despresurizaciÓn dinÁmica con hysys 8.2.pdf
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DEPRESURIZACIÓN DINAMICA UTILIZANDO HYSYS 8.2
GENERALIDADES:
Vapor blowdown (despresurización) se aplica en equipos de alta presión en la
que las tensiones provocadas por la presión interna, el cual podría provocar
la ruptura y consecuentemente una catástrofe.
Las PSV no pueden utilizarse para despresurizar un equipo. las válvulas de
despresurización son accionados por el operador generalmente remotamente
desde una sala de control o desde un botón ubicado estratégicamente dentro
de las instalaciones; sin embargo ante la ausencia de supervisión (sala de
control) serán accionadas automáticamente por la señal del sistema de
parada de emergencia iniciado por fuego detección de gas. En el caso de
detección de gas, puede tomarse como una medida de precaución en función
del tiempo de duración de la alarma. Para instalaciones con una sala de
control, el funcionamiento de cualquier válvula de despresurización de
emergencia deberá ser posible desde la sala de control.
Despresurización de emergencia de un sistema de alta presión tal como un
lazo reactor puede tener un impacto en el diseño de tanto la unidad como el sistema de antorcha. Interna a la unidad, equipo temperaturas de proyecto
pueden verse afectados por el flujo de gas a alta temperatura durante la
despresurización. La capacidad de la llamarada también puede verse
afectado por los grandes, pero en declive, el flujo de gas que se produce
durante la despresurización. La presurización del cabezal de la antorcha
(embalaje) puede ayudar a equilibrar la cantidad de flujo máximo resultante
de la despresurización. El análisis dinámico se puede utilizar para reducir el
grado de conservador que de otro modo debe ser incorporado en el diseño
de estos sistemas.
CUANDO ES UTIL LA DESPRESURIZACIÓN
La despresurización es útil es los siguientes casos:
Fuego
La despresurización se utiliza para reducir la presión de los recipientes, equipos y tuberías debajo de la presión normal de operación para evitar la
ruptura causada por calentamiento fuego localizado.
Reacciones Químicas
Reacciones exotérmicas aceleran con el aumento de temperatura que
produce extremadamente altas tasas de liberación de energía. Los grandes
volúmenes de no condensables se pueden producir si la temperatura se
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eleva a excesiva niveles y reacciones de descomposición comienzan a
ocurrir. Alivio rápido es un requisito para hacer frente a posibles reacciones
incontroladas.
Despresurización controlada del recipiente reduce la presión interna y el
estrés en las paredes de los recipientes. También protege contra la posible
adición de combustible al incendio en caso de ruptura de los recipientes. El
diseño de los sistemas de despresurización debe reconocer los factores
siguientes:
Controles manuales cerca de la embarcación pueden ser inaccesibles
durante una emergencia.
Menos que lo previsto, los controles automáticos podrían fallar en una
dirección que impida despresurización (por ejemplo válvulas que no
cierran).
El inicio temprano de despresurización es deseable limitar el estrés
buque
niveles aceptables acordes con la temperatura de la pared buque como
consecuencia de un incendio.
La eliminación segura de los flujos de ventilación debe ser
proporcionada.
No se recomienda ningún crédito cuando las válvulas de seguridad se están dimensionados para la exposición al fuego.
Generalmente un fuego exterior no causa ruptura de un recipiente
debajo del nivel del líquido porque la temperatura de depósito del
recipiente está limitada por una buena transferencia de calor al líquido
en ebullición.
Estas precauciones pueden incluir una o más de las siguientes opciones:
Proporcionar instalaciones de protección contra incendios.
Considerar la necesidad de mejorar la protección contra incendios,
tales como rociadores de agua o sistemas de diluvio de agua instalados
por la publicación de la API 2030 o NFPA 15. Ningún crédito se va a
tomar en el tamaño de la válvula de alivio de presión para
instalaciones de aplicación de agua.
Proporcionar un sistema de despresurización de emergencia recipiente
para permitir despresurización de la vasija a 50% de la presión de
ajuste de la válvula de alivio o 100 psi (6,9 bar, 7 kg/cm2), el que sea
menor, en 15 minutos. La tasa de despresurización de emergencia se
debe determinar como se indica en API RP 521 (Tercera Edición),
párrafo 3.16. No tome un crédito por esa cantidad en el
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dimensionamiento de la válvula de seguridad requerido. Sin embargo,
un crédito se puede tomar para el alivio total de la cabecera de alivio.
Proporcionar un desagüe suficiente distancia de los buques y equipos.
Considerar la reducción de la tasa de entrada de calor del fuego y de la
tasa del buque aumento de la temperatura de shell mediante
aislamiento del depósito.
Considerar la reducción de la tasa de entrada de calor del fuego
mediante el aumento de la elevación del recipiente.
La simulación dinámica se puede utilizar para evaluar los sistemas de socorro por etapas. En algunos sistemas, como las estaciones de compresores de
alta presión, el equipo se despresuriza después de una parada de
emergencia en etapas. Este enfoque permite una llamarada más pequeña. La
simulación dinámica se puede utilizar para probar el sistema para verificar
que está bien diseñado.
La despresurización de algunos sistemas como por ejemplo equipos
dinámicos pueden requerir una especial atención, esta puede ser menor a 15
minutos debido a la perdida de presión de aceite en los sellos. El tiempo de
despresurización tiene que ser debe ser confirmar el tiempo con el
diseñador, con tanques de aceite de sello más grande, no puede ser
necesaria la despresurización.
CORRIENTE:
Nitrógeno
Presión: 2161 psia.
Temperatura: 62.6 °F
Flujo Molar: 2,205 lb/h
Despresurizar el recipiente que tiene las siguientes dimensiones:
Altura: 5 pies
Diámetro: 0.8957 pies
Inicie ASPEN HYSYS 8.2
Abrir “new case”
La ventana de lista de componentes será abierto. Haga clic en “create
Component list-1 y agregue Nitrogen a la lista
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Haga clic en “Fluid Packages” en la carpeta Panel de Navegación, luego haga
clic para agregar Peng-Robinson property package.
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Ahora, nos movemos al ambiente de simulación haciendo clic en el en el
botón Simulation del lado derecho.
Inserte una corriente de material “Material stream” desde el Model Palette
Haga doble clic sobre la corriente. En el “worksheet tab” introduzca la
temperatura de 62.6°F, 2161 psia y el flujo molar de 2,205 lbmol/h; si es
necesario se puede cambiar el sistema de unidades que se está usando en el
Unit set y luego en la espacio composición introduzca fracción molar 1 en
nitrógeno.
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En la barra principal “Home” haga clic en “Analysis l Depressuring
Haga clic en “Add” para crear “ Depressuring-Dynamics-1” luego clic en “Edit” para introducir los valores en el Depressuring Utility
Seleccione la corriente 1 en entrada “Inlets”. HYSYS automáticamente
calculará las dimensiones del recipiente; sin embargo podemos asignar las
dimensiones del recipiente. Se debe asegurase que el recipiente seleccionado
este en la posición vertical, Introduzca 5 pies de altura y 0.8957 pies de
diámetro y el resto de los valores serán calculado. Cabe destacar que el
volumen calculado en por el simulador corresponde al de un cilindro.
Para solucionar este inconveniente se debe sumar una longitud equivalente,
de tal manera que compense el volumen del casquete.
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Para recipientes cilindros verticales he determinado que se debe
sumar a la longitud del recipiente 1/6D y de esta manera se está
corrigiendo el volumen.
Por lo tanto ahora debemos agregar una altura de 5.149 pies y queda
corregido el área.
Haga clic en “Heat flux” ubicado en el lado izquierdo de la ventana se debe
cambiar la temperatura ambiente a 62.33°F. En el operating mode se encontraran los cuatro modos que presenta HYSYS:
- Fire Stefan Boltzmann; indica que la energía emitida por un objeto es
proporcional a la temperatura y al área, se debe conocer el modelo
detallado de radiación de calor y de convección forzada.
- Modelo Adiabático; es utilizado cuando se presenta una normal
despresurización de un recipiente o tubería, en este caso no existe
calor externo absorbido. El flujo de calor entre el recipiente y el fluido
interno es modelado acorde la caída de temperatura del gas. este
modelo es generalmente utilizado en compresores cuando es detenido
por el sistema de emergencia.
- Fire API 521: Toma en cuenta las ecuaciones mencionadas en la API
521, el flujo de calor es proporcional al área húmeda y al factor del
entorno. En nuestro caso haremos una despresurización debida a una parada de
emergencia, en donde no existe fuego externo (adiabático). Además el
modelo de perdida de calor será conducción especificando el espesor en
0,9843 plg.
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Haga click en “valve parameters” en vapor flow equation cambie a “General”;
luego entre el valor de Cd= 0.7 y el área de 4.9*10-2 plg2. Cd es siempre
menor que 1 y significa que tanto es menor el flujo del orificio comparado
con el área física
Haga click en “Operating conditions” cambie el “time step size” a 0,05
segundos y el tiempo de despresurizacióna en 100 segundos. Es importante
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señalar que la presión de operación debe ser la presión a la cual comenzara
la despresurización. Por ejemplo si fuera caso fuego la presión de operación
debería ser la presión de alivio de la PSV o la presión de diseño del
recipiente.
La despresurización está listo para calcular, ahora bien si nos hacemos click
en “options” podemos observar “PV Work Term Contribution” este parámetro mide el grado de isoentropico del proceso. Si se acerca a 1 es porque el
proceso es bastante isoentropico pero si se aleja de 1 el proceso es
isoentálpico para este caso vale 0. Se puede considerar 87% mínimo,
Cuando se trata de líquidos se pueden tomar valores aún más bajos hasta de
0.65 En el caso de la opción “Recycle efficiency” mide el grado de equilibrio
que se puede alcanzar en la operación; cuando está en 100% significa que el
proceso alcanzó el estado de equilibrio y en este punto la temperatura del
sistema es la más baja lo cual es bastante conservador tomar este valor.
Ahora nos movemos hacia “performance” y luego en “strip charts”; esta
carta tiene más de 20 variables y será algo confuso leer los resultados.
Debemos ajustar para que en las curvas solo aparezcan las variables de
interés. Hacer click en “create strip chart” y luego clic en “add variable” permitirá añadir las variables de interés en “depressuring Dynamics-1-DL
seleccionamos las variables: temperatura, presión y flujo de la variable
vapor. En el Performance tab, cambie el “Sample Interval” a 0.05 segundos
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Haga clic en “run”
Ahora podemos observar las curvas de los parámetros que normalmente son
importantes.
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Además se pueden observar los principales parámetros de la
despresurización en “Summary” “Performance”
En el “main flowsheet” haciendo clic en Depressuring-Dynamics-1 se puede observar el sub-flowsheet el cual contiene la información del recipiente así como también la data que puede ser exportada.