento deuna válvula de alivio de presión de acuerdo con lo siguiente:

1. Las válvulas de alivio de presión convencionales sujetas a una contrapresiónsuperimpuesta constante se diseñan para que abran a la presión de ajusterequerida, por una reducción apropiada de la presión del resorte.




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2. Las válvulas de alivio de presión convencionales expuestas a unacontrapresión superimpuesta variable abren a la presión variablecorrespondiente, puesto que la contrapresión superimpuesta se añade a lafuerza del resorte.

3. Las válvulas de fuelle balanceado no necesitan una reducción en presiónejercida por el resorte para compensar la contrapresión superimpuestavariable, sin efecto sobre la presión de apertura.

4. Las válvulas de alivio de presión convencionales y los sistemas de descargadeben ser diseñados de tal modo que la contrapresión acumulada no excedael 10% la presión de ajuste (ambas medidas en unidades manométricas),para evitar problemas de golpeteo. En el caso en que un sistema con válvulade alivio de presión es dimensionado para condiciones de un incendio, conuna sobrepresión de 21%, está permitida una contrapresión acumulada de21% de la presión de ajuste. Sin embargo, el flujo inferior resultante de otrascontingencias debe todavía cumplir la limitación del 10%.

5. Las válvulas de alivio de presión del tipo fuelle balanceado no necesitan serrestringidas al límite de contrapresión acumulada (10% de la presión deajuste) como son las válvulas convencionales, puesto que no están sujetasa golpeteo por esa causa. Sin embargo, la contrapresión máxima estálimitada por la capacidad y en algunos casos por las limitaciones deresistencia 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 deltipo fuelle balanceado (superimpuesta más acumulada) debe limitarse al50% de la presión de ajuste, debido al importante efecto de contrapresionesmayores sobre la capacidad de la válvula, aun cuando se usan factores decorrección apropiados en el dimensionamiento.

6. El efecto de la contrapresión sobre la capacidad de la válvula de alivio depresión convencional se toma en cuenta en los procedimientos de cálculopara el dimensionamiento.

a. Si la contrapresión superimpuesta es menor que la presión de flujo críticocalculada, la capacidad de una válvula de alivio de presión convencional enservicio de vapor no es afectada, y la contrapresión no es un factor aconsiderar. Sin embargo, la acumulación de contrapresión sobre una válvulade alivio de presión convencional afecta su capacidad de flujo y suscaracterísticas y no debe exceder el 10% de su ajuste de presión.

b. Si la contrapresión total (superimpuesta más acumulada) es mayor que lapresión de flujo crítico calculada, la capacidad de una válvula de alivio depresión convencional en servicio de vapor es afectada y la contrapresión totalse incorpora en el procedimiento de cálculo para el dimensionamiento.




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c. Cualquier contrapresión reduce la capacidad de una válvula de alivio depresión convencional en servicio líquido, y el procedimiento de cálculo parael 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 presiónbalanceadas, de la misma manera como se describió en el párrafo (6)anterior para las válvulas convencionales y por tanto se incluyen los factoresapropiados en los procedimientos de cálculo para su dimensionamiento.Estas válvulas están sujetas a límites recomendados en cuanto a máximacontrapresión total (superimpuesta más acumulada), tal como sucede paralas válvulas convencionales. En el caso de válvulas del tipo de fuellebalanceado, deben también evaluarse las consideraciones mecánicas,puesto que éstas limitan la contrapresión máxima permisible.

5.6 Golpeteo de las válvulas de alivio de presiónEl golpeteo es la apertura y cierre rápido y alternado de una válvula de alivio depresión. Esta vibración puede causar desalineación y escape de presión cuandola válvula retorna a su posición normal cerrada; si se prolonga por un tiemposuficiente puede resultar en fallas mecánicas de las partes internas de la válvulao de accesorios asociados con la tubería.

El golpeteo puede ocurrir en válvulas de alivio de presión en servicio para líquidoso vapores. Las principales causas del golpeteo son las siguientes:

� Válvula sobredimensionada� Caída de presión excesiva en la entrada� Excesiva contrapresión acumulada.Además, mecanismos adicionales de golpeteo pueden presentarse en algunasinstalaciones con válvula de alivio de presión en servicio líquido, si lascaracterísticas de respuesta de una válvula de control en el mismo sistema sontales que ocurre oscilación entre las dos válvulas. Generalmente, esto puedeeliminarse manipulando los ajustes de los instrumentos o por la instalación de dosválvulas con puntos de ajuste escalonados. La válvula con el menor ajuste debeser dimensionada para manejar el 25% de la capacidad requerida.

5.6.1 Válvula sobredimensionada – Las válvulas de alivio de presión de acción dedisparo en servicio para vapores, abren en el punto de ajuste por acción de lapresión estática del proceso sobre el disco de la válvula, y se mueven a la posiciónde totalmente abierta con solo una ligera sobrepresión. Típicamente, se necesitaun flujo de por lo menos 25% de la capacidad de la válvula para mantener el discoen la posición abierta. A flujos más bajos la energía cinética del flujo de vapor esinsuficiente para mantener la válvula abierta contra la acción del resorte y retornaa 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. Elgolpeteo resulta de un ciclo que se prolonga de esa manera. Puede también ocurrircuando una válvula de alivio de presión del tipo de disparo es muy grande para lacantidad de flujo que se descarga. En la mayoría de los casos, puede serapropiado el uso de válvulas de alivio de presión múltiples con puntos de ajusteescalonados para eliminar este problema.

Las válvulas de alivio de presión en servicio para líquidos se caracterizan por unlevantamiento que aumenta progresivamente a medida que sube la presión deentrada, en vez de la acción como de disparo de las válvulas en servicio paravapores. Por lo tanto, las válvulas en servicio para líquidos son menos propensasal golpeteo a bajas velocidades de alivio y se modulan a si mismas hasta unareducción de cerca del 25% del flujo de diseño.

5.6.2 Caída de presión excesiva a la entrada – Una válvula de alivio de presióncomienza a abrir a su presión de ajuste, pero a las condiciones de descarga lapresión que actúa sobre el disco de la válvula se reduce en una cantidad igual ala caída de presión a través de la tubería de entrada y sus accesorios. Si esta caídade presión es lo suficientemente grande, la presión de entrada a la válvula puededisminuir por debajo de la presión de reasiento causando que la válvula cierre parareabrirse inmediatamente, ya que la presión estática es todavía mayor que lapresión 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 laválvula 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 válvulade aislamiento), o sea no mayor del 3% de la presión de ajuste a la rata de aliviode diseño. Esta limitación basada en la experiencia es recomendada por los másimportantes fabricantes de válvulas de alivio de presión. Solamente se toma encuenta en este cálculo la caída de presión por fricción. (En casos muy raros puedeusarse el 5% de caída de presión de entrada, como por ejemplo en el caso deválvulas grandes de alivio de presión para servicio de vapor de agua de bajapresión). La limitación del 3% es particularmente importante para válvulas enservicio líquido.

5.6.3 Excesiva contrapresión acumulada – La contrapresión acumulada resultantedel flujo de descarga a través del sistema de salida de una válvula de alivio depresión convencional, resulta en una fuerza sobre el disco de la válvula tendientea retornarla a su posición cerrada. Si esta fuerza de retorno es lo suficientementegrande puede causar que la válvula cierre, solamente para reabrirseinmediatamente cuando desaparece el efecto de la contrapresión acumulada. Elgolpeteo resulta de la rápida repetición de este ciclo.




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Para prevenir este golpeteo por el mecanismo anterior, los sistemas de descargade válvulas de alivio de presión convencionales deben ser diseñadas para unacontrapresión acumulada máxima de 10% la presión de ajuste, cuando descargacon 10% de acumulación. En los casos en que el diseño de alivio de presión escontrolado por condiciones de incendio con una sobrepresión de 21%, estápermitida 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 debenconsiderar el uso de las válvulas de fuelle. Sin embargo, la sustitución de unaválvula convencional por una válvula de fuelle no necesariamente puede resolverel problema de golpeteo, ya que las desventajas asociadas con las válvulas defuelle reducen la capacidad de trabajo de este tipo de válvulas. De aquí que laválvula tienda a ser sobredimensionada dependiendo de la magnitud de lacontrapresión que ocurra. Por esa razón, es preferible la revisión de la tubería desalida para reducir la contrapresión a una valor dentro del límite de 10%, a laalternativa de instalar una válvula de fuelle.

5.7 Instalación de múltiples válvulas de alivio de presiónEn ciertos casos es necesario instalar dos o más válvulas de alivio de presión enparalelo para un solo servicio. Estas aplicaciones se describen a continuaciónjunto con lineamientos apropiados para su diseño.

5.7.1 Alivios grandes – La magnitud de algunos alivios grandes puede ser mayor quela capacidad de la válvula de alivio de presión más grande que está disponiblecomercialmente, necesitándose el uso de dos o más válvulas. Aun cuando estédisponible una válvula sencilla de alivio de presión, debe considerarse el costorelativo de válvulas múltiples. Por encima de un cierto tamaño (típicamente 200x 250 mm (8 x 10 pulg.)), las consideraciones de ingeniería estructural y detuberías y las de válvulas y líneas de gran tamaño pueden resultar en un costoinstalado 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 elgolpeteo a bajas velocidades de alivio.

5.7.2 Prevención del golpeteo – En el dimensionamiento de válvulas de alivio depresión es siempre necesario seleccionar el orificio próximo más grandecomercialmente disponible por encima del tamaño calculado. Aun más, unaválvula de alivio de presión puede levantarse como resultado de variascontingencias, una cualquiera de las cuales requiere una velocidad de alivio másbaja que la de la contingencia de diseño. Ambos factores afectan la probabilidadde que una válvula de alivio de presión para vapores, experimente golpeteo enservicio, ya que éste es más probable que ocurra cuando la cantidad de fluido quese descarga es menor que el 25% de su capacidad máxima. Cuando diferentescontingencias de igual probabilidad requieren capacidades substancialmente




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diferentes, es mejor siempre usar dos o más válvulas de alivio de presión conajustes escalonados. Por ejemplo, si una contingencia requiere una capacidad de3 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 válvulade menor capacidad en este caso se ajustaría a la menor presión de ajusteescalonado. Cuando una contingencia de incendio es la contingencia más grandey la contingencia próxima es menor que el 25% de la velocidad de alivio porincendio, deben siempre usarse válvulas de alivio de presión múltiples con ajustesescalonados. Sin embargo, cuando la contingencia por incendio es la carga máspequeña, generalmente se ignora. Esto se debe a que un incendio es unacontingencia remota y el golpeteo bajo condiciones de un incendio no constituyeuna preocupación importante.

5.7.3 Diseño de instalaciones con múltiples válvulas de alivio de presión – Cuandose 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 CódigoASME, 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 trabajopermitida (MAWP). Las válvulas adicionales pueden ajustarse hasta un105% de la MAWP. (Para propósitos de diseño la máxima presión de trabajopermitida es la misma que la presión de diseño).

2. Adicionalmente, una tolerancia de 3% sobre la presión de ajuste es permitidapara válvulas nominalmente ajustadas a la presión de diseño o máximapresión de trabajo permitida. así que una manipulación cuidadosa del puntode ajuste en el campo (sitio de la planta) puede proveer un escalonamientode 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 delCódigo ASME.

Si se instalan válvulas múltiples para manejar una capacidad por condiciónde operación (o sea la condición de incendio o una fuente de calorinesperada no es un factor de control al dimensionamiento la válvula),entonces las válvulas deben manejar esa capacidad a una presión de alivioque no exceda el 116% de la presión de diseño.

Es una práctica aceptada dimensionar todas las válvulas a la máxima presiónde trabajo permitida más una acumulación del 16% y además escalonar losajustes hasta el 105% de la presión de diseño de la presión de diseño. Estapráctica resuelve al diseñador el problema de ajustar la válvula con el puntode ajuste más alto a la presión de diseño y escalonar hacia abajo desde esepunto. 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 el10% a la capacidad total.

Si, por otra parte, una condición de incendio o fuente de calor inesperadocontrola la capacidad, la presión de acumulación puede subir al 121% de lapresión de diseño, cuando la válvula esté manejando la capacidad requerida.

3. En el caso de que una condición de incendio es la que rige puede usarse unaválvula suplementaria ajustada tan alto como lo permita el Código. Estaválvula que se muestra en la Figura 6 provee la máxima carga posiblesobre el asiento. Este ajuste deja sólo un 9.1% de sobrepresión disponiblepara el dimensionamiento aunque la presión de acumulación en el recipientees de 21%.

4. La velocidad de alivio total para algunos sistemas de alivio de presión puedeser muy alta como en el caso del tambor separador de un termoreactor. Estavelocidad puede ser manejada económicamente por una válvula de alivio depresión que descarga líquido a un sistema cerrado; y otra válvula ajustadaa una presión mayor, decargando vapores a la atmósfera. La configuracióndel diseño debe asegurar que el líquido preferentemente sea descargado através de la válvula ajustada a una presión menor y que la posibilidad delarrastre de líquido a través de la válvula para vapores, sea minimizadaproveyendo un espacio de vapor igual a por lo menos 15 minutos desustentación del nivel de líquido por encima de la alarma de alto nivel delíquido.

5.8 Características especiales para válvulas de alivio de presiónoperadas por resorte

Las características adicionales que se describen a continuación, disponibles comomedio para mejorar el hermetismo por debajo de la presión de ajuste de unaválvula de alivio de presión cargada por resorte, pueden estar justificados enalgunas aplicaciones.

5.8.1 Asiento Blando – (Ver Figura 7) Es un sello en forma de anillo de materialsintético, 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 válvulaconvencional 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 presiónde ajuste que con un asiento típico de metal a metal. Es particularmente aplicableen servicios que presentan dificultades tales como:

1. Operación cercana a la presión de ajuste, por ejemplo, por causa defluctuaciones de presión o pulsaciones. Sin embargo, en caso de nuevosdiseños 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 15y 40% para válvulas más grandes. Los asientos “blandos” están normalmentelimitados a una temperatura máxima de aproximadamente 230°C (446°F) y a unapresión máxima de 10000 kPa manométricos (1450 psig).

5.8.2 Adaptador de hermetismo – Este dispositivo puede ser incorporado en válvulasconvencionales o de fuelle balanceado, para reducir el pequeño escape depresión o sudoración que ocurre por debajo del punto de ajuste. Funcionaaplicando la carga adicional de un resorte auxiliar sobre el vástago de la válvulamovida por un mecanismo de varillas. La presión de entrada de la válvula de aliviode presión se aplica a través de una pequeña tubería al pistón que controla laposición de la uña de empuje, de modo que la creciente presión del recipienteaumenta la fuerza de asiento aplicada al resorte auxiliar. El mecanismo de varillasestá diseñado de tal manera que cuando se alcanza la presión de ajuste, la uñade empuje se mueve alejándose del centro y se dispara a una posición neutral enque no se transmite ninguna fuerza sobre el resorte auxiliar, permitiendo así quela válvula de alivio de presión opere normalmente. Es necesario un reajustemanual de la uña de empuje para reactivar el adaptador de mermetismo, despuésque la válvula ha descargado.

El dispositivo es diseñado para fallar en posición segura, puesto que la pérdida dela presión del pistón permite que la uña de empuje se mueva a una posiciónneutral. Es aplicable a válvulas de alivio que operan cerca del punto de ajuste, osea donde ocurren fluctuaciones de presión o pulsaciones. En nuevos diseñosdebe usarse el margen normal de 10% o 170 kPa (25 psi) entre la presiónoperacional y la presión de ajuste, pero el adaptador de hermetismo puede lograrla reducción de ese margen en casos y como:

1. Remodelación de equipos existentes para operar a una presión más alta.

2. Operación continua de equipos donde es necesario reducir la máximapresión de trabajo permitida debido a corrosión.

5.9 Discos de ruptura

Un disco de ruptura (Ver Figura 8) es un diafragma delgado instalado entrebridas y diseñado para reventar a una presión determinada. Existen varios tiposdisponibles comercialmente. Normalmente, se usa un disco previamente




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abombado y puede incluirse si se requiere un apoyo para eliminar la posibilidadde ruptura bajo condiciones de vacío. Los materiales del disco más comúnmenteusados son aluminio, monel, inconel y acero inoxidable, pero también estándisponibles otros materiales o revestimientos, tales como carbón, oro y plásticopara servicios particularmente corrosivos. Los discos de ruptura estánnormalmente disponibles para presiones de ruptura de hasta 4800 kPamanométricos (696 psig) y hasta 41000 kPa manométricos (5948 psig) en lostamaños más pequeños. Seleccionando el material del disco apropiado, sepueden soportar temperaturas de hasta 480°C (896°F).

5.9.1 Ventajas – Las ventajas de los discos de ruptura sobre las válvulas de alivio depresión 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 depresión, para aliviar una presión explosiva.

3. Es menos vulnerable a problemas de corrosión u obstrucción que una válvulade alivio de presión.

4. Tiene mayor capacidad de manejar líquidos de alta viscosidad y líquidos consólidos en suspensión.

5. Es adecuado para aplicaciones en que se requiere una rápidadespresurización en adición a prevenir una sobrepresión.

6. Su costo inicial puede ser menor que el de una válvula de alivio de presión.

5.9.2 Desventajas – Los discos de ruptura presentan las siguientes desventajas:

1. Todo el contenido del sistema protegido se pierde cuando el disco serevienta. Esto requiere una interrupción de las operaciones para reemplazarel disco a menos que se provea una válvula de bloque corriente arriba deldisco. En este caso debe usarse una válvula con dispositivo para bloqueo enposición abierta.

2. La presión de ruptura real puede desviarse en +5% de la presión establecidaen la “nueva” condición y el efecto de la fatiga en servicio puede resultar ensu falla prematura a presiones más bajas. Por lo tanto, es normal aplicar unmargen de 20% de la presión de ajuste entre la presión operacional y deajuste. Es por eso que un disco de ruptura puede requerir una presión dediseño de los componentes del equipo mayor que la normal. Este margenpuede, sin embargo, reducirse usando una construcción especial del disco.

3. No puede probarse para determinar la exactitud de su punto de ruptura o losefectos de su servicio en operación.

Algunas veces se instala un disco de ruptura aguas arriba de una válvula dealivio 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. Debeproveerse algún medio de detectar y aliviar la presión acumulada entre eldisco y la válvula. El disco no se reventará a su presión de diseño, si lacontrapresión se acumula en ese espacio debido a escape de presión através del disco por corrosión u otra causa. Algunos retenedores de discoincluyen una conexión hembra enroscada en la brida aguas abajo parainstalar un medio de venteo abierto. Otro arreglo aceptable limitado aservicios limpios, usa un drenaje con un manómetro y una válvula de excesode flujo que permite que se venteen pequeños escapes de presión. Si el discose 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 lapresión 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 sobrepresióny su uso no es recomendado. También, puede usarse un disco de ruptura enalgunos casos para proveer protección contra una sobrepresión explosivainterna. Sin embargo, este es un asunto que involucra un diseño especial ydebe consultarse con la sección correspondiente de la Superintendencia deSeguridad Industrial.

5.10 Compuerta para explosión

Un recipiente que opera esencialmente a presión atmosférica y está sujeto aexplosión interna tal como un oxidador de asfalto, debe ser protegido con unacompuerta contra explosión equivalente por lo menos al 80% del área transversaldel recipiente. La compuerta consiste de una tapa de metal con bisagras instaladasobre una apertura en el tope del recipiente y sellada por su propio peso. Pararecipientes que operan normalmente a una presión ligeramente positiva se lograun sello hermético usando ménsulas de fijación con pasadores de esfuerzo másbien que con una compuerta más pesada lo cual aumenta la inercia evitando unaapertura rápida. Pueden proveerse una o más compuertas para un sólo recipiente.La Figura 9 ilustra un conjunto de doble compuerta que puede ser diseñado paradejar 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 aliviarla sobrepresión en componentes del equipo que operan a una presión ligeramentepor encima de la atmosférica. Ejemplos son ciertos fraccionadores de nafta concondensación total, donde el sello se instala en el espacio de vapores del tamborde condensado, descargando a la atmósfera.

5.11.1 Descripción – El sello consiste de un tubo sencillo en forma de U conteniendo unlíquido 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 diseñorequerida.

5.11.2 Características del diseño – Deben incorporarse las siguientes característicasde diseño:

1. Reposición de agua continua para mantener el circuito del tubo en U paraasegurarse de que el sello siempre está completo durante la operaciónnormal y es reestablecido después de una evacuación.

2. Protección adecuada contra la congelación del sello durante el invierno, paraclimas donde esto suceda.

3. Asegurar una descarga segura del agua del sello evacuada, considerandocualquier posibilidad de contaminación por los líquidos de proceso.

4. Deben satisfacerse los criterios que rigen la aceptación de descargas defluidos de proceso a la atmósfera, como se describe más adelante paraválvulas de alivio de presión en esta subsección.

5. Deben eliminarse completamente todas las contingencias por causa de lascuales podrían descargarse hidrocarburos líquidos a través del venteoatmosférico.

6. La línea de venteo debe satisfacer los requerimientos de supresión deevaporación instantánea y aplicación de vapor de agua descritos en laNorma PDVSA–MDP–(Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección15B) “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 criteriosanteriormente descritos. también pueden no ser muy prácticos donde existencondiciones de vacío.

5.12 Válvula de alivio de presión para servicio contra taponamiento porpolímeros

Los sistemas de proceso que manejan polímeros y resinas (por ejemplo, goma debutilo) están a menudo sujetos a taponamiento en sitios terminales como porejemplo, a la entrada a una válvula de alivio de presión. En casos extremos puederesultar 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 unasiento a ras, en las cuales el extremo sin flujo se elimina colocando el disco a nivelcon la pared del recipiente, en la vía de flujo del contenido.

5.13 Protección contra la sobrepresión con el uso de restricciones y víasde escape de presión

5.13.1 Restricciones – Como una alternativa para aumentar la capacidad de algunosdispositivos 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 estarconectados a una fuente de fluidos de alta presión.

La base para la evaluación de las vías de presurización al considerar restriccionespor medio de tuberías, válvulas de retención, orificios de restricción y válvulas decontrol se describe en el volumen PDVSA–MDP–08–SA–02.

5.13.2 Vías de escape de presión – Como una alternativa adicional a la instalación dedispositivos de alivio de presión, los equipos pueden, en algunos casos, serprotegidos mediante la provisión de una vía de escape de presión constantementedisponible y adecuadamente dimensionada. La base para evaluar tales vías deescape 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.

6 NOMENCLATURANo aplica en esta sección




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7 APENDICEFigura 1 “Válvula típica de alivio de seguridad convencional”Figura 2 “Característica de una válvula típica de seguridad”Figura 3 “Fuerzas que actúan sobre los discos de válvulas de seguridad del

tipo convencional y de fuelle balanceado”Figura 4 “Condiciones de presión para una válvula de seguridad instalada

en un recipiente a presión (fase vapor). válvula suplementariausada para exposición a un incendio solamente”

Figura 5 “Válvula típica de seguridad de fuelle balanceado”Figura 6 “Válvula típica de alivio de presión operada por piloto”Figura 7 “Válvula de seguridad con sello de asiento de anillo en “O””Figura 8 “Conjunto típico de disco de ruptura”Figura 9 “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 DESEGURIDAD DEL TIPO CONVENCIONAL Y DE FUELLE BALANCEADO




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FIGURA 6

CONDICIONES DE PRESION PARA UNA VALVULA DE ALIVIO DE SEGURIDADINSTALADA 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




PDVSA N° TITULO




� PDVSA, 1983

MDP–08–SA–04 PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR YDIMENSIONAR VALVULAS DE ALIVIO DE PRESION

APROBADO

AGO.95 AGO.95


AGO.95

AGO.97 O.R.

J.P

1

0

Sinceración con el MID/MIR 33

39

L.R

F.R.


ESPECIALISTAS

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SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTASPROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y

DIMENSIONAR VALVULAS DE ALIVIO DE PRES.AGO.971


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Indice1 OBJETIVO 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 ALCANCE 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 REFERENCIAS 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 DEFINICIONES 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y DIMENSIONARVALVULAS DE ALIVIO DE PRESION 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1 Dimensionamiento para servicio de vapor 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Dimensionamiento para servicio de líquido 10. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3 Dimensionamiento para servicio de fases mixtas de vapores y líquidos 125.4 Dimensionamiento de válvulas de alivio de presión operadas por piloto 125.5 Preparación de especificaciones de diseño para válvulas de alivio de

presión 13. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6 NOMENCLATURA 17. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7 APENDICES 19. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tabla 1. Propiedades termodinámicas de varias substancias a condiciones

estándar 20. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tabla 2. Tamaño normalizado de las válvulas de alivio, en función del tamaño del

orificio 21Tabla 3. Valores de la constante “C” para calculos con la formula de flujo 22. Tabla 4. Factores de corrección para sobrecalentamiento para válvulas de

seguridad en servicio para vapor de agua 24. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 1. Presión de flujo crítico para hidrocarburos 25. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 2. Factor de dimensionamiento para contrapresión constante o

variable (Kb) para válvulas de alivio de seguridad de fuellebalanceado balanceado (vapores y gases) 26. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Figura 3. Area requerida del orificio de la válvula de seguridad para alivio devapores de hidrocarburos 27. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Figura 4. Valores de F31 para flujo subcrítico 28. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 5. Factores de corrección de capacidad por defecto de sobrepresión

para válvulas de alivio y válvulas de alivio de seguridad en servicios conlíquidos 29. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Figura 6a. Viscosidad a temperaturas de operación – segundos Sayboltuniversal (SSU) 30. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Figura 6b. Corrección de viscosidad: procesamiento alterno según estándarAPI–RP–520 31. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Figura 7. Factor de dimensionamiento (Kw) a contrapresión variableo constante para válvulas de alivio de seguridad de fuellebalanceado (líquidos solamente) 32. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Figura 8. Especificaciones de diseño para válvulas de alivio de presión 33. . .

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1 OBJETIVOEntregar suficiente información para especificar y dimensionar válvulas de alivio.


PDVSA–MDP– Descripción de Documento

08–SA–01 Sistemas de alivio de presión: Principios Básicos.



08–SA–04 Sistemas de alivio de presión: Procedimientos para especificar ydimensionar válvulas de alivio de presión (Este documento).


Este documento, junto con los demás que cubren el tema de “Sistemas de aliviode presión”, dentro del Manual de Diseño de Procesos (MDP) de PDVSA, son unaactualización de la Práctica de Diseño “Seguridad en el diseño de plantas,Subsección 15C: Sistemas de alivio de presión”, presentada en la versión de Juniode 1986 del MDP.

2 ALCANCECubre los requerimientos para la especificación y dimensionamiento de válvulasde alivio de presión para servicios de vapor, líquido y fases mixtas.

3 REFERENCIAS


� Vol I, Sección 3 “Torres de Fraccionamiento”� Vol VIII, Sección 14 “Flujo de Fluidos”� Vol IX, Subsección 15D “Mechurrios”� Vol IX, Subsección 15C: “Sistemas de Alivio de Presión”

Manual de Diseño de Proceso

� PDVSA–MDP–03–S–01 “Tambores Separadores: Principios Básicos”.

Otras Referencias

� ASME–Section I, “Power Boilers”, 1992

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� ASME–Section VIII, “Pressure Vessels”, 1992� API–RP520, “Sizing, Selection and Installation of Pressure–Relieving Devices

in Refineries”, Part I, 6th edition, Marzo 1993� CRANE Technical Paper No. 410M, “Flow of fluids through valves, fittings and

pipes”, 1986

4 DEFINICIONESVéase PDVSA–MDP–08–SA–01.

5 PROCEDIMIENTOS PARA ESPECIFICAR Y DIMENSIONARVALVULAS DE ALIVIO DE PRESION

El flujo de alivio requerido para una válvula de alivio de presión se determinaconsiderando las contingencias que pueden causar una sobrepresión como sedescribió en el volumen PDVSA–MDP–08–SA–02. En lo que sigue, sedescriben los procedimientos de cálculo para determinar el tamaño de la válvulade alivio de presión requerido para dejar pasar el flujo de alivio de diseño.

5.1 Dimensionamiento para servicio de vapor

Flujo crítico y sub–crítico

El flujo máximo de vapores a través de una restricción, tal como una boquilla uorificio de una válvula de alivio de presión, tiene lugar cuando las condiciones sontales que la velocidad a través del área de la sección transversal es igual a lavelocidad del sonido en esos vapores. A esta condición se la refiere como el flujocrítico o flujo restringido (Esto no debe confundirse con velocidad crítica que estárelacionada con el arrastre al cual se hace referencia enPDVSA–MDP–(Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección 3) “Torres deFraccionamiento”, PDVSA–MDP–03–S–01 “Tambores” y PDVSA–MDP–(Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección 15E) “Mechurrios”.Referirse al documento PDVSA–MDP–(Pendiente) (Consultar MDP versión 1986,Sección 14C) “Flujo de Fluidos”, flujo de gas de una sola fase, para unapresentación de esos tópicos). La ecuación simplificada para la velocidad sónicao crítica es:

Vc � F1kPxρx

� Ec. (1)

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donde:ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

Enunidades

SI

ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

Enunidadesinglesas

ÁÁÁÁÁÁÁÁ

ÁÁÁÁÁÁ

ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

ÁÁÁÁVc ÁÁÁÁÁÁ

=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

Velocidad crítica ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

m/s ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

pie/sÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

k ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

=ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

Relación de los calores específicos apresión constante y a volumen constante,Cp y Cv, respectivamente(Cp /Cv)

ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

adim ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

adim


PxÁÁÁÁÁÁÁÁÁ


Presión en la restricción cuando ocurre elflujo crítico (presión de flujo crítico)


kPa ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

psia


ρx ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ


Densidad a la temperatura y presión delflujo crítico


kg/m3 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

lb/pie3

ÁÁÁÁÁÁÁÁ

F1 ÁÁÁÁÁÁ


Factor cuyo valor depende de la unidadesusadas


31.5 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

68.1

La caída de presión que corresponde al flujo crítico se denomina “caída de presióncrítica”, o sea es P1–Px, donde P1 es la presión absoluta aguas arriba.

Si la presión P2 (superimpuesta + acumulada) aguas abajo de la restricción esmenor que la “presión del flujo crítico”, entonces el flujo máximo que puedeobtenerse y que ocurre a la velocidad crítica es una función de P1 y de Px, perono es afectado por P2. Sin embargo, si la presión P2 es mayor que Px, entoncesel flujo se denomina “subcrítico” y la velocidad de flujo es una función de P1 y P2.Existen entonces dos ecuaciones para dimensionar las válvulas de alivio depresión en servicio para vapores, dependiendo de si el flujo es crítico o subcrítico.

En el diseño de válvulas de alivio de presión, es deseable seleccionar el lugar dela descarga de la válvula de alivio a una presión lo suficientemente baja parapermitir diseñar para condiciones de flujo crítico, de modo que el flujo de alivio seaindependiente de pequeñas fluctuaciones de la contrapresión.

5.1.1 Determinación de la presión del flujo críticoEl primer paso para dimensionar una válvula de alivio de presión para el flujo devapores es determinar la presión del flujo crítico Px, mediante la siguienteecuación:

Px

P1� � 2

k � 1�

kk – 1 Ec. (2)

Para vapores de hidrocarburos, el valor de Px/P1 puede leerse directamente enla Figura 1., la cual es lo suficientemente exacta bajo todas las condicionesrelacionadas con el cálculo de válvula de alivio de presión. La relación de caloresespecíficos, k, para una substancia en particular, varía con la presión ytemperatura, pero para los cálculos de válvula de alivio de presión, pueden usarselos valores publicados de k a 15°C (60°F) y a una atmósfera (14.7 psia).

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En la Tabla 1 se presenta un listado de los valores de k para un rango de gasescomunes con los valores correspondientes de Px/P1.

Cuando la presión y temperatura reducidas se acercan a 1.0, la relación Px/P1 seacerca al valor límite de 0.606.

5.1.2 Dimensionamiento para vapores – flujo crítico

Para condiciones de flujo crítico (o sea, cuando la presión superimpuesta total másla contrapresión acumulada, es igual o menor que la presión de flujo crítico) lasiguiente ecuación se usa para calcular el área del orificio requerido:

W � F23 C . Kd . Kb . A . P1M

z . T1� Ec. (3a)

donde:

C � 520 k � 2k � 1

�k � 1k – 1� Ec. (3b)

Combinando las ecuaciones (3a) y (3b), se obtiene:

W � F2 Kd . Kb . A . P1M

z . T1k � 2

k � 1�k � 1k – 1� Ec. (4)

donde:

En unidadesSI

En unidadesinglesas

W = Cantidad de flujo a aliviar kg/s lb/h

Kd = Coeficiente de descarga del orificio según lorecomienda el fabricante. Generalmente, seusa un coeficiente de 0.975 para el tipo comúnde válvula de alivio de presión. (Sinembargo, algunos diseños de válvula másrecientes y válvulas fabricadas fuera de losEUA pueden tener un coeficiente ligeramentediferente. Para la selección final de la válvula,debe consultarse la literatura del fabricante).

adim adim

Kb = Factor de corrección para la contrapresión. Nota:Para válvulas de alivio de seguridadconvencionales puede usarse un valor de 1.0 paralas condiciones de flujo crítico.

adim adim

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��


En unidadesinglesas

En unidadesSI

Para válvulas del tipo fuelle balanceado debenconsultarse las curvas del fabricante para elfactor de contrapresión recomendado (Kb).Este factor (Kb) puede ser significativo, o seapuede ser menor de 1.0 a contrapresionesmenores que la presión de flujo crítico. LaFigura 2. representa un promedio de losvalores de (Kb) recomendados por variosfabricantes de válvulas de alivio de presión ypueden usarse cuando se desconoce la marcade la válvula de fuelle balanceado. Sinembargo, ese gráfico no es confiable parapresiones de ajuste menores 345 kPag (50psig) y debe hacerse referencia al catálogo delfabricante de la válvula de alivio de presión.

A = Area efectiva del orificio mm2 pulg2

P1 = Presión de entrada a la brida a las condiciones dealivio (incluyendo la acumulación)

kPa abs. psia

M = Peso molecular de los vapores kg/kmol lb/lbmol

z = Factor de compresibilidad a las condiciones deentrada.

adim adim

T1 = Temperatura de entrada a las condiciones de alivio °K °R

k = Relación de calores específicos (Cp/Cv) a lascondiciones de entrada, que se dan paraalgunas sustancias en la Tabla 1. Nota:pueden usarse valores publicados de (k) a15°C (60°F) y una atmósfera. Si (k) esdesconocido puede usarse un valor“conservador” de k = 1.10 o un valor máscomún de k = 1.30. Si se desea corregir paragases no ideales, puede usarse el Apéndice Ede la especificación API 520 “AmericanPetroleum Institute” (API).

adim adim

C = Constante para vapores del Código ASME“Recipientes de Presión no Sometidos aCombustión”; como se mencionóanteriormente, “C” es función de la relación decalores específicos (k). La Ec.(3b) paradeterminar “C” se presenta tabulada en laTabla 3.

adim adim

F2 = Factor cuyo valor depende de las unidades usadas 1.1x10–5 520

F23 = Factor cuyo valor depende de las unidades usada 2.11x10–8 1

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El procedimiento de cálculo es como sigue:

1. Para vapores de hidrocarburos, la Ec.(4) puede ser resuelta directamentemediante la Figura 3.

2. Para vapor de agua, ver “Dimensionamiento para el Flujo de Vapor de Agua”más adelante.

3. Para mezclas de vapores de hidrocarburos, más hidrógeno más vapor deagua, ver “Dimensionamiento para Mezclas de Vapores deHidrocarburos/Hidrocarburos/Vapor de Agua” más adelante.

4. Para vapores distintos de los anteriores deben aplicarse las Ecs. (3a) y (3b)anteriores.

El procedimiento anterior aplica a válvulas convencionales y de fuelle balanceadode alivio de seguridad, con tal que se use el factor apropiado de contrapresión, Kb.

5.1.3 Dimensionamiento para vapores–flujo subcrítico

Para los casos excepcionales de flujo subcrítico (por ejemplo, cuando se diseñauna válvula de alivio de presión para una baja presión de ajuste y la presiónsuperimpuesta más contrapresión acumulada total excede la presión del flujocrítico) pueden usarse las siguientes ecuaciones:

W � F3 Kd . A � P1V

1

�� kk–1��

�1 – P2

P1

k–1k��

��P2

P1�

2k� Ec. (5)

W � F30 F31 Kd AMP1

P1– P2

zT�

Ec. (6)

ó

donde: En unidadesSI

En unidadesinglesas

P2 = Contrapresión total (superimpuesta másacumulada) kPa abs psia

V1 = Volumen específico a la condiciones deentrada m3/kg pie3/lb

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F3 = Factor cuyo valor depende de lasunidades usadas 4.47 x 10–5 2404


1.55 x 10–5 735

F31 � kk–1 P2

P1

2 K

��

�

1– P2 P1(k–1) k

1 – P2 P1 ��

��

(Para valores véase Figura 4.)

El resto de la nomenclatura es como se definió después de la Ec.(4) anterior.

Las ecuaciones anteriores son aplicables solo a válvulas del tipo convencional yválvulas de alivio de presión operadas por pilotos. Las válvulas de fuellebalanceado se pueden calcular aplicando la Ec. (4).

5.1.4 Dimensionamiento para flujo de vapor de agua

Para el flujo de vapor de agua bajo condiciones de flujo crítico, la siguienteecuación se obtiene sustituyendo las constantes apropiadas en la Ec. (4):

W � F4 . Kd . Kn . Ksh . A . P1 Ec. (7)


En unidadesinglesas

Ksh = Factor de corrección para vaporsobrecalentado, determinado según la Tabla 4(ksh = 1.0 para vapor saturado) a cualquierpresión.

F4 = Factor cuyo valor depende de las unidadesusadas.

1.46 x 10–6 51.5

Kn = Factor de corrección para la ecuación de Napier

Valores de Kn

Para P1 � 10445 kPa abs 1515 psia

Kn = 1

Para P1 > 10445 kPa abs 1515 psia

y P1 � 22170 kPa abs 3215 psia

Kn �(AP1 – 1000)(BP1 – 1061)

A 0.02764 0.1906

B 0.03324 0.2292

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Para flujo de vapor de agua bajo condiciones de flujo subcrítico, puede usarse lasiguiente ecuación, derivada de la Ec.(5).

W � F5 Kd . Kn . Ksh . A � P1V1�� P2

P1�

1. 54

��

�1 – P2

P1

0.23

��

�� Ec. (8)


En unidadesinglesas

F5 = Factor cuyo valor depende de las unidadesusadas. 9.33 x 10–5 5020

Nótese que para calderas por combustión, en que las instalaciones de válvulas deseguridad deben cumplir con el Código ASME para Calderas de Potencia (ASMESección I: “Power Boilers”), en vez del Código para Recipientes a Presión noSometidos a Combustión (ASME Sección VIII), la acumulación permitida es desólo 6% en vez de 10%. Debe hacerse también referencia a las definiciones de (Kd)y (A) anteriores.

5.1.5 Dimensionamiento para mezclas de vapores de hidrocarburos, hidrógeno yvapor de agua

El dimensionamiento de una válvula de alivio de presión para mezclas de vaporesde hidrocarburos, hidrógeno y vapor de agua a condiciones de flujo críticas puede(en la mayoría de los casos) basarse en el peso molecular promedio y el uso dela Figura 1. para la determinación de la presión de flujo crítico, seguido del uso dela Figura 3. para la determinación del área del orificio requerida. El procedimientoes lo suficientemente exacto para propósitos de dimensionamiento de válvulas dealivio de presión. Sin embargo, la Figura 1. no puede usarse para pesosmoleculares promedio menores de 10, y en tales casos debe usarse la Ec. (2) paracalcular Px, usando un valor promedio de “k” para la mezcla. también se requiereun valor promedio de “k” si la Ec. (5) aplica.

Cuando se requiere un valor promedio de “k” para una mezcla de vapores dehidrocarburos/hidrógeno/vapor de agua el procedimiento para determinar esevalor de “k” es como sigue:

1. Combinar los calores específicos a presión constante en base a peso.

2. Combinar los calores específicos a volumen constante de la misma manera.

3. El valor promedio de “k” es entonces la relación de los calores específicospromedio combinados.

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5.2 Dimensionamiento para servicio de líquido

5.2.1 Dimensionamiento para líquidos de no–evaporación instantánea

No hay una presión de flujo crítico que limite el flujo de líquido a través del orificiode una válvula de alivio de presión, en oposición a caso de flujo de vapores. El flujode descarga es una función de la caída de presión a través de la válvula, como loindica la Ec. (9):

L � F6 A . Kd . Ku . Kw

Pd

S� Ec. (9)

(Para válvulas de alivio que requieren certificación de capacidad de líquidos)

L � F6 A . Kp . Kd . Ku . Kw1.25P – Pb

S� Ec. (10)

(Para válvulas de alivio que no requieren certificación)

donde:

En unidadesSI

En unidadesinglesas

L = Flujo volumétrico de líquido a aliviar dm3/s gpm


Kp = Factor de corrección por sobrepresión que seobtiene de la Figura 5. para sobrepresionesmenores del 25% de la presión de ajuste. Estefactor es necesario puesto que las válvulas dealivio de presión en servicio líquidogeneralmente requieren un 25% desobrepresión para un levantamiento total y lafórmula para dimensionamiento está basadaen un levantamiento total. Sin embargo,cuando la presión de ajuste es igual a lapresión de diseño, la sobrepresión máximaestá limitada, bajo el Código ASME, a 10% dela presión de ajuste (16% con válvulasmúltiples) para contingencias por fallasoperacionales. El factor Kp representa lacapacidad reducida que resulta de unlevantamiento reducido, sobrepresiónreducida y por el cambio del coeficiente dedescarga del orificio.

adim adim

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En unidadesinglesas

En unidadesSI

Ku = Factor de corrección para líquidos viscosos,determinado según la Figura 6. (a) y (b).Nótese que es necesaria una selección deltamaño del orificio por tanteo, en ladeterminación del factor “Ku”.

adim adim

Kw = Factor de corrección para contrapresión. Estefactor no necesita ser aplicado a válvulasconvencionales (o sea Kw = 1.0). Una válvuladel tipo fuelle balanceado, sin embargo, tieneun resorte más fuerte que una válvulaconvencional para el mismo servicio decontrapresión y el factor Kw da cuenta por lareducción de capacidad asociada. El factor Kwse determina con los gráficos de losfabricantes a la contrapresión total(superimpuesta más acumulada). Existenvariaciones significativas entre valores de Kwde diferentes fabricantes. La Figura 7.representa un promedio de los valores parasuplidores en EUA, los cuales pueden usarsepara propósitos de diseño cuando no se sabequien es el fabricante de la válvula.

adim adim

P = Presión de Ajuste de la válvula kPa man psig

Pb = Contrapresión total kPa man psig

Pd = Caída de presión a través de la válvula, o sea lapresión de alivio (ajuste mas sobrepresiónpermitida) menos la contrapresión total(superimpuesta más acumulada). Nótese queaunque el flujo real es proporcional a la raízcuadrada de la caída de presión a las condicionesde alivio, esta fórmula está basada en la caída depresión medida respecto a la presión de ajuste

kPa psi

S = Gravedad específica del líquido a las condicionesde entrada, referida al agua a 15°C (60°F)

adim adim

F6 = Factor cuyo valor depende de las unidades usadas 1.67 x 10–3 38

Dimensionamiento para líquidos de evaporación instantánea

Las válvulas de alivio de presión que manejan fluidos que son líquidos a lascondiciones de entrada pero que se vaporizan total o parcialmente a lascondiciones de descarga, deben dimensionarse como sigue:

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1. Por un procedimiento de tanteo, determinar la cantidad de líquido que sevaporiza por una expansión isentálpica (entalpía constante) a la presión delflujo crítico (o a la presión real, si ésta es mayor que la crítica) para losvapores generados.

2. Calcular individualmente el área del orificio requerida para dejar pasar elcomponente de vapor generado usando las Ecs. (3a), (3b), (4), (5) ó (6)según sea la apropiada y de acuerdo con el servicio, tipo de válvula y si lacontrapresión es mayor o menor que la presión de flujo crítico.

3. Calcular individualmente el área del orificio requerida para dejar pasar elcomponente líquido no vaporizado, usando la Ec. (8). El término querepresenta la caída de presión, Pd, debe igualarse a la presión de ajustemenos la contrapresión total desarrollada por la porción de vapores a lapresión de flujo crítico, excepto cuando la presión de flujo crítico es menorque la contrapresión total calculada (superimpuesta más acumulada),considerando el flujo combinado de líquido y vapores. En el último caso, Pddebe igualarse a la presión de ajuste menos la contrapresión total calculada.

4. Sumar las áreas calculadas para los componentes de vapores y de líquidopara obtener el área total de orificio requerida. Esto puede ser algoconservativo, ya que la evaporación instantánea no tiene lugarinstantáneamente a través de un orificio de válvula de alivio de presión.

5.3 Dimensionamiento para servicio de fases mixtas de vapores ylíquidos

El dimensionamiento de una válvula de alivio de presión para el caso de unamezcla de vapores y líquido a las condiciones de entrada, puede calcularseusando el método de sumar las áreas de orificio requeridas para cada faseindividualmente, de la misma manera que fue anteriormente descrito para serviciode líquido con vaporización instantánea.

5.4 Dimensionamiento de válvulas de alivio de presión operadas porpiloto

Los métodos de dimensionamiento para válvulas de alivio de presión operadas porpiloto son acordes con las fórmulas aceptadas, descritas anteriormente, utilizandolos coeficientes de descarga apropiados y las áreas de orificio efectivas segúnrecomendación de los fabricantes de válvulas. Deben tomarse en cuenta lassiguientes indicaciones:

� Los coeficientes de descarga típicos de válvulas operadas por piloto están enel rango de 0.84 a 0.92. Si no se conoce el valor exacto usar el coeficiente másbajo.

� Si la válvula piloto descarga a la atmósfera, una válvula operada por pilotopuede ser considerada como una válvula balanceada.

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� Las válvulas operadas por piloto tienen limitaciones en el servicio para líquidosy debe contactarse el fabricante para recomendaciones acerca de losprocedimientos para su dimensionamiento.

5.5 Preparación de especificaciones de diseño para válvulas de alivio depresión

La Figura 8 muestra una hoja típica de especificación para una válvula de aliviode presión. Las siguientes notas indican la base para lo que se requiere en laEspecificación de Diseño.

Número de válvulas requeridas

Normalmente se especifica una válvula de alivio de presión estándar disponiblede los fabricantes con un área de orificio igual o mayor que el requerimientocalculado. En algunos casos, por ejemplo, de grandes velocidades de alivio o paraevitar el golpeteo, son necesarias dos o más válvulas. así mismo, si hay unadiferencia apreciable entre el tamaño del orificio calculado y el tamaño disponible,es deseable usar válvulas de alivio de presión múltiples para igualar másexactamente el área disponible al área de orificio requerida. La determinación delas presiones de ajuste y las acumulaciones permisibles para estas instalacionesde válvulas múltiples se describe en el documento PDVSA–MDP–08–SA–03.

La columna para Repuestos indica el requerimiento, si lo hay, para la instalaciónde válvulas de alivio de presión de repuesto en los equipos. Normalmente, estosólo aplica en el caso de preferencia de la refinería o regulaciones locales, peroes requerido en muchos países europeos.

Temperatura

La temperatura operacional que ocurre en una emergencia es la temperatura deentrada del fluido bajo condiciones de alivio. Esta temperatura se usa paradimensionar el orificio en servicio para vapores. La temperatura de emergencia nose especifica para servicios líquidos, puesto que la temperatura no entradirectamente en el cálculo de dimensionamiento.

La temperatura de diseño se especifica igual a la temperatura de diseño delrecipiente sobre el cual está localizada la válvula y esta temperatura se usa parala selección de la válvula de las tablas de temperatura y presión de trabajo de losfabricantes. La condición de alta temperatura se considera como un esfuerzo decorta duración y por tanto generalmente no se toma en cuenta. La temperatura dedescarga debe, sin embargo, incluirse en el análisis del sistema colector,particularmente en los efectos de la expansión térmica. Nótese que en algunoscasos la temperatura de emergencia puede exceder la temperatura de diseño,pero esta última es aún así la usada como base para la selección de la válvula dealivio de presión.

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Un ejemplo de tal caso es una válvula de alivio de presión dimensionada paraincendio montada sobre un recipiente que contienen un hidrocarburo de alto puntode ebullición. La temperatura de emergencia es el punto medio de ebullición a lapresión de alivio y ésta puede ser considerablemente mayor que la temperaturade diseño del recipiente y de la válvula de alivio de presión. La base para esteacercamiento es que la protección de equipos contra exposición a un incendiorequiere no sólo instalaciones para el alivio de presión para la descarga devapores generados por líquidos contenidos, sino también instalaciones para elcombate de incendios a fin de enfriar los equipos y evitar fallas porsobrecalentamiento.

Así, la temperatura bajo condiciones de alivio no sería más severa que la deexposición a un incendio.

Presión de ajuste

La presión de ajuste (la presión a la cual la válvula de alivio de presión estádiseñada para abrir) se especifica de acuerdo con los requerimientos del Código,como se describe en la Norma PDVSA–MDP–01–(Pendiente) (Consultar MDPversión 1986, sección 2). En la mayoría de las aplicaciones en recipientes, lapresión de ajuste de por lo menos una válvula de alivio de presión es igual a lapresión de diseño. Sin embargo, esta presión de ajuste es regulada (hacia arribao hacia abajo) para compensar cualquier efecto de la presión estática y caída depresión por fricción, que puedan ocurrir cuando la válvula se instala en otra parteque no sea directamente sobre el recipiente. Por ejemplo, si una válvula de aliviode presión se instala en una línea sin flujo por encima de un recipiente lleno delíquido, la presión de ajuste de la válvula de alivio de presión se reduciría losuficiente para permitir un cabezal estático de líquido entre el recipiente y laválvula.

Contrapresión

En el caso de una válvula de alivio de presión convencional, la columna“contrapresión máxima” debe especificar la máxima contrapresión superimpuerta(en kPa man. (psig)) bajo condiciones de ausencia de flujo. Si la descarga se dirigea la atmósfera o a un cabezal de válvula de seguridad donde la presión esesencialmente atmosférica bajo condiciones de ausencia de flujo, la máximacontrapresión debe especificarse como “cero”.

Para válvulas de alivio de presión del tipo de fuelle balanceado debe especificarsela máxima contrapresión superimpuesta. (Para válvulas de fuelle balanceado quedescarga a un cabezal de válvula de seguridad que está a presión atmosféricabajo condiciones sin flujo, la máxima contrapresión es “cero”).

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Presión diferencial del resorte

Para válvulas convencionales, la presión diferencial del resorte es igual a lapresión de ajuste menos la máxima contrapresión superimpuesta bajocondiciones sin flujo.

Para válvulas balanceadas, la presión de apertura no es afectada por lacontrapresión y la presión diferencial del resorte es igual a la presión de ajuste.

Sobrepresión permitida y condición crítica

A menos que se impongan códigos locales más estrictos, la máxima acumulaciónpara recipientes no sometidos a combustión debe especificarse de acuerdo conel Código ASME, Sección VIII, o sea 21% máximo de la presión de diseño paraincendio y 10% máximo para todas la otras contingencias de falla. Para válvulasde alivio de presión con presiones de ajuste escalonadas una válvula ajustadapara abrir a 105% de la presión de diseño puede tener una sobrepresión de 16%para contingencias del proceso y 21% para condiciones de incendio cuando secumplen los requerimientos del Código ASME para acumulación, sobre todo lapresión de diseño (Ver el documento PDVSA–MDP–08–SA–03). Para lascalderas a combustión y serpentines de sobrecalentamiento de vapor de agua enhornos de proceso se permite una acumulación máxima de 6% según la SecciónI del Código ASME. (Algunos códigos locales pueden permitir solamente 3% deacumulación).

Los siguientes generadores de vapor de agua se consideran como recipientes apresión no sometidos a combustión y la acumulación máxima debe especificarsede acuerdo con el Código ASME, Sección VIII (a menos que sea prohibido porcódigos locales).

1. Evaporadores e intercambiadores de calor en los cuales se genera vapor deagua.

2. Recipientes por ejemplo calderas de recuperación de calor perdido, en losque el vapor de agua se genera incidentalmente a las operaciones delsistema de procesos, el cual involucra una serie de recipientes a presión,tales como se usan en la manufactura de productos químicos y de petróleo.(Los equipos que someten a combustión un combustible suplementariodeben considerarse como recipientes a presión sometidos a combustión.)

La “condición crítica” en la hoja de especificaciones se anota como lacontingencia que determina el tamaño de la válvula, o sea incendio o fallaoperacional.

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Tipo y tamaño de la válvula de alivio de presión

La escogencia del tipo y tamaño de la válvula de alivio, se hará usando loscatálogos de los fabricantes recomendados de la filial que estudia el caso.Dependiendo de la tradición de compra que tenga cada una de las instalacionesde cada una de las filiales de PDVSA, se tendrán suplidores preferidos.

Observaciones: A veces, al formato presentado en la Figura 8, es convenienteañadir una fila llamada “Observaciones”, donde se debe incluir factores relevantestales como:

1. La presencia (y concentración si se conoce) de materiales corrosivos,diferentes de las concentraciones típicas de compuestos de azufrepresentes en corrientes de hidrocarburos derivados del petróleo.

2. Requerimientos para características especiales de válvulas, por ejemplo,conexiones de entrada y salida, engranaje de levantamiento de la válvula,etc., que sean no estándar.

3. Requerimientos para materiales de construcción especiales.

4. Base para especificar características no estándar o especiales.

5. Autorefrigeración, si afecta los materiales de construcción del sistemacolector.

6. Clarificaciones respecto a la presión de ajuste, si es diferente a la presión dediseño de los equipos.

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6 NOMENCLATURAÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ


ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

Enunidades

SI

ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

Enunidadesinglesas


C = Constante para vapores del Código ASME“Recipientes de Presión no Sometidos aCombustión”.

adim adim


k ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ


Relación de los calores específicos apresión constante y a volumen constante,Cp y Cv, respectivamente(Cp /Cv)


adim ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

adim

Kb = Factor de corrección para la contrapresión.Nota: Para válvulas de alivio de seguridadconvencionales puede usarse un valor de1.0 para las condiciones de flujo crítico.

adim adim

Kd = Coeficiente de descarga del orificio según lorecomienda el fabricante.

adim adim

Kn = Factor de corrección para la ecuación deNapier

adim adim

Kp = Factor de corrección que se obtiene de laFigura 5.

adim adim

Ksh = Factor de corrección para vaporsobrecalentado, determinado según la Tabla4 (Ksh = 1.0 para vapor saturado) a cualquierpresión

adim adim

Ku = Factor de corrección para líquidos viscosos. adim adimKw = Factor de corrección para contrapresión. adim adimL = Flujo volumétrico de líquido a aliviar dm3/s gpm

M = Peso molecular de los vapores kg/kgmol lb/lbmolÁÁÁÁÁÁÁÁ

ÁÁÁÁÁÁ

ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ


ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁP = Presión de Ajuste de la válvula kPa abs psig

P1 = Presión de entrada a la brida a lascondiciones de alivio (incluyendo laacumulación)

kPa abs. psia

P2 = Contrapresión total (superimpuesta másacumulada)

kPa abs psia

Pb = Contrapresión total kPa man psig

Pd = Caída de presión a través de la válvula. kPa psiÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

PxÁÁÁÁÁÁÁÁÁ


Presión en la restricción cuando ocurre elflujo crítico (presión de flujo crítico)


kPaÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

psia

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ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

Enunidadesinglesas


Enunidades

SI

ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

ÁÁÁÁÁÁÁÁÁ


S = Gravedad específica del líquido a lascondiciones de entrada, referida al agua a15°C (60°F)

adim adim

T1 = Temperatura de entrada a las condicionesde alivio

°K °R

ÁÁÁÁÁÁÁÁ

Vc ÁÁÁÁÁÁ


Velocidad crítica ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

m/s ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

pie/sV1 = Volumen específico a la condiciones de

entradam3/kg pie3/lb

W = Cantidad de flujo a aliviar kg/s lb/h

z = Factor de compresibilidad a lascondiciones de entrada.

adim adim

ÁÁÁÁÁÁÁÁ

ρx ÁÁÁÁÁÁ


Densidad a la temperatura y presión delflujo crítico


kg/m3 ÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁÁ

lb/pie3

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7 APENDICESTabla 1. Propiedades termodinámicas de varias substancias a

condiciones estándarTabla 2. Tamaño normalizado de las válvulas de alivio, en función del

tamaño del orificioTabla 3. Valores de la constante “C” para cálculos con la fórmula de flujoTabla 4. Factores de corrección para sobrecalentamiento para válvulas de

seguridad en servicio para vapor de aguaFigura 1. Presión de flujo crítico para hidrocarburosFigura 2. Factor de dimensionamiento para contrapresión constante o

variable (Kb) para válvulas de alivio de seguridad de fuellebalanceado (vapores y gases)

Figura 3. Area requerida del orificio de la válvula de seguridad para aliviode vapores de hidrocarburos

Figura 4. Valores de F31 para flujo subcríticoFigura 5. Factores de corrección de capacidad por defecto de sobrepresión

para válvulas de alivio y válvulas de alivio de seguridad enservicios con líquidos

Figura 6a. Viscosidad a temperaturas de operación – segundos Sayboltuniversal (SSU)

Figura 6b. Corrección de viscosidad: procesamiento alterno según estándarAPI–RP–520

Figura 7. Factor de dimensionamiento (Kw) a contrapresión variable oconstante para válvulas de alivio de seguridad de fuellebalanceado (líquidos solamente)

Figura 8. Especificaciones de diseño para válvulas de alivio de presión

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TABLA 1. PROPIEDADES TERMODINÁMICAS DE VARIAS SUBSTANCIASA CONDICIONES ESTÁNDAR*

RELACIÓN DE CALORESESPECÍFICOS

RELACIÓN DE PRESIÓNDE FLUJO CRÍTICO Px/P1

k = CP/CV

Gas

METANO 1.31 0.54

ETANO 1.19 0.57

PROPANO 1.13 0.58

BUTANO 1.09 0.59

AIRE 1.40 0.53

AMONIACO 1.31 0.53

BENCENO 1.12 0.58

DIOXIDO DE CARBONO 1.29 0.55

HIDROGENO 1.41 0.52

SULFURO DEHIDROGENO

1.32 0.53

FENOL 1.30* 0.54*

VAPOR DE AGUA 1.33 0.54

DIOXIDO DE AZUFRE 1.29 0.55

TOLUENO 1.09 0.59

* ESTIMADA* LAS CONDICIONES ESTANDAR SON 15°C (60°F) Y PRESION ATMOSFERICA

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TABLA 2. TAMAÑO NORMALIZADOS DE LAS VÁLVULAS DE ALIVIO, EN FUNCIÓNDEL TAMAÑO DEL ORIFICIO

Area real del orificio normalizado, plg2 Tamaño normalizado de válvula

0,110 1” x Dx 2”

0.196 1” x Ex2”

0,307 1 1/2” x F2”

0.785 2” x Hx3”

1,838 3” x Kx4”

2,853 4” x Lx6”

6,380 4” x Lx 6”

11,040 6” x Q x8”

16,000 6” x Rx10”

26,000 8” x Tx10”

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TABLA 3. VALORES DE LA CONSTANTE “C” PARA CÁLCULOS CON LA FÓRMULADE FLUJO

k �Cp

CvC � 520 k 2

k � 1k � 1k – 1�

1.001 315

1.02 318

1.04 320

1.06 322

1.08 324

1.10 327

1.12 329

1.14 331

1.16 333

1.18 335

1.20 337

1.22 339

1.24 341

1.26 343

1.28 345

1.30 347

1.32 349

1.34 351

1.36 352

1.38 354

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TABLA 3. (CONT.)

k �Cp

CvC � 520 k 2

k � 1k � 1k – 1�

1.40 356

1.42 358

1.44 359

1.46 361

1.48 363

1.50 364

1.52 365

1.54 368

1.56 369

1.58 371

1.60 372

1.62 374

1.64 376

1.66 377

1.68 379

1.70 380

2.00 400

2.20 412

(*) Para uso en la ecuación (3a)

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TABLA 4. FACTORES DE CORRECCIÓN PARA SOBRECALENTAMIENTO PARAVÁLVULAS DE SEGURIDAD EN SERVICIO PARA VAPOR DE AGUA

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Fig 1. PRESIÓN DE FLUJO CRÍTICO PARA HIDROCARBUROS

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Fig 2. FACTOR DE DIMENSIONAMIENTO PARA CONTRAPRESIÓN CONSTANTE OVARIABLE (Kb) PARA VÁLVULAS DE ALIVIO DE SEGURIDAD DE FUELLE

BALANCEADO (VAPORES Y GASES)

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Fig 3. AREA REQUERIDA DEL ORIFICIO DE LA VÁLVULA DE SEGURIDAD PARAALIVIO DE VAPORES DE HIDROCARBUROS

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r � P2 P1

F31

Línea de flujo crítico

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Fig 4. VALORES DE F31 PARA FLUJO SUBCRÍTICO

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PORCENTAJE DE SOBREPRESION

FAC

TOR

DE

CO

RR

EC

CIO

N, K

p

NOTA: LA CURVA DE ARRIBA INDICA QUE HASTA UNA SOBREPRESION DE 25%, INCLUSIVE LA CAPACIDAD ESEFECTADA POR EL CAMBIO DE ELEVACION, EL CAMBIO EN EL COEFICIENTE DE DESCARGA DEL ORIFICIOY EL CAMBIO DE SOBREPRESION. POR ENCIMA DE 25% LA VALVULA ESTA A SU ELEVACION TOTAL YLA CAPACIDAD ES SOLAMENTE AFECTADA POR LA SOBREPRESION

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Fig 5. FACTORES DE CORRECCIÓN DE CAPACIDAD POR EFECTO DE SOBREPRESIÓN PARA VÁLVULAS DE ALIVIO Y VÁLVULAS DE ALIVIO DE

SEGURIDAD EN SERVICIOS CON LÍQUIDOS

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Fig 6.a

VISCOSIDAD A TEMPERATURAS DE OPERACIÓN–SEGUNDOS SAYBOLTUNIVERSAL (SSU)

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Para dimensionar una válvula de alivio para servicio de líquidos viscosos:

R = NUMERO DE REYNOLDS

1. Determinar el área requerida sin la corrección para la viscosidad, Ao (Ku = 1.0), con la ecuación 9.2. Seleccionar el tamaño próximo más grande de orificio estándar de la referencia del fabricante o de la Tabla 2.3. Determinar el número de Reynolds “R” con la ecuación:

R �F7 x L.S.

� A�Donde: L = Flujo

S = Gravedad especifica a la temperatura de flujo contra agua a 15°C. (60°F)

A = Area efectiva del orificio (de la referencia del fabricante)F7 = Factor cuyo valor depende de las unidades usadas

En UnidadesSI

En UnidadesInglesas

dm3/s gpmadim adim

cp(mPa.s) lb/pie.smm2 pulg2

� = Viscosidad a la temperatura de flujo

1 x 106 1.669

4. Encontrar el factor de corrección para viscosidad (Ku) del gráfico.5. El área corregida que se requiere es Ao/Ku. Si este valor excede el de A1 repetir el cálculo.6. Si el área corregida que se requiere tiene un valor solo ligeramente mayor que el tamaño del orificio estándar,

considerar el uso de válvulas múltiples más pequeñas con presiones de ajuste escalonadas a fin de minimizarla tendencia al golpeteo.

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Fig 6.b.

CORRECCIÓN DE VISCOSIDAD: PROCESAMIENTO ALTERNO SEGÚN ESTÁNDARAPI–RP–520

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Fig 7. FACTOR DE DIMENSIONAMIENTO (Kw) A CONTRAPRESIÓN VARIABLE OCONSTANTE PARA VÁLVULAS DE ALIVIO DE SEGURIDAD DE FUELLE

BALANCEADO (LÍQUIDOS SOLAMENTE)

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EJEMPLO DE FORMATO PARA ESPECIFICACIONES DE DISEÑO

Fig 8. ESPECIFICACIONES DE DISEÑO PARA VÁLVULAS DE ALIVIO DE PRESIÓN

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PDVSA N° TITULO




� PDVSA, 1983

MDP–08–SA–05 INSTALACION DE VALVULAS DE ALIVIO DEPRESION

APROBADA

AGO.95 AGO.95


AGO.95

AGO.97 O.R

J.P.

1

0

Sinceración con el MID/MIR 32

30

L.R.

F.R.


ESPECIALISTAS

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INSTALACION VALVULAS DE ALIVIO DE PRESIONAGO.971


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Indice1 OBJETIVO 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 ALCANCE 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 REFERENCIAS 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 DEFINICIONES 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1 Localización de válvulas de alivio de presión 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Posición de las válvulas de alivio de presión 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3 Diseño de la tubería de entrada a válvulas de alivio de presión 4. . . . . . . 5.4 Selección de descarga atmosférica o cerrada

para válvulas de alivio de presión 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5 Aplicación de los criterios para dirigir la descarga

de válvulas de alivio de presión 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.6 Diseño de la tubería de salida de válvulas de alivio

de presión descarga atmosférica 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.7 Diseño de sistemas cerrados para válvulas de alivio de presión 12. . . . . . .

6 APENDICE 24. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 1. Válvula de alivio de presión típica sin válvula de aislamiento 26Figura 2. Válvula de alivio de presión típica montada en línea de proceso 27Figura 3. Instalación típica para evitar turbulencia excesiva a la entrada

de una válvula de alivio de presión 28. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Figura 4a. Instalación típica de válvulas de alivio con válvulas de aislamiento 29Figura 4b. Arreglo de instalación típica de válvulas de alivio con 100% de

respaldo de capacidad de alivio 30Figura 4c. Arreglo alterno de instalación típica de válvulas de alivio con 100%

de respaldo de capacidad de alivio 31Figura 5. Válvula de alivio de presión instalada en una tubería larga 32. . . . . . Figura 6. Arreglo de válvula de aislamiento para cabezales y subcabezales 33

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PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO

1 OBJETIVOPresentar procedimientos para la instalación de válvulas de alivio.


PDVSA–MDP– Descripción de Documento08–SA–01 Sistemas de alivio de presión: Principios Básicos.




08–SA–05 Sistemas de alivio de presión: Instalación de válvulas de alivio depresión (Este documento).


2 ALCANCECubre los requerimientos para el diseño e instalación de las tuberías de entraday de salida de las válvulas de alivio de presión, así como los criterios de selecciónde descargas a la atmósfera o a los sistemas cerrados, y el diseño de sistemascerrados para disposición de los alivios. Se excluyen los tambores de purga y losmechurrios.

3 REFERENCIAS


� 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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Otras Referencias

� ASME–Section VIII, “Pressure Vessels”, 1992� API–RP520, Part II, 4th edition,“Sizing, Selection and Installation of

Pressure–Relieving Devices in Refineries, Part II: Installation”, Diciembre 1994.� API–RP521, “Guide for Pressure–Relieving and Depressuring Systems”,1990

4 DEFINICIONESVéase PDVSA–MDP–08–SA–01

5 PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO

5.1 Localización de válvulas de alivio de presiónUna válvula de alivio de presión debería normalmente ser instalada muy cerca delequipo que protege. Cuando se trata de recipientes, la válvula de alivio de presióndebería 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 depresión sobre la tubería de proceso conectada al recipiente (ver Figura 2), con talque la vía de alivio desde el recipiente a la válvula de alivio de presión esté librede obstrucciones y cumpla con los requerimientos que se listan a continuación.Sobre la misma base también está permitido proteger uno o más recipientes queestén conectados por tuberías por una sola válvula de alivio de presión (o grupode válvulas de alivio de presión) montada sobre uno de los recipientes o sobre latubería de interconexión, con tal que:

� La vía de alivio de presión entre cualquier recipiente y la válvula de alivio depresión que lo protege debe satisfacer los requerimientos de Diseñoespecificados en “Evaluación de rutas de Escape en el Diseño de Alivio dePresión”.

� La caída de presión entre el recipiente o tubería sobre la cual está montada laválvula de alivio de presión no debe exceder el valor máximo permitidoespecificado según el caso.

Cuando una válvula de alivio de presión se usa en un fraccionador para protegerun tambor de destilado con una entrada sumergida, la válvula de alivio de presióndebe estar localizada en la columna misma y no en la tubería de salida de tope odebe descargar a un sistema cerrado. Esto es con el fin de evitar un alivio delíquido en el caso de que la válvula de alivio de presión descargue bajo condicionesde un incendio en el tambor de destilado.

Adicionalmente, las válvulas de alivio de presión deberían ser instaladas corrienteabajo de estaciones reductoras de presión, placas de orificio, tomas para mediciónde flujo y otras conexiones como codos, a una distancia suficiente para evitarturbulencia, la cual genera inestabilidad. (Ver Figura 3).

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5.2 Posición de las válvulas de alivio de presiónLas válvulas de alivio de presión deberían ser instaladas en la posición vertical. Lainstalación de válvulas de alivio de presión, diferentes a la posición vertical afectasu operación y debería ser consultado con el fabricante.

5.3 Diseño de la tubería de entrada a válvulas de alivio de presión

5.3.1 Caída de presión de la tubería de entrada

La tubería de entrada, entre el equipo protegido y la conexión de entrada de laválvula de alivio de presión, debería ser diseñada de manera tal que la caída depresión 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 aliviode la válvula.

En el caso de presiones de ajuste por debajo de 100 kPa manométricos (14.7psig) la máxima caída de presión a la entrada puede ser aumentada a 5% de lapresión 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 porpiloto, si la conexión de toma de presión de la válvula piloto se hace directamentedel recipiente que se está protegiendo. Sin embargo, se recomienda que seapliquen las limitaciones de caída de presión anteriores, para evitar la reducciónde capacidad que resultaría de pérdidas excesivas a la entrada y asegurar laausencia 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 eldiámetro 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 serigual o mayor que la suma de todas las áreas (de sección transversal) de entradade 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 aliviode presión donde pueda ocurrir taponamiento por formación de hielo,acumulación de cera o congelamiento de líquidos viscosos a temperaturasambientales.

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2. Donde pueda ocurrir taponamiento de la tubería de entrada como resultadode formación de coque, acumulación de sólidos, etc., por corrientes deproceso, debe colocarse una purga continua o una retroinyección de unfluido limpio, (por ejemplo vapor de agua) por debajo de la válvula de aliviode presión. El flujo se controla normalmente mediante un orificio derestricción dimensionado para proveer un flujo de por lo menos 1.5 m/s (0.5pie/s) en la línea de entrada. En el caso particular de válvulas de alivio depresión para reactores de craqueo catalítico, la experiencia ha demostradoque las líneas de entrada pueden mantenerse libres de taponamiento porcatalizador y coque si se proveen de un codo de extensión interno dentro delreactor, orientado horizontalmente hacia la línea central del reactor.Cualquier conexión interna debe ser de igual o mayor diámetro que el de laentrada de la válvula de alivio de presión. Esto es adicional a la purga convapor de agua.

5.3.4 Válvulas de aislamiento

Se puede incluir una válvula de bloque con dispositivo para bloqueo en posiciónabierta (CSO) en la tubería de entrada a una válvula de alivio de presión, si serequiere 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 y eldocumento PDVSA–08–SA–02.

5.4 Selección de descarga atmosférica o cerrada para válvulas de aliviode presión

Las vías de descarga de las válvulas de alivio de presión a la atmósfera o a unsistema 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 paralas siguientes categorías de servicio:

1. Válvulas de alivio de presión que manejan materiales que son líquidos oparcialmente líquidos en la entrada a la válvula. Se hace una excepción aesto para ciertas válvulas de alivio por expansión térmica .

2. Válvulas de alivio de presión normalmente en servicio para vapores, peroque bajo cualquier contingencia sencilla pueden descargar líquidoscorrosivos, inflamables o peligrosos.

3. Válvulas de alivio de presión localizadas en el espacio para vapores derecipientes parcialmente llenos de líquido y que podrían llenarserápidamente con líquido durante un descontrol de la planta. Esta categoríaincluye columnas, tambores de destilado, tambores de expansión enrefrigeración, o cualquier otro recipiente en que el tiempo de retención de

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líquido por encima de la alarma de alto nivel es menor de 15 minutos, basadoen el flujo de entrada de líquido de diseño y el cese del flujo de salida delíquido. Una excepción puede ser un sistema de circuito cerrado derefrigeración donde el inventario es tan pequeño que descarta elsobrellenado.

4. Válvulas de alivio de presión que manejan vapores tóxicos o corrosivos quese condensan a las condiciones del ambiente, por ejemplo fenol.

5. Válvulas de alivio de presión en servicio para vapores tóxicos en que ladescarga a la atmósfera resultaría en una concentración calculada en la líneade demarcación del sitio o en cualquier área de trabajo (a nivel del suelo ode una plataforma elevada), que excede el Valor Límite dentro del Area(TLV).

6. Alivios de vapores inflamables, que si son descargados a la atmósferaresultarían, en caso de una ignición inadvertida, en densidades de calorradiante 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, ytienen suficientes vías de escape para abandonar el lugar en unos ochosegundos; si se necesita ejecutar acciones de emergencia en dichasplataformas cercanas, la radiación no deberá exceder de 6.31 kW/m2 (2000BTU/hpie2) y el personal podrá dejar el lugar en un minuto o menos. Todoesto supone que no hay protección física contra la radiación térmica. En elcaso 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 procedimientodetallado para mechurrios en los procedimientos de cálculos presentados enel documento PDVSA–MDP (Pendiente) (Consultar MDP versión 1986,Sección 15E), con la excepción de que se usen valores menores para F, lafracción de calor emanado que se irradia, por las velocidades de salidaasociadas con descargas de válvulas de alivio de presión, que generalmenteson más altas.

F para Alivios deVálvulas de Alivio de Presión

Hidrógeno, metano 0.1

Etano e hidrocarburos más pesados 0.25

7. Las válvulas de alivio de presión que no entran dentro de las categoríasanteriores pero que serían contribuyentes significativos a la contaminaciónatmosférica. Tales alivios no deben ser normalmente usados paradimensionar un sistema cerrado, pero deben combinarse tomándolos encuenta hasta el límite de su capacidad. El orden de preferencia para su

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combinación es (1) vapores malolientes, (2) hidrocarburos no saturados, (3)hidrocarburos saturados. Si los requerimientos locales no permiten talesdescargas atmosféricas, será necesario incluir esos alivios, cuando sedetermina el tamaño del sistema cerrado.

8. Válvulas de alivio de presión en sitios donde la descarga atmosférica espermitida, pero la conexión a un cabezal cerrado es menos costosa que unalínea de descarga atmosférica a una localización aceptable.

5.4.2 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 sesatisfacen las siguientes condiciones:

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 “Criteriospara Válvulas de Alivio de Presión a Sistemas Cerrados”

3. Se cumplen las regulaciones locales con respecto a alivios atmosféricos.

5.4.3 Vías de descarga para válvulas múltiples

Algunos equipos que operan en dos modos, tales como reactores que sonregenerados periódicamente, requieren protección separada con válvulas dealivio de presión para cada servicio. Son necesarias precauciones especiales encasos en que la válvula de alivio de presión en servicio normal descarguehidrocarburos y la válvula para el ciclo de regeneración descargue aire. En laeventualidad de que ambas válvulas descarguen a la atmósfera debe ponerse unaviso de advertencia cerca de las válvulas de alivio de presión y explicarclaramente los procedimientos apropiados en las instrucciones operacionales. Sila válvula de alivio de presión para servicio de hidrocarburos descarga a unsistema cerrado deben proveerse conexiones tales que solamente un sistema dealivio de presión pueda estar en servicio al mismo tiempo, y el aire procedente delciclo de regeneración se mantenga alejado del sistema cerrado. En adición debenproveerse letreros de advertencia apropiados e instrucciones adecuadas.

5.5 Aplicación de los criterios para dirigir la descarga de válvulas dealivio de presión

A continuación se describe la aplicación de los criterios para dirigir la descarga delas 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 enservicio para hidrocarburos es típicamente descargada a la atmósfera, contal que se cumplan los tres criterios que se acaban de exponer. Aunque lalocalización de la válvula de alivio de presión en el tope de la columna o en

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la línea de salida de vapores del tope está normalmente expuesta amateriales en fase de vapor de modo que es aceptable la descarga a laatmósfera, cierta cantidad de líquido puede ser arrastrada con los vaporesque salen del tope bajo ciertas condiciones de descontrol tal comoinundación de la columna o flujo invertido desde el tambor de destilado. Sinembargo, la sobrepresión conjuntamente con el arrastre de líquido seconsidera una doble contingencia, la cual no se toma en cuenta parapropósitos de diseño, excepto en el caso de válvulas de alivio de presiónlocalizadas en la zona de vapores de recipientes parcialmente llenos delíquido.

Aun cuando el alivio de tope de una columna sea todo vapor en la entradaa la válvula de alivio de presión, la posibilidad de condensación de vaporesde alto peso molecular después del alivio puede ser otra materia que requiereconsideración. Algunos asumen que ocurrirá extensa condensación en elaire si la temperatura atmosférica más baja está por debajo de la temperaturade condensación de los vapores de hidrocarburos aliviados. Sin embargo, nonecesariamente ocurre esto. A medida que los vapores se despresionan através de la válvula de alivio de presión, se sobrecalientan, lo cual minimizalas tendencias a condensar en la zona rica cerca del punto de alivio. Másadelante, corriente abajo, los vapores de hidrocarburos se enfrían almezclarse con aire. Este enfriamiento y dilución con aire reduce la presiónde vapor de los hidrocarburos y a menudo resulta en que el punto de rocíode los hidrocarburos permanece por debajo de la temperatura real de losvapores, evitando así la condensación. Existen cálculos que indican quepocos 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 ala atmosférica y el sobrecalentamiento relativo a la atmósfera es mínimo. Lascolumnas de destilación atmosférica y los fraccionadores de unidades decraqueo catalítico tienden a entrar en esta categoría. Como se expone en laAPI RP 521, algunos operadores consideran que es grande la probabilidadde que la condensación calculada coalezca en gotitas que gravitan (comouna lluvia) cuando la presión parcial de los condensables en el punto de rocíoexcede 1/3 de la atmosférica. Con este factor y la protección del ambienteen algunas plantas han desviado tales alivios a un sistema cerrado. Sinembargo, generalmente esto no ha sido de mucha preocupación y talesalivios han sido tratados como si fueran todo vapor.

2. Bombas y hornos

No es siempre necesario que una válvula de alivio de presión que debedescargar a un sistema cerrado debe también ser conectada a un cabezalde mechurrio. Por ejemplo, válvulas de alivio de presión en hornosfrecuentemente descargan a un recipiente corriente abajo del horno y

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válvulas de alivio de presión en bombas normalmente descargan a la succiónde la bomba o al recipiente de succión de la bomba.

Cuando las variaciones de presión en la succión de la bomba pueden resultaren sobrepresión en el lado de descarga, la válvula de alivio de presión debedescargar a algún lugar seguro que no sea la succión.

Como una alternativa podría usarse una válvula de fuelle balanceado puestoque no es afectada por una contrapresión superimpuesta variable. (Véaseel documento PDVSA–MDP–08–SA–03)

3. Válvulas de alivio de expansión térmica

Véase el documento PDVSA–MDP–08–SA–01 la sección correspondientea “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 deintercambio de una caldera de recuperación de calor de desecho (adiferencia de la instalación en un tambor de vapor de agua), en la mayoríade los diseños descarga una mezcla de agua y vapor. Esta mezcla no puededescargarse con seguridad a la atmósfera, ni en el suelo, ni en un lugarelevado, y por lo tanto debe proveerse un medio para separar el vapor y elagua, tal como un tambor para recolección de agua, para permitir así ladisposición de las dos fases con seguridad.

5. Intercambiadores de calor y condensadores

Las válvulas de alivio de presión instaladas en intercambiadores de calor ycondensadores para protección contra la rotura de un tubo deben descargara un sistema cerrado, cuando pueda haber descarga de líquido.

5.6 Diseño de la tubería de salida de válvulas de alivio de presióndescarga atmosférica

La tubería de salida de las válvulas de alivio de presión que descargan a laatmósfera debe ser diseñada de acuerdo con lo siguiente:

5.6.1 Requerimientos

1. Deben satisfacerse los criterios señalados en el punto 5.4 de este volumen

2. Deben cumplirse las limitaciones de contrapresión acumulada definidas enel documento PDVSA–MDP–08–SA–03.

5.6.2 Ignición de los alivios de las válvulas de alivio de presión

Si se descargan vapores por encima de su temperatura de autoignición, deberáconectarse una línea de (1” nominal) vapor de extinción que pueda serremotamente operada. Considerar además lo siguiente:

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1. Para conexiones para vapor de extinción, debe usarse una temperatura de315°C (600°F) como criterio de temperatura de autoignición para corrientesde hidrocarburos típicas.

2. Para la inclusión de una conexión para vapor de extinción, estacaracterísticas debe también proveerse para todas las válvulas de alivio depresión en servicio para hidrógeno y metano que descarguen a la atmósfera.

3. Todas las tuberías verticales de válvulas de alivio de presión en servicio parahidrógeno y metano, deben ser provistas de un anillo toroidal (Figura 1) parareducir la probabilidad de ignición por descargas electrostáticas.

5.6.3 Elevación de la tubería vertical de descarga

Cuando una válvula de alivio de presión, en servicio para vapores inflamables estámontada en el tope de un recipiente debe incluirse lo siguiente:

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 decualquier parte del recipiente o su tubería que sale del tope, para evitar elchoque de la descarga con los equipos.

3. El extremo de la tubería vertical debe estar por lo menos 3 m (10 pies) porencima 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 porradiación, en caso de que se encienda el alivio de la válvula de alivio depresión. Referirse al Punto 5.3 “Selección de Descarga Atmosférica oCerrada para Válvulas de Alivio de Presión”.

5.6.4 Restricciones en la tubería

No se permiten restricciones en la tubería de salida tales como válvulas deretención, 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 diámetromínimo y velocidades de salida, como sigue:

1. El diámetro de la línea de descarga debe ser por lo menos igual al diámetrode la brida de salida de la válvula de alivio de presión.

2. La tubería vertical de la válvula de alivio de presión debe ser dimensionadapara 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 deruido y evitar un flujo estrangulado. Si es necesario instalar una sección dela tubería vertical de mayor diámetro para limitar la máxima velocidad desalida, su longitud debe ser por lo menos equivalente a 10 diámetros de latubería de mayor diámetro.

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3. Las tuberías verticales de válvulas de alivio de presión deben ser tambiéndimensionadas de modo que las velocidades de salida sean al menos 150m/s (500 pies/s) para el máximo flujo de alivio, y por lo menos 30 m/s (98pies/s) para el mínimo flujo de alivio. En base a trabajos experimentales yexperiencias en la planta, esta velocidad mínima, en conjunción con losrequerimientos de elevación ha probado asegurar una dispersión efectiva.La retención de aire y la dilución resultan en una zona de inflamaciónlimitada, con una probabilidad despreciables de que esta zona alcancecualquier equipo que pudiera constituir una fuente de ignición.

Para satisfacer los criterios de velocidad mínima de salida debenconsiderarse las contingencias de sobrepresión que resulten en flujos dealivio menores que los de la contingencia de diseño. Al considerar lavelocidad de salida es importante asegurarse de que no se exceden loslímites de contrapresión acumulada. En algunos casos este factor, enconjunción con consideraciones de golpeteo de la válvula de alivio de presióna bajos flujos de alivio, justificarían la instalación de dos válvulas de alivio depresión con puntos de ajuste escalonados como se describió en la Parte IIde 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 quedescargan a la atmósfera, es normalmente la del ambiente. Sin embargo, debeexaminarse si ocurre autorefrigeración y si hay necesidad de materialesresistentes a fractura por fragilidad, y además examinar las fuerzas por expansióntérmica, 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 verticalsencilla

Donde dos o más válvulas de alivio de presión se conectan por un múltiple a unatubería vertical sencilla que descarga a la atmósfera, los siguientes requerimientosadicionales son aplicables:

1. Válvulas de aislamiento

Deben proveerse válvulas de aislamiento en las líneas individuales de salidade las válvulas de alivio de presión de acuerdo con los requerimientos delManual de Ingeniería de Diseño “Safety Relief Protection Systems”, parapermitir la remoción con seguridad de una válvula de alivio de presión, parasu mantenimiento, durante la operación de la planta.

2. Contrapresión

El sistema combinado de descarga atmosférica debe diseñarse parasatisfacer las limitaciones de contrapresión superimpuesta.

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3. Falla por fatiga

El sistema combinado de cabezal de descarga debe diseñarse de acuerdocon 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 losmismos requerimientos de velocidad máxima y mínima definidos parainstalaciones sencillas de válvula de alivio de presión como se describióantes bajo “Dimensionamiento de la Tubería de Salida”. La velocidadmáxima debe basarse en el alivio más grande por contingencia sencilla delgrupo de válvulas de alivio de presión combinadas en el mismo múltiple. Lavelocidad mínima debe basarse sobre el alivio más pequeño porcontingencia sencilla desde una válvula de alivio de presión del grupo. Estopuede requerir más de una tubería vertical de salida, si se instalan válvulasmúltiples 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 deacuerdo 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 serdirigidas a un sistema cerrado son combinadas en un múltiple de tubería yalineadas a un tambor de purga convencional y luego a un sistema demechurrio. El tambor de purga sirve para separar el líquido de los vaporesde modo que la porción de vapores pueda ser quemada con seguridad enel mechurrio y la porción de líquido bombeada a instalaciones para sudisposición. El tambor de purga puede ser del tipo para materialescondensables o no condensables dependiendo de las características de lascorrientes que entran al sistema. Los criterios de selección así como la basede diseño para cada tipo de tambor de purga se detallan en el documentoPDVSA MDP (Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección 15D). Eldiseño del mechurrio incluyendo tambores de sello y otros medios deprotección contra el retroceso de la llama se describe en el documentoPDVSA MDP (Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección 15E).

Además del manejo de alivios de válvulas de alivio de presión, el cabezal delmechurrio se usa también para dirigir otros alivios de emergencia al tamborde purga. Estos incluyen separadores de gas combustible, de compresoresy absorbedores.

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2. A la atmósfera a través de un tambor de purga para condensables

Los alivios que pueden ser condensados totalmente pueden ser dirigidos aun tambor de purga para condensables, el cual puede ser venteado a laatmósfera si se cumplen los criterios expuestos en el documento PDVSAMDP (Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección 15D).

3. Sistemas de mechurrio segregados para H2S

Los alivios continuos de sulfuro de hidrógeno concentrado (mayor que 0.5m3/m3) (como se define en el documento PDVSA MDP (Pendiente)(Consultar MDP versión 1986, Sección 15K)), se dirigen normalmente a unsistema de mechurrio segregado para H2S, que se describe en el documentoPDVSA MDP (Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección 15E), a finde limitar la extensión de los problemas de ensuciamiento y obstrucciones.Los alivios intermitentes de H2S concentrado (mayor que 0.5 m3/m3 (0.5pie3/pie3)), (es decir, alivios que duran hasta 30 minutos, por ejemplomientras descarga una válvula de seguridad) deberían preferiblemente serdirigidos a un sistema de mechurrio especial para H2S si está disponible; sino a un sistema de mechurrio regular. El sistema segregado tiene la intenciónde evitar un sistema de alivio sucio y obstruido para las válvulas de alivio depresión.

Los cabezales de mechurrios de H2S deben ser construidos con provisiónpara su aislamiento, lavado y desmantelamiento para su limpieza. Debereconocerse la necesidad de una limpieza periódica del cabezal delmechurrio de H2S y por tanto debe proveerse una dirección de vía alternapara alivios de H2S para tales ocasiones, si no puede tolerarse una paradade las fuentes de H2S.

4. Otros sistemas cerrados y segregados para servicios especiales

Sistemas cerrados especiales se proveen también para alivios de válvulasde alivio de presión, en ciertos servicios en que resultarían problemasoperacionales o peligros por su descarga a través de un cabezal demechurrio regular. Tales servicios incluyen materiales severamente tóxicos,corrosivos, contaminantes o costosos. Los siguientes son ejemplos de lasinstalaciones especiales que se requieren:

a. Un cabezal y tanque de purga segregados para válvulas de alivio depresión que descargan fenol, metil–etil cetona (MEK) o dimetilo deformamida (DMF) en procesos que usan estos materiales comosolventes. Referirse al documento PDVSA MDP (Pendiente) (ConsultarMDP versión 1986, Sección 15D) para más detalles.

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b. Un sistema de cabezal y tambor de purga segregados (que se venteaa un cabezal de mechurrio regular), para válvulas de alivio de presiónque descargan materiales corrosivos, tales como ácidos o extractos deácidos en procesos tales como los de alquilación o extracción deisobutileno.

c. Secciones segregadas del cabezal del mechurrio para evitar la mezclade vapores que reaccionarían químicamente causando la deposiciónde sólidos. Por ejemplo, amoníaco debe ser separado de H2S o CO2para evitar el taponamiento del cabezal por sulfuro de amonio ocarbonato de amonio. En algunas situaciones el calentamiento de lalínea del mechurrio puede evitar la reacción y formación de depósitossólidos.

5.7.2 Dimensionamiento de sistemas de mechurrio y otros sistemas de aliviocerrados

En lo que sigue se describen los factores que afectan el dimensionamiento desistemas de alivio cerrados. Los mismos principios aplican al dimensionamientode otros sistemas de alivio cerrados, por ejemplo, alivios de válvula de alivio depresión 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 puedenincluir drenajes de tambores separadores de compresores de gascombustible y de absorbedores, vapores venteados de tambores deseparación de agua, corrientes de alimentación desviadas, drenajescerrados 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 flujototal precedente de cualquiera de las fuentes conectadas al mismo yresultante de cualquier contingencia sencilla. Puesto que el sistema delmechurrio consiste de varios cabezales colectores, ramas laterales,tambores de purga y separación, etc., este principio debe aplicarse a todaslas partes del sistema, o sea, cada parte del sistema debe estar capacitadopara manejar el flujo máximo por cualquier contingencia que pueda ocurriren esa sección del cabezal. (Cualquier carga continua, tal como quemaexcesiva de gas por el mechurrio, es adicional a la contingencia más grande).Las bases de diseño para contingencias con el propósito de evaluar los flujosde alivio a sistema del mechurrio se definen en:

a. Flujos de descarga de válvulas de alivio de presión(PDVSA–MDP–08–SA–02).

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b. Flujos de alivio de vapores evacuados, Manual de Ingeniería deRiesgos “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)).

3. Presión disponible y caídas de presión de los equipos a través delsistema del mechurrio

La caída de presión a través del sistema del mechurrio está compuesta decaídas 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 delmechurrio y la elevación del mechurrio fijos (de acuerdo con los Procedimientosde Diseño de PDVSA–MDP (Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección15E)), la chimenea del mechurrio, los cabezales y las líneas laterales sedimensionan para el alivio más grande, cuidado de no exceder la máxima presiónoperacional permitida de los tambores de purga y de los tambores de separaciónde agua asociados. Estas máximas presiones operacionales permitidas seexplican en el documento PDVSA–MDP (Pendiente) (Consultar MDP versión1986, Sección 15D) y a su vez son determinadas por:

a. Contrapresión máxima permitida sobre las válvulas de alivio de presión, quees una función de la presión de ajuste, tipo de válvula y de la contingenciamás grande.

b. Contrapresión máxima permitida sobre corrientes de desvío de vapores quepermitirá el alivio del flujo de diseño de los equipos.

c. Contrapresión máxima permitida sobre corrientes de agua de los equiposque 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 undimensionamiento apropiado de las tuberías laterales, cabezales y columna delmechurrio para satisfacer los criterios anteriormente expuestos, usando losprocedimientos de cálculo presentados en el Apéndice E (“Design of ReliefManifolds”), del API RP 521. En algunos casos el diseño puede ser optimado conel uso de válvulas de alivio de presión balanceadas (usualmente del tipo confuelles), las cuales pueden tolerar contrapresiones más altas que las del tipoconvencional.

5.7.3 Diseño de un sistema de alivio cerrado

1. Dirección de la salida del cabezal del mechurrio a través del área deprocesos

La dirección de la salida de los cabezales de mechurrio a través de las áreasde procesos debe ser tal que se eviten colocaciones con un riesgo deincendio particularmente alto, tales como sobre bombas, hornos, etc. Loscabezales y subcabezales deben ser también dispuestos y provistos conválvulas de aislamiento del tipo “CSO” (trabadas para permanecer abiertas)y discos ciegos del tipo “anteojo”, a menos que sea prohibido por códigoslocales (Ver Figura 6). El objetivo es que no sea necesario que líneas delmechurrio permanezcan en servicio en unidades que se paranseparadamente. Los tambores de purga y tambores de agua deben serespaciados y distanciados en áreas de proceso como lo requiere el Manualde 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 menosde 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 imponeruna contrapresión apreciable y reducir la capacidad de alivio. Deben incluirselas siguientes características de diseño para evitar estos problemas:

a. Las válvulas de alivio de presión deben instalarse a un nivel por encimadel cabezal de modo que la tubería de salida drene dentro del cabezal.En casos excepcionales, está permitida la localización a un nivel pordebajo del cabezal, de un drenaje especial para la tubería de salida.

b. Los cabezales cerrados deben inclinarse continuamente hacia abajoen dirección al tambor de purga desde todos los puntos en que lesentran tuberías laterales, desde válvulas de alivio de presión u otrosalivios. Los cabezales de mechurrio deben inclinarse continuamentehacia abajo desde el tambor de sello del mechurrio hacia atrás, hastael 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 puedaacumularse líquido en sistemas de alivio cerrados.

d. Deben proveerse trazas de vapor a las tuberías de salida de válvula dealivio de presión y también a los cabezales donde puedan ocurrirdeposiciones de cera, hielo o congelamiento de líquidos viscosos.

4. Expansión térmica en el cabezal del mechurrio

Pueden usarse juntas de expansión del tipo deslizante como una alternativaa los lazos de expansión en la tubería, si se requieren, para obtener unareducción de la caída de presión o donde las juntas de expansión puedenresultar en acumulación del líquido, pero sujeto a las siguientes condiciones:

a. Están permitidas solamente en áreas con bajo riesgo de incendio, talescomo en sitios fuera del área de procesos de la planta, por lo menos a4,5 m (15 pie) de carreteras y a 15 m (50 pie) de fuentes continuas deignición tales como hornos .

b. No deben usarse en cabezales de mechurrio segregados para H2S oservicios similares, debido a la toxicidad del fluido en caso de queocurra 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 kPaman. (50 psig) (especificar 345 kPa man. (50 psig), presión mínima dediseño)

e. El límite máximo de temperatura en de 400°C (752°F) y un mínimo de10°C (50°F) para servicio intermitente, puesto que la formación de hielopuede causar que la junta se pegue.

Si se especifica una junta deslizante la especificación de diseño debe incluirtambién las siguientes notas:

f. Proveer guías y anclajes para eliminar momentos en la tubería yabsorber fuerzas extremas sobre las juntas.

g. Las partes cilíndricas deslizantes de la junta deben ser de aceroinoxidable 18–8

h. La junta debe ser guiada internamente para mantener la alineaciónaxial.

i. La junta debe tener 6 tornillos de empacadura con anillo tipo yprovisiones para inyección de un lubricante no combustible. El materialde la empacadura debe ser de un material adecuado (asbesto no estápermitido por ser cancerígeno) para 400°C (752°F) y debe ser por lomenos de 13 mm (1/2 pulg.). La empacadura impregnada con teflón noes aceptable.

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j. La junta debe ser protegida con tensores limitantes parea evitar lasobre–expansión o compresión.

k. La identificación de la junta debe incluir presión y temperatura dediseño, rango de temperatura, ajuste ambiental, rango de movimientomáximo para comprensión y extensión.

5. Temperatura de diseño para sistemas de alivio cerrados

La temperatura de diseño de todas las tuberías, cabezales, tambores depurga, etc. en un sistema de alivio cerrado, debe considerar las condicionesreales más extremas asociadas con cualquier contingencia sencilla. Laaplicación de esta base de diseño incluye las siguientes interpretaciones:

a. Deben tomar en cuenta las bajas temperaturas que puedan resultar porautorefrigeración o expansión cuando los fluidos de proceso sedescargan a través de válvulas de alivio de presión.

b. Puede concederse crédito por una caída de temperatura por expansiónen el caso de alivios calientes y también por enfriamiento atmosféricosdel cabezal, si estos pueden calcularse realísticamente.

c. Los extremos de temperatura de descarga usados para el diseño desistemas de alivios de presión se basan en contingencias de fallasoperacionales. Así, la máxima temperatura de diseño para propósitosde selección de materiales para válvulas de alivio de presión y tuberías,se toma como la máxima temperatura de diseño del recipienteprotegido, con un crédito por la caída de presión como se describióanteriormente. Sin embargo, en contingencias de exposición a unincendio externo, estas temperaturas pueden ser excedidas por latemperatura del fluido de proceso (por ejemplo, en el caso de líquidosque hierven a alta temperatura) o por la temperatura de la superficie deequipos (como resultado de exposición a un incendio); pero con ciertasexcepciones, estas temperaturas de contingencia de incendio no seusan para el diseño de sistemas de alivio de presión. Estasexcepciones son:

• El punto de ebullición del fluido a la presión de alivio se usa paradimensionar el orificio de una válvula de alivio de presión para lacontingencia de incendio como se describe en el volumenPDVSA–MDP–08–SA–04.

• La temperatura de alivio más fría o más caliente que resulte decondiciones del ambiente, falla operacional o contingencia deincendio, se usa para el propósito de diseñar para expansióntérmica en el sistema completo de tuberías y cabezales. Puedeconcederse un crédito por elevación o caída de temperatura en elsistema, como se describió anteriormente.

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d. El diseño de sistemas de alivio cerrados para bajas temperaturas debetomar en consideración los siguientes factores:

• Los materiales de construcción deben ser adecuados parasoportar la temperatura mas baja posible que pueda ocurrir enservicio.

• 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 delmechurrio están sujetos a intenso enfriamiento, si pueden estarexpuestos a líquidos fríos aliviados dentro del sistema. Esto incluyecabezales de mechurrio que reciben de tambores de purga dentrode los cuales se descargan líquidos fríos. Donde se combinentuberías laterales de materiales diferentes, el material del cabezalde menor temperatura se usa para el resto de la línea combinaday 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 depurga es un medio permitido de proteger el cabezal y el mechurrio,aguas abajo, contra bajas temperaturas que puedan resultar dealivios de vapores fríos o por la exposición al clima de los líquidosfríos en el tambor. Normalmente, el calentador en línea consiste deuna sección con chaqueta de vapor de agua sobre el cabezal conun suministro de vapor continuo y además con una alarmaindependiente de baja temperatura. El diseño debe tambiénproveer un medio efectivo para el retiro de condensado, para evitarla pérdida de transferencia de calor y posible formación de hielo.Diseños aceptables incluyen un tubo de sello barométrico (dondela presión del vapor de agua es lo suficientemente baja) o untambor de vapor de agua con una retención de 15 minutos entre unalto nivel normal y un alto nivel de emergencia, con un sistema dedescarga independiente. Es importante que no aparezcacondensado en ningún momento en el calentador en línea. Sinembargo, los calentadores de líneas al mechurrio no estánpermitidos en líneas sujetas a choque por enfriamiento intenso,causado por el líquido, y donde la posibilidad de una falla delcalentador pueda resultar en fractura por fragilidad.

• Los diseños de sistemas de mechurrio deben también incluirmedios para evitar la congelación de agua de sello en el tambor desello del mechurrio, si los vapores que entran pueden estar pordebajo de 0°C (32°F), como se describe en el documentoPDVSA–MDP (Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección15E).

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6. Válvulas de aislamiento para sistemas de alivios de presión

Las válvulas de bloqueo para propósitos de aislamiento pueden usarse paraaislar un aparato de alivio de presión del equipo que protege o de su sistemade disposición aguas abajo. Puesto que el uso impropio de dichas válvulaspuede hacer inoperativo el aparato de alivio de presión, el diseño, instalacióny 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, debeproveerse aislamiento y respaldo (duplicación) del aparato de alivio. Estaestrategia de diseño permite que el aparato de alivio de presión seainspeccionado, mantenido o reparado sin parar la unidad de proceso. Sinembargo, hay peligros potenciales asociados con el uso de válvulas deasilamiento. La legislación local puede tener otros requisitos.

Todas las válvulas de aislamiento en tuberías de alivio de presión deberáncumplir con los siguientes requisitos (ver Figuras 4a , 4b y 4c ):

a. Las válvulas serán de hueco completo (abertura del tamaño de latubería donde está).

b. Las válvulas serán apropiadas para la clasificación de servicio de latubería 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 vástagoorientado horizontalmente o si esto no es factible, con el vástagoorientado hacia abajo a un máximo de 45° desde la horizontal, paraevitar que la compuerta caiga y cierre el flujo.

e. Considérese pintar las válvulas de aislamiento con un color especial oproveer otra identificación.

f. Cuando se instalen válvulas de asilamiento en tuberías de descarga deválvulas de alivio (PRV), se proveerán medios para preveniracumulación de presión entre la PRV y la válvula de aislamiento (porejemplo, 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 aliviomientras 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 deinstrumentos justo antes de su instalación.

i. Cuando se provean aparatos de alivio de respaldo, un enclavamientodeberá proveerse, el cual fije las secuencias apropiadas de apertura y

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cierre de las válvulas de aislamiento, para asegurar que la proteccióncontra sobrepresión del recipiente no se ha comprometido.Típicamente, las válvulas de aislamiento de la entrada de los aparatosde respaldo de alivio de presión están cerradas.

j. Válvulas de aislamiento de tres vías son aceptables, siempre y cuandola instalación cumpla con los requisitos de tamaño y de caída depresión.

Las colocaciones particulares donde se permiten tales válvulas del tipo“CSO” son:

a. Entradas de válvulas de alivio de presión donde se requiere elaislamiento de la válvula de alivio de presión para mantenimiento enoperación, sujeto al cumplimiento de códigos locales.

b. Salidas de válvulas de alivio de presión que están combinadas en unmúltiple a un sistema cerrado o a un venteo atmosférico combinado,donde se requiere el aislamiento de la válvula de alivio de presión paramantenimiento en operación, sujeto al cumplimiento de códigoslocales.

c. Un cabezal de mechurrio en los límites de batería de una unidad quepuede pararse independientemente de otras unidades conectadas almismo cabezal.

d. Líneas de entrada a mechurrios cuando un sistema de mechurrio estáconectada a más de un mechurrio y se requiere aislar un mechurriopara mantenimiento.

Deberán fijarse procedimientos estrictos de manejo que prohibirán el cierreinadvertido de válvulas de aislamiento las tuberías de alivio. Estosprocedimientos podrán requerir que la apertura y cierre de dichas válvulaslo haga solamente una persona autorizada.

Se tendrá una lista actualizada de todas las válvulas de aislamientolocalizadas en las tuberías de alivio que puedan aislar válvulas de alivio. Seproveerá además documentación de la posición requerida y razón para elcandado o sello de posición de la válvula en cuestión.

Se harán inspecciones periódicas de las válvulas de asilamiento localizadasen las tuberías de alivio, las cuales verificarán la posición de dichas válvulasy la condición del aparato de trancado o sello.

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7. Problemas de vibración acústicamente inducida en sistemas decabezales de mechurrios

La tendencia actual hacia el diseño de unidades y equipos más grandesaumenta el potencial para problemas complejos de vibración. En particular,los sistemas de tuberías de gas con válvulas reductoras de presión de grancapacidad, han experimentado problemas de falla por fatiga donde existíauna turbulencia excesiva y alta energía acústica. Las fuerzas de laturbulencia producen ciertos modos complejos de vibración en componentesde tubería aguas abajo. Estas vibraciones pueden resultar eventualmente enesfuerzos que exceden el límite de resistencia para los materiales, y por lotanto, pueden causar una falla por fatiga. Las válvulas de alivio de presiónpueden tener la capacidad de generar energía acústica suficiente paracausar fallas por fatiga, en tuberías de descarga laterales y/o tuberías decabezales del mechurrio, aguas abajo.

Problemas potenciales de vibración de este tipo, deben considerarse conanterioridad, en la etapa de diseño del sistema de cabezal del mechurrio. Sehan desarrollado los siguientes criterios de diferenciación para ayudar aldiseñador en el reconocimiento de servicios con problemas potenciales devibración 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 relaciónde presiones mayores que 3.

• Tamaños de líneas aguas abajo de 200–350 mm (7–14 pulg.): velocidaden la línea aguas abajo mayor que el 50% de la velocidad del sonido yrelación de presiones mayor que 3.

• Tamaños de línea aguas abajo menor de 200 mm (7 pulg.) y ensanchadao 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 yrelación de presiones mayor que 3.

Los criterios anteriores son una guía para detectar problemas potenciales ensistemas de reducción de presión de gas y aplican a los primeros 90 m (295pie) de tubería aguas abajo del reductor de presión bajo consideración. Lossistemas con flujo de líquido solamente no se consideran como problemaspotenciales y no necesitan ser investigados. Para sistemas con flujos de dosfases, usar la suposición conservadora de que la velocidad de flujo de masatotal es de gas solamente.

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Debe hacerse una distinción en cuanto al tiempo de servicio de los sistemasde reducción de presión. La falla por fatiga de cualquier sistema mecánicodepende del tiempo, o sea del número de ciclos hasta la falla. Por lo tanto eltratamiento requerido para un servicio continuo puede no estar justificado.Un sistema en servicio de corta duración se define como uno que operadurante un total de 12 horas o menos durante la vida de la planta. Lasválvulas 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 vidade la planta debe considerarse que están en servicio continuo. Las alternativas detratamiento para esos servicios típicamente requieren medidas para reducir laenergía acústica generada en la fuente.

Velocidad máxima en líneas

Las condiciones sónicas en discontinuidades de tuberías tales como conexionesde ramales, reductores, etc., pueden también resultar en vibraciones inaceptablesacústicamente inducidas. Puesto que los componentes de tubería no sondiseñados para trabajar como estaciones reductoras de presión, estos hanprobado ser más susceptibles a fallas por fatiga. Las velocidades máximas del flujode vapores o fases mezcladas no debe exceder el 50% de la velocidad sónica. Sinembargo, para servicios de corta duración tal como el de un dispositivo de alivioque descarga a un sistema de cabezal de mechurrio, las velocidades en la líneapueden ser tan altas como el 75% de la velocidad sónica.

1. Diseño para condiciones de arranque

Los cabezales cerrados deben ser diseñados para cualesquiera condicionesanormales que puedan surgir durante la puesta en servicio del cabezal oarranques de la planta.

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6 APENDICEFigura 1. Válvula de alivio de presión típica sin válvula de aislamiento.Figura 2. Válvula de alivio de presión típica montada en línea de proceso.Figura 3. Instalación típica para evitar turbulencia excesiva a la entrada de

una válvula de alivio de presión.Figura 4a. Instalación típica de válvula de alivio con válvulas de aislamiento.Figura 4b. Arreglo de instalación típica de válvulas de alivio con 100% de

respaldo de capacidad de alivio.Figura 4c. Arreglo alterno de instalación típica de válvulas de alivio con 100%

de respaldo de capacidad de alivio.Figura 5. Válvula de alivio de presión instalada en una tubería larga.Figura 6. Arreglo de válvula de aislamiento para cabezales y subcabezales.

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RECIPIENTE

SOPORTAR PARA RESISTIR PESOY FUERZAS DE REACCION

CODO DE RADIO LARGO

VALVULA DE ALIVIO DEPRESION

DRENAJE DEL CUERPODE LA VALVULA

LA CAIDA DE PRESIONNO EXCEDERA EL 3%DE LA PRESION DE AJUSTE

CAPUCHA CONTRA LLUVIA(PUEDE REQUERIRSE)

SI LA VALVULA DE ALIVIOSE CONECTA A UN SISTEMACERRADO, EVITAR QUE LOSESFUERZOS DE LA TUBERIAAFECTEN LA VALVULA BAJOCUALQUIER CONDICION DEOPERACION

DRENAJE OPCIONALDE PUNTO BAJO

DIAMETRO NOMINALDE TUBERIA NO MENORQUE EL TAMANO DE

ENTRADA DE LA VALVULA

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Fig. 1. VÁLVULA DE ALIVIO DE PRESIÓN TÍPICA SIN VÁLVULA DE AISLAMIENTO.

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RECIPIENTE

VALVULA DE ALIVIODE PRESION

VER 5.3.1 PARA LIMITACIONESEN LA CAIDA DE PRESION

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Fig. 2. VÁLVULA DE ALIVIO DE PRESIÓN TÍPICA MONTADA EN LÍNEA DE PROCESO.

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BRIDAS DE ENTRADA

TUBO DE ENTRADA

CONEXION DEL RAMAL

TUBERIA PRINCIPAL

NO MENOS DE 10 DIAMETROS DETUBERIA DESDE CUALQUIER DISPOSITIVO

QUE PRODUZCA TURBULENCIA

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Fig. 3. INSTALACIÓN TÍPICA PARA EVITAR TURBULENCIA EXCESIVA A LAENTRADA DE UNA VÁLVULA DE ALIVIO DE PRESIÓN.

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Fig. 4a. INSTALACIÓN TÍPICA DE VÁLVULA DE ALIVIO CON VÁLVULAS DEAISLAMIENTO.

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Fig. 4b. ARREGLO DE INSTALACIÓN TÍPICA DE VÁLVULAS DE ALIVIO CON 100% DERESPALDO DE CAPACIDAD DE ALIVIO.

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Fig. 4c. ARREGLO ALTERNO DE INSTALACIÓN TÍPICA DE VÁLVULAS DE ALIVIOCON 100% DE RESPALDO DE CAPACIDAD DE ALIVIO.

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RECIPIENTE

VALVULA DEALIVIO DEPRESION

TUBERIA DE DESCARGA

DISEÑAR LA TUBERIA DEENTRADA, DE TAL MANERAQUE LA CAIDA DE PRESIONDESDE EL RECIPIENTE HASTALA ENTRADA DE LA VALVULADE ALIVIO DE PRESION NOEXCEDA EL 3% DE LA PRESION DE AJUSTE DE LAVALVULA

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Fig. 5. VÁLVULA DE ALIVIO DE PRESIÓN INSTALADA EN UNA TUBERÍA LARGA.

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DRENAJE SINVALVULA (CEGADO)

CIEGO DE ANTEOJOS(ABIERTO)DESDE LA PLANTA

O UNIDAD

VALVULA DEAISLAMIENTO,VASTAGO HORIZONTAL,TRANCADA ABIERTA

3/4”

2”

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Fig. 6. ARREGLO DE VÁLVULA DE AISLAMIENTO PARA CABEZALES YSUBCABEZALES.

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PDVSA N° TITULO




� PDVSA, 1983

MDP–08–SD–01 SISTEMAS DE DISPOSICION

APROBADO

NOV.97 NOV.97

NOV.97 O.R.0 36 L.R.


ESPECIALISTAS

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SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTASSISTEMAS DE DISPOSICION NOV.970

PDVSA MDP–08–SD–01

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Indice1 OBJETIVO 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 ALCANCE 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 REFERENCIAS 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 DEFINICIONES 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1 Venteos y Drenajes de Equipos 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Disposición de Efluentes Acuosos de la Planta Contaminados

con Hidrocarburos 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3 Tambores de Purga 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4 Sistemas de Evacuación de Efluentes 22. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5 Almacenaje de Desvíos de Corrientes de Proceso y de Desechos 27. . . . .

6 NOMENCLATURA 30. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7 APENDICE 31. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .




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1 OBJETIVOEl propósito de las instalaciones descritas en este documento es lograr el manejoseguro de materiales de varios drenajes y de corrientes de emergencia, de maneraque puedan ser dirigidas con seguridad a cloacas, tanques, mechurrio u otrodestino apropiado. Los sistemas de drenaje aquí especificados aseguran quemateriales inflamables o tóxicos pueden ser desechados sin peligro de incendioo de daños cuando el equipo se saca de servicio. También se describen sistemaspara manejar decantados de agua de proceso, agua de enfriamiento y otrascorrientes de efluente acuoso que puedan estar contaminadas con hidrocarburosy que podrían de otra manera crear condiciones peligrosas si fueran descargadasdirectamente al sistema de cloacas.

Los alivios de válvulas de seguridad se dirigen a tambores de purga, tambiénconocidos como tambores de alivio, cuando la presencia de líquido, propiedadestóxicas u otros factores harían peligrosa la descarga a la atmósfera. Estos criteriosse detallan en el documento PDVSA–MDP–08–SA–05: “Instalación de Válvulasde Alivio de Presión”. Las facilidades para el alivio de emergencia de vapores y laevacuación de líquido para unidades de proceso se describen en el documentoPDVSA–IR–P–01: “Sistemas de Paradas de Emergencia, Bloqueo,Despresurización y Venteo de Equipos y Plantas”.

Este documento, es una actualización de la Práctica de Diseño “Seguridad en eldiseño de plantas, subsección 15D: Sistemas de Disposición”, presentada en laversión de Junio de 1986 del MDP.

2 ALCANCEEste documento presenta el diseño de: (a) instalaciones para manejar drenajesy efluentes acuosos contaminados procedentes de equipos y también paraenviarlos a una disposición apropiada; (b) sistemas de tambor de purga pararecibir descargas cerradas de válvulas de seguridad, alivios de vapores deemergencia; y (c) instalaciones para procesar desvíos de corrientes y almacenajede desechos. También se cubren los criterios para seleccionar el métodoapropiado de disposición. El diseño de los mechurrios se cubre en el documentoPDVSA–MID 90616.1.021 Guía de Ingeniería: “Sistemas de Mechurrios”, versiónmás reciente que la de Agosto 1990, y el documento PDVSA–MDP–08–SA–05:“Instalación de Válvulas de Alivio de Presión”, incluye criterios para el diseño decabezales de mechurrios y cabezales de válvulas de seguridad.

3 REFERENCIASManual de Diseño de Proceso (versión 1986)

� Vol I, Sección 2 “Temperatura de diseño, presión de diseño y clasificación debridas”.




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� Vol IX, Subsección 15C “Sistemas de alivio de presión”.� Vol IX, Subsección 15D: “Sistemas de Disposición”.

Manual de Diseño de Proceso (versión actualizada)

� PDVSA–MDP–01–DP–01: “Temperatura y Presión de Diseño”.

Manual de Ingeniería de Diseño

� Guía de Ingeniería 90622.1.001: “Guías de Seguridad en el Diseño”, deAgosto 1994.

� Guía de Ingeniería 90616.1.021: “Sistemas de Mechurrios”, de Agosto 1990.� Especificación de Ingeniería H–251–R: “Requerimientos de Diseño de

Tuberías de Procesos y de Servicios”, de Junio 1993.� Especificación de Ingeniería HE–251–PRT: “Sistemas de Drenaje”, de

Septiembre 1995.

Manual de Ingeniería de Riesgo

� IR–P–01: “Sistemas de Paradas de Emergencia, Bloqueo, Despresurizacióny Venteo de Equipos y Plantas”, de Mayo 1993.

� IR–S–01: “Filosofía de Diseño Seguro”, de Marzo 1995.

Otras Referencias

1. API–RP520, “Sizing, selection and installation of pressure–relievingdevices in refineries, Part I, 6th edition, Marzo 1993.

2. API RP 521, 3th edition, Noviembre 1990 (“Guide for Pressure–Relievingand Depressuring Systems”).

4 DEFINICIONESVéase documento PDVSA–MDP–08–SA–01 “Principios Básicos”.

5 PROCEDIMIENTO DE DISEÑO

5.1 Venteos y Drenajes de EquiposLos requerimientos generales para el suministro de válvulas y descarga paratodas las conexiones de venteo y de drenaje en equipos del proceso, se detallanen el documento PDVSA–MID–H–251–R Especificación de Ingeniería:“Requerimientos de Diseño de Tuberías de Procesos y de Servicios”. Estedocumento cubre drenajes en puntos bajos y venteos en puntos altos, así comotambién conexiones específicamente provistas para drenaje y venteo de equiposdurante una parada o cuando se sacan de servicio. También cubre venteos ydrenajes para instrumentos, visores de nivel, puntos de muestreo, etc. Como unrequerimiento adicional no cubierto allí, todas las conexiones de drenaje y puntosde muestreo en servicio para fracciones livianas que se usan regularmente debentener válvulas dobles.





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Los requerimientos adicionales para la descarga de materiales peligrosos asistemas de drenaje cerrados se presentan por los siguientes párrafos:

Disposición del Drenaje del Contenido de Equipos de Proceso – Cuando sesacan de servicio equipos de procesos en el área de la planta, o bienindividualmente durante la operación de la planta o para mantenimiento general,deben proveerse medios para el drenaje y disposición segura del contenido dehidrocarburos líquidos residuales, de acuerdo con lo siguiente:

FraccionesLivianas

Más pesados que lasfracciones livianas, atemperatura por encimadel punto de inflamación

Más pesados que lasfracciones livianas, atemperatura por debajodel punto de inflación

Recipientes con un inventariode líquido mayor de 0.1 m3 (3.5pie3) (1) (2) (7)

Cabezal dedrenajecerrado

Cabezal de drenaje cerrado A cloacas (3)

Recipientes con un inventariode líquido menor o igual que0.1 m3 (3.5 pie3) (1) (2) (7)

A laatmósfera(4) (6)

A cloacas (3) (6) A cloacas (3)

Bombas A laatmósfera(4) (5) (6)

A cloacas (3) (6) A cloacas (3)

Carcazas de Compresores,drenaje de cilindros y derecipientes de separación delíquidos

Cabezal dedrenajecerrado

–– ––

NOTAS:

1. El término “recipientes” incluye columnas, tambores y equipos misceláneos en el área de la planta,tales como, filtros, coladores, separadores, etc. Los intercambiadores de calor se tratanseparadamente más abajo (Ver la Nota 7).

2. El término “inventario” se refiere al contenido de hidrocarburos líquidos en el tope del rango de nivelde trabajo. Se incluye la retención de las bandejas de columnas, pero no se toma en cuenta elcontenido de tuberías.

3. La conexión abierta al depósito de retención de la cloaca de agua aceitosa debe estar, por lo menosa 15 m (50 pie) de cualquier fuente de ignición continua. Debe lavarse con agua en el punto dedescarga. Sin embargo, esta ruta de disposición no debería usarse para el drenaje de equipos quecontienen materiales de alto punto de fluidez que se solidificarían en la cloaca, a menos que seprovean conexiones de aceite liviano de la vado para desplazar tales materiales de los equipos.

4. El alivio controlado a la atmósfera debe estar por lo menos a 15 m (50 pie) de cualquier fuente deignición continua.

5. Pueden estar justificadas las conexiones al cabezal de drenaje cerrado para bombas con un altovolumen de fracciones de livianos.

6. Las prioridades de la refinería pueden exceder estos requerimientos. En tales casos, puedeninstalarse conexiones adicionales de 25 mm (1 pulg), desde los equipos al cabezal de drenajecerrado (las conexiones de 20 mm (3/4 pulg) son adecuadas para bombas).




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7. Los intercambiadores de calor que tienen válvulas para mantenimiento durante la operacióndeberían considerarse como “recipientes” en la tabla anterior, de acuerdo con su inventario ycontenido. Los lados de la carcaza y de los tubos deberían tratarse separadamente. Sin embargo,si el contenido líquido de un intercambiador puede ser enviado por gravedad a un equipointerconectado a través de la tubería de proceso antes de cerrar todas las válvulas de aislamiento,entonces puede cancelarse el requerimiento para drenaje a un cabezal de drenaje cerrado (si escomo lo establecido en la tabla anterior).

Los intercambiadores que no tienen válvulas para su mantenimiento durante la operaciónsolamente requieren un medio de drenaje para una situación de parada de la unidad. Si el contenidolíquido de un intercambiador de calor no puede ser evacuado por gravedad o desplazado (comoparte del procedimiento de parada) a un recipiente interconectado que está provisto de medios dedrenaje apropiados, entonces el intercambiador debería considerarse como un “recipiente” y portanto debe también ser provisto de instalaciones de drenaje de acuerdo a su inventario y contenidoen la tabla.

8. Los métodos de drenaje de los equipos anteriormente descritos se considera que proveen unadisposición segura de los contenidos de hidrocarburos líquidos, para su aplicación a la mayoría delos diseños de unidades de proceso. El drenaje a la atmósfera o a cloacas, cuando está permitidopor los lineamientos anteriores, está sujeto a una buena capacidad de juicio operacional,considerando las condiciones que prevalezcan (dirección del viento, fuentes de igniciónadyacentes, necesidad de vestimenta protectora, etc.) Consideraciones de control de lacontaminación pueden requerir un uso más amplio de conexiones a cabezales de drenajescerrados.

Sistemas de Cabezales de Drenaje Cerrados para Líquidos Inflamables – Seproveen cabezales cerrados de drenaje para líquidos, de acuerdo con los criteriosdescritos en los párrafos precedentes, para el drenaje seguro de fraccioneslivianas y materiales livianos que de otra manera causarían alivios peligrosos dehidrocarburos a la atmósfera o a las cloacas. Las conexiones para los equipospara su mantenimiento son relativamente pequeñas. El diseño de los sistemas decabezales de drenaje cerrados deberían ser como sigue:

1. Las conexiones a los equipos son típicamente 50 mm (2”) y 80 mm (3”) pararecipientes de proceso e intercambiadores de calor, de acuerdo con eltamaño del equipo. Cada conexión incluye una válvula de bloqueo accesible.Se proveen válvulas de bloqueo dobles, si son requeridos por el documentoPDVSA–MID– 90622.1.001 Guía de Ingeniería: “Guías de Seguridad en elDiseño”, de Agosto 1994. Debería incluirse una válvula de retención en elcaso de que resulte una sobrepresión u otro riesgo por retroceso del flujodurante el drenaje simultáneo desde más de un recipiente. Las conexionesindividuales de cada equipo se hacen en el tope del cabezal de drenaje.

2. El cabezal es normalmente un tubo de 80 mm (3”) (50 mm (2”) puede seradecuado para unidades pequeñas) y se dirige vía un soporte de tuberíaelevada (que es generalmente inclinada) a un tambor de purga de no –condensables.




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3. El cabezal es diseñado para una presión de trabajo igual a la del equipo conla presión más alta de trabajo que este reciba, o es pro visto de una válvulade seguridad si es diseñado para una presión de trabajo menor. Seccionesdel cabezal, separadas por válvulas de retención, pueden ser diseñadaspara presiones de trabajo diferentes, pero la protección con válvulas deseguridad es requerida todavía para las secciones con menor presión detrabajo.

4. El cabezal debe ser diseñado para los extremos de alta y baja temperaturay condiciones corrosivas que puedan surgir de la descarga de corrientes deproceso en el mismo. La vaporización súbita y la auto refrigeración delíquidos de fracciones livianas puede requerir materiales especiales (porejemplo, acero al carbón calmado para corrientes de propano y aleacionesde acero para etanos y más livianos). Es usualmente económico minimizarel uso de materiales especiales segregando tales corrientes ensub–cabezales separados del sistema de drenaje cerrado. Estossub–cabezales pueden ser dirigidos separadamente al tambor de purga conuna válvula de cierre de flujo por alto nivel para cada sub–cabezal o puedencombinarse en una sola línea con una válvula de cierre de flujo por alto nivel.Donde se combinen sub–cabezales de materiales de tubería diferentes, elmaterial del cabezal con más baja temperatura se usa para el resto de la líneacombinada y también se extiende hacia atrás dentro del otro cabezal por 6m (20 pie), precedido por una válvula de retención de baja temperatura

5. El cabezal y las ramas laterales deben ser calentados y aislados, donde latemperatura ambiente o temperaturas de proceso puedan resultar ensolidificación de corrientes de proceso pesadas, o en la congelación de aguao humedad que pueda estar presente.

6. Deben proveerse varias salidas de tubería de 25 mm (1 pulg), con válvulasen cada una de las salidas en puntos apropiados del cabezal, a los cualespuedan hacerse conexiones temporales de drenaje desde equipos para loscuales no se justificarían conexiones permanentes debido al uso infrecuenteo al pequeño inventario. Las salidas deberían colocarse a nivel del suelodentro de 30 m (100 pie) desde los equipos.

Cabezales de Drenaje Cerrados para Materiales Especiales – Normalmente seproveen cabezales de drenaje cerrados para el drenaje seguro de equipos quecontienen químicos altamente tóxicos, corrosivos, contaminantes o de alto costo(por ejemplo, fenol, ácido sulfúrico, monoetanolamina, dióxido de azufre,“catacarb”), donde haya un inventario apreciable en un número de recipientes deproceso de la planta. El cabezal debe ser de 50 mm (2”) de diámetro mínimo ydebería ser unido a los recipientes y equipos mayores con conexiones de tamañomínimo de 25 mm (1”) (20 mm (3/4”) es adecuado para bombas). El cabezal puedeser dirigido a un tambor de drenaje por gravedad (con recuperación hacia elproceso por medio de una bomba o presurización con gas), o a una bomba de




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desahogo que retorna el flujo al proceso, o en el caso de ácido sulfúrico al tamborde purga de ácido.

Si el tambor de drenaje requiere un venteo, éste debería ser dirigido por tuberíaa un sistema cerrado para su localización segura, dependiendo de la toxicidad ypresión de vapor de los materiales drenados.

5.2 Disposición de Efluentes Acuosos de la Planta Contaminados conHidrocarburos

Retiros Acuosos de Recipientes que Contienen Hidrocarburos – Agua omateriales acuosos que se retiran continua o intermitentemente de recipientesdonde los mismos tienen contacto directo con hidrocarburos (por ejemplo, aguade proceso desde tambores de destilado, agua de lavado gastada o solución decáustica gastada de sedimentadores) deben ser dispuestos de tal manera que elarrastre o el retiro inadvertido de hidrocarburos no cree un peligro. La disposiciónes por lo tanto una función de la categoría de los hidrocarburos, como sigue:

1. Recipientes que Contienen Fracciones Livianas – Descargar a un tamborseparador de agua, tambor separador de aguas agrias, o tambor separadorde soda cáustica gastadas, de acuerdo con el método de tratamientoposterior. Estos tambores deben diseñarse de acuerdo con esta subsección.

2. Recipientes que Contienen Hidrocarburos más Pesados queFracciones Livianas a Temperatura por encima de su Punto deInflamación, con tal que no entren en la Categoría (4) más abajo:

a. Retiro automático continuo con control de nivel: la descarga como en elpunto (1) anterior o dentro de una sección venteada de la cloaca de aguaaceitosa a través de una conexión cerrada. Si este retiro es de agua agriao soda cáustica gastada, ver el punto (c)más abajo.

b. Retiro intermitente manualmente controlado: descargar a través de unaconexión abierta al depósito colector de la cloaca de agua aceitosa. Siel retiro es agua ácida o soda cáustica gastada, ver el punto (c) másabajo.

c. Agua ácida o soda cáustica gastada debe ser descargada como en elpunto (1) anterior, o a un tanque colector atmosférico para su disposiciónposterior, con tal que se tenga una adecuada capacidad de venteo parala contingencia de recibo de hidrocarburos y tenga medios para eldesnatado de hidrocarburos líquidos.




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3. Recipientes que Contienen Hidrocarburos más Pesados queFracciones Livianas a Temperatura por debajo de su Punto deInflamación:

a. Descargar al depósito colector de la cloaca de agua aceitosa a través deuna conexión abierta excepto cuando el retiro es agua ácida o sodacáustica gastada.

b. Agua ácida o soda cáustica gastada debe descargarse como en el punto(1) anterior o a un tanque colector atmosférico para su disposiciónposterior, con tal que tenga medios para “desnatar” los hidrocarburoslíquidos.

4. Hidrocarburos Líquidos más Pesados que Fracciones Livianas, peroque están a elevada temperatura de modo que su presión de vapor real es103 kPa (14.9 psia) absoluta o más alta, deben ser considerados comofracciones livianas. Los retiros acuosos provenientes de recipientes con talesmateriales (por ejemplo, desaladores de crudo) deben por lo tantodescargarse de acuerdo con el párrafo (1) anterior.

5. Agua Proveniente de Tanques – No se proveen instalaciones de separación especiales para el agua retirada de tanques de almacenaje fuera delsitio de la planta o para el almacenaje a presión.

Efluentes Acuosos de Intercambiadores de Calor – La falla de tubos en unintercambiador enfriado por agua o calentado por vapor de agua y en servicio parahidrocarburos, resultará en una contaminación del agua efluente de enfriamientoo del condensado, por la corriente de proceso, si ésta se encuentra a una presiónmayor. Estos efluentes deben por lo tanto ser dispuestos de modo que lascontaminaciones con hidrocarburos puedan ser retenidas con seguridad. Losrequerimientos de diseño son los siguientes:

1. Se requieren instalaciones especiales de evacuación en los siguientescasos:

a. Enfriadores y condensadores en servicio para fracciones livianas, conla presión de entrada de los hidrocarburos mayor que la presión de salidadel agua de enfriamiento bajo condiciones operacionales normales, y

b. Calentadores y rehervidores con vapor de agua con la presión deentrada de los hidrocarburos mayor que la presión de salida delcondensado bajo condiciones operacionales normales y donde loshidrocarburos (a la temperatura del condensado) tienen una presión devapor real de 103 kPa (14.9 psia) absoluta o mayor.

2. Las instalaciones de evacuación especiales pueden consistir de lo siguiente:

a. Un tambor de evacuación de agua diseñado de acuerdo con estasubsección.




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b. Una torre de enfriamiento de agua, en el caso de un sistema de agua deenfriamiento circulante, y con tal de que sean incorpora das lascaracterísticas de seguridad descritas en esta subsección.

c. Un tambor de evacuación de condensado, en el caso en que se requierasu recuperación y reuso del condensado de vapor de agua, diseñado deacuerdo con esta subsección.

3. Para enfriadores, condensadores, calentadores con vapor de agua yrehervidores que no son cubiertos por los casos (a) o (b) del párrafo 1anterior, el agua efluente de enfriamiento y el condensado se descargancomo sigue:

a. A la cloaca de aguas limpias, aguas aceitosas o a la cloaca de desvío,o:

b. A un tanque colector atmosférico en el caso de condensado de va porde agua donde se requiere su recuperación y reuso. Si la presión de loshidrocarburos a la entrada del intercambiador es mayor que la presiónde salida del condensado, entonces el tanque debe estar equipado parapoder desnatar los hidrocarburos líquidos, y el venteo del tanquedebería ser lo suficientemente grande para aliviar en forma segura lapresión generada. El venteo debe estar localizado en una ubicaciónsegura.

5.3 Tambores de PurgaCriterio para la Selección de Tambor de Purga para Condensables y NoCondensables – El propósito principal de un tambor de purga es separar alivioscerrados de válvulas de seguridad y varios drenajes, materiales aliviados odesviados, en corrientes de líquido y de vapor que puedan ser dispuestas conseguridad a instalaciones de almacenaje apropiadas o de descarga por elmechurrio, respectivamente. No es aceptable el arrastre de hidrocarburos líquidosa la columna del mechurrio puesto que puede resultar en que líquido decombustión caiga al suelo o sobre instalaciones adyacentes. Esta es la razón porla que se requiere un tambor de purga.

Sin embargo, aun si el tambor de purga es efectivo para separar líquido devapores, puede ocurrir una condensación posterior aguas abajo si los vaporesventeados salen del tambor a una temperatura superior a la del ambiente. Unaproporción de tales materiales condensables que salen del tambor de separaciónpor el alivio de vapor, puede condensarse como resultado de enfriamiento en elcabezal del mechurrio y por contacto con el agua de sello y luego separarse en eltambor de sello del mechurrio, mientras que por otra parte vapores condensablesque no se condensan y separan en esta etapa pueden condensarse en la columnadel mechurrio o en su línea de entrada, creando el potencial para una caída




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peligrosa de líquido en combustión desde el mechurrio. Los hidrocarburoscondensados en el tambor de sello serán arrastrados con el agua efluente de sello,que es normalmente dirigida a las cloacas, y puede resultar en contaminación,toxicidad o problemas de sobrecarga del separador. Si el alcance de lacondensación de hidrocarburos aguas abajo del tambor de separación es tal quela magnitud de los problemas resultantes exceden los límites aceptables locales,entonces pueden considerarse una o más de las siguientes características comométodos de reducir o eliminar tal condensación:

1. Seleccionar un tambor de purga para alivios condensables, en vez del tipopara no condensables. Si un tambor de purga para condensables no esadecuado para manejar el servicio total de separación (por ejemplo, si estáninvolucrados líquidos fríos), entonces puede usar se una combinación detambor para condensables y no condensables.

2. Ubicar el tambor de purga (cuando se usa el tipo para no condensables) ala distancia mínima permitida (ver documento PDVSA–MID–90616.1.021Guía de Ingeniería: “Sistemas de Mechurrio”, versión más actualizada quela de Agosto de 1990) desde el mechurrio, para minimizar la condensaciónen el cabezal del mechurrio.

3. Instalar un tambor de separación inmediatamente aguas arriba del tamborde sello del mechurrio, para remover materiales condensados en el cabezaldel mechurrio.

4. Proveer instalaciones de asentamiento para separar hidrocarburos líquidosdel agua efluente del sello del mechurrio y también medios apropiados parasu disposición, como por ejemplo, a almacenaje de desechos.

5. Donde un grupo de recipientes conectados se considera como una unidadpara propósitos de alivio de presión, considerar la posibilidad de unaubicación alterna para la válvula de alivio de presión de modo que la corrientedescargada contenga una menor cantidad de materiales condensables.

Ventajas de los Tambores de Purga para Condensables

1. Son efectivos como un medio para remover vapores pesados dehidrocarburos de corrientes de alivio de emergencia, minimizando asíproblemas de condensación en equipos aguas abajo.

2. Son efectivos como un medio de reducir los requerimientos de capacidad delmechurrio.

3. Son capaces de separar neblinas de aceite mejor que los del tipo para nocondensables.




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Desventajas de los Tambores de Purga para Condensables

1. Aunque algo de aceite puede ser removido por desnatación (si se proveenlas conexiones), los hidrocarburos condensados son descargados con elagua efluente, a menudo en forma de una emulsión, lo cual puede resultaren contaminación, toxicidad o problemas de sobrecarga del separador. Sinembargo, estos pueden ser eliminados, cuando se justifique porinstalaciones de asentamiento o de rotura de la emulsión y/o mediosapropiados de disposición del aceite separado.

2. Son incapaces de manejar cantidades significativas de fracciones livianaslíquidas o de materiales más fríos de 0°C (32°F).

3. Altas cargas de condensación, si son manejadas en base continua, resultanen requerimientos apreciables de agua de enfriamiento y de capacidad deltambor de purga. Estas cargas pueden ser reducidas, sin embargo, por eluso de condensación de estado inestable, por ejemplo, por el uso de unenfriador de serpentín como se describe más adelante en este documento.

Tambores de Purga para No – condensables (Servicio Normal) – Los tamboresde purga para no condensables para servicio normal de hidrocarburos sondiseñados de acuerdo a lo siguiente:

1. En la Figura 1 se ilustra un tambor de purga típico para no condensables ysus equipos y cabezales asociados.

2. Puede usarse un solo tambor de purga para más de una unidad de procesos,si es atractivo económicamente. Sin embargo, cuando se hace esto, todaslas unidades servidas por el mismo deben ser paradas para sacar el tamborfuera de servicio, a menos que se provean conexiones entrecruzadas a otrosistema de capacidad adecuada.

3. Normalmente, todas las descargas cerradas de válvulas de seguridad secombinan en un solo cabezal que entra al tambor, aunque son aceptablescabezales y boquillas de entrada separados si es económica menteventajosos. Los siguientes alivios son también normalmente dirigidos a uncabezal de válvulas de seguridad:

a. El condensado del tambor de separación de gas combustible, y el líquidodel tambor de separación del gas de tope de los absorbe dores.

b. Líquido de los tambores de separación de la succión y etapasintermedias de compresores.

c. Tambores de purga de vapores de emergencia, si se suministran.

d. Corrientes de vapores desviadas de unidades de proceso, si existeninstalaciones (Ver Desvío de Corrientes de Proceso y Almacenaje deDesechos, en este documento). Las corrientes de gas seco, donde no




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existe posibilidad de arrastre de líquido pueden, sin embargo, serdirigidas directamente al cabezal del mechurrio. El dimensionamiento,la temperatura de diseño y los requerimientos para su instalación decabezales de válvulas de seguridad se cubren en el documentoPDVSA–MDP–08–SA–05: “Instalación de Válvulas de Alivio dePresión”.

4. El cabezal cerrado de drenaje de líquido es llevado a una línea se parada altambor y provisto con una válvula de cierre de flujo por alto nivel con reajustelocal manual. En algunos casos, el sistema de drenaje cerrado se segregaen un número de subcabezales, como se describió antes en esta subsección.Los líquidos de hidrocarburos pueden ser desviados alrededor del tambor através de una conexión desde el cabezal de drenaje cerrado directamentea la succión de la bomba de desahogo, con tal que el líquido pueda serdesechado y dispuesto con seguridad, considerando su presión de vapor ysu temperatura. Las conexiones de desahogo de líquido para emergencias,si existen, se dirigen al tambor de purga a través del cabezal de drenajecerrado.

5. Como se describe más adelante, el desvío de corrientes líquidas en el rangode fracciones livianas, cuando se proveen en las unidades de proceso,pueden en algunos casos ser dirigidas a un tambor de no condensables parasu disposición. En estos casos, la corriente desviada es normalmente unidaal cabezal de drenaje cerrado, aguas arriba de la válvulas de cierre de flujopor alto nivel, aumentando el tamaño del cabezal si es necesario. (Sinembargo, ver el párrafo 6(b) más adelante para excepciones a esta direcciónde las corrientes).

6. El dimensionamiento del tambor de purga y la ubicación de los instrumentosde nivel se basan en lo siguiente (Ver la Figura 2):

a. La retención de líquido por debajo de LH(CO)A (A–B en la Figura 2) esel requerimiento del desvío de la corriente de fracciones livianas (si serequiere, ver “Desvío de Corrientes de Proceso y Almacenaje deDesechos” en esta Subsección) o el requerimiento de drenaje cerradopara líquidos residuales de proceso en una parada normal, cualquierade los dos que sea mayor. Este requerimiento para el drenaje cerradose toma como el 10% del total del inventario líquido de hidrocarburos detodos los recipientes en una unidad de proceso que están provistos deconexiones al cabezal de drenaje cerrado. Esto asume que el 90% delinventario de líquido de estos recipientes puede ser removido porpresurización o bombeo de drenaje a través de las rutas normales dedisposición. La unidad de procesos a usarse para propósitos dedimensionamiento es aquella que tiene el requerimiento de drenajecerrado mas grande y que puede ser parada independientemente parasu mantenimiento. El inventario de los recipientes se calcula en el tope




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del rango de nivel de trabajo, excluyendo la retención por las bandejasy el contenido de las tuberías. En el caso de recipientes que contienengrandes inventarios de líquido, por ejemplo, tambores decompensación, el requerimiento individual del cabezal de drenajecerrado puede reducirse por debajo de 10%, donde sea apropiado,concediendo un crédito por medios alternos de disposición del contenidode líquido, por ejemplo por desplazamiento de agua a almacenaje.Cuando se requiere una capa de aceite para protección del serpentín devapor de agua (ver el párrafo 12 más adelante) debe darse un margenapropiado en el volumen del tambor.

b. Si la instalación para el desvío de corrientes de fracciones livianas altambor de purga debe estar continuamente disponible por razones deseguridad (en oposición a razones económicas o de operabilidad),entonces la base de dimensionamiento descrita en el párrafo 6(a)anterior se modifica como sigue:

1. Se provee un instrumento “LH(CO)A” (alarma de alto nivel delíquido) a un bajo nivel, actuando una válvula de cierre herméticoen el cabezal de drenaje cerrado. La retención debajo de esteLH(CO)A es equivalente al requerimiento de drenaje cerrado,calculado como en el párrafo 6(a) anterior.

2. Un segundo instrumento LH(CO)A se provee a un nivel más alto,actuando una válvula de cierre hermético de flujo en la corrientede líquido desviada, la cual es dirigida al tambor de purga pormedio de una línea separada.

3. La retención entre ambos instrumentos LH(CO)A debe ser igualal requerimiento para el desvío de líquido.

c. El espacio en el tambor por encima del instrumento LH(CO)A (por encima delLH(CO)A más alto cuando se proveen dos) está constituido por unacapacidad de retención equivalente (B–D en la Figura 2) a 30 minutos deacumulación de alivio de líquido procedente de válvulas de seguridad, másun espacio de vapor (D–F) para los vapores asociados aliviados. Eldimensionamiento del tambor está determinado por la contingencia sencillaque requiere el máximo espacio combinado B–D más D–F.

d. Además de la contingencia que requiere el máximo espacio combina do B–Dmás D–F y que determina el dimensionamiento del tambor(como descrito enel párrafo (c) anterior), se consideran otras contingencias como sigue:

1. La contingencia sencilla que resulta en la acumulación másgrande (B–E) de alivios líquidos procedentes de válvulas deseguridad durante 30 minutos, independientemente de cualquierflujo de vapores asociados. El nivel en el punto E se usa para el




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dimensionamiento de la bomba de transporte de desahogo,como se describe en el párrafo 16 más adelante.

2. La contingencia sencilla que resulta en la carga de vapores másgrande, independientemente de cualquier carga de líquidoasociada, se usa para determinar el espacio máximo requeridopara vapores C–F, y además se instala una alarma de alto nivelen el punto c.

e. Al considerar las contingencias descritas en los párrafos (c) y(d) anteriores,las cargas de vapores y de líquido se evalúan en las siguientes bases:

1. Las consideraciones de carga de vapores deben incluir todas lasválvulas de seguridad, alivios de vapores de emergencia, yfuentes de desvío de corrientes de vapores que sean aliviadoscomo resultado de una contingencia sencilla.

2. Se consideran todas las cargas de líquido de todas las válvulasde seguridad que descarguen como resultado de uncontingencia sencilla, más en cada caso un margen para líquidosprovenientes de tambores de separación (tambores deseparación de gas combustible, del tope de absorbedores, y desucción y de inter etapas de compresores) igual al inventario detodos los tambores que descarguen al tambor de purga en suspuntos de alarma por alto nivel de líquido (LHA).

3. Las velocidades en el espacio de vapores normalmente nodeberían exceder del 100% del valor crítico. La experienciademuestra que esto mantiene el arrastre de líquido en la línea delmechurrio dentro de límites aceptables.

Vc � F9�L – �v�v

� Ec. (1)

donde:

En unidadesmétricas

En unidadesinglesas

Vc = Velocidad crítica de los vapores m/s pie/sρL = Densidad del líquido a las condiciones de

operaciónkg/m3 lb/pie3

ρv = Densidad de los vapores a las condiciones deoperación

kg/m3 lb/pie3

F9 = Factor cuyo valor depende de las unidadesusadas

0.048 0.157

No se permiten pantallas de malla de metal ondulado.




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4. La profundidad del espacio de vapores no debería ser bajoninguna contingencia menor del 20% del diámetro del tambor, omenor de 300 mm (12”).

f. Se provee una alarma de bajo nivel LL(CO)A con un reajuste local manualpara que la bomba de transporte de desahogo se pare cuan do el nivel delíquido ha sido reducido a un nivel bajo (ver el párrafo 13 para la localizaciónexacta).

7. La presión de diseño del tambor de purga es 345 kPa manométricos (50psig).

8. La máxima presión operacional permitida en el tambor de purga estádeterminada por el más bajo de los siguientes valores:

a. La máxima contrapresión permitida sobre válvulas de seguridad quedescargan al tambor de purga, de acuerdo con la presión de ajuste y eltipo de válvula de seguridad, o bien,

b. La presión de alivio requerida a la que los vapores desde cualquiersucción de compresores sean desviados al tambor de purga. Estasinstalaciones son normalmente provistas en compresores de gas deproceso de unidades de craqueo catalítico y de craqueo con vapor deagua.

c. La máxima presión operacional permitida sobre cualquier otro tambor depurga de condensables, tambor de evacuación de agua, etc., que venteeal mismo cabezal de mechurrio.

El dimensionamiento global y las caídas de presión de sistemas de mechurrio secubren en el documento PDVSA–MDP–08–SA–05: “Instalación de Válvulas deAlivio de Presión”.

9. La temperatura de diseño del tambor de purga es determinada por losextremos de temperatura operacional de emergencia que puedan resultar decualquier corriente unida al mismo. Si los materiales maneja dos están atemperaturas por debajo de 15°C (60°F), o si ellos pueden autorefrigerarsepor debajo de 15°C (60°F), debe también especificarse una mínimatemperatura de diseño.

10. Los materiales del tambor de purga deben ser adecuados para cualquiersubstancia corrosiva que pueda ser descargada al mismo, y también para loslímites de temperatura definidos en el párrafo 9 anterior.

11. Se provee un serpentín de vapor de agua en el tambor de purga parapropósitos de descongelación, adaptación a las condiciones del invierno yacondicionamiento para el transporte. El dimensionamiento del serpentín sebasa en sacar las fracciones livianas de los líquidos vaporizados, al nivelmáximo acumulado como resultado de cualquier contingencia de diseño




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descrita en el párrafo 6 anterior. El material líquido debe ser acondicionadopara su transporte (con bomba) en 2 horas a condiciones de temperatura ypresión de vapor que permitan su bombeo con seguridad a instalacionesasociadas de desecho o a otras de recepción. En algunos casos, elacondicionamiento para el transporte debe ser seguido por enfriamiento dela corriente transportada por la bomba (ver el párrafo 17 más adelante). Parala mayoría de las aplicaciones resulta adecuado un serpentín de vapor deagua de tamaño nominal de 60 m (200 pie) de tubería de 50 mm (2”) dediámetro. El serpentín debe ser inclinado para asegurar el drenaje delcondensado.

12. Para servicios en que el serpentín de calentamiento puede ser ex puesto alíquidos fríos o autorefrigerados, el diseño debería ser tal que evite eltaponamiento por congelación del condensado de vapor de agua. Paralograr esto, están disponibles los siguientes métodos:

a. Un desvío de 50 mm (2”) con trampa de vapor de agua directo a lacloaca. Esto se requiere en todos los casos en que pueden ocurrirtemperaturas por debajo de 0°C (32°F) en el tambor de purga.

b. Provisión de una línea para inyección de gasoil de bajo punto de fluidezo de un material similar dentro del tambor de purga. Un nivel de gasoilque sumerja el serpentín actúa como un acumulador de calor, pero estevolumen del gasoil debe incluirse en el dimensionamiento del tambor.Esta es la protección normal usada cuando pueden ocurrir temperaturaspor debajo de –45°C (–50°F) en el tambor de purga.

c. Conexiones para la inyección de metanol dentro de la tubería de entraday salida del serpentín de vapor de agua para descongelación.

d. Uso de calentadores de vapor de agua de doble tubería vertical(del tipobayoneta).

e. Uso de un medio de calentamiento del serpentín con aceite caliente, oun sistema de calentamiento en cascada (por ejemplo, vapor deagua/metanol).

13. El tambor es provisto de una bota cilíndrica acumuladora de tamaño nominal600 mm (24”) de diámetro por 900 mm (35”) de altura, con un serpentín devapor de agua separado e individual fabricado de tubería de 25 mm (1”).Normalmente, no es necesario retirar los hidrocarburos y el aguaseparadamente, y por tanto la bomba de desahogo succiona del fondo de labota acumuladora. El instrumento de bajo nivel y alarma LL(CO)A se colocalo más cerca posible al tope de la bota acumuladora para asegurar que labomba sea parada antes de perder succión.




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14. Si el tambor ocasionalmente puede recibir agua, soda cáustica o corrientesacuosas similares, que crearían problemas en instalaciones receptoras sison bombeadas con los hidrocarburos, entonces deberían incluirse mediospara un drenaje separado. Esto puede consistir de una conexión a la cloacadesde el fondo de la bota colectora; o en el caso de agua agria, una conexióndesde la descarga de la bomba de desahogo dirigida a instalaciones paraagua agria u a otra disposición adecuada.

15. El dimensionamiento, temperatura de diseño y requerimientos deinstalaciones para tuberías de salida de vapores de tambores de purgadirigidas al mechurrio se cubren en el documento PDVSA–MDP–08–SA–05:“Instalación de Válvulas de Alivio de Presión”.

16. Para el servicio de bombeo de desahogo se prefiere una bomba impulsadapor vapor de agua y manualmente controlada. También es preferible unabomba reciprocante debido a su mayor habilidad para aguantar la succióncon líquidos volátiles; sin embargo, si se usa una bomba centrífuga, laslíneas de succión y de descarga deben ser venteadas de regreso al tambor,dimensionando la línea de venteo en la descarga para el 15% de lacapacidad de la bomba. El dimensionamiento de la bomba se basa en eldesahogo por bombeo del contenido total del tambor en 2 horas desde elmáximo nivel de líquido acumulado, como se definió en el párrafo 6(d)anterior. Debido al amplio rango de fluidos manejados, la bomba debería serespecificada para 2.0 m (6.5 pie) a 2.5 m (8 pie) de requerimiento de cabezalneto positivo de succión en la brida de succión. La elevación del tambordebería ser tal que se cumpla el requerimiento de cabezal de succión (NPSH)de la bomba (NPSH). La temperatura de diseño de la bomba debería ser lamisma que la del tambor de purga y la presión de diseño se fija de acuerdocon la dirección de disposición aguas abajo.

17. El material drenado desde el tambor de purga es normalmente enviado aalmacenaje de desechos bajo presión, a almacenaje atmosférico dedesechos livianos, o a otro tanque atmosférico. Como se expuso en eldocumento PDVSA–MIR (Pendiente) (Consultar MDP versión 1986Subsección B: “Minimización de Riesgos de Incendio, Explosión oAccidente”), se deben incorporar características de diseño para evitar elriesgo de emanación excesiva de vapores o sobrecalentamiento conebullición (“boil over”) que pueden resultar al enviar materiales livianos ocalientes a tanques atmosféricos.

Los requerimientos para promover el desprendimiento de fraccioneslivianas del líquido acumulado en el tambor de purga se definieron en elpárrafo 11 anterior.

Además, se debería proveer un enfriador en la línea de descarga de labomba de desahogo, si se presenta alguna de las siguientes situaciones:




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a. El tambor de purga puede recibir líquidos calientes (por encima de 93°C(200°F), o,

b. El líquido del tambor de purga (después del desprendimiento de vaporessi es necesario), si es dirigido a un tanque atmosférico para sudisposición, pudiera provocar un aumento en la presión de vapor real delmaterial tal que el tanque exceda 90 kPa absoluta(13 psia).

El enfriador debería ser dimensionado para enfriar el flujo de desahogomáximo a 50°C (122°F).

Tambores de Purga para No Condensables (Servicio Especial) – En algunoscasos, debido a severos problemas de corrosión o por razones especiales deproceso, una unidad debe tener su propio sistema separado de purga. Un ejemploes el proceso de alquilación con ácido sulfúrico. En este caso, la descargaproveniente de válvulas de seguridad que puede contener una emulsión de ácido,presenta dos problemas particulares: corrosión y el lento desprendimiento dehidrocarburos desde el ácido.

El primer recipiente en el sistema de alivio y purga es por lo tanto un separador deácido e hidrocarburos. Este tambor está provisto con una bomba para transferirel ácido separado al tanque de ácido gastado. Los hidrocarburos líquidosseparados son preferiblemente bombeados de regreso al proceso, o a almacenajede desechos o a un tambor común de purga para no condensables. La corrientede vapores venteados desde el separador de ácido–hidrocarburos se haceburbujear a través de una capa de solución de soda cáustica en un tambor deneutralización y es luego dirigida al cabezal del mechurrio. Para evitar la corrosiónen el sistema especial de alivio y purga para ácido no se envían a éste los aliviosque puedan contener agua o soluciones alcalinas.

Tambores de Purga para Condensables – Los tambores de purga paracondensables (ver Figura 3) se proveen como un medio para evitar lacondensación de hidrocarburos líquidos en sistemas de mechurrio, para reducirlos requerimientos de capacidad del mechurrio, o para evitar la descarga dehidrocarburos condensables a la atmósfera. En algunos casos, sirven para elpropósito adicional de reducir la temperatura de los gases descargados por elmechurrio y de aquí a minimizar los problemas de expansión térmica en el diseñomecánico de columnas de mechurrio. Un tambor de purga para condensablesfunciona por medio de un arreglo de contacto directo con una regadera de aguaque condensa vapores de hidrocarburos entrantes más pesados que fraccioneslivianas. Los hidrocarburos condensados y agua efluente son descargados a lacloaca a través de un sello y los vapores de hidrocarburos livianos no condensadosson venteados al mechurrio o a la atmósfera.

La base de diseño para tambores de purga para condensables es como sigue:




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1. La máxima carga de vapores al tambor se basa en el alivio más grandeproveniente de válvulas de seguridad que descarguen como resultado deuna contingencia sencilla. Las velocidades de los vapores en el tambor sebasan en 100% de la velocidad crítica (ver la Ec.(1)). No se permitenpantallas de malla de metal ondulado.

2. La salida de vapores preferiblemente se debería conectar al sistema delmechurrio. Sin embargo, cuando los alivios de válvulas de seguridad y otrascorrientes conectadas al tambor contienen sólo una pequeña cantidad dehidrocarburos no condensables o inertes y donde no se prevén problemasde contaminación, entonces es aceptable el venteo atmosférico, sujeto a lassiguientes condiciones:

a. El venteo debe estar localizado por lo menos a 15 m (50 pie) por encimadel nivel del suelo y por lo menos 3 m (10 pie) por encima de cualquierequipo dentro de una distancia horizontal de 15 m(50 pie).

b. El venteo debe ser localizado de modo tal que si ocurriera el encendidoinadvertido del alivio máximo de vapores de hidrocarburos, lasdensidades de calor radiante resultantes a nivel del suelo no excedan loslímites prescritos para la exposición del personal. Referirse a eldocumento PDVSA–MID 90616.1.021 Guía de Ingeniería: “Sistemas deMechurrios”, versión más reciente que la de Agosto 1990.

c. La dispersión de materiales inflamables o tóxicos debe ser adecuada enrelación a equipos y áreas de trabajo adyacentes.

d. El venteo debe ser provisto con inyección de vapor de agua o de gasinerte para protección contra el retroceso de la llama y apagado comorequerido por el documento PDVSA–MIR (Pendiente) (Consultar MDPversión 1986 Subsección B: “Minimización de Riesgos de Incendio,Explosión o Accidente”..

e. La presión de diseño del tambor debería ser 1030 kPa manométricos(150 psig).

3. La presión de diseño del tambor debería ser 345 kPa manométricos (50 psig)a menos que el tambor esté conectado directamente al mechurrio (sin untambor de sello), en cuyo caso la presión de diseño del tambor de purgadebería ser 1030 kPa manométricos (150 psig).

4. Los documentos MDP–03–S–01/03/04/05 Principios Básicos, SeparadoresLíquido–Vapor, Líquido–Líquido, y Líquido–Líquido–Vapor”, junto con lossiguientes párrafos, describen el diseño del disco y la sección en forma deanillo, así como de otras partes internas del tambor.




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5. Los requerimientos de agua se basan normalmente en reducir lastemperaturas de salida de gas y líquido a 65°C (150°F), aproximadamente.La selección de la temperatura óptima se basa en consideraciones detemperatura y composición de las corrientes que entran y de la extensión enque se tolere la condensación posterior de vapores efluentes aguas abajo deltambor. El suministro de agua debería tomarse de un sistema de aguaconfiable. Si se usa un sistema de agua de enfriamiento recirculante,entonces las bombas de circulación y el depósito colector de la torre deenfriamiento, deben tener suficiente capacidad para suministrar elrequerimiento máximo del tambor de purga para condensables, durante 30minutos. un controlador del tipo activado/desactivado (On / Off) paratemperatura en la línea de entrada acciona una válvula de control en la líneade suministro de agua y un orificio de restricción en el desvío de la válvulade control admite continuamente 0.6 a 1.2 dm3/s (10 a 20 gpm) de agua, afin de mantener el sello en la salida. Asimismo, se provee una conexión paraagua de reemplazo de emergencia desde la tubería de agua para incendiocon una válvula de bloqueo para alivio (RBV) accionada desde la sala decontrol y también un orificio de restricción dimensionado para el máximorequerimiento de agua. Se requiere una alarma de alta temperatura en lasalida de vapores desde el tambor.

6. La retención de agua en la base del tambor se dimensiona de acuerdo conel documento MDP–03–S–05 “Separadores Líquido–Líquido–Vapor”.

7. La altura del sello en la línea de líquido efluente (asumiendo 100% de agua)es normalmente dimensionada para el 175% de la máxima presiónoperacional del tambor, ó 3 m (10 pie), cualquiera de las dos que sea mayor.

8. La presión máxima operacional permitida para propósitos dedimensionamiento de cabezales de mechurrio y de cálculo decontrapresiones en válvulas de seguridad se toma entre 7 y 14 kPamanométricos (1 y 2 psig) en el tambor, a menos que se requieran presionesmas bajas por consideraciones especiales del proceso. El vapor de agua quese genera por evaporación de agua de enfriamiento a cargas altas tambiéndebe ser considerado.

9. Debido al flujo continuo de agua a través de un tambor de purga paracondensables, éste puede manejar con seguridad los alivios fríos oautorefrigerados solamente mientras que la temperatura de los efluentes delíquido y vapor permanezca por encima de 0°C (32°F).

Sistemas de Purga para Condensables de Estado Inestable – En algunoscasos donde las cargas de condensación son altas, o donde se requiere recobrarmaterial de purga líquido condensado por razones de contaminación, toxicidad oeconómicas, puede ser apropiado un sistema de condensación de estadoinestable. A continuación se presentan ejemplos de tales aplicaciones:




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1. Enfriador de Serpentín en la Entrada de un Tambor de Purga paraCondensables – Mediante un enfriador de serpentín en la entrada deltambor separador para condensables, se evita el alto requerimiento de aguapara la condensación por contacto directo. El enfriador de serpentín debeestar elevado y el serpentín continuamente inclinado para evitaracumulaciones de líquido en el cabezal de la válvula de seguridad. Laretención del agua estática en el enfriador debe ser adecuada para la cargade condensación de diseño durante 30 minutos, dando margen para elcalentamiento del agua durante ese período. No debería aplicarse este tipode diseño donde pueda ocurrir solidificación de materiales pesados dentrodel serpentín del enfriador.

2. Tambores de Purga para Condensables en Plantas de Tratamiento conFenol – Se usa un tanque de purga en plantas de tratamiento con fenol paramanejar corrientes que contienen fenol e hidrocarburos pesados (materialpara aceites lubricantes). El tanque de purga se ilustra en la Figura 4. La basede diseño es como sigue:

a. La carga máxima de vapores al tanque se basa en el alivio más grandede válvulas de seguridad que descarguen como resultado de unacontingencia sencilla.

b. La temperatura de diseño del equipo es 175°C (347°F). La presión dediseño es 1.5 kPa manométricos (0.2 psig), en el espacio de vapores conel tanque lleno de líquido. La construcción del tan que incluye unacostura débil de soldadura entre el techo y las paredes según el estándarAPI 650.

c. La columna de venteo atmosférico es concéntrica con el tanque, ytermina por lo menos a 15 m (50 pie) sobre el nivel del suelo y por lomenos a 3 m (10 pie) por encima del equipo más alto dentro de unadistancia horizontal de 15 m (50 pie). Se debe proveer una elevaciónadicional si es necesario, para asegurar que las concentraciones defenol a nivel del suelo y a nivel de las plata formas de trabajo, no excedanel Valor Límite Inicial (VLI).La columna está perforada con huecos en eltope del tanque, con el área de los huecos dimensionada para unamáxima presión en el espacio de vapores del tanque de 1 kPamanométrico (0.15 psig), ala carga máxima de vapores.

d. El tanque es provisto con una atmósfera continua de nitrógeno paraprotección contra el retroceso de la llama, dimensionada de acuerdo conel documento PDVSA–MIR–(Pendiente) (Consultar MDP versión 1986Subsección B “Mínimización de Riesgos de Incendio, Explosión oAccidente).




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e. Se retiene en el tanque un nivel de extracto de fenol para enfriar yabsorber el fenol en los vapores que entran. Se requiere suficienteextracto a 38°C (100°F) para absorber la cantidad más grande de fenoldescargada durante 30 minutos por válvulas de seguridad, comoresultado de una contingencia sencilla, sin exceder una temperatura delextracto de 93°C (200°F). El tamaño del tan que debe ser adecuado paracontener el inventario de fases mezcladas que exista durantecondiciones de máxima carga. Asimismo, las dimensiones del tanque seseleccionan de modo que el máxim onivel de líquido esté por debajo dela elevación del cabezal que recolecta los alivios que contienen fenol.

f. El fondo del tanque debe ser diseñado para un retiro completo del agua.Se requiere una disposición segura del agua fenólica; normalmente éstaes regresada al proceso.

g. Las instalaciones de bombeo para desahogo son provistas pararegresar líquido saturado al proceso después que una válvula deseguridad haya descargado al tanque.

h. Los vapores de entrada se distribuyen dentro del tanque por medio deun rociador.

Tanques de Purga para Condensables en Otros Servicios – Un tanque depurga para condensables, diseñado sobre la misma base que la descritaanteriormente para fenol, puede ser provisto para otros servicios donde un tamborde purga convencional para condensables no sería aceptable (por ejemplo,debido a consideraciones de contaminación por el agua efluente). Ejemplos detales casos son la Metil Etil Cetona (MEC) y el Formuro de Dimetilo (FDM). Seespecifica un material absorbente adecuado (por ejemplo, aceite lubricante paraMEC y agua para el FDM) y además el diseño debe tomar en cuenta lastemperaturas máximas permisibles operacionales, para evitar emanaciónexcesiva de vapores o la ebullición del agua.

Venteo de un Sistema de Purga para Condensables al Mechurrio – En algunasinstalaciones donde regulaciones locales contra la contaminación, no permitiríanel venteo de un tanque de purga para condensables en servicio tóxico a laatmósfera, puede ser necesario un tambor de presión o una esfera, con venteo almechurrio.

5.4 Sistemas de Evacuación de EfluentesSe proveen tambores de evacuación para remover contaminantes consistentes dehidrocarburos líquidos o vapores, de corrientes acuosas efluentes de la planta,para poder descargarlas a la cloaca con seguridad. Los criterios para dirigir lascorrientes efluentes a tambores de evacuación se definieron anteriormente enesta subsección.




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La base de diseño para tambores de evacuación se describe a continuación:

Tambores de Evacuación de Agua (Ver Figura 5)

1. El cabezal de entrada de líquido es dimensionado para el máximo caudal deagua al tambor. La caída de presión disponible para el flujo está basada en:(a) el recipiente desde el cual el agua tiene la presión de salida más baja, y,(b) la máxima contrapresión permisible sobre el tambor (Ver el párrafo 4, másabajo).

2. La carga de vapores al tambor resulta de los vapores de hidrocarburos queentran o de líquido que se vaporiza súbitamente a condiciones de equilibrioa la presión atmosférica. La carga de vapores de diseño es la más grandecantidad de vapores resultante de una contingencia sencilla, tal como la fallade un tubo roto de un intercambiador de calor o falla de una válvula de retirode agua en la posición totalmente abierta (no se consideran las fallasmúltiples de válvulas de control, con tal que las válvulas de control seanespecificadas para cerrar en caso de falla de aire para instrumentos). Elprocedimiento de cálculo para el flujo a través de un tubo dividido de unintercambiador de calor se cubre en el documentoPDVSA–MDP–08–SA–05: “Instalación de Válvulas de Alivio de Presión”. Losretiros de agua son examinados para determinar la carga máxima dehidrocarburos resultante de la falla de la válvula de control de salida de aguaen posición abierta, asumiendo que el flujo sea todo de hidrocarburos.

3. La salida de vapor puede descargar a la atmósfera o al mechurrio. Se puedenusar descargas atmosféricas, siempre y cuando se pueda conseguir un lugarseguro, definido por los siguientes criterios:

a. El venteo debe ser elevado por lo menos 15 m (50 pie) desde el nivel delsuelo y por lo menos 3 m (10 pie) por encima del equipo más alto en unadistancia horizontal de 15 m (50 pie).

b. Debe ser localizado de tal modo que si ocurriese una ignición inadvertidadel máximo alivio de vapores de hidrocarburos, las densidades de calorradiante resultantes a nivel del suelo no excedan los límites establecidospara la exposición al personal. Ver el documento PDVSA–MID90616.1.021 Guía de Ingeniería: “Sistemas de Mechurrios”, versión másreciente que la de Agosto 1990.

c. El Valor Límite Inicial (VLI) de cualquier vapor tóxico que puedan serdescargados por el venteo no es excedido a nivel del suelo, ni en ningunaplataforma de trabajo.

d. Se requiere un tubo de venteo abierto en el extremo, dirigidoverticalmente hacia arriba, con inyección de vapor de agua o de gasinerte para protección contra el apagado de la llama o supresión delencendido, según lo requerido por el documento PDVSA–MIR




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(Pendiente) (Consultar MDP versión 1986 Subsección B: “Minimizaciónde Riesgos de Incendio, Explosión o Accidente”).

4. La máxima presión operacional permisible en el tambor de evacuación parapropósitos de dimensionamiento de cabezales de mechurrio, cabezales deagua y ramales laterales desde intercambiadores de calor, está determinadapor el menor de los dos valores siguientes: (la presión operacional deberíadiseñarse tan baja como sea posible para maximizar la efectividad de laevacuación).

a. La máxima presión operacional permisible en cualquier tambor de purgapara condensables o no condensables, que ventee al mismo cabezal demechurrio, o

b. La presión máxima a la cual el flujo normal de agua puede todavía entraral tambor desde la fuente de presión más baja.

5. Se especifica una presión de diseño de 345 kPa manométricos (50 psig) paratambores de evacuación de agua.

6. El sistema de salida del agua es diseñado para sellar el tambor y evitar elarrastre de hidrocarburos o aire dentro de la cloaca. La Figura 5 ilustra ladisposición física normal incorporando un sello con lazo sencillo.

7. El dimensionamiento del tambor y de la pierna de sello está determinado porlo siguiente:

a. Cuando la presión en el espacio para vapores del tambor es atmosférica,el nivel debe ser tal que el espacio para vapores sea adecuado paraevacuar gotas de hidrocarburos desde los vapores de hidrocarburos a15% de la velocidad crítica (Vc) a la carga de vapores de diseño (deacuerdo con los documentos MDP–03–S–01/03/04/05 PrincipiosBásicos, Separadores Líquido–Vapor, Líquido–Líquido, yLíquido–Líquido–Vapor”) y la pierna de sello debe tener un diámetrosuficientemente grande para dejar pasar el caudal máximo de agua. Silas variaciones operacionales pudieran resultar en menos de 60 dm3/s(950 gpm) de agua al tambor de evacuación de ésta, un sistema externodebería proveer un flujo continuo de 60 a 120 dm3/s (950–1900 gpm)para mantener el sello.

b. Cuando la presión en el espacio para vapores sea igual a la máximapresión operacional permisible, la superficie del agua debería ser bajadaa un nivel operacional mínimo, al cual la capacidad para evacuarvapores desde el agua es adecuada para la carga de diseñodeterminada según los documentos MDP–03–S–01/03/04/05 PrincipiosBásicos, Separadores Líquido–Vapor, Líquido –Líquido, yLíquido–Líquido–Vapor”. También, la contrapresión no debe reducir elnivel de agua por debajo de la profundidad efectiva del rompedor de




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remolinos. Esto aplica independientemente de si la contrapresión resultade vapores que están siendo aliviados a través del tambor o de oleajede contrapresión impuesto por un sistema de alivio cerrado. El niveloperacional mínimo no debería ser menor de 450 mm (18”) por encimadel fondo del tambor. Se provee una alarma de bajo nivel (LLA) en el niveloperacional mínimo, o alternativamente, puede instalarse una alarmapor alta presión, ajustada a la presión correspondiente del espacio devapores.

c. La altura del sello en la salida de líquido (asumiendo 100% agua) deberíaser normalmente equivalente a 175% de la máxima presión operacionalpermisible, o 3 m (10 pie), cualquiera de las dos que sea la mayor.

8. El tambor debería ser provisto de una alarma de alto nivel (para daradvertencia de sobrecarga o taponamiento del sello) localizado a 150 mm(6”) por encima del nivel que corresponde a una presión manométrica decero en el espacio para vapores y máximo flujo de agua.

9. Debería instalarse un rompedor de remolinos en la salida de agua para evitarel arrastre de hidrocarburos a la cloaca, si se han satisfecho los criteriosrelevantes de los documentos MDP–03–S–01/03/04/05 Principios Básicos,Separadores Líquido–Vapor, Líquido –Líquido, y Líquido–Líquido–Vapor”.

10. El agua efluente proveniente del sello se descarga a través de una conexióncerrada a un pasa – hombre venteado de la cloaca, de modo que cualquieraire aspirado a través del venteo del rompedor del sifón pueda ser evacuadoy además evitar la descarga de hidrocarburos a nivel del suelo.

11. Deben proveerse cuatro conexiones para desnatado con grifos de prueba enel extremo de salida del tambor al nivel de líquido normal y a 150 mm (6”),300 mm (12”) y 450 mm (18”) por debajo del nivel normal. Los hidrocarburoslíquidos desnatados a través de estas conexiones deberían ser bombeadosa un sistema de desechos adecuado. Una conexión a la succión de la bombade desahogo de un tambor de purga, si está disponible es adecuada paraeste propósito.

Tambores de Evacuación para Otras Corrientes Acuosas – Efluentes acuososde la planta y corrientes retiradas, tales como condensado de vapor de agua, aguaagria o solución de soda cáustica gastada pueden requerir su disposición a untambor de evacuación, pero el tambor de evacuación normal para agua puede noser adecuado. Pueden por lo tanto requerirse tambores de evacuación especiales,por ejemplo, en los siguientes casos:

1. Condensado de vapor de agua va a ser recuperado y retornado ainstalaciones de tratamiento y de agua de alimentación a calderas.

2. Agua agria va a ser dirigida a instalaciones de despojamiento de aguasácidas.




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3. La soda cáustica gastada va a ser reciclada a instalaciones de reposición desoda cáustica fresca, o dirigida a instalaciones de deodorización o de otrotipo de disposición.

El diseño de estos tambores generalmente sigue la misma base usada para lostambores de evacuación de agua, excepto por el requerimiento de una bomba(con su repuesto) para transferir el líquido acuoso bajo control de nivel a lasinstalaciones receptoras apropiadas.

Tambores Combinados de Purga y Evacuación – En algunos casos, es posiblecombinar las funciones de tambores de purga y evacuación en un sólo recipiente.Sin embargo, los dispositivos de alivio de presión que descargan hidrocarburoslíquidos más livianos que pentano, no deberían ser conectados al tambor, si existeuna posibilidad de que tales líquidos pudieran acumularse y ser aliviados a lacloaca a través de la pierna de sello. Además, el venteo del tanque debería serdimensionado para evitar acumulación de presión debido a vaporización. En estasaplicaciones se deben satisfacer los criterios de diseño para ambos servicios y sedebe dedicar atención especial a peligros potenciales y problemas que pueden serintroducidos, tales como:

1. Trampas de líquido en líneas de alivio de válvulas de seguridad.

2. Combinaciones de agua y alivios de hidrocarburos calientes que podríanresultar en generación de vapor de agua y oleaje de presión.

3. Combinaciones de agua e hidrocarburos fríos o autorefrigerantes quepodrían resultar en problemas de congelación.

4. Confiabilidad del suministro de agua si se combinan los servicios de purgade condensables y de evacuación de agua.

5. Contingencias que pueden requerir que el tambor sea usado para ambosservicios simultáneamente

Torres de Enfriamiento – Cuando los criterios detallados anteriormente bajo“Disposición de Efluentes Acuosos” de planta contaminados con hidrocarburosrequieren de un medio para separar con seguridad hidrocarburos de agua deenfriamiento efluente, una alternativa aceptable a un tambor de evacuación deagua en sistemas de recirculación de agua es una torre de enfriamiento queincorpore características que permitan una operación segura cuando se presentela contaminación del agua de enfriamiento efluente con hidrocarburos: debeconsultarse al Proveedor del equipo para saber si dichas características estánincorporadas en la torre de enfriamiento a comprar. Ahora en el diseño de torresde enfriamiento se incluye una chimenea de venteo en el elevador vertical deretorno a la torre. Este es usualmente una “T” vertical extendiéndose por encimade los distribuidores. Incluye una pequeña línea de rebose desde la interfase deagua a un sumidero para drenar pequeñas cantidades de filtraciones de aceite, y




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un detector de gas en el espacio de vapores (a menos que se provea un detectorde gas en otra parte). En el caso, de un gran escape o de ruptura de un tubo enun enfriador de gas, la chimenea de venteo evita daños a las tuberías y estructurasdebido a oleajes hidráulicos y fuerzas de reacción.

5.5 Almacenaje de Desvíos de Corrientes de Proceso y de Desechos

Materiales a ser Manejados – Los diseños de plantas deben incluir medios dedisposición seguros para varios materiales de desecho, tales como los siguientes:

1. Hidrocarburos líquidos acumulados en tambores de purga para nocondensables, que se originan de válvulas de seguridad, cabezales dedrenajes cerrados, drenajes de tambores de separación. Normalmente, seproveen instalaciones en el tambor para la evaporación de líquidos volátilesy enfriamiento de líquidos antes de su disposición.

2. Mezclas de aceite y agua y emulsiones, por ejemplo, de separadores, fondosde tanques, agua de lastre, etc. El calentamiento de tales fluidos es amenudo necesario para separar el aceite del agua.

3. Productos fuera de especificación durante el arranque, parada o trastornosde la planta. Deben estar disponibles medios de disposición para todas lascorrientes de productos fuera de especificación. En muchos casos es posiblela mezcla de los mismos en tanques de productos o es posible la degradacióna otro producto.

4. Corrientes que deben ser desviadas debido a una parada de emergencia deequipos aguas abajo (por ejemplo, falla del compresor). Deberían proveerserutas de desvío donde tal contingencia requeriría de otra manera, la paradainmediata de la unidad de procesos afectada, resultante en pérdidasoperacionales y económicas apreciables.

Métodos de Disposición – Pueden considerarse los siguientes métodos dedisposición para la descarga de materiales de desecho tales como losanteriormente descritos:

1. Mechurrio – Las corrientes de vapores tales como desvíos de succión decompresores en unidades de craqueo catalítico y de craqueo con vapor deagua, son normalmente dirigidas al mechurrio.

2. Tubería Principal de Combustión de Gas – Vapores de hidrocarburoslivianos pueden ser dirigidos a tuberías principales de combustión para sudisposición. Si está disponible un vaporizador de propano, éste puede serusado como un medio para dirigir fracciones livianas de líquido a la tuberíaprincipal de combustión.




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3. Instalaciones de Almacenaje – En muchos casos puede usarse el re cicloo mezcla de corrientes líquidas en tanques de almacenaje de alimentacióno de producto, etc. Sin embargo, el diseño de tales sistemas de disposicióndebe tomar en cuenta el potencial de excesiva emanación de vapores ysobrecalentamiento con ebullición (“boil over”), que pueden surgir de ladisposición de materiales livianos o corrientes calientes a tanques dealmacenaje. Estos riesgos junto con características de diseño apropiadaspara minimizarlos, se exponen en la el documento PDVSA–MIR (Pendiente)(Consultar MDP versión 1986 Subsección B: “Minimización de Riesgos deIncendio, Explosión o Accidente”).

4. Almacenaje de Desechos – Las instalaciones para almacenaje dedesechos pertenecen a tres tipos básicos, de acuerdo con los materia lesmanejados:

a. Almacenaje de desechos a presión para materiales de fraccioneslivianas.

b. Almacenaje atmosférico de desechos livianos, para materiales que norequieren calentamiento para el rompimiento de la emulsión.

c. Almacenaje atmosférico de desechos pesados, para materiales querequieren calentamiento para el rompimiento de la emulsión. En loscasos (b) o (c) deben aplicarse las mismas consideraciones deseguridad descritas en el párrafo (3) anterior.

Los materiales acumulados en almacenaje para desechos son normalmentedirigidos a instalaciones de reproceso o mezclados en tanques de almacenajeapropiados para su disposición.

Diseño de Instalaciones para el Almacenaje de Desechos – Al seleccionar losmedios de disposición de las corrientes deberían usarse, en lo posible, rutas queutilicen instalaciones y tanques normales de la planta, etc. Las corrientes que nopueden ser manejadas de este modo requieren instalaciones para el almacenajede desechos. El dimensionamiento de instalaciones de almacenaje paradesechos es usualmente basado en los caudales de flujo normales de todas lascorrientes que deben ser desviadas a desecho bajo una contingencia sencilla, porel período de tiempo necesario para eliminar la contingencia, o llevar a cabo unaparada controlada.

Almacenaje de Desechos a Presión – Si se requiere el almacenaje de desechosa presión para manejar materiales en el rango de fracciones livianas, debecumplirse con los siguientes criterios:

a. El tipo de recipiente para el almacenaje de desechos a presión seselecciona en base a costo. Generalmente una esfera o esferoide esmás económico que un tambor para capacidades en exceso de 160 m3(5650 pie3).




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b. El recipiente es venteado a una línea de gas de baja presión (si estádisponible) o al cabezal del mechurrio, a través de una válvula de controlde presión. La carga de vapores de diseño se basa en la contingenciasencilla (por ejemplo, desvío de la alimentación desde una unidadparticular) que resulta en la mayor cantidad de vapores generados porevaporación súbita a partir de los líquidos entrantes.

c. Se debe proveer protección contra la sobrepresión y el vacío de acuerdocon el documento PDVSA–MDP–08–SA–05: “Instalación de Válvulas deAlivio de Presión”.

d. Se provee una alarma de alto nivel (AAN (LHA)) a 85% de la capacidadvolumétrica del recipiente y también un corte de flujo por alto nivel el cualcierra herméticamente el flujo de entrada cuando el nivel del recipientealcanza un a 92% lleno.

e. Se provee una bomba de desahogo manualmente controlada paratransferir el desecho a una unidad de proceso adecuada para sureprocesamiento. El tamaño de la bomba está determinado por losrequerimientos de reprocesamiento. Cuando el tambor de purga y elrecipiente de almacenaje de desechos están muy próximos, las bombasde desahogo pueden ser interconectadas con múltiple, de modo quesean intercambiables en cualquiera de los servicios.

Como una alternativa al almacenamiento especial de desechos a presión, laretención necesaria puede ser provista en un tambor de purga para nocondensables, como se describió antes en este documento.




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6 NOMENCLATURA

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Enunidadesinglesas


0.048 0.157

Vc = Velocidad crítica de los vapores m/s pie/sρL = Densidad del líquido a las condiciones de

operaciónkg/m3 lb/pie3

ρV = Densidad de los vapores a las condicionesde operación

kg/m3 lb/pie3




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7 APENDICEFigura 1 “Arreglo típico de tambor de purga de no – condensables”.

Figura 2 “Dimensionamiento de de tambor de purga de no – condensables”.

Figura 3 “ Tambor de purga para condensables”.

Figura 4 “Tanque de alivio para condensables en servicio de fenol”

Figura 5 “ Tambor de purga de agua”.




Fig

1.

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Fig 3.TAMBOR DE PURGA PARA CONDENSABLES

AGUA E HIDROCARBUROSCONDENSADOS A LAS CLOACAS.(CONEXION A DRENAJE CERRADO SILOS HIDROCARBUROS EN ELEFLUENTE PUEDEN SERDESCARGADOS A UNATEMPERATURA POR ENCIMA DE SUPUNTO DE INFLAMACION.)

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Fig 4.TANQUE DE ALIVIO PARA CONDENSABLES EN

SERVICIO PARA FENOL

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Fig

5.

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PDVSA N° TITULO




� PDVSA, 1983

MDP–08–SG–01 INTRODUCCION

APROBADO

AGO.95 AGO.95

AGO.95

SEP.97 O.R.

J.P.

1

0


12

L.R.

F.R.


ESPECIALISTAS

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SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTASINTRODUCCION SEP.971

PDVSA MDP–08–SG–01

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Indice1 OBJETIVO 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 ALCANCE 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1 Sistemas de Alivio de Presión 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 Sistemas de Disposición 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3 Temas Relacionados Cubiertos en Otros Manuales PDVSA 2. . . . . . . . . . .

3 REFERENCIAS 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 DEFINICIONES 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 CONSIDERACIONES DE DISEÑO 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1 Reconocimiento y Eliminación de Riesgos 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Reducción de Daños Causados por Incendio o Explosión 8. . . . . . . . . . . . 5.3 Consideraciones Especiales 10. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .




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1 OBJETIVOEl objetivo de esta sección es presentar una introducción a los capítulos queconforman el volumen de “Seguridad en el Diseño de Plantas” con la finalidad devisualizar los aspectos que deben ser cubiertos por el ingeniero de proceso en eldiseño de instalaciones nuevas o en la ejecución de cambios y modificaciones enlas instalaciones actuales de la industria de una manera segura.

2 ALCANCECubre los capítulos involucrados con el diseño de instalaciones seguras deplantas, los cuales son los siguientes:

2.1 Sistemas de Alivio de PresiónDescribe los principios básicos y procedimientos para la evaluación del potencialde sobrepresión en equipos de una planta y para la selección, diseño yespecificación de las instalaciones de alivio de presión apropiadas. Se incluyencriterios para el diseño de cabezales de alivio de presión, cubriéndose todos estostemas en lo siguientes documentos:

PDVSA – MDP Descripción del Documento

08–SA–01 Sistemas de Alivio de Presión: Principios Básicos.

08–SA–02 Sistemas de Alivio de Presión: Consideraciones de Contingenciay Determinación de los Flujos de Alivio.

08–SA–03 Sistemas de Alivio de Presión: Dispositivos de Alivio de Presión.

08–SA–04 Sistemas de Alivio de Presión: Procedimientos para Especificar yDimensionar Válvulas de Alivio de Presión.

08–SA–05 Sistemas de Alivio de Presión: Instalación de Válvulas de Aliviode Presión.

2.2 Sistemas de DisposiciónDescribe los principios básicos y procedimientos para el diseño de lasinstalaciones para manejar drenajes y efluentes acuosos contaminadosprocedentes de equipos y también para enviarlos a una disposición apropiada, delos sistemas de tambor de purga o tambor de alivio, para recibir descargascerradas de válvulas de seguridad, alivios de vapores de emergencia y de lasinstalaciones para procesar desvíos de corrientes y almacenaje de desechos.También cubre los criterios para seleccionar el método apropiado de disposición.

2.3 Temas Relacionados Cubiertos en Otros Manuales PDVSALos siguientes temas, que anteriormente se cubrian en el MDP versión 1986,ahora se presentarán (o ya se presentan) en otros manuales de PDVSA, como elManual de Ingeniería de Diseño (MID) o el Manual de Ingeniería de Riesgos (MIR).




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Documento MDP versión 1986 Documento(s) substitutivo(s)Sección 15 B (Minimización de los riesgosde Incendio, Explosión o Accidente)

Será actualizado en un nuevo documento del MIR.Mientras tanto, usar el documentocorrespondiente del MDP versión 1986

Sección 15 E (Mechurrios) Será actualizado en el documento MID Guía deIngeniería 90616.1.021: “Sistemas deMechurrios”. Mientras tanto, usar el documentocorrespondiente del MDP versión 1986

Sección 15 F (Paradas de Emergencia,Aislamiento y Facilidades de Alivio)

MIR No. IR–P–01: Paradas de Emergencia,bloqueo, depresurización y venteo de equipos yplantas (May. 93)

Sección 15 G (Espacio entre Equipos) MIR No. IR–M–01: Separación entre equipos eInstalaciones (Abril 95)

Sección 15 H (Protección a Prueba deIncendio / Explosión)

MIR No. IR–C–02: Diseño de Edificios de Control(Oct. 95), MIR No. IR–C–03: Revestimiento contraIncendios (May. 93)

Sección 15 I (Sistemas contra Incendio) MIR No. IR–M–03: Sistema de Agua contraIncendio (Ago 96), MIR No. IR–M–04: Sistema deEspuma contra Incendio (Ago 96)

3 REFERENCIASLas referencias se indican en cada uno de los capítulos tratados.

4 DEFINICIONESLas definiciones se presentan en el documento PDVSA–MDP–08–SA–01:“Sistemas de Alivio de Presión: Principios Básicos”.

5 CONSIDERACIONES DE DISEÑOEn el diseño de una instalación segura, se deben considerar los siguientesprincipios: reconocimiento y eliminación de riesgos, reducción de daños causadospor incendio o explosiones y consideraciones especiales.

5.1 Reconocimiento y Eliminación de Riesgos

La existencia de riesgos presentes y potenciales que puedan ocurrir en la plantadeben determinarse considerando los factores asociados con el proceso, losequipos, las instalaciones asociadas, las condiciones locales y los posibles erroresoperacionales. Habiéndose identificado los riesgos, se deben incorporar en eldiseño de la planta, facilidades adecuadas para minimizar la posibilidad deocurrencia de incendios, explosiones y otros accidentes.

Entre los riesgos a ser considerados, se encuentran los siguientes:




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5.1.1 Esfuerzos excesivos

La presión o temperatura excesiva sobre componentes del equipo puede resultaren que se exceda el esfuerzo cedente y ocurra una falla catastrófica. Se puedengenerar presiones por encima de la presión operacional normal por exposición aun incendio externo o por diferentes formas de fallas operacionales, tales como,mal funcionamiento de instrumentos, falla de los servicios auxiliares, sobrellenado,expansión térmica, cierre de salidas de equipos, etc. También pueden resultartemperaturas excesivas cuando los componentes del equipo sean presionadosmás allá de límites seguros, puesto que los esfuerzos cedentes son una funciónde la temperatura. El vacío es otro mecanismo potencial de exceso de esfuerzo,en el caso de componentes del equipo no diseñados para presión subatmosféricay puede resultar en colapso de recipientes.

Los diseños de plantas deben por lo tanto incluir características protectoras, paraevitar que los componentes del equipo sean sometidos a esfuerzos excesivos porlos mecanismos anteriores. Los pasos esenciales de esos procedimientos dediseño pueden resumirse de la siguiente forma:

a. Consideración de contingencias

Se deben considerar todas las contingencias posibles que pudieran causaresfuerzos excesivos o fallas de los componentes del equipo. Los flujos dealivio resultantes son evaluados para establecer una base de diseño.

Donde pueda ocurrir una sobrepresión, se proveen facilidades de alivio.Alternativamente se establece una base para diseñar los componentes delequipo para soportar la más alta presión o temperatura que pueda ocurrir.

En el caso de amplias fluctuaciones de temperatura no puede excluirse laocurrencia de un exceso de esfuerzo mediante la instalación de dispositivosde alivio de presión y debe establecerse una base para proveer otros mediosde protección apropiada en forma de alarmas o cortes por alta o bajatemperatura, instrumentación de control, aislamiento (bloqueo),despresurización, enfriamiento rápido, selección de materiales, y/o otrosmedios.

Las instalaciones de protección, son normalmente dimensionadas parasoportar la descarga de alivio más grande resultante de una contingenciasencilla, sin exceder la presión o temperatura del equipo.

b. Selección del tipo apropiado de válvula de alivio de presión

Se debe seleccionar el tipo apropiado de válvula u otro tipo de dispositivo dealivio de presión o de control de temperatura, entre los variados dispositivosdisponibles.

c. Dimensionamiento de los dispositivos de alivio de presión

Se debe dimensionar los dispositivos de alivio de presión para manejar elcaudal de alivio requerido.




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d. Diseño de las instalaciones con dispositivos de alivio de presión

Se debe diseñar las instalaciones con dispositivos de alivio de presión,incluyendo la ubicación, tubería asociada y sistemas de desecho.

Estos procedimientos de diseño se describen en detalle en los documentosPDVSA–MDP–08–SA–01 al 05 de este manual.

e. Mechurrios

El mechurrio es un componente clave de los sistemas de desechos cerradodado que provee de un medio de disposición seguro de las corrientesprovenientes de las válvulas de alivio, purgas de vapores, desvíos decorrientes de proceso, drenajes de equipos, etc., quemándolos bajocondiciones controladas de modo que los equipos adyacentes o el personalno estén expuestos a peligro, al mismo tiempo que se satisfacen losrequerimientos de control de contaminación ambiental.

Este sistema se describe en el documento PDVSA–MID Guía de Ingeniería90616.1.021: “Sistemas de Mechurrios” (Versión actualizada).

5.1.2 Incendios y explosiones

La base de diseño de plantas debe ser tal que incluya precauciones para minimizarel riesgo de incendios y explosiones como sigue:

a. Externas

En el caso de incendios y explosiones externas, es necesario prevenir ladescarga sin control de productos inflamables y ubicar los puntos de aliviocontrolado en un sitio seguro. Además deben minimizarse las fuentes deignición.

• Prevención de las descargas de alivio sin control y ubicación de losalivios controlados.

Los alivios de productos inflamables sin control son usualmente elresultado de fallas de componentes del equipo o erroresoperacionales. Las fallas de componentes del equipo pueden serdebidas a la exposición de los materiales de construcción acondiciones operacionales más severas de lo que son capaces desoportar, o pueden ser una función de la inherente vulnerabilidadnatural de ciertos componentes tales como, tubos de hornos,maquinarias y sistemas de tubería. En el documento PDVSA–MIR(Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección 15B) se incluyenmétodos mediante los cuales se pueden minimizar tales aliviosdescontrolados.

Los alivios atmosféricos de productos inflamables descargados porválvulas de seguridad, deben satisfacer los criterios de ubicación y




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velocidad para asegurar una dispersión adecuada, como se describeen el documento PDVSA–MDP–08–SA–05.

Deben también proveerse un drenaje adecuado de los componentesdel equipo e instalaciones de disposición de desechos seguras paraevitar acumulaciones peligrosas de materiales inflamables, cuando sesacan de servicio componentes del equipo. Estas instalaciones sedescriben en el documento PDVSA–MDP (Pendiente) (ConsultarMDP versión 1986, Sección 15D).

Los tanques atmosféricos son inherentemente una fuente de alivio demateriales inflamables debido a las posibilidades de rebose, excesivaemisión de vapores y derrame por excesivo calentamiento. En eldocumento PDVSA–MIR (Pendiente) (Consultar MDP versión 1986,Sección 15B) se incluyen medidas preventivas apropiadas.

• Minimización de fuentes de ignición

Las fuentes comunes de ignición que ocurren en una refinería o plantaquímica se listan en el documento PDVSA–MIR (Pendiente)(Consultar MDP versión 1986, Sección 15B) junto con métodos por loscuales pueden ser minimizadas.

b. Internas

En el caso de incendios y explosiones internas, es necesario evitar mezclasinflamables de vapores y aire dentro de los componentes del equipo deproceso y minimizar las fuentes internas de ignición. En algunas excepcionesespecíficas se permiten concentraciones dentro del rango de inflamación,siempre y cuando las fuentes de ignición sean totalmente eliminadas.

• Eliminación de mezclas inflamables

La formación de una mezcla inflamable de vapores y aire en el rangoexplosivo dentro del equipo de proceso, representa una de lascondiciones más peligrosas que puedan existir en una refinería oplanta química, puesto que solo es necesario la adición de una fuentede ignición para iniciar una explosión. Muchos procesos yprocedimientos involucran el uso de aire dentro de los equipos, oexiste la entrada potencial de aire por infiltración o arrastre, porejemplo reacciones de oxidación con aire, sistemas de regeneracióny decoquificación, todos los tipos de componentes del equiposometidos a combustión, arranques y paradas de planta, procesos devacío, etc. En el documento PDVSA–MIR (Pendiente) (Consultar MDPversión 1986, Sección 15B) se incluyen procedimientos de diseño paraevitar incendios y explosiones.




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5.1.3 Factores operacionales que afectan la seguridad industrial

Una planta debe diseñarse de modo que el personal de operaciones y demantenimiento puedan llevar a cabo sus deberes de manera efectiva y segura sinexponerse ellos mismos o la planta al riesgo de un incendio, explosión o accidente.Para lograr esto deben incluirse los siguientes recursos:

� Plataformas, escaleras, mallas protectoras, regaderas de seguridad einstalaciones similares que aseguran condiciones de trabajo seguras para elpersonal.

� Instrumentación, alarmas y controles suficientes para permitir al personal deoperaciones operar la planta con eficiencia y seguridad.

� Facilidades que permitan arrancar y parar con seguridad la planta ycomponentes individuales del equipo, tales como conexiones de drenaje ypurga, sistemas de drenaje, etc.

Estas facilidades se describen en detalle en el documento PDVSA–MIR(Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección 15B).

5.1.4 Factores de proceso asociados con la seguridad

Ciertos tipos de procesos, condiciones de proceso o fluidos manejados introducenfactores que afectan la seguridad de la planta. Esos factores deben tomarse encuenta en el diseño. Estos incluyen:

� Condiciones operacionales altamente severas, por ejemplo, temperaturas opresiones extremadamente altas.

� Procesos por carga o cíclicos, o procesos que sufren frecuentes arranques yparadas, en que las oportunidades de cometer errores son más frecuentes quelo normal.

� Procesos sujetos a trastornos operacionales frecuentes por integración conotras plantas, o donde puedan surgir condiciones peligrosas debido a una fallade los servicios auxiliares.

� Procesos inestables, en que pueden ocurrir descomposiciones, grandesdescontroles de temperaturas o reacciones inestables, por ejemplo en elproceso de Hidrocraqueo.

� Procesos que utilizan sólidos fluidizados en que las operaciones estables yseguras dependen de la efectividad de la fludización de los sólidos para evitarla reversión del flujo, por ejemplo en el proceso de craqueo catalítico.

� Características y propiedades de los fluidos tales como inflamabilidad, presiónde vapor, autorefrigeración, corrosión, erosión, toxicidad y capacidad dereacción química, incluyendo las variaciones de esas propiedades que puedanocurrir por causa de condiciones operacionales anormales.




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Debe investigarse toda información disponible sobre los factores mencionadospara asegurarse de que se identifiquen los peligros actuales y potenciales delproceso. El documento PDVSA–MDP (Pendiente) (Consultar MDP versión1986, Sección 15D) contiene información sobre químicos y corrientes de laplanta, así como también una lista de referencias útiles.

5.1.5 Factores ambientales que afectan la seguridad

Los peligros ambientales o climáticos que puedan existir deben ser reconocidosen el diseño de la planta. Estos incluyen tormentas de polvo o arena que creanproblemas de lubricación en las maquinarias y las posibilidades de inundaciones,vientos huracanados o terremotos. Cuando existen estos problemas debenaplicarse las medidas de diseño especiales apropiadas. Los relámpagos(descargas eléctricas de la atmósfera) representan una fuente de ignición,especialmente para venteos atmosféricos y se detallan en el documentoPDVSA–MDP (Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección 15B).

5.2 Reducción de Daños Causados por Incendio o Explosión

Con el reconocimiento de que no siempre es posible eliminar completamente talesocurrencias, la planta debería ser diseñada para minimizar cualquier dañoresultante si ocurriera un incendio, explosión u otro accidente.

Aunque la filosofía de diseño anteriormente expuesta en esta sección es eliminartodos los riesgos previsibles de incendio, explosión y otros accidentes, éstospueden todavía ocurrir por causa de una falla imprevisible de los componentes delequipo o por un error operacional. El diseño de la planta debe ser orientado aminimizar los daños resultantes de tales incidentes. Esto se logra deteniendo elalivio de materiales inflamables o peligrosos tan pronto como sea posible,posibilitando a la planta para soportar su exposición a un incendio sin fallasadicionales, mientras se extingue el incendio, y suministrando facilidades efectivaspara el combate de incendios.

El objetivo total de estas consideraciones es mantener bajo control un granincendio en un intervalo de una hora. El término “bajo control” en este contexto sedefine como una situación en que el incendio está todavía en progreso pero sonmuy poco probables las fallas adicionales de los componentes del equipo y losalivios adicionales no controlados. El incendio continua entonces de un modocomparativamente seguro, hasta que se agota el suministro de combustible quelo alimenta. Esta condición de “bajo control” se alcanza cuando el calor que estásiendo disipado es balanceado por los factores de enfriamiento con agua,protección a prueba de incendio (aislamiento) y espacio, de modo que los equiposcríticos no están más en peligro de falla por exposición a las llamas. El logro de lacondición “bajo control” es también función del inventario de combustible quealimenta el incendio y de la rapidez con que pueda ser reducido.




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Los renglones esenciales del diseño de una planta que se usan para minimizar losdaños resultantes de incendios y explosiones se listan a continuación, conreferencia a los volúmenes particulares del manual de diseño de procesos, dondese cubren en detalle.

5.2.1 Espaciamiento y disposición de los equipos

Una disposición satisfactoria de los equipos de la planta (incluyendoespaciamiento adecuado de los equipos, “vías para incendios” y/o paredes contraincendio, para separar las áreas con riesgos de incendio) limita la extensióngeográfica de un incendio y da margen de acceso efectivo para el combate delmismo. La ubicación de los equipos y los estándares de espaciamiento se cubrenen el Manual de Ingeniería de Riesgos, documento No. IR–M–01: Separaciónentre Equipos e Instalaciones (Abril 95).

5.2.2 Protección a prueba de incendio

La protección contra incendio del acero estructural, recipientes y de soportes derecipientes, provee protección contra fallas por exposición a un incendio y contrael alivio adicional de combustible. La protección también se emplea para asegurarel funcionamiento ininterrumpido de ciertos sistemas de emergencia bajoexposición al incendio. Los detalles se exponen en el Manual de Ingeniería deRiesgos documentos No. IR–C–02: Diseño de Edificios de Control (Oct. 95) y No.IR–C–03: Revestimiento Contra Incendios (May. 93).

5.2.3 Facilidades para el combate de incendios

Deben proveerse facilidades adecuadas fijas y móviles para el combate deincendios, que cumplan los requerimientos de extinción y de enfriamiento de loscomponentes del equipo en el caso de un incendio en todas las áreas de procesoy fuera del sitio de la planta.

La base de diseño de las facilidades para el combate de incendios se describe en elManual de Ingeniería de Riesgos documentos No. IR–M–03: Sistema de AguaContra Incendio (Ago. 96) y No. IR–M–04: Sistema de Espuma Contra Incendio(Ago. 96).

5.2.4 Facilidades de emergencia

Se requieren facilidades de emergencia para detener el alivio de materialesinflamables que alimentan un incendio, tan rápidamente como sea posible. Estasfacilidades comprenden dispositivos para parada remota de ciertos renglones delequipo, válvulas de aislamiento de emergencia y medios para despresionar yremover el inventario de líquidos inflamables. Los detalles se especifican en elManual de Ingeniería de Riesgos documento No. IR–P–01: Paradas deEmergencia, Bloqueo, Despresurización y Venteo de Equipos y Plantas (May.93).




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5.3 Consideraciones EspecialesSe deben considerar factores especiales tales como requerimientos deregulaciones locales, que pueden requerir características de seguridad del diseñomás allá de las normalmente provistas.

5.3.1 Factores especiales

Durante el desarrollo del diseño de una planta debe concederse consideraciónespecial a requerimientos locales, peligros que puedan causar preocupación, ytambién, a incentivos especiales para minimizar la ocurrencia de paradas deemergencia. Estos factores pueden justificar características de seguridad deldiseño adicionales a los requerimientos normales del Manual de Diseño deProcesos. Los renglones a considerar incluyen:

� Regulaciones estatutarias locales, códigos y estándares para refinerías (porejemplo, requerimientos para la instalación de válvulas de seguridad derepuestos en algunos países europeos).

� Peligros asociados con plantas muy grandes, grandes inventarios de materialesinflamables o tóxicos, procesos o equipos nuevos, alta densidad de grandesequipos rotativos, inestabilidad del proceso o condiciones altamente severas.

� Peligros asociados con el almacenaje cerrado (galpones, almacenes) decombustibles, materiales inflamables o tóxicos. Materiales de bajo punto deinflamación (por debajo de 37.8�C (100�F)) no son normalmente almacenadosdentro del área de la planta.

� Niveles adecuados de número y experiencia de operadores y de personal demantenimiento e inspección.

� Disponibilidad limitada de ayuda local en el caso de un gran incendio, porejemplo, en lugares aislados.

� Tanques refrigerados – Los tanques que almacenan líquidos a bajastemperaturas y a presión atmosférica requieren de materiales especiales paraevitar fallas debido a fracturas por frío o fragilidad y por la expansión/contracciónde los platos, boquillas y líneas. El efecto de una pequeña fuga o de una fallagrande, es el de crear una nube de vapor que se desplaza grandes distanciasantes de que ocurra la ignición. Por consiguiente, se requieren materialesespeciales para la construcción de este tipo de tanques. Asimismo, se debenincluir otras instalaciones que permitan actuar correctamente en caso de unaemergencia.

� Incentivos para minimizar los gastos económicos y comerciales asociados a lasparadas en casos de emergencia. Estos gastos incluyen: costos porreparaciones y tiempo de paralización de la planta, pérdidas de ganancias, desuministro (si lo hay), pérdida de la confianza de los clientes, efectos sobre otrasunidades corriente arriba o corriente abajo, efectos adversos sobre lasrelaciones públicas, etc.




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5.3.2 Características adicionales de seguridad en el diseño

Están disponibles una serie de métodos los cuales pueden suplementar al Manualde Diseño de Procesos, cuando se justifican por consideraciones especiales comose expuso anteriormente. Es necesario una buena capacidad de juicio en materiade ingeniería para seleccionar características apropiadas entre las siguientes:

� Uso de la base de contingencia múltiple al seleccionar y dimensionarinstalaciones de seguridad, en lugar de la base normal de contingencia sencilla.

� Diseñando para eliminar riesgos con características de baja probabilidad quenormalmente serían descartados.

� Reduciendo el potencial de alivios no controlados de materiales inflamables por:

� Selección de maquinarias o de materiales de construcción de calidad óptima.

� Selección de características especiales de la maquinaria, como sellosmecánicos dobles o lubricación por neblina del aceite lubricante.

� El Manual de Ingeniería de Diseño referente a Requerimientos para lafabricación de tuberías y Requerimientos para el diseño de tuberías de procesoy servicios cubren en detalle los requerimientos normales para el diseño detuberías, pero en algunos casos puede ser apropiado reducir aún más el riesgode falla de conexiones de tuberías de diámetro pequeño (por ejemplo,conexiones de instrumentos y de vidrios de observación de nivel), especificandocaracterísticas tales como:

a. Minimizar el número y alcance de conexiones de tuberías de pequeñodiámetro.

b. Aumentar la resistencia mecánica usando tuberías de mayor diámetro (porejemplo, 50 mm (2 pulg)).

c. Combinar las conexiones múltiples en una sola boquilla (con válvula) demayor tamaño, instalada en el recipiente.

d. Uso de empalmes en nudo más allá de los requerimientos señalados en elManual de Ingeniería de Diseño, referente a Requerimientos para el diseñode tuberías de proceso y servicios.

e. Provisión de válvulas de exceso de flujo o de orificios de restricción entuberías de pequeño diámetro, tales como las conexiones de instrumentoso de vidrios de observación de nivel.

� Provisión de instrumentación adicional, alarmas, dispositivos de seguimiento(por ejemplo, circuito cerrado de televisión, alarmas de vibración, detectores degas combustible o de incendios), para identificar situaciones potenciales deemergencia y accionar los dispositivos de alarma o correctivos.

� Diseño de los equipos de seguridad para su mantenimiento en operación, demodo que pueda llevarse a cabo su mantenimiento mientras se mantiene la




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planta protegida todo el tiempo (por ejemplo, instalando válvulas de seguridadde respaldo, bombas de agua contra incendios de respaldo, etc.).

� Provisión de protección contra incendios y de facilidades de emergencia enexceso, de los requerimientos de los documentos MIR No. IR–P–01, MIR No.IR–M–03 y MIR No. IR–M–04, por ejemplo, aumentado el espacio, facilidadesadicionales para protección o combate de incendios, minimizando laintegración, o bien, suministrando instalaciones adicionales para paradas deemergencia, aislamiento, despresurización, remoción de inventariosinflamables, etc.




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