sistemas de alivio de presion

Sistemas de alivio de Sistemas de alivio de presiónpresión

Los equipos que componen una planta de proceso Los equipos que componen una planta de proceso deben protegerse de sobrepresiones causadas por deben protegerse de sobrepresiones causadas por

circunstancias anormales. circunstancias anormales.

Los elementos más comunes son

•Válvulas de seguridad y alivio: Válvulas que permanecen cerradas por acción de un resorte. Cuando la presión a la entrada vence la fuerza del resorte la válvula se abre descargando hacia un lugar seguro. Se calibran para que abran a la presión de diseño del recipiente que protegen

•Discos de ruptura: Elemento fusible que se instala en una boca del recipiente, calculado para que rompa a una presión algo menor que la que soporta el recipiente

•Válvulas de presión y vacío. Para protección de tanques atmosféricos. Poseen clapetas que abren a muy baja sobrepresión o vacío permitiendo aliviar gases o admitir aire en el tanque

Elementos de protección contra Elementos de protección contra sobrepresionessobrepresiones

Válvulas de seguridad y alivio Válvulas de presión y vacío

Discos de ruptura

Código ASME: Obligatorio en USACódigo ASME: Obligatorio en USADefine algunos requerimientos de protección contra sobrepresionesDefine algunos requerimientos de protección contra sobrepresiones

Presión de operación: es la presión normal de trabajo del equipo. La que se Presión de operación: es la presión normal de trabajo del equipo. La que se obtiene del balance de masasobtiene del balance de masas

Presión de diseño: Todos los procesos pueden tener fluctuaciones Presión de diseño: Todos los procesos pueden tener fluctuaciones consideradas normales y para las que se desea que la planta continúe consideradas normales y para las que se desea que la planta continúe operando. Suele fijarse como un cierto % de la presión de operación (Por operando. Suele fijarse como un cierto % de la presión de operación (Por ejemplo 10% o 2 kg/cm2 , lo que sea mayor)ejemplo 10% o 2 kg/cm2 , lo que sea mayor)

Presión máxima admisible de trabajo (maximum allowable working Presión máxima admisible de trabajo (maximum allowable working pressure). La fija el diseñador mecánico. Puede ser algo mayor que la pressure). La fija el diseñador mecánico. Puede ser algo mayor que la presión de diseño debido a la utilización de espesores standard de chapapresión de diseño debido a la utilización de espesores standard de chapa

Presión de prueba hidráulica: Por código= 1.3 x p. diseñoPresión de prueba hidráulica: Por código= 1.3 x p. diseño

DiseDiseño de un sistema de alivio de presionesño de un sistema de alivio de presiones

EtapasEtapas Determinación del caudal a aliviarDeterminación del caudal a aliviar Selección del tipo de dispositivoSelección del tipo de dispositivo Cálculo del área de alivioCálculo del área de alivio Diseño del sistema de descarga a atmósferaDiseño del sistema de descarga a atmósfera

Determinación del caudal Determinación del caudal a aliviara aliviar

Determinación del caudal a aliviarDeterminación del caudal a aliviar

Hipótesis de contingencia única:Hipótesis de contingencia única:

Se deben analizar todas las hipótesis de Se deben analizar todas las hipótesis de contingencia y elegir la más crítica. Se supone contingencia y elegir la más crítica. Se supone que las contingencias no ocurren en forma que las contingencias no ocurren en forma simultáneasimultánea

Se excluyen las fallas latentesSe excluyen las fallas latentes

Determinación del caudal a aliviarDeterminación del caudal a aliviarCaso de fuego externoCaso de fuego externo

Determinación del caudal a aliviarDeterminación del caudal a aliviar Caso de fuego externo Caso de fuego externo


Aeroenfriadores: un caso complicadoAeroenfriadores: un caso complicado Mucha superficie expuesta al fuego, pero en el caso de los Mucha superficie expuesta al fuego, pero en el caso de los

condensadores el volúmen líquido que contienen es pequeño. En condensadores el volúmen líquido que contienen es pequeño. En ciertos casos puede que ese líquido, totalmente vaporizado sea ciertos casos puede que ese líquido, totalmente vaporizado sea un porcentaje pequeño del volumen de vapor del sistema.un porcentaje pequeño del volumen de vapor del sistema.

API 521 no da ninguna recomendación, pero sugiere analizar:API 521 no da ninguna recomendación, pero sugiere analizar: Considerar como superficie mojada solo la superficie sin aletasConsiderar como superficie mojada solo la superficie sin aletas Para condensadores tomar el 30% como superficie mojadaPara condensadores tomar el 30% como superficie mojada Considerar reemplazar 21000 por 12000 en la fórmula de QConsiderar reemplazar 21000 por 12000 en la fórmula de Q Analizar instalar el equipo con pendiente para facilitar el drenajeAnalizar instalar el equipo con pendiente para facilitar el drenaje API 521 ed 2007: considerarlo como pipingAPI 521 ed 2007: considerarlo como piping


Una vez calculado el flujo de calor, se debe traducir en un caudal a aliviarUna vez calculado el flujo de calor, se debe traducir en un caudal a aliviar Si se trata de un fluido que se vaporiza W= Q/Si se trata de un fluido que se vaporiza W= Q/ll Líquidos: considerar la expansión térmica: gpm= B.Q/500.g.cLíquidos: considerar la expansión térmica: gpm= B.Q/500.g.c B= coef expansión cúbica por °FB= coef expansión cúbica por °F

Q= BTU/hQ= BTU/h

C= BTU/lb°FC= BTU/lb°F

g= grav específicag= grav específica

Fluido cerca del punto crítico

Aproximación: tomar l= 50 BTU/lb cerca del punto crítico


La evaporación del líquido contenido en el recipiente es lo que permite La evaporación del líquido contenido en el recipiente es lo que permite evacuar el calor recibidoevacuar el calor recibido

En el caso de los recipientes que no contienen líquido, la falla se produce En el caso de los recipientes que no contienen líquido, la falla se produce por alta temperatura del material. El único recurso es despresurizar el por alta temperatura del material. El único recurso es despresurizar el equipo para reducir la presión a la que está sometido y enfriar con agua equipo para reducir la presión a la que está sometido y enfriar con agua externamente (recipientes con gas o fluidos supercríticos)externamente (recipientes con gas o fluidos supercríticos)

Despresurización: Típicamente reducir la presión un 50% en 15 minutos

Tener en cuenta la entrada de calor por el fuego, cambio de densidad del vapor durante la despresurización y flasheo de líquidos que pudieran estar en el sistema (usar módulo de Hysis)


Expansión térmica de líquidos confinados

(Ej tramos de cañerías que pueden quedar bloqueados llenos de líquidos)

En general se pone una válvula de alivio de ¾” x 1”.

En grandes pipelines estimar la entrada de calor y calcular el caudal a aliviar por dilatación térmica

Determinación del caudal a aliviarDeterminación del caudal a aliviar Condiciones de proceso Condiciones de proceso

Limitadores de caudal (orificio de restricción)Limitadores de caudal (orificio de restricción)

W=2140.Ko.A. Δp.D

Caudal a través de un orificio

líquidos

A= área i2

D= densidad (lb/ft3)

W= lb/h

∆p= psi

Ko= coef de orificio


Caudal a través de un orificioCaudal a través de un orificio

Gases o vapores Gases o vapores 1 1

12.Ko.A.p1.λW=Ko.A.λ. p .D =

R.T

12 /

2 2

1 1

k

k-12 2crit 1 2crit

1544

24061

2si p <p =p usar p para el calculo de

k+1

kk

k

RM

p pk

k p p

Caudales a través de una válvula globoCaudales a través de una válvula globo(valores en lb/h)(valores en lb/h)

VAPOR AIRE O N2 Presión de entrada(psig)

11 165 495 82.5 110 137.5

Tamaño ½” 213 1400 3860 1240 1590 1940 ¾” 373 2460 6760 2170 2780 3400 1” 604 3990 11000 3520 4510 5510 1 ½” 1420 9390 25800 8290 10600 13000 2” 2350 15500 42600 13700 17500 21400 3” 5170 34100 93800 38600 38600 47100

AGUA ∆p a través de la válvula (psi)

55 82.5 110

½” 21500 26300 30300 ¾” 37600 46100 53200 1” 61000 74700 86300 1 ½” 144000 176000 203000 2” 237000 210000 33500 3” 522000 639000 73800

Determinación del caudal a aliviarDeterminación del caudal a aliviar Condiciones de proceso Condiciones de proceso


Si fuera necesario modelar la rotura del tubo, el cálculo puede ser complejo. Se debe analizar la capacidad de las cañerías que conducen el fluido de baja presión para aliviar el caudal, teniendo en cuenta posibles efectos de vaporización, aceleración de líquido etc


Explosiones:Explosiones:

No se pueden aliviar con válvulas de seguridad. Instalar discos No se pueden aliviar con válvulas de seguridad. Instalar discos de ruptura, que aún no siempre son efectivosde ruptura, que aún no siempre son efectivos

En caso de ser posible, aumentar la presión de diseño. En caso de ser posible, aumentar la presión de diseño. Típicamente para hidrocarburos, la presión durante una Típicamente para hidrocarburos, la presión durante una

explosión aumenta 7 veces. explosión aumenta 7 veces. Si la explosión ocurre a presión atmosférica (ej flare KOD) llega Si la explosión ocurre a presión atmosférica (ej flare KOD) llega

a 7 bar(a). Si se diseña el equipo a 4.5 bar(g) en la explosión a 7 bar(a). Si se diseña el equipo a 4.5 bar(g) en la explosión estaría por debajo de la presión de prueba hidráulicaestaría por debajo de la presión de prueba hidráulica


Vaporización súbitaVaporización súbita

Ejemplo típico: Agua o hidrocarburos livianos en hot oilEjemplo típico: Agua o hidrocarburos livianos en hot oil

Es muy dificil prever. Lo mejor es cubrir con procedimientos operativos

sistemas de alivio de presion

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