tesis quemador

8/18/2019 tesis quemador

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ES CUEL A SUPERI OR DE I NGENI ERI A ai l l MI CA

E I NDUSTRI AS EXTRACTI VAS

SELECCION Y DISEÑO DE ÜN

QUEMADOR ELEVADO

T E S I S

Pa r a o bt e ne r e l Tí t ul o de :

I NGENI ERO QUI MI CO I NDUS TRI AL

p r e s e n t a

Manuel Hernández Flores


2/166

INSTITUTO POLITECNICO NACIONA1

ESCUELA SUPERI OR DE I NGENI ERI A QUI MI CAE I NDUSTRI AS EXTRACTI VAS

S E L E C C I ON Y DI SEÍ J O DE UN

Q U E M A D O R E L E V A D O

T E S I S

pora obtener el ti tul o de :

INGENIERO QUIMICO BUSTKAL

p r e s a a t a

MA N U E L H E R N A N D E Z F L O R E S

o» , D. F. 1 9 8 4


3/166

LUI

ING.

ING.

T.-39

o»*»*,

. 5 w

MCKI I Mil \

L \ClUPi 1LI LIC. \

I NS T I T UT O P OL I T E CNI CO N A C I ON A LESCUEI A SUPERI OR DE INGENI ERI A QUI MI CA E I NDUSTRI AS EXTRACTI VAS

DIVISION DE SISTEMAS DE TITULACI ON

Meneo, D F !3 de Abn ] de j 9Q4

c MANUELHERNANDEZFLORES.PasantedeIngeniero QUIMICOINDUSTRIAL. Presente 1 9 7 9 - 1 9 8 3

El temadetrabajoy/otesisparasuexamenprofesional enlaopcion TESISTRADICIONAL INDIVIDUAL, espropuestopor elc ING. LUIS MATEOSILVAMARTINEZ... quienserael responsabledelacalidaddetrabajoqueustedpresente, referidaal tem̂ "

"SELECCIONYDISEÑODEUNQUEMADORELEVADO."el cual deberáusteddesarrollar deacuerdoconel siguienteorden

RESUMEN.INTRODUCCION.

I.- SISTEMASDEDESFOGUE.II.- CLASIFICACIONDELOSQUEMADORESDE CAMPOIII.- COMPARACIONDELOSMETODOSDECALCULOPARAEL DISEÑO

DEUNQUEMADOREl EVADO.IV.- METODODECALCULOPARAEL DISECODE UNQUEMADORELEVADO. V.- CALCULO DEL QUEMADOR ELEVADO PARA UNAUNIDADTRATADORA-


4/166

Kt qIo>u.o&o tnA&ututo Potct¿ c.ru.c.o UacA.ona¿

A iru. eAaueZa : La E. S. I. Q. I . E.

A todoi m-có compañeAoi que compa/itceAon lcu> -

atzoAMU y mome.ntoA cU^ZcaI ía en nueAtAoi cU oa

de. eAtu.cUa.ntzA.

A todoa nu> p/io{,tioKZA.

Mamet.

J unco de. 1984.


5/166

Como neconoc-uncento a mes padLAM

Vetea Flanea de H. y f Xcóeo HeAnández J. le,ó -

onezco con todo íí caAcño que Acento pon. eJUloi

este tn.aba.jo, el que. tal vez pana ellos sea un

(¡nato di la ¿em-ctla que AembnaAon con iu amen.,

apoyo, consejos, es(¡ueAzo y tantas otnas cosas.

CompaAto la ategnXa de kaben teAmcnado este -

tnabajo con nuj¡ henmanos : Estela, Constantino,

LetxcAjx. y Hícton, quienes me kan compn.encU.do en

m¿s eAn.oh.ek, pon. su apoyo monoJL, pon la (¡eJU.cc-

dad de están unidos.

A todos ñus (¡am-ctcaAes ¿es agnadezco iu.i palabnas,

iu amatad y canino; y aunque no nombno a nacUe.en

rru. mente están todos.

Como AeconocuMcento a su ejejnp&o Enasto y Lucac.

GnaCstai.

Manuel.

J unco de 19&4.


6/166

Aí pHjo{¡ej>o>1 o a u o k de eó-fe V i a b a jo, £e a g n a d e z c o

■ótu e n d é c a t u o n & i , ¿ u o h A .e .n ta c u. 6n y a p o y o , ¿A.n ¿ o

c u a l n o h u b e & i a M o J U .z a d o U t e t A a b a j o .

ING. LUIS MATEO SILVA

M.

A¿ ING. ERNESTOALFARCP . , n U m d i ¿ e n c in o a g n a d e c Á m c in t o

pon. ¿ u ofu.ejxtcLCj.6n y a p o y o p a r i a p o d e A é n ec J jx n . y t e A m i n a K

U t e , t n a b a j o .

A¿o¿ INGS. HONORATO(JRBAN C . y ERNESTO0R01C0 Mil l * . ,

¿ej> agnadízco íuj¡ ¿ugeAíncucu pana, ¿a mzjon. titzaJU Xri-JfM

de. utt tAabajo y también pon. aceptan. ¿eA pnx>¿0At!*i¿

¿enodaieA en me exi men pn.oí&¿-eona¿.

A todoi me-i compañZAoi dz¿ VepanXamentO itt TiiflP

de Se¿tma¿ ISIPPl) d&¿ INSTITUTO MEXZf / ' W‘ Ptl ¡

pon. iix ameitad y apoyo pana eZ dzianAOÍÍ o ' I


7/166

SE LECCI ON Y DI SE ÑO

DE UN QUEMADOR EL EVADO


8/166

C ONT E N I DO.

INTRODUCCION ........................................................................................................................... 3

I SISTEMAS DE DESFOGUE ..................................................................................................... 4

1. Selección del sistema de desfogue ..................................................................... 52 . Clasificación y características de

los sistemas de desfogue...................................................... 1 2

II CLASIFICACION DELOS QUEMADORES DECAMPO........................................................................................................................................55

1. Selección del tipo de quemador..............................................................................562. Clasificación de los quemadores de

campo....................................................................................................................................573. Quemadores elevados ................................................................................................. 574. Tipos de quemadores elevados ............................................................................ 58

5. Componentes de un quemadorelevado..................................................................

656 . Quemadores de p i so .......................................................................................................747. Quemadores sin humo.......................................................................................................80

III COMPARACION DE LOS METODOS DE CALCULO PARA EL DISEÑO DE UN QUEMADORELEVADO....................................................................................................................................83

1. Origen de las pruebas en los quem£

dores....................................................................................................................................

852. Resultados de las pruebas...........................................................................................853. Longitud einclinaciónde la flama.........................................................................89

RESUMEN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1


9/166

4. Fracción de calor radiado (factor-.................................................................................................................................92

5. Niveles de ruido....................................................................................................6 . Flujos de calor permisibles para -

exposición del personal ............................................................................. 9 9

IV. METODO DE CALCULO PARA EL DISEÑO -DE UNQUEMADOR ELEVADO..........................................................................................

1. Determinar las bases para los cálculos de diseño del quemador........................................................................1 1 7

2. Cálculo de la velocidad sónica délos gases desfogados (Vs.)........................................................... 118

3. Cálculo de la velocidad de salidadel gas (VE)..........................................................................................................118

4. Cálculo de la velocidad real del - flujo volumétrico en la punta de -la chimenea (acfs).............................................................................................118

5. Cálculo del diámetro de la chimenea ( d ) ..................................................................................................................119

6 . Cálculo de la longitud y desviación de la flama (Método de

----Brzutowski)............................................................................ 1197. Cálculo del Centro de la flama....................................................................1238 . Cálculo del flujo de calor permisi

bL e........................................................~ ..............................................................1249. Cálculo de la distancia del centro

de la flama al punto de intensidadp e r m i s i b l e ( D ) ...............................................................................................................................................................................-¡24

10. Cálculo de la altura del quemador......................


10/166

1. B a s e s d e d i s e ñ o p a r a e l c á l c u l o d e l

quemador..................................... 131

2. Cálculo de la velocidad sónica delos gases desfogados (Vs.) 132

3. Cálculo de la velocidad de salida -del gas (V E).................................................................................................................132

4. Cálculo de la velocidad real del - flujo volumétrico en la punta de la

chimenea (acfs)..........................................................................................................

1325. Cálculo del diámetro de la punta de

la chimenea (d)............................. 133

6 . Cálculo de la deflexión y desviaciónde la flama (Método de Brzustowski)...................................................................133

7. Cálculo del centro de la flama.............................................................................137

8 . Flujo de calor permisible ..................................................................................... 137

9. Cálculo del centro de la flama al

punto de intensidad permisible............................................................................

14010. Cálculo de la altura del quemador

(H).......................................................................................................................................142

11. Cálculo de la concentración máximade ĤS a nivel de p i so .............................................................................................144

APENDICE A ..............................................................................................................................150

CONCLUSIONES.......................................................................................................................

153

BI BLI OGRAFI A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155


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1

La eliminación de desechos en las industrias del petróleo ha -

adquirido gran importancia debido a las normas y necesidades del control

ambiental, por lo que es necesario seleccionar un sistema de desfogue -

adecuado. El propósito de un sistema de desfogue es el de llevar el

fluido desfogado hasta un lugar donde pueda ser descargado con segundad.

La selección de un sistema de desfogue está sujeto a varios

factores : propiedades del fluido a descargar, valor de este fluido, pe

ligros potenciales que pudiera ocasionar el sistema seleccionado, local_i_

zación de la planta, reglamentos locales de contaminación, etc.

En el caso particular del desecho de grandes cantidades de ga

ses y vapores flamables, el sistema de desfogue a quemador, es el método

más seguro de eliminar por combustión a estos gases y vapores. En la se

lección de un sistema de desfogue a quemador se debe analizar que tipo -

de quemador es el más conveniente. Los quemadores de campo se clasifi

can en : quemadores elevados y de piso. La diferencia principal es que

los quemadores de piso pueden quemar líquidos y gases y la combustión se

efectúa a nivel de piso, mientras que los quemadores elevados solo que

man gases a una gran altura.

La manera de eleminar el humo que se forma durante la combus

tión se logra generalmente mediante la inyección de vapor.

RESUMEN


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2

Para establecer un método de cálculo confiable para el diseño

de un quemador elevado, se compararon los valores experimentales obteni_

dos durante la operación de quemadores industriales, contra los result_a

dos obtenidos mediante algunos de los métodos de cálculo más conocidos;

de esta manera se establecieron los valores para el factor F, flujos de

radiación permisible para el personal y el equipo, niveles de ruido y -

el método más confiable para el cálculo de la longitud y deflección dela flama; con lo cual se determina la altura del quemador.

Amanera de ejemplo se dimensionó el quemador elevado para -

una planta tratadora y fraccionadora de hidrocarburos, con datos seme

jantes a algunas plantas de operación. Al final de los cálculos se de

termina la concentración máxima de gas tóxico a nivel de piso previendo

la situación critica de que se llegará a apagar el quemador.


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3

L a s refinerías y plantas petroquímicas desechan grandes canti

da des de gases y vapores tóxicos, ya sea durante l a operación anormal de

los e q ui po s o debido a la descarga que ocurre en una situación de emergen

c í a oc a s i o na da por alguna f a l l a .

La forma tradicional para la eliminación segura de grandes cari t i da de s d e gases y vapores flamables no deseados en la plantas químicas y

del petróleo, es mediante la combustión que se efectúa en un quemador el£

vado. Actualmente, los quemadores elevados han adquirido una importancia

adicional como un método de control industrial del medio ambiente, ya que

l a a a y or f a de los gases que anteriormente podían ser descargados directa-

■e r t e a l a atmósfera, ahora deben ser quemados.

EL diseño de un quemador elevado, no solo se relaciona con la

elioinatión de los gases desfogados, debe considerar también las. conse- -

copncias hacía el medio ambiente incluyendo : radiación térmica, produc

ción de ruido, concentración a nivel de piso de compuestos flamables y -

tóxicos. La Luminosidad de la flama, etc.

Todos estos factores están relacionados con el correcto dimen-

sicnamiento deL quemador elevado, lo cual permite resolver los tres prin

cipales problemas relacionados con la utilización de un sistema de desfo

gue a quemador : problemas económicos (inversión y costos de operación -

del quemador), problemas ambientales ( control de la contaminación) y prô

tiernas de seguridad durante la operación del quemador.

I NTRODUCCI ON


14/166

4

I . - S I S TEMAS DE DESF OGUE.


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5

I . 1 SE LECCI ON DEL S I S TEMA DE DESF OGUE

Para determinar el Sistema de Desfogue adecuado, se de

b e n considerar principalmente los siguientes factores del material

o materiales que podrían desfogarse.

A) Propiedades Físicas y Químicas

B) Propiedades Fisiológicas

C) Valor de Recuperación

A) PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS

Se debe analizar si existe algún cambio de fase, ya sea

vaporización de líquidos, o bien condensación de vapor, a causa de

una reducción de presión o como resultado de un enfriamiento.

La vaporización de líquidos volátiles puede resultar m

completa, a menos que sea suministrado el calor necesario para la -

vaporización mediante el equipo adecuado para adicionar calor.

Cuando se decida descargar compuestos diferentes a un -

cabezal común, se deberán evitar mezclas químicas que puedan reac-

I . SI STEMAS DE DESFOGUE


16/166

ci onar en el cabezal del Si stema de Desfogue.6

En forma general, es necesario analizar algunas propieda

des de loscompuestos que se van a desfogar, estas propiedades son - -

princi pa Imente:

- Temperatura de inflamación.

- Limite de explosión

- Temperatura de Ignición

- Temperatura de Solidificación

En algunos casos se deben analizar Las propiedades ante

riores para una mezcla o reacción resultante de compuestos diferentes.

B) PROPIEDADES FISIOLOGICAS

Las propiedades que se consideran principalmente son las

siguí entes:- Toxicidad - Humo

- Olor - Ruido


17/166

7

Se Les llama propiedades fisiológicas porque pueden da

ñar el organismo de Las personas. Aunque el humo y el ruido no son

propiedades de la materia a desfogar, se deben considerar como fact£

res de selección, ya que el Sistema de Desfogue seleccionado podria-

causar tanto humo como ruido.

a) TOXICIDA!/

El "limite de inicio tóxico" se define como la concentra

ción máxima en el aire de una substancia, a la cual un promedio de —

trabajadores puede ser expuesto por 8 horas diarias sin efectos noci

vos para su salud. Sin embargo, debido a las diferencias fisiológi

cas entre la gente, no todas Las personas podrían responder de la m_sma manera para una concentración dada de una substancia, es decr; lo

que podría afectar a una persona, podría no afectar a otra. En la -

Tabla I. 1 se presentan Los limites de inicio tóxico de algunas subs-

tancias.

b) OLOR

Las propiedades generales de algunos compuestos olorosos

y nocivos que emanan en la operación de las refinerías se encuentran

listadas en la Tabla I. 2. En esta tabla también se encuentra info_r

mación acerca de la concentración mínima que puede ser detectada por

su olor de la mayoría de los compuestos que desprenden olores carac-


18/166

Tabl a 1.1 Lí mi tes de ini ci o tóxi co para ciertas substanci as

Gasor VaporAceialdchydcAcctic ucidAcetic onhydridcAccioneAeróle inAcrylonitnleAlly) alcohol

PPM*200105

1,0000.5205

Ally! propyl diu illideArrimona 100Amyl acetate 200Amy l alcohol (ijoam yl alcohol) 100Aniluk. 5Arsin c , 0 05

Bcn nc (kx.nzo!) 35Ben?yl chloride 1Brominc 1Bulad itnc (1 1b ulid icn c) ! 000Butanonc (inclh yl c h\l kctone) 250Butyl ace tile tub u'y l acótate) 200B«tyi alcohol (nbm^nol) 100

5Butyl ccllosolvc (2 butoxyelh»-

nol) 200

Carbón dioxi de 5,000Carbón disu lfJc 20Carbón monoxide 100Carboa tctrachionde 25Cellosolve (2 elh ow cth ino l) 200Ccllo solv c a«,etatc (2 eihoxy

ethy l acu ate ) 100

Chlonne 1Chlonnc tnfluonde 0 1Chlorobenzene (monochlorobcn

xene) 75Chloroform (mch lorome thane) 1001Cbloro-1 mtropropane 20Chloroprcne (2 cblcro-1,3 buta

diene) 25Creso! (all isomcrs) 5Cydohexane 400C'clohexano) 100Cycl«Mio*on« 100Cydohexenc 400Cyclopropane 400

Diacetone alcohol (4 hydroxy4 meth yl 2 pentanone) 50

Diboranc 0 1oDichlorobenrcne 50Dichlorodifluoromethanc 1,000

1.1 Dichlorocthane 10012 Dich¡oroe(h\kn< 200Dichloro cthyl ether 15Dichloromonofluoromclhane 10001.1 Dich loro 1nitro* iba dc 10Dich loro ietrafi uoroc hane 1,000Dielh\ lamine 25Diíluorodibromomelhane 100Ditrob uljl letón" 50

Gaso r VaporDimelh ylamhne (N-dtmeth>lani

Une)DimethylsulfateDtoxanc (dieihylene dioxide)Eihyl acétateEthyl alcohol (ethanol)Elh> lamineEihylbcnrcneEibyl bromideEthyl chlondc

Eihy l etherEihjl fórmateEthyl silicatoEthylcnc ehlorobydrmEthylcned um inefcthylene dibromide {l,2dibro

moethane)Eihylene dichlondc (1,2-dichlo

roeihane)Eihylene imineEihykne oxideFhionncFloorotrichloromethaneFonnaldehydcGasoluie

51

100400

1,00025

200200

1,000400100100

510

5100

500Hcptaoe (nhep tane) 500Hexane (nhexane) 500Hcxanone (methy) butyl kc

tone) 100Hexone (methy) iiobutyl ke

tooe) 100Hydntzme 1Hydrogen bromtde 5Hydrogen chlonde 5Hydrogen cy anide 10Hydroecn fluonde 3Hydroge n peroxide, 90 per cent 1Hydrogen sclemd e 0 05Hydrogen sulfide 20Iodtne/jopboroneItapropylanune

01255

Mc ntyl oxide 50Methyl ace ute 200Me(h)l acety lene 1,000Me thy l alcohol (methano l) 200Me ihy l bromide 20Me thyl c cllos olvc (2 mcthoxy-

ethanol) 25

Methyl cellosolve acetate (ethylene glycol monomclhyl elher«télale) 25

Methyl chlor idc 100MethyI¿1 (dimethorymethane) 1000Meth yl chlo roform (1 1,1 tn

chloroethane) 500Methylc>clohexine 500Meihylcywlohexanoi 100

Gas or Vapor PPM*Methylcyclohcxanone 100Me thyl tormate 100Me t hy l í s o b u t y l c a r b i no l

(meth yl amyl alcoho l) 25Mcthylcne chlonde (dichloro-

methane) 500

200500

0C01

05100

Naphlha (coal tar)N̂phtha(petrolcum)Nickel carbooyl/>Nitroamlioe

NitrobenzencNitroethaneNiirogen dioxidcNilroglycennNitromcthane2-Nitropropane 50Nitrotolucne 5Octane 500Orone 0 1

Pentane 1,000Pentanone (methyl propyl ke

tone) 200PerchloretbylcDC (tetrachloro

cth viene 1 200Phcnol 5Phenylhydraztne 5Pho’igene (carb ón}l chlonde) 1

005Phospnorus uicb lond e 0 5

Prop>l acetate 200Propyl alcohol (iropropyl aleohol) 400

Propyl ether (iiopr opy l ether) 500Propylene dichlonde (1,2-di

chloropropane) 75Propy lene imin c 25Pyndine 10

Quíneme 01

Stibme 01Stoddard solv ent 500Styrene monomcr (pbenvleüiyl-

ene) 200Su lfur dio\ide 10SuKur hexa fluor ide 1,000Sulfur monocbloridc 1Su lfur pentaflu onde 0 025

pTe rtiaryb ui>ltoluc nc 101,1,2,2 Tetrachlo roe thane 5

Tetranitromcthanc 1Toluc ne (to luo l) 200oToluidtoe 5Trichloroethyleoe 200Triíluoromonobromomethane 1,000Turpcntine 100

Vinyl chlonde (chloro etbylen c) 500

X) ienc (xy lol) 200


19/166

9

Tabl a 1. 2 (conti nuaci ón)

M j perDust, Fume or M iil Cu M tAldrm (1,2 3,4 1010 hexachlo-

ro-1,4 4a 5 8 8a hexahydro I,4,5 8-dimcthanonaphth3lcDe) 0 25

Amma te(ammomu msulfama c) 15Antimony 0.5Arsenic 0 5

Banum (soluble compounds) 0 5

Cadmium oxide fume 0 ICblordane (1,2 456,78,8-octa-

chtoro 3a 4,7 7a tctrahydro-í,

7 methano iml ine) 2Chlorinatcd dipheoyl oxide 0 5Chlorodiphcnyl (42 per centChtorta*) 1CifomM acid and chromates

(a* CrO.) 0 1Cra* herbicidc (sodium 2 [2.4-

dichlorophenoxy] ethanol hy-droten sulfate 15

Cyaoide (asCN) 5

2,4 D(2.4-d*chiorophenoxyacelie acid) . 10

Dtcldnn (1 2 3,4 10 10-hcxachlo-ro-é,7-epoxy 1,4 4a,5,6 7 88aoctahydro 1,4,5 8 dimeihano-napbthalcne) 0.25

Dio itro tolu ene 1-5Dinitro-o-crtsoJ 0.2

EPN (O-ethyl O p-mtrophenyl

thiODObcnzenephosphonatc) 0JFerrovanadium dust IFluonde 2-5

Hy4ro**taen« 2Iro« oxide fume 15

M* perDust. Fume or Mist C uM fMacncsium oxide fume 15MaUihion(0 O-dimeihyldilhto

phosphate oí diethyl mcrcaptosuccinate) J5

Manganeso 6Mcrcury 0 1Mcr cury (orpa^ic compounds) 0 01Mclhoxychlor (2,2-di pmeth

oxyphcnjl 1,1,1 tnchloroeihane) 15

Molybdenum(soluble compounds) 5

(inso lublc compound s) 15Paralhicn (O O-diethyl O p nitrophenyl thiophosphate) 0l

Pcnt achí oro njp hih aleñe 0 5Pentachlorophenol 0 5Phosphorus (yello wi OiPhosphoru* pentachlonde 1Phosphohu pentasulfide 1Picnc acid 01Seiemum compounds (as Se) 01Sodium hydroxtde 2Sulfunc acid 1TEDP (lelracthyl dithionopyro

phosphate) 0 2TEPP (tetracIhyl pyrophos

pha tc) 0 05Tellunum 01Te tryl (2,4 6 tnm irupb enyl

methylmtraminc) 15

Tilamum d loxidc 15Tnchloronapblhalene 5Tnmuoto lucne 1-5Uramum

(so luble compounds) 0 05(Insolu ble cotnpound» ) 0 25

Vanadium(V.O» du sl) 0 5(V.O . fume/ 0 I

Zin c oxide fume» 15Zuconium compounds (as Zr) 5

Radio achv iiy For pe rm isibl e cor»-ccntrations oí radioisotopcs tn air if-‘Máximum Permisible Amounts of K*dioisotopcs m the Human Body and Max»mum Permissible Concentrations in \ rand Water Hindbook


20/166

áSs

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Si I


21/166

11

c) HUMO

En la selección de un Sistema de Desfogue que produce hu

mo como consecuencia de la eliminación del material desfogado, el hu

mo es considerado un gran problema. En la sección correspondiente aSistema de Desfogue aQuemador se tratan los métodos de regulación y

eliminación de humo. (Cap. II).

d) RUIDO

El ruido que se genera a causa del Desfogue de gases o -

vapores a altas velocidades podría causar problemas, dependiendo de -

su intensidad y de la distancia a la que se encuentre la persona ex

puesta. Estos problemas son específicamente la pérdida potencial del

sentido del oído, o también causar molestias en áreas circunvecinas a

donde se realice el desfogue. Los problemas y niveles de ruido se —

tratan en el capitulo II I. 5.

C) VALOR DERECUPERACION

El valor económico de los desechos de una refinería u —

otra planta podrían garantizar un significado especial para que sean

recuperados o recirculados al proceso, como en el caso de los solven

tes costosos que son recuperados y tratados para ser utilizados nue—

teri sti cas.


22/166

12

La e v a l ua c i ó n e c o nó mi c a de l a I ng e ni e r í a pu e de d e t e r mi

nar si el v al or de r e c upe r a c i ón de l ma t e r i a l j us t i f i c a l a i ns t a l a —

c i ó n d e un s i s t e ma de r e c upe r a c i ó n o e s má s c o s t e a b l e d e s h a c e r s e de

a l g una ma ne r a d el ma t e r i a l d e s f o ga do.

I. 2 CLASI FI CACI ON V CARACTERI STI CAS DE LOS SI STEMAS DE

DES FOGUE

Los S i s t e ma s de De s f o g ue pue d e n s e r c l a s i f i c a d os de l a

s i g u i e nt e ma ne r a :

1 . - De s c a r g a At mo s f é r i c a

2 . - De s f o g ue a un S i s t e ma d e me n or pr e s i ó n

3. - Si s t ema de Des f ogue a Quemador

I . 2. 1 DES CARGA ATMOSF ERI CA

En muc ho s d e l os c a s o s , e l v a p or q u e o c a s i o na s o br e p r e -

s i ó n pue d e s e r de s f o g ad o d i r e c t a me n t e a l a a t mó s f e r a . La d e s c a r g a

a t mos f é r i c a of r e c e v ent a j a s s i g ni f i c a t i v as s obr e ot r o s mé t o dos a l —

t e r na t i v os d e de s f o gue , de bi do a s u i nhe r e nt e s i mpl i c i da d, c onf i abi _

l i da d y econ omí a .

vament e en pl ant as de reacci ón con fur f ural y en pl ant as de acetona.


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13

La decisión de descargar hidrocarburos u otros vapores -

peligrosos a la atmósfera requiere especial atención para asegurarse

de que la descarga puede ser efectuada sin originar ningún tipo de -

peligro, como podría ser :

A) Formación de mezclas flamables a nivel de pisoo de estructuras elevadas

ED Exposición del personal a vapores tóxicos o -productos químicos corrosivos

C) Ignición en el punto de emisión de las comentes desfogadas

D) Niveles excesivos de ruido

E) Contaminación del aire

A) FORMACIONDE MEZCLAS FLAMABLES

Para evaluar los peligros potenciales a causa de mezclas

flamables que resulten de la descarga atmosférica de hidrocarburos,

e, estado físico del material desfogado es de primordial importan

cia, ya que el comportamiento de una emisión de vapor es completamente diferente a de un liquido desfogado.

Entre estos dos extremos están aquellas situaciones que


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14

comprenden a las mezclas liquido-vapor, en las cuales se puede for

mar brizna o rocio. El vapor, el rocío y el liquido presentan cada

uno aspectos especiales que determinan el nesgo que viene asociado

con el desfogue atmosférico.

A. 1 EMISION DE VAPORES DE HIDROCARBUROS.

Cuando se descargan hidrocarburos gaseosos a la atmósfe

ra se pueden formar mezclas flamables a la salida de la válvula de -

relevo, debido a la mezcla que resulta de los vapores de hidrocarbu

ros con el aire ambiente.

El que una mezcla vapor - aire pueda ser desfogada a ni

vel de piso ó en un punto donde la ignición de la mezcla pueda resul

tar peligrosa para el personalo el equipo, dependerá principalmente

de que el material desfogado se encuentre mezclado completamente con

aire y esté diluido a una concentración segura.

Una evaluación completa requiere considerar los siguien

tes aspectos :

Velocidad y temperatura del gas de salida

Peso molecular y cantidad del gas de salida


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15

Condiciones metereológi cas prevalecientes, especialmente cualquier condición adversa peculiar del lugar.

Topografía y presencia de estructuras cer canas

Elevación a la cual la emisión entra a laatmósfera.

Una velocidad elevada de la salida del gas es benéfica para

lograr una dispersión rápida. Esta dispersión es lograda debido a -

la mezcla turbulenta que resulta de la disipación de energía en el -

momento de la expulsión del chorro. En una válvula que se encuentra

descargando cercana a su capacidad total, el vapor logra alcanzar —una velocidad de descarga superior a 500 pies/ seg.

Una investigación técnica acerca de la descarga de flujos -

en aire en calma (4*), indica que los gases con velocidades de 500 -

pies/ seg o más, tienen suficiente energía en el flujo para provocar

mezclas turbulentas con aire y efectuar la dilución de acuerdo a la

ecuación I. 1

* B i b l i o g r a f í a


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16

W = Mezcla vapor-aire (Ib/ hr), a la distanciaX de el final de la tubería.

Wo = Descarga del dispositivo de relevo (lü/ hr)

X = Distancia a lo largo del final del eje deltubo, a la cual va a ser calculada W.

D = Diámetro en el final del tubo, en las mismas unidades que X.

Se ha encontrado con la ecuación I. 1 que la distancia

X desde el punto de salida,hasta la distancia a la cual los hidro

carburos desfogados a la atmósfera comunmente son diluidos a su li_

mite flamable inferior (a una concentración del 3%en peso aproxi

madamente), ocurre aproximadamente a 1 2 0 veces el diámetro de el -

final del tubo de descarga, medido a lo largo del eje.

En conclusión cuando Los vapores de hidrocarburos son

diluidos con aire a 3%en peso aproximadamente, la concentración -

de la mezcla flamable estará por debajo del limite flamable más ba_

j o.

Para los hidrocarburos ligeros los limites varían entre

3 y 3.6%en peso. Cuando se expresan en base volumétrica, represeji

tan 5.3 y 1.2%volumen respectivamente. En el caso de aquellos co£

Donde:


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17

puestos que no tienen características de combustión similares a los

hidrocarburos ligeros, la distancia confiable para una mezcla flam£

ble puede diferir considerablemente de 1 2 0 veces el diámetro menci£

nado anteriormente.

Basado en estos datos, se puede concluir que cuando sean

logradas velocidades elevadas de descarga, el peligro de que existan

concentraciones flamables cercanas a nivel de piso será i nsi gpi f i ca_n

te si el punto de descarga ocurre a una gran altura. Es frecuente -

que La altura requerida este determinada por la proximidad de estru£

turas elevadas. El equipo adyacente deberá estar por debajo del pu£

to de descarga o a una distancia horizontal suficientemente alejaoa

de cualquier posible mezcla flamable.

Sin embargo, ya que cualquier sistema es diseñado para

lograr una velocidad de descarga especifica a condiciones njáximas, -

el sistema puede llegar a tener una velocidad de descarga menor a la

máxima y llegar a ocasionar concentraciones más altas en puntWS de -

interés (de peligro), ya sea a nivel de piso o a una gran altura.

No obstante que una velocidad elevada de descarga es ca

racterística de una válvula de relevo cuando fluye a su capacidad to

tal de diseño, no se puede asumir que una válvula de relevo estará o_

perando a su capacidad total en todo momento, es decir qué aunque la


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18

descarga inicial puede ser a una velocidad elevada, una vez que haya

abierto el resorte ajustado de una válvula de seguridad, la fuerza -

cinética del fluido será suficiente para compensar (balancear) la —

fuerza de ajuste del resorte hasta que el flujo haya disminuido, pe

ro pueden seguir ocurriendo descargas menores hasta que las condicio

nes que ocasionaron el desfogue sean corregidas.

A. 2 EMISION DE ROCIO

En este caso, el rocío que esta considerando es el que-

resulta de la condensación que sigue a las emisiones de vapor. La -

pulverización fina que resulta del desfogue de corrientes que conti_e

nen líquidos se considera en la emisión de líquidos.

El rocío del vapor condensado e%finamente dividido; el

diámetro de las gotas es menor que 0 . 0 1 n». ( 1 0 u ) y algunas gotitas

de diámetros mayores a 0 . 0 2 mm. ( 2 0 » ).

El que los vapores se condensen en cantidades aprecia—

bles en el momento de ser descargados a la atmósfera depende de:

Composición de la corriente (de la cual depende sutemperatura de rocío).

- Temperatura atmosférica

Velocidad de salida


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19

En muchas ocasiones se asume que cuando la menor tempera

tura atmosférica esperada se encuentra por abajo de la temperatura -

de rocío de uno de los hidrocarburos del vapor a desfogar, ocurrirá

una condensación insignificante. Sin embargo esta aproximación no —

considera dos aspectos relacionados con el desfogue de vapor: si el

vapor es descargado a través de una válvula de seguridad, existirá -

sobrecalentamiento y se minimizará la tendencia a la condensación —en la zona más rica, que viene aser el punto de emisión. Aún más —

importante es el efecto de la dilución de los componentes ligeros -

(presentes normalmente en las descargas de las válvulas de segundad)

al mezclarse con el aire ambiente.

Cuando condensa la descarga de vapor de una válvula de S£

guridad, se deben analizar las consecuencias que puede ocasionar laformación de una atmósfera flamable. Si el rocío se enciende puede -

propagar el fuego, sin importar que el líquido no sea lo suficiente

mente volátil para ocasionar que se forme una cantidad apreciable de

vapor a la temperatura ambiente. Por lo que el rocío de líquidos - -

flamables puede presentar peligro aún en temperaturas inferiores a -

la temperatura de rocío.

Basado en las características de dispersión y combustión

del rocío, se puede concluir que mientras el condensado permanezca -

finamente dividido y sea transportado por el aire, la mezcla puede -


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20

ser tratada como si estuviera vaporizada completamente (con respecto

a su flamabilidad y dispersión). Debido al tamaño tan pequeño de -

las gotas, el uso de los métodos descritos en el párrafo referente a

Emisión de Liquido dan una aproximación de la concentración a dife

rentes distancias del punto de emisión.

A. 3 EMISION DE LIQUIDO

Adiferencia de tas descargas a la atmósfera de vapor o

rocío que se dispersan rápidamente en el aire, el liquido cae al sue

lo. Pero si en el liquido descargado se encuentran presentes compo

nentes volátiles, estos podrían ocasionar una atmósfera flamable.

Sison descargadas cantidades apreciables de hidrocarburos líquidos a la atmósfera, ya sea a su temperatura ambiente sobre

La temperatura de inflamación del liquido, el riesgo de que se ong_¡_

ne fuego o una explosión puede ser considerable.

Los liquidos que tienen una temperatura de inflamación -

mayor a la temperatura ambiente máxima esperada, teóricamente no se

vaporizarían lo suficiente para formar una atmósfera flamable, sin -

embargo, la pulverización de substancias combustibles, que debido al

aire se van extendiendo, podrian causar complicaciones en una situa

ción de desfogue en condiciones de emergencia. También se podrian -


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21

originar pequeños fuegos si el liquido entra en contacto con equipos

o lineas muy callentes, por lo que generalmente se recomienda que to

da descarga de corrientes líquidas se haga por alguno de los métodos

sigui entes:

- Enfriamiento Directo ó Apagado (Direct Quench)

- Descarga Sumergida

- Condensación indirecta o Enfriamiento

En resumen, para cualquier sistema que contenga líquidos

fLamables se debe hacer un análisis riguroso de las diferentes cau

sas que podrian causar sobrepresión. Las causas de sobrepresión a- nalizadas se deben considerar en el diseño de las válvulas de rele

vo de presión de descarga atmosférica.

Deben ser determinadas todas las posibilidades que podrí

an permitir al liquido llegar a la entrada de la válvula de relevo

y además tomar medidas de segundad apropiadas para prevenir esta -

situación.

B) EXPOSICION AVAPORES TOXICOS 0 PRODUCTOS QUIRICOS CORROSIVOS.


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22

Apesar de que la mayoría de los vapores resultan nocivos

si se respiran a una concentración alta, también la mayoría presen

ta solo un pequeño o ningún riesgo para el personal cuando la des

carga de estos vapores se hacen en un lugar alejado.

El promedio de las personas puede tolerar periodos cor

tos de exposición a casi todos los vapores de hidrocarburos a nive

les de concentración equivalentes al límite flamable más bajo. Por

lo que si los dispositivos de relevo son diseñados y colocados para

evitar una atmósfera flamable, los resultados de la inhalación de -

estos vapores en lugares cercanos, no serían perjudiciales para las

personas.

Sin embargo, ciertas corrientes de una refinería podrían

contener vapores muy peligrosos a concentraciones extremadamente -

pequeñas, por ejemplo: Los vapores ĤS en concentraciones arriba de

1000 ppmpueden causar inconciencia en pocos segundos. Esta conceri

tración es aproximadamente un décimo de las concentraciones que re

presentan los límites flamables inferiores de cualquier hidrocarburo.

B. 1 VAPORES TOXI COS.


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23

Por lo anterior, cuando se encuentren presentes substan

cias tóxicas similares al ĤS en una corriente desfogada, se debe

rá hacer un estudio para predecir la concentración máxima en las -

corrientes de viento cercanas al nivel del suelo para cualquier —

lugar donde el personal pudiera estar expuesto. También debe darse

especial atención a estructuras elevadas adyacentes que pudieran -

quedar ubicadas dentro de la trayectoria de la nube de vapores y -

que por consecuencia estarían sujetas a concentraciones relativa

mente altas.

Cada situación donde puedan ser descargados vapores tóxi

eos a la atmósfera requiere un cuidadoso análisis, ya que la máxi

ma concentración tolerable depende de la substancia desfogada y del lugar donde se realice el desfogue.

Es también de gran importancia la duración probable de -

un desfogue. La mayoría de los desfogues de emergencia pueden ser -

controlados en un lapso de 5 a 10 min. La duración de una emergencia

variará dependiendo del tipo de proceso y de los equipos relaciona

dos en el desfogue.

La concentración de vapores tóxicos en cualquier lugar —

puede ser estimada básicamente por el mismo procedimiento seguido -

en la ecuación de Emisión de Vapor para el cálculo de la dispersión

de vapores flamables.


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24

La ecuación 1-1 es aplicable si la velocidad de descar

ga excede a 500 pies/ seg., sin importar si la emisión completa o -

sólo una pequeña fracción de la corriente es tóxica. En el caso —

de que sólo sea una pequeña fracción, La cantidad usada en la fór

mula de dispersión representará solamente al contaminante.

Esta velocidad puede ser alcanzada por una dilución de30 veces La concentración inicial mediante la turbulencia que se

produce en la mezcla a distancias de 120 veces el diámetro. Las -

concentraciones en puntos fuera de esta distancia deben ser deter

minadas mediante La ecuación I. 1.


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25

B. 2 PRODUCTOS QUIMICOS CORROSIVOS

Los productos químicos corrosivos pueden ocasionar gran -

daño al personal y al equipo de la planta si son descargados direc

tamente a La atmósfera.

Cuando los sistemas del proceso contienen líquidos corrosivos, la descarga atmosférica será insegura, a menos que las válvu

las sean instaladas en lugares donde las descargas no puedan oca

sionar peligro. Gran parte de las consideraciones hechas con res

pecto a desfogue líquido son aplicables a los productos químicos -

corrosivos.

C) IGNICION DE LA CORRIENTE DESFOGADA ENEL PUNTODE LAEMISION.

C. 1 CAUSAS DE LA IGNICION

La posibilidad de que ocurra la ignición accidental de la

corriente de desfogue de una válvula de relevo, como podría ser el

caso de la ignición de una descarga de hidrocarburos en fase vapor, puede ser analizada de una manera más completa en función de

las cuatro posibles causas de ignición:


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26

a) Flamas al descubierto o superficies calientes

b) Relampagueos

c) Eléctricidad estática

d) Autoigmción

a) FLAMAS AL DESCUBIERTO 0 SUPERFICIES CALIENTES

La posibilidad de que existan flamas al descubierto o bien

superficies calientes, en áreas circundantes al punto de emisión, es

conocida o puede ser determinada con anticipación. Por lo que los -

puntos de emisión deben ser analizados para evitar que se forme unaatmósfera flamable que pueda llegar a las fuentes de ignición.

La ignición a causa de flamas al descubierto o superficies

callentes puede ser evitada mediante la selección apropiada del lu

gar de emisión y también considerando para el diseño de desfogue,

las condiciones máximas de emisión.

b) RELAMPAGUEOS

En algunas ocasiones se han encendido las corrientes des

cargadas a la atmósfera debido a los relámpagos que se originan en


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27

las tormentas. Pero la probabilidad de que ocurra simultáneamente

un relámpago con la apertura de una válvula de relevo es práctica

mente nula.

Tanto las descargas intermitentes que se repiten conti

nuamente, como Las descargas continuas que se producen en las vá_L_

vulas de relevo, incrementan la probabilidad de una ignición a -

causa de un relámpago.

c) ELECTRICIDAD ESTATICA

Durante la descarga atmosférica de una válvula de rele

vo se puede desarrollar la carga estática suficiente para provo

car una chispa (debido a una alta velocidad de descarga) y por -

consiguiente la ignición. De la experiencia que se tiene de algjj

ñas compañías que descargan gas natural a la atmósfera a una alt£

ra baja, a presiones y flujos muy grandes, se deduce que es míni

ma la probabilidad de que se produzca La ignición del flujo de -

descarga debido a la electricidad que esté genera.

En casos especiales como en las corrientes con un alto

contenido de hidrógeno, las cuales son susceptibles a la ignición

debido a las descargas electrostáticas generadas en la orilla -


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28

rugosa de La salida del tubo de descarga, se puedereducir la pro

babilidad de ignición mediante la protecciónadecuada deLa saLida.

Tales descargas electrostáticas pueden ser evitadas me

diante la instalación de un anillo toroidal a La salida del venteo

atmosférico, ya que el anillo inhibe el flujo de corriente en La -

orilla del tubo de descarga.

d) AUTOIGNICION

Las corrientes de desfogue que al entrar en contacto con

el aire se encuentran sobre su temperatura de autoigmción, podrían

encenderse espontáneamente, a menos de que se enfrien lo suficiente

antes de que se forme la mezcla vapor- ai re. Por esta razón tales

corrientes, si se encuentran calientes, deben ser dirigidas a un eni

friador o torre de apagado (quench-tower). La ignición podría ser

tolerada solo si la descarga ocurriera en un lugar retirado de la -

planta (aislado) y donde no ocasionara ningún peligro, tanto al me

dio ambiente como a otras personas e instalaciones.

C. 2 LIBERACION DEENERGIA POR EXPLOSION

La liberación de energía a la atmósfera como consecuencia

de una explosión se puede deber a la ignición de una determinada -


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29

cantidad de gas acumulado. Esto podría causar duda con respecto -

a utilizar el Desfogue Atmosférico. Se debe cuidar que los gases

que van a desfogarse puedan tener alguna restricción, ya que el

grado de restricción provoca que la presión aumente y ocurra una -

ignición accdiental. El análisis de posibles restricciones debe -

incluir la proximidad de edificios o gran cantidad de equipos ubi

cados en una sola área, ya que esto ocasiona restricciones.

El riesgo potencial total a causa de restricciones esta

rá relacionado con la cantidad total del gas desfogado, ó más co

rrectamente, con La cantidad total de la mezcla ai re - hidrocarburo

cuya concentración se encuentre dentro del rango del limite flama-

ble en el punto de emisión. Si la velocidad del gas desfogado es

cercano a 500 pies/ seg., el volumen total puede ser calculado en - función de la relación del flujo de masa descargado y de la veloci_

dad inicial de salida.

C. 3 EFECTOS DE LA RADIACION

En el caso de que la corriente desfogada se llegará a

encender debido a cualquiera de la situaciones mencionadas, se debe tener en cuenta que en cualquier lugar donde sean desfogados -

gran cantidad de compuestos flamables, el calor potencial que se

liberaria seria el suficiente para justificar tener en considera

ción el efecto que causaria la radiación sobre el personal y los


40/166

30

equipos; no obstante que La ignición de Las descargas de las válvu

las de relevo no sea muy probable.

Una vez que hayan sido establecidos los niveles permsi

bles de radiación térmica, pueden ser calculadas las distancias -

requeridas para evitar niveles excesivos de radiación sobre Los -

equipos colocados relativamente cercanos al punto de emisión.

Los efectos de la radiación serán analizados más deta

lladamente en la sección correspondiente al Sistema de Desfogue a

Quemador.

D) NIVELES EXCESIVOS DE RUIDO

El ruido generado por una válvula de relevo cuando se eji

cuentra descargando a la atmósfera, puede ser suficientemente - -

fuerte para causar un daño permanente al sentido del oído en una -

sola exposición.

En un Sistema de Desfogue son dos las situaciones que —

podrían ser la causa de ruido excesivo, están son : La descarga —

atmosférica de las válvulas de relevo o de cabezales para descar

gas atmosféricas.


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31

La intensidad máxima de ruido debe ser limitada a 135 dB

(sin protectores de ruido). Las exposiciones repetidas pueden ser

evaluadas mediante la referencia de ACGIH (American Conference of

Governamental Industrial Hygiemsts) que propone los limites de —

exposición al ruido. La intensidad de ruido debe estar referida a

áreas donde trabaja normalmente el personal de operación.

Se debe hacer una revisión para el nivel del ruido en los

limites de la planta para asegurarse de que los criterios de nesgo

por daño al oído no se encuentren excedidos.

La información referente a niveles excesivos de ruido se

analiza en el Capitulo II I.

E) CONTAMINACION DEL AIRE.

La situación tan común de la contaminación del aire ha —

llegado a ser un factor que ocasiona senos problemas.

Los problemas relacionados con la contaminación proporcij}na comunmente exenciones para las descargas que ocurren sólo en —

condiciones de emergencia. Sin embargo es obvio que la concentra—

ción a nivel del piso o en otros lugares de interés debe ser contro

lada sin importar que la concentración aceptada para descargas de -


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32

gmergencia ocasional puedan ser mucho más altas que para emisiones

continuas o prolongadas.

Los métodos para el tratamiento de gases contaminantes y

para casos particulares son discutidos ampliamente en el Manual on

Disposal of Refinery, VoL. II del API.

1.2.2. DESFOGUE AUN SISTEMA DE MENOR PRESION

La disposición del material desfogado de un sistema so—

brepresionado hacia un sistema de menor presión puede resultar un -

método de desfogue seguro y económico, a condición de que el siste

ma receptor esté diseñado para poder recibir la carga adicional.

El drenaje podría utilizarse como un sistema de menor —

presión. Las descargas de líquidos no volátiles pueden ser conduci

das mediante tuberías de drenaje, pero asegurándose de que tenga ca

pacidad suficiente y esté sellado y venteado adecuadamente. Se de

be tener precaución de evitar descargar fluidos calientes, tóxicos

o volátiles hacia el drenaje.

El tipo particular de proceso seleccionado determinará -

si existe en el mismo proceso un sistema de menor presión que pueda

recibir con seguridad el material desfogado del sistema de mayor -


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presión; e1 t e btr i Uobilnu t i . iyl i j U» l i . j ídw -* V*

sucede en Id rec i reulaclor. de líquidos que se hace e'> I j s bomLeu, c -

decir que la descarga de una bomba se interccnecta a la succión.

1.2.3 SISTEMA DE DESFOGUE AQUEMADOR

La función principal de un quemador jrf.. e l i Ot v. -

vertir gases a vanores fldmables, toxicos o corrosivos, mediante com

bustión a compuestos que no presenten peligros de ser arrojado., .¡ laatmósfera. Esto puede ser logrado convenientemente ya sea con un —

quemador de piso o un quemador elevado.

Ya que en un sistema de Desfogue aQuemador siempre v j j -

existir la combustión, es necesario conocer algunos factores roli îo

nados con la combustión en los quemadores de campo.

Estos son:

A) Propiedades de ia combustión

B) Lugar de la combustión

C) Métodos de combustión

A) PROPIEDADES DE LA COMBUSTION

Las propiedades de la combustión mas irrrortantes que ->edt̂

ben analizar en un sistema de desfogue a quemador son*

33

- Propi edades de la f l ama


44/166

34

a) VELOCIDAD DE COMBUSTION

Una flama es una reacción química que se mantiene por si

misma y que ocurre en una zona diferente de la llamada zona de rea_c

ci ón.

Los tipos básicos de flamas son dos: Flamas de difusión,

las cuales se presentan debido a la ignición de una corriente de -

combustible fluyendo en aire. Las llamas de difusión son comunes - en los quemadores convencionales; mientras que las flamas aireadas

se deben a que el combustible y el aire son premezclados antes de -

la combustión. La velocidad de combustión o velocidad de la flama

es la rapidez con la cual la flama principal viaja o avanza a la ba

se de la flama y la tendencia de ir hacia adentro de la mezcla de -

combustible que aún permanece sin quemar.

b) ESTABILIDAD DE LA FLAMA

En el caso de un quemador elevado, la flama principal es

ta normalmente sobre la punta del quemador, sin embargo a velocida

des de gas muy bajas, la mezcla con aire ocurre en la punta de la -

Humo

Radi aci ón.

A. 1 PROPIEDADES DE LAS FLAMAS


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46/166

es conoci da como "apagón" o "bl ow-out").

Mediante un piloto suficientemente largo, es posible ase

gurar que la flama de la corriente principal de gas se mantenga en

los limites de las regiones, ya que de lo contrario la diferencia -

de velocidades excedería tanto al valor critico, que ocasionaría —

una explosión o "blow-off".

Para prevenir una explosión, se sugiere que el número de-

Mach no exceda de 0.2. Aunque, existen evidencias de que la esta

bilidad de la flama se puede mantener con valores para el número de

Mach de alrededor de 0.4, dependiendo de las propiedades de la des

carga y del tipo de boquilla usada.

Tanto la velocidad de explosión (blow-off) como la de apâ

gón (olow-out), resultan mayores para combustibles cuya velocidad -

de combustión sea elevada. La presencia de hidrógeno en los hidro

carburos combustibles gaseosos amplía el rango de estabilidad, debi_

do a que la velocidad de explosión se incrementa más rápidamente —

que la velocidad de extinción de la flama.

A. 2 HUMO

Las flamas de muchos de los hidrocarburos son luminosas -

debido a las partículas de carbón incandescente que se forman en -


47/166

tas flamas bajo determinadas condiciones. Estas partículas de car

bón son liberadas de Las flamas como humo.

Las razones exactas y los mecanismos por medio de los cu»

les se forma el humo, aún no son completamente entendidos. Pero lo

que si se puede asegurar es que el humo se forma durante la combus

tión de hidrocarburos, solamente cuando el sistema se encuentra ri

co en combustible, ya sea en forma total o parcial.

Se ha observado que la eliminación de hidrógeno en las —

'lamas da como resultado eliminar la formación de humo. Por lo que

es posible que la formación de humo pueda ser reducida por medio de

-eacciones que consuman hidrógeno o bien que lo hagan ineficaz para

la formación de humo.

En forma concisa, una teoría sostiene que el vapor rompe

las moléculas de los hidrocarburos, minimizando con esto la polime

rización y provocando que se formen compuestos de oxigeno que se —

logran quemar a una velocidad mayor y a una temperatura que no per

mite el fraccionamiento y la polimerización de las moléculas. La -

inyección de vapor es el método más utilizado para la eliminación -

de humo (ver capitulo I I .7).

37


48/166

La radiación térmica es energía electromagnética en trans

porte y se emite de la materia que se encuentra excitada a causa de

la temperatura. La radiación que se absorbe en otros materiales —

separados de la fuente dependen de la trayectoria libre media de —

los fotones emitidos.

La relación de la trayectoria libre media (implícita en -

un proceso de transporte de energía) con la dimensión característi

ca del sistema que interesa, determina la estructura matemática de-

la formulación.

La radiación difiere de la convección y la conducción, no

sólo en la estructura matemática, sino en el hecho de que es más —

sensible a la temperatura. La temperatura a la cual representa --

aproximadamente la mitad de la pérdida total de calor a partir de -

una superficie en contacto con el aire, depende de factores tales -

como: La emisividad superficial y el Coeficiente de convección.

La siguiente información pertenece a investigaciones rea

lizadas para determinar los efectos de la radiación sobre los humanos y los equipos (1*).

38

A. 3 RADI ACI ON

* Bibliografía


49/166

39

Se han realizado vanas investigaciones para determinar el

efecto de la radiación té̂ rrca en la piel de las personas y se deter

minó que el inicio del dolor se alcanzó a los 8 seg. y la formacion -

de ampollas en 20 seg., con una intensidad de 2000 BTU/hr pie2.

En la tabulación siguiente se indica La relación oue exis

te entre el tiempo de exposición y la intensidad de radiación para

determinar el inicio de dolor. Estos datos son experimentales v se -

obtuvieron en pruebas de radiación sobre el antebrazo de varias perso

ñas.

INICIO DE DOLOR

INTENSIDAD DE RADIACION TIEMPO

BTU/hr pie2 seg

EFECTOS SOBRE LOS HUMANOS

4 4 0 i nf i n

5 5 0 6 0

7 4 0 40

9 2 0 3 0

1 5 0 0 1 6

2 2 0 0 9

3 3 0 0 6

3 7 0 0 4

6 3 0 0 2


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40

Las quemaduras se producen casi inmediatamente después al

inicio de dolor.

Ya que el nivel de radiación permisible es función del —

tiempo de exposición, se debe considerar el tiempo que tardan las —

personas para percatarse de la situación y el tiempo para movilizar

se hacia un lugar seguro.

Para situaciones de emergencia se puede considerar que —

las personas reaccionan en un tiempo de 3 a 5 seg., pero posiblemen

te transcurrirán de 5 a 10 seg. más para que la mayoria del personal

pueda buscar protección o retirarse del lugar de peligro, con lo --

cual resultaría un tiempo total de 8 a 15 seg.

Otro factor que se debe considerar con respecto a los ni

veles de radiación térmica, es la protección que proporciona la ropa,

con la cual queda solo una pequeña parte del cuerpo expuesta a la in

tensidad total.

Para la situación en que la radiación emana de un punto —

elevado, el casco de protección (usado generalmente por los empleados

de una refinería) proporciona una protección adecuada para la cara y

el cuello.

En la evaluación del efecto de la radiación térmica se de


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41

be considerar la exposición de transeúntes en general, que se encuer̂

tren en los limites de la planta o más allá. En el capitulo corres

pondiente a Diseño de un Quemador Elevado se considera esta sitúa- -

ción.

EFECTO SOBRE EL EQUIPO

Ya que en un quemador siempre existirá radiación de calor

(debido a la combustión), es necesario considerar el efecto de la

diación sobre el equipo que se encuentre alrededor del quemador. Lo

radiación de calor del quemador sobre un equipo cercano puede provo

car que se genere vapor o se sobrepresione al aumentar la terperatu-

ra.

En muchos casos la protección proporcionada por el ai lar-

te es suficiente para prevenir un aumento excesivo de temperatura.

CALCULOS DE RADIACION

La ecuación 1.2 conocida como de Majek y Ludwig (1*) se û a

generalmente para determinar la distancia requerida entre el punto mj?

dio de la flama y el cuerpo considerando que va a estar sujeto a la -

radiación.

* Bibliografía


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42

D = 4 7c K (1. 2)

Donde:

D =Distancia mimma del punto medio de La fLamaal objeto considerado a radiación, en pies.

F =Fracción de calor radiado

Q =Calor total liberado, BTU/hr

K =Radiación permisible, BTU/hr pie2.

El factor F considera que no todo el calor liberado en la

flama puede ser liberado como radiación. La medición de la radia—

ción de la flama indica que la fracción de calor radiado (cantidad

de energía radiante del calor de combustión total) tiende hacia un

limite, de la misma manera en que la velocidad de combustión hace -

aumentar el diámetro de la flama. En el diseño del quemador eleva

do se presentan los criterios para determinar el factor F.

Los datos de la Tabla 3 de la U.S. Bureau of Mines son -

aplicables sólo para el caso de radiación por combustión de gases.


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G A S

HIDROGENO

TABLA 3

BUTANO

METANO

GAS NATURAL

RADI ACI ON POR DI FUSI ON GASEOSA DE FLAMAS

DIAMETRO DEL QUEMADORcm.

0.510 . 9 1

1. 9 0

4. 10

8. 4 0

2 0. 3 0

4 0. 6 0

0 . 51

0 . 9 1

1. 9 0

4. 1 0

8. 4 0

2 0. 3 0

4 0. 6

0. 51

0 . 9 1

1. 9 0

4. 1 0

8. 4 0

2 0. 3 0

4 0. 6 0

/CALOR RADI ADO, CALOR TOTAL '

9. 5

9. 1

9 . 7

11. 1

15 . 6

1 5. 4

16 . 9

21. 5

2 5. 3

2 8. 6

28 . 5

2 9. 1

2 8. 0

2 9. 9

1 0. 3

11.6

1 6. 0

16 . 1

1 4. 7

19.223 . 2

X 100

La presencia de gotitas de hidrocarburos de diámetros mayo


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44

El valor calculado Ddebe ser corregido para tener en con

sideración la longitud de la flama, ya que se está suponiendo que -

toda la radiación va a emanar del punto medio de La flama.

La longitud de la flama varia en función de La velocidad

de emisión y la liberación de calor. La información sobre esta situación es limitada y la poca que existe se basa normalmente en ex

penencias visuales en desfogues de emergencia a quemadores.

Los resultados de algunos trabajos experimentales en plan

tas piloto (1*), acerca de la longitud de la flama, que cubren velo

cidades de desfogue relativamente altas para varias mezclas de hi—

drocarburos e hidrógeno, se indican en la Fig. (1.1). La distancia

calculada (D) se basa en una flama vertical ardiendo en viento late

ral.

Las flamas bajo la influencia del viento se inclinarán en

la dirección que el viento esté soplando.

El efecto del viento lateral sobre las flamas de quemado

res elevados puede ser obtenido de la Fig. (1.2), la cual relaciona

el alcance horizontal y la elevación vertical de las flamas con la

velocidad del viento Lateral a la velocidad de salida del gas de —

desfogue.

* Bi bl i ograf í a

res de 150// i ncrementarán un poco Los val ores de La tabl a anteri or.


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45

*8kJ “ k. k.S?

8>-n8

t S 1 , Q . J E

I P N

•E L E C C I ON y OI S C Ñ ODE UN Q UE MA D O » E L E V A O O

H*r nand*t Fl or** Monn*l | bol r i ma o

T E S I SPl í OF NAli • a «


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46


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47

En l a s i t u a c i ó n e n q u e l a f l a m a d e l q u e m a d o r s e e x t i n g u i e

r a , s e t e n d r í a e l c a s o d e l a d i s p e r s i ó n d e g a s e s f l a m a b l e s d i s c u t i d a

e n l a s e c c i ó n c o r r e s p o n d i e n t e a F o r m a c i ó n d e m e z c l a s y a C o n t a m i n a —

c i ó n d e l a i r e e n D e s f o g u e A t m o s f é r i c o .

B) LUGAR PARA LA COMBUSTION

E l l u g a r a d e c u a d o p a r a l a c o m b u s t i ó n e s t a r e l a c i o n a d o c o n

l a s s i t u a c i o n e s a n a l i z a d a s e n l a s e c c i ó n c o r r e s p o n d i e n t e a c a u s a s d e

i g n i c i ó n p a r a d e s c a r g a s a t m o s f é r i c a s .

C) METODOS DE COMBUSTION

L a e l i m i n a c i ó n d e h i d r o c a r b u r o s u o t r a s m e z c l a s g a s e o s a s -

p o r c o m b u s t i ó n e s l o g r a d a g e n e r a l m e n t e e n q u e m a d o r e s d e c a m p o . L o s -

q u e m a d o r e s d e c a mp o s o n u s a d o s c o n g r a n v e n t a j a s o b r e o t r o s m é t o d o s -

d e e l i m i n a c i ó n r á p i d a d e g a s e s e n e x c e s o ó p a r a l a e l i m i n a c i ó n d e -

g r a n d e s c a n t i d a d e s d e g a s e s e n s i t u a c i o n e s d e e m e r g e n c i a . E n l o s c a

s o s e n q u e s e a p o s i b l e , e l q u e m a d o r d e b e s e r d i s e ñ a d o p a r a o p e r a r

s i n h u m o . E s t o r e q u e r i r á t e n e r e n c o n s i d e r a c i ó n , s u f i c i e n t e v a p o r -

d i s p o n i b l e e n d o n d e s e e n c u e n t r e e l q u e m a d o r , y a q u e e l v a p o r e s e l -

m e d i o p a r a l o g r a r q u e s e d i s m i n u y a e n g r a n p o r c e n t a j e , e l h u mo q u e -

s e f o rm a e n l a c o m b u s t i ó n .

D I S P E R S I O N A T M O S F E R I C A


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48

L os p r i n c i p a l e s r e q u e r i m i e n t o s a d i c i o n a l e s d e o p e r a c i ó n

s o n : I g n i c i ó n s e g u r a d e l p i l o t o , e s t a b i l i d a d d e l a f l a m a y n i v e

l e s a c e p t a b l e s d e r u i d o y l u m i n o s i d a d . L o s m é t o d o s p r i n c i p a l e s -

d e c o m b u s t i ó n d e d e s e c h o s o n : L o s q u e m a d o r e s e l e v a d o s o d e c h i m e

n e a y l o s q u e m a d o r e s d e p i s o o d e f o s a . A mb os t i p o s d e q u e m a d o —

r e s p u e d e n s e r d i s e ñ a d o s p a r a o p e r a r c on humo o s i n h u mo . E n e l

c a p i t u l o I I s e t r a t a n m á s a m p l i a m e n t e , a l g u n o s d e l o s a s p e c t o s r e

l a c i o n a d o s c on l o s q u e m a d o r e s d e c am po .

I . 2 . 4 METODOS DE DESFOGUE PARA L I QU ID OS Y VAPORES CONDENSABLES

L a s e l e c c i ó n d e un S i s t e m a d e D e s f o g u e p a r a l i q u i d o s y -

v a p o r e s c o n d e n s a b l e s , n o i n c l u i d o s e n l a s s e c c i o n e s d e D e s c a r g a -

A t m o s f é r i c a , D e s c a r g a a Q u em a do r o d e s c a r g a a u n S i s t e m a d e M e no r

P r e s i ó n , s e d e t e r m i n a e n b a s e a l a t e m p e r a t u r a , p r o p i e d a d e s d e —

r i e s g o , v i s c o s i d a d y s o l i d i f i c a c i ó n .

TEMPERATURA

S o l a m e n t e u n e s t u d i o a f o n d o d e l p l a n o d e l o c a l i z a c i ó n

( P l o t - P l a n ) y d e l o s d a t o s i n d i v i d u a l e s d e l a v á l v u l a d e r e l e v o -

p u e d e n d e t e r m i n a r e l s i s t e m a d e d e s f o g u e m á s c o n v e n i e n t e p a r a u na

p l a n t a p a r t i c u l a r .

A c o n t i n u a c i ó n s e a n a l i z a n a l g u n o s d e l o s m é t o d o s m ás co


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49

m uñ e s p a r a s o l u c i o n a r p r o b l e m a s d e t e m p e r a t u r a , p e r o n o d e b e n c o n s i

d e r a r s e com o l i m i t a n t e s p a r a s o l u c i o n a r u n p r o b l e m a p a r e c i d o . E s

t o s m é t o d o s i n c l u y e n p r i n c i p a l m e n t e l o s p r i n c i p i o s d e s e p a r a c i ó n de

l a s d e s c a r g a s .

DESCARGAS A TEMPERATURA AMBIENTE

L o s l í q u i d o s n o v o l á t i l e s y n o f l a m a b l e s a l a t e m p e r a t u r a

a m b i e n t e , p u e d e n s e r d e s c a r g a d o s a u n c a b e z a l d e d e s f o g u e c e r r a d o o

i n d e p e n d i e n t e d e o t r o s c a b e z a l e s d e d e s f o g u e , q u e d e s c a r g u e a un a -

f o s a de l a c u a l s e a n r e c u p e r a d o s l o s l í q u i d o s . L o s l í q u i d o s v o l á t i

l e s o n o v o l á t i l e s p u e d e n s e r d e s c a r g a d o s a l t e r n a d a m e n t e a l S i s t e m a

d e D e s f o g u e a Q u e m ad o r . E l l í q u i d o s e r á s e p a r a d o e n e l t a n q u e d e -

s e p a r a c i ó n a n t e s d e l l e g a r a l q u e m a d o r .

DESCARGAS A ALTA TEMPERATURA.

L o s v a p o r e s y l í q u i d o s c a l i e n t e s p u e d e n s e r e n f r i a d o s y -

c o n d e n s a d o s p o r A pa g a d o D i r e c t o ( D i r e c t Q u e n c h ) , D e s c a r g a S u m e r g i d a

o p o r C o n d e n s a d o I n d i r e c t o .

APAGADO DIRECTO

L a s d e s c a r g a s d e h i d r o c a r b u r o s c o n d e n s a b l e s o l í q u i d o s a -


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50

a l t a t e m p e r a t u r a , p r o v e n i e n t e s d e l a d e s c a r g a d e v á l v u l a s d e r e l e v o

d e p r e s i ó n , p u e d e n s e r l l e v a d o s a t r a v é s d e t u b e r í a s a u n c a b e z a l -

i n d e p e n d i e n t e q u e t e r m i n e e n u n a t o r r e d e a p a g a d o ( q u e n c h d r u m ) .

L a s t o r r e s d e a p a g a d o s o n u s a d a s t a m b i é n p a r a r e t e n e r e l

" b l o w d o w n " d e u n q u e m a do r e n o p e r a c i ó n , p a r a d i s m i n u i r l a t e m p e r a

t u r a d e l a c o r r i e n t e d e s f o g a d a a u n r a n g o d o n de l o s c o m p u e s t o s má s

c o s t o s o s p u e d a n s e r u s a d o s n u e v a m e n t e e n e l p r o c e s o y p a r a a y u d a r

m e d i a n t e c o n d e n s a c i ó n a r e c u p e r a r a l g u n o s d e l o s c o m p u e s t o s v o l á t i

l e s d e l o s v a p o r e s d e s f o g a d o s .

E s t o s i r v e t a m b i é n p a r a p r e v e n i r e l d e s f o g u e a l a a t m ó s

f e r a d e v a p o r e s c o n d e n s a b l e s , a a l t a t e m p e r a t u r a . U na t o r r e d e a p a

g a d o e s u n r e c i p i e n t e e q u i p a d o p a r a r o c i a r u n l i q u i d o d e e n f r i a

m i e n t o m i e n t r a s l o s v a p o r e s p a s a n a b a j a v e l o c i d a d a t r a v é s d e l a -

t o r r e , e l l i q u i d o d e e n f r i a m i e n t o p u e d e s e r a g u a , g a s o l i n a u o t r o -

l i q u i d o a d e c u a d o . E l l i q u i d o " u s a d o " s e c o l e c t a e n l a b a s e d e l a --

t o r r e p a r a s u s u b s e c u e n t e r e c i r c u l a c i ó n .

Un a r r e g l o d e t o r r e d e a p a g a d o p o d r i a c o n s i s t i r d e u n r e

c i p i e n t e v e r t i c a l c on b a f L e s e n s u i n t e r i o r y c o n e c t a d o p o r m e d i o -

d e u n a u n i ó n c ó n i c a a u n a c h i m e n e a o a u n q u e m a d o r . L o s h i d r o c a r b u

r o s c o n d e n s a b l e s c a e n a l t a n q u e q u e s e e n c u e n t r a a b a j o d e l o s b a

i l e s . E l a g u a s e i n t r o d u c e s o b r e l o s b a f l e s e n u na r e l a c i ó n d e p e n


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d i e n t e d e l a t e m p e r a t u r a y c a n t i d a d d e h i d r o c a r b u r o s q u e s e a n a l u n e n

t a d o s a l a t o r r e d e a p a g a d o .

E l a g u a d e a p a g a d o s e d e r r a m a s o b r e l o s b a f l e s , s e s o b r e c a

l i e n t a y c o n d e n s a l o s v a p o r e s d e l o s h i d r o c a r b u r o s , d e t i e n e l o s h i d r o

c a r b u r o s l í q u i d o s a r r a s t r a d o s ; y e n f r i a l o s h i d r o c a r b u r o s l í q u i d o s c £

l e c t a d o s e n l a b a s e d e l a t o r r e . L o s v a p o r e s d e h i d r o c a r b u r o s n o c o £

d e n s a d o s o c u a l q u i e r v a p o r f o r m a d o p u e d e n s e r e n v i a d o s a u n v e n t e o d e

c h i m e n e a o a u n s i s t e m a d e q u e m a d o r .

DESCARGA SUMERGIDA

E l s i s t e m a d e d e s c a r g a s u m e r g i d a n o e s u s a d o c om u n m e n t e e n

e l d i s e ñ o a c t u a l , p e r o c u a n d o s e p r e t e n d a u t i l i z a r e s t e m é t o d o , s e —

d e b e t e n e r c u i d a d o e n s u u s o y l o c a l i z a c i ó n c u a n d o s e m a n e j e n l o s g a

s e s n o c o n d e n s a b l e s q u e p u d i e r a n e s c a p a r a l a a t m ó s f e r a . E l e n f r i a —

m i e n t o d e l l i q u i d o c a l i e n t e y l a c o n d e n s a c i ó n d e l o s v a p o r e s p o r d e s

c a r g a s u m e r g i d a e n u na f o s a o r e c i p i e n t e c o n l í q u i d o f r í o , p u e d e t e —

n e r u n a u t i l i d a d l i m i t a d a c u a n d o s e u t i l i z a c om o m é t o d o d e D e s f o g u e -

u n S i s t e m a d e m e n o r p r e s i ó n en l a m i sm a u n i d a d d e p r o c e s o . En a l g u —

ñ a s o c a s i o n e s s e m e z c l a v a p o r d e a g u a c o n l o s e f l u e n t e s e n c a n t i d a d e s

s u f i c i e n t e m e n t e g r a n d e s p a r a c o n v e r t i r l a d e s c a r g a e n u n a m e z c l a no -

c o m b u s t i b l e .

51


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52

En e s t e t i p o d e d i s e ñ o , e l s i s t e m a d e r e l e v o d e p r e s i ó n -

d e u n a u n i d a d q u e m a n e j a h i d r o c a r b u r o s p e s a d o s , s i r v e g e n e r a l m e n t e

p a r a d o s p r o p ó s i t o s , c omo u n s i s t e m a d e d e s f o g u e p a r a l o s d i s p o s i t i _

v o s d e r e l e v o d e p r e s i ó n y como un s i s t e m a d e " b l o w d o w n " o " d r o p o u t "

p a r a h o r n o s y r e c i p i e n t e s .

E l s i s t e m a d e d e s c a r g a s u m e r g i d a c o n s i s t e b á s i c a m e n t e d e

u n s i s t e m a d e r e l e v o q u e t e r m i n a e n t u b e r í a s l a t e r a l e s p a r a l e l a s -

s u m e r g i d a s e n u na f o s a l l e n a d e a g u a , l o s t u b o s l a t e r a l e s t e r m i n a n

e n r a n u r a s i n d u c i e n d o h a c i a a b a j o e l f l u j o d e l e f l u e n t e d e s c a r g a d o

p a r a e v i t a r b u r b u j e o , l o g r a r u n a b u e n a a g i t a c i ó n , e n f r i a m i e n t o y -

c o n d e n s a c i ó n .

S e d e b e p r e v e e r q u e s e m a n t e n g a u n n i v e l d e l í q u i d o e n -

l a f o s a , m i e n t r a s s e e s t e u s a n d o e l s i s t e m a d e " b l o w d o w n " . L a de_s

c a r g a e s d r e n a d a d e l a f o s a a u n s e p a r a d o r , d o n d e e l a c e i t e y l o s

v a p o r e s c o n d e n s a d o s s o n s e p a r a d o s d e l a g u a .

CONDENSAMIENTO D IRECTO 0 IND IRECTO

E l u s o d e c a m b i a d o r e s d e t u b o y c o r a z a y l o s e n f r i a d o r e s

d e s e r p e n t í n d e c a j a , t i e n e n l a v e n t a j a d e s e p a r a r e l m a t e r i a l e n

f r i a d o o c o n d e n s a d o i n m e d i a t a m e n t e .


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54

d e n s a b l e s . La p r o d u c c i ó n d e s u b s t a n c i a s s ó l i d a s a l t a m e n t e v i s c o —

s a s j u s t i f i c a q u e s e l e s d e u n a c o n s i d e r a c i ó n e s p e c i a l .

E l d i s e ñ o d e un s i s t e m a d e d e s f o g u e p a r a e s t o s m a t e r i a —

l e s r e q u i e r e l a u t i l i z a c i ó n d e v a p o r de b a r r i d o , a c e i t e d e l a v a d o :

v e n a s d e c a l e n t a m i e n t o en l a s v á l v u l a s y l i n e a s d e d e s c a r g a .

L a f o r m a c i ó n d e g o m a s , p o l í m e r o s , c o q u e o h i e l o p o d r í a n

s e r c o n s i d e r a d o s t a m b i é n como c a s o s e s p e c i a l e s e n l a s e l e c c i ó n d e

u n s i s t e m a d e d e s f o g u e , p a r a p r e v e n i r l a o p e r a c i ó n s e g u r a d e l d e s

f o g u e .


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CLASIF ICACI ON DE LOS QUEMADORES DE CAMPO


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56

En e l c a p i t u l o a n t e r i o r s e a n a l i z a r o n l o s d i f e r e n t e s S i s t £

m as d e D e s f o g u e y t a m b i é n s e e x p l i c a r o n l o s p r o b l e m a s y r i e s g o s q ue p o

d r í a n c a u s a r l a s p r o p i e d a d e s y c o n d i c i o n e s d e l f l u i d o d e s f o g a d o , a s i -

c omo t a m b i é n l o s l i m i t e s d e c o n c e n t r a c i ó n e n e l a i r e , r u i d o yc a l o r q ue

p u e d e n s e r t o l e r a d o s t a n t o p o r e l p e r s o n a l d e l a p l a n t a co mo p o r p e r s o

n a s q u e h a b i t a n e n á r e a s c i r c u n v e c i n a s . E n e s t e c a p i t u l o s e d a l a —

i n f o r m a c i ó n c o m p l e m e n t a r i a p a r a s e l e c c i o n a r e l t i p o d e q ue m a do r má s c o n

v e n i e n t e , j u n t o c o n l a c l a s i f i c a c i ó n y c a r a c t e r í s t i c a s d e l o s d i f e r e n —

t e s t i p o s d e q u e m a d o r e s .

I I . 1 SELE CC ION DEL T IP O DE QUEMADOR

L a s e l e c c i ó n d e l t i p o d e q u e m a d o r , a s i c omo l a s c a r a c t e r i s

t i c a s e s p e c i a l e s d e d i s e ñ o r e q u e r i d a s e s t a r á n d e t e r m i n a d a s p o r v a r i o s -

f a c t o r e s q u e p u e d e n s e r :

- D i s p o n i b i l i d a d d e e s p a c i o

- C a r a c t e r í s t i c a s d e p r o p i e d a d e s d e l g a s d e s f o g a d o

( c o m p o s i c i ó n , c a n t i d a d , r a n g o d e p r e s i ó n , t e m p e

r a t u r a , e t c . )

- P o l í t i c a e c o n ó m i c a ( i n v e r s i ó n i n i c i a l y c o s t o s -

d e o p e r a c i ó n )

- R e g l a m e n t o s d e c o n t a m i n a c i ó n

- R e l a c i o n e s p ú b l i c a s

X I . C L A S I F I C A C I O N D E L O S Q U EM A D O RE S D E C AM PO


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1 1. 2 CL AS IF IC AC IO N DE LOS QUEMADORES DE CAMPO

EL s i s t e m a d e D e s f o g u e a q u e m a d o r e s e L s i s t e m a d e d e s f o

g u e m á s u s a d o e n l a s r e f i n e r í a s y e n l a s p l a n t a s p e t r o q u í m i c a s . Es

t e s i s t e m a c o n v i e r t e l o s g a s e s o l o s l í q u i d o s f l a m a b l e s t ó x i c o s o -

c o r r o s i v o s e n c o m p o n e n t e s m en os p e l i g r o s o s .

L o s q u e m a d o r e s de c a mp o s e p u e d e n c l a s i f i c a r b á s i c a m e n t e

e n l o s do s t i p o s s i g u i e n t e s :

1) Q u e m a do r e l e v a d o o d e c h i m e n e a

2) Q u e ma d o r d e p i s o o d e f o s a

1 1. 3 QUEMADORES ELEVADOS

L o s q u e m a d o r e s e l e v a d o s s o n u n m e d i o s e g u r o d e q ue m a r —

g r a n d e s v o l ú m e n e s d e g a s e s d e d e s e c h o . L a r a z ó n p o r l a q u e un q u e

m a d o r s e a e l e v a d o e s q u e p e r m i t e m a n t e n e r l a f l a m a y l a r a d i a c i ó n -

d e c a l o r , q u e l a m is ma f l a m a i r r a d i a , a u n a d i s t a n c i a l o s u f i c i e n t e

m e n t e a l e j a d a d e l o s e q u i p o s y z o n a s d e o p e r a c i ó n p a r a q u e no r e s u l

t e n d a ñ a d o s ; a d e m á s , l a g r a n a l t u r a d e l q u e m a d o r p e r m i t e u na d i s p e r

s i ó n r á p i d a d e l o s g a s e s d e c o m b u s t i ó n .

En u n q u e m a d o r e l e v a d o l a c o m b u s t i ó n s e r e a l i z a a g r a n -

a l t u r a p o r l o q u e n o r e q u i e r e u n á r e a l i b r e m u y g r a n d e y s e p u e d e -

i n s t a l a r d e n t r o d e l o s l i m i t e s d e p r o c e s o o e n l a p e r i f e r i a i n m e d i a


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Un f a c t o r c r i t i c o q u e d e b e s e r e v a l u a d o e s l a r a d i a c i ó n

d e c a l o r s o b r e e l p e r s o n a l q u e f u e s e n e c e s a r i o p e r m a n e c i e r a d e n t r o

d e l á r e a d e p r o c e s o e n u n a s i t u a c i ó n d e e m e r g e n c i a .

I I . A T I PO S DE QUEMADORES ELEVADOS

L o s q u e m a d o r e s e l e v a d o s s e c l a s i f i c a n e n t r e s t i p o s d e

a c u e r d o a s u e s t r u c t u r a d e s o p o r t e :

a ) Q ue m a do r t i p o t o r r e

b ) Q u e ma d o r c a b l e a d o

c ) Q u em a do r a u t o s o p o r t a d o

Ya q u e l a s e s t r u c t u r a s d e l o s q u e m a d o r e s s o n mu y i m p o r

t a n t e s , e x i s t e n d o s p r o b l e m a s q u e d e b e n s e r c o n s i d e r a d o s . Uno s e -

r e l a c i o n a c o n l a t e m p e r a t u r a d e l o s g a s e s d e s f o g a d o s , m i e n t r a s q u e

e l s e g u n d o s e d e b e a l a r e s o n a n c i a d e l v i e n t o o l a v i b r a c i ó n e n u n a

e s t r u c t u r a v e r t i c a l .

D e b i d o a q u e l a e s t r u c t u r a d e u n q u e m a do r s e d i l a t a - -

t a n t o c omo l l e g a a s e r c a l e n t a d a , e s t a e s t r u c t u r a d e b e d i s e ñ a r s e -

p a r a q u e n o s e d a ñ e a c a u s a d e l a e x p a n s i ó n . E s t a s i t u a c i ó n e s pa_r

t i c u l a r m e n t e c r i t i c a e n l o s q u e m a d o r e s s u j e t a d o s c o n c a b l e s . En —

l a F i g . I I . 3 s e i l u s t r a e l a r r e g l o g e n e r a l d e u n q u e m a d o r d e c h i

m en ea c a b l e a d o .

t a .


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L a m a n e r a d e f i j a c i ó n d e l o s c a b l e s d e r e t é n a s i c omo -

e l á n g u l o d e i n c l i n a c i ó n o a p r o x i m a c i ó n y l a r i g i d e z d e l o s c a b l e s

d e r e t e ' n , d e b e n p e r m i t í 1- l a e x p a n s i ó n r e q u e r i d a .

S i l o s g a s e s d e s f o g a d o s p u d i e r a n l l e g a r a e s t a r d e n t r o

d e l r a n g o d e t e m p e r a t u r a s c r i o g é n i c a s , l a m e t a l u r g i a d e l a e s t r u c

t u r a d e l q u e m a d o r d e b e s e r a d e c u a d a a l a t e m p e r a t u r a m í n im a d e l —

r a n g o . - c o n u n a t e m p e r a t u r a c e r c a n a a 50 ° F o m á s b a j a , l a e s t r u c

t u r a r e q u i e r e a c e r o c o n r e s i s t e n c i a a p r u e b a d e i m p a c t o p a r a q u e -

s e a s e g u r a .

L a r e s o n a n c i a d e l v i e n t o e n u na e s t r u c t u r a v e r t i c a l - -

o c u r r e c u a n d o l a a c c i ó n d e l v i e n t o e s t a b l e c e f u e r z a s q u e o c a s i o n a n

q u e l a e s t r u c t u r a p e r m a n e z c a r e s o n a n t e u o s c i l a n d o r í t m i c a m e n t e . -

En e s t r u c t u r a s c a b l e a d a s l a f i j a c i ó n d e l o s c a b

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