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PDVSA N° TITULO

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

APROB. FECHAAPROB.FECHA

SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS

� PDVSA, 1983

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

APROBADA

AGO.95 AGO.95

SISTEMAS DE ALIVIO DE PRESION

AGO.95

AGO.97 O.R

J.P.

1

0

Sinceración con el MID/MIR 32

30

L.R.

F.R.

MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO

ESPECIALISTAS

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SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTASSISTEMAS DE ALIVIO DE PRESION

INSTALACION VALVULAS DE ALIVIO DE PRESIONAGO.971

PDVSA MDP–08–SA–05

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.Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO

1 OBJETIVOPresentar procedimientos para la instalación de válvulas de alivio.

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

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

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

08–SA–03 Sistemas de alivio de presión: Dispositivos de alivio de presión.

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

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

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

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

3 REFERENCIAS

Manual de Diseño de Proceso (versión 1986)

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

� Vol IX, Subsección 15D “Sistemas de manejo de desechos”.

� Vol IX, Subsección 15E “Mechurrios”.� Vol IX, Subsección 15K “Manejo de químicos y productos de alta peligrosidad”.

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Otras Referencias

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

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

4 DEFINICIONESVéase PDVSA–MDP–08–SA–01

5 PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO

5.1 Localización de válvulas de alivio de presiónUna válvula de alivio de presión debería normalmente ser instalada muy cerca delequipo que protege. Cuando se trata de recipientes, la válvula de alivio de presióndebería ser instalada directamente sobre el recipiente (Ver Figura 1). Sin embargo,si los códigos locales no lo prohiben, está permitido montar la válvula de alivio depresión sobre la tubería de proceso conectada al recipiente (ver Figura 2), con talque la vía de alivio desde el recipiente a la válvula de alivio de presión esté librede obstrucciones y cumpla con los requerimientos que se listan a continuación.Sobre la misma base también está permitido proteger uno o más recipientes queestén conectados por tuberías por una sola válvula de alivio de presión (o grupode válvulas de alivio de presión) montada sobre uno de los recipientes o sobre latubería de interconexión, con tal que:

� La vía de alivio de presión entre cualquier recipiente y la válvula de alivio depresión que lo protege debe satisfacer los requerimientos de Diseñoespecificados en “Evaluación de rutas de Escape en el Diseño de Alivio dePresión”.

� La caída de presión entre el recipiente o tubería sobre la cual está montada laválvula de alivio de presión no debe exceder el valor máximo permitidoespecificado según el caso.

Cuando una válvula de alivio de presión se usa en un fraccionador para protegerun tambor de destilado con una entrada sumergida, la válvula de alivio de presióndebe estar localizada en la columna misma y no en la tubería de salida de tope odebe descargar a un sistema cerrado. Esto es con el fin de evitar un alivio delíquido en el caso de que la válvula de alivio de presión descargue bajo condicionesde un incendio en el tambor de destilado.

Adicionalmente, las válvulas de alivio de presión deberían ser instaladas corrienteabajo de estaciones reductoras de presión, placas de orificio, tomas para mediciónde flujo y otras conexiones como codos, a una distancia suficiente para evitarturbulencia, la cual genera inestabilidad. (Ver Figura 3).

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

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5.2 Posición de las válvulas de alivio de presiónLas válvulas de alivio de presión deberían ser instaladas en la posición vertical. Lainstalación de válvulas de alivio de presión, diferentes a la posición vertical afectasu operación y debería ser consultado con el fabricante.

5.3 Diseño de la tubería de entrada a válvulas de alivio de presión

5.3.1 Caída de presión de la tubería de entrada

La tubería de entrada, entre el equipo protegido y la conexión de entrada de laválvula de alivio de presión, debería ser diseñada de manera tal que la caída depresión total no exceda 3% de la presión de ajuste de la válvula. (Ver Figuras 1,2, 3, 4a, 4b, 4c y 5).

La caída de presión debería ser calculada usando la máxima capacidad de aliviode la válvula.

En el caso de presiones de ajuste por debajo de 100 kPa manométricos (14.7psig) la máxima caída de presión a la entrada puede ser aumentada a 5% de lapresión de ajuste (unidades manométricas). El propósito de este requerimiento,que aplica a ambas válvulas del tipo convencional y de fuelle, es evitar el golpeteo,

como se describe en el documento PDVSA–MDP–08–SA–03.

El golpeteo causado por un tamaño de tubería de entrada menor que el requerido,puede algunas veces eliminarse en válvulas de alivio de presión operadas porpiloto, si la conexión de toma de presión de la válvula piloto se hace directamentedel recipiente que se está protegiendo. Sin embargo, se recomienda que seapliquen las limitaciones de caída de presión anteriores, para evitar la reducciónde capacidad que resultaría de pérdidas excesivas a la entrada y asegurar laausencia de golpeteo.

5.3.2 Dimensionamiento de la tubería de entrada

El diámetro nominal de la tubería de entrada debe ser igual o mayor que eldiámetro nominal de la conexión de entrada de válvula de alivio de presión.Cuando válvulas de seguridad múltiples se unen con un múltiple por la entrada,el área de la sección transversal de la tubería que conforma el múltiple, debe serigual o mayor que la suma de todas las áreas (de sección transversal) de entradade las válvulas abiertas al múltiple.

5.3.3 Prevención del taponamiento en entradas de válvulas de alivio de presión

1. Debe proveerse calefacción en las tuberías de entrada de válvulas de aliviode presión donde pueda ocurrir taponamiento por formación de hielo,acumulación de cera o congelamiento de líquidos viscosos a temperaturasambientales.

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2. Donde pueda ocurrir taponamiento de la tubería de entrada como resultadode formación de coque, acumulación de sólidos, etc., por corrientes deproceso, debe colocarse una purga continua o una retroinyección de unfluido limpio, (por ejemplo vapor de agua) por debajo de la válvula de aliviode presión. El flujo se controla normalmente mediante un orificio derestricción dimensionado para proveer un flujo de por lo menos 1.5 m/s (0.5pie/s) en la línea de entrada. En el caso particular de válvulas de alivio depresión para reactores de craqueo catalítico, la experiencia ha demostradoque las líneas de entrada pueden mantenerse libres de taponamiento porcatalizador y coque si se proveen de un codo de extensión interno dentro delreactor, orientado horizontalmente hacia la línea central del reactor.Cualquier conexión interna debe ser de igual o mayor diámetro que el de laentrada de la válvula de alivio de presión. Esto es adicional a la purga convapor de agua.

5.3.4 Válvulas de aislamiento

Se puede incluir una válvula de bloque con dispositivo para bloqueo en posiciónabierta (CSO) en la tubería de entrada a una válvula de alivio de presión, si serequiere para propósitos de aislamiento y si está permitido por códigos locales.

Para mayores detalles véase puntos 5.6.7 y 5.7.3 de este procedimiento y eldocumento PDVSA–08–SA–02.

5.4 Selección de descarga atmosférica o cerrada para válvulas de aliviode presión

Las vías de descarga de las válvulas de alivio de presión a la atmósfera o a unsistema cerrado se determina de acuerdo con los siguientes criterios:

5.4.1 Criterios para descargar válvulas de alivio de presión a sistemas cerrados

Se requiere la descarga de válvulas de alivio de presión a sistemas cerrados paralas siguientes categorías de servicio:

1. Válvulas de alivio de presión que manejan materiales que son líquidos oparcialmente líquidos en la entrada a la válvula. Se hace una excepción aesto para ciertas válvulas de alivio por expansión térmica .

2. Válvulas de alivio de presión normalmente en servicio para vapores, peroque bajo cualquier contingencia sencilla pueden descargar líquidoscorrosivos, inflamables o peligrosos.

3. Válvulas de alivio de presión localizadas en el espacio para vapores derecipientes parcialmente llenos de líquido y que podrían llenarserápidamente con líquido durante un descontrol de la planta. Esta categoríaincluye columnas, tambores de destilado, tambores de expansión enrefrigeración, o cualquier otro recipiente en que el tiempo de retención de

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líquido por encima de la alarma de alto nivel es menor de 15 minutos, basadoen el flujo de entrada de líquido de diseño y el cese del flujo de salida delíquido. Una excepción puede ser un sistema de circuito cerrado derefrigeración donde el inventario es tan pequeño que descarta elsobrellenado.

4. Válvulas de alivio de presión que manejan vapores tóxicos o corrosivos quese condensan a las condiciones del ambiente, por ejemplo fenol.

5. Válvulas de alivio de presión en servicio para vapores tóxicos en que ladescarga a la atmósfera resultaría en una concentración calculada en la líneade demarcación del sitio o en cualquier área de trabajo (a nivel del suelo ode una plataforma elevada), que excede el Valor Límite dentro del Area(TLV).

6. Alivios de vapores inflamables, que si son descargados a la atmósferaresultarían, en caso de una ignición inadvertida, en densidades de calorradiante por encima de los niveles de exposición permitidos para el personal. Este nivel máximo está establecido en 9.46 kW/m2 (3000 BTU/hpie2)a nivel de plataformas cercanas a la cual el personal puede tener acceso, ytienen suficientes vías de escape para abandonar el lugar en unos ochosegundos; si se necesita ejecutar acciones de emergencia en dichasplataformas cercanas, la radiación no deberá exceder de 6.31 kW/m2 (2000BTU/hpie2) y el personal podrá dejar el lugar en un minuto o menos. Todoesto supone que no hay protección física contra la radiación térmica. En elcaso que se tenga algún tipo de protección (vestimenta apropiada, pantallas,etc.), los valores de radiación pueden ser mayores.

El cálculo para la densidad de calor por radiación sigue el procedimientodetallado para mechurrios en los procedimientos de cálculos presentados enel documento PDVSA–MDP (Pendiente) (Consultar MDP versión 1986,Sección 15E), con la excepción de que se usen valores menores para F, lafracción de calor emanado que se irradia, por las velocidades de salidaasociadas con descargas de válvulas de alivio de presión, que generalmenteson más altas.

F para Alivios deVálvulas de Alivio de Presión

Hidrógeno, metano 0.1

Etano e hidrocarburos más pesados 0.25

7. Las válvulas de alivio de presión que no entran dentro de las categoríasanteriores pero que serían contribuyentes significativos a la contaminaciónatmosférica. Tales alivios no deben ser normalmente usados paradimensionar un sistema cerrado, pero deben combinarse tomándolos encuenta hasta el límite de su capacidad. El orden de preferencia para su

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combinación es (1) vapores malolientes, (2) hidrocarburos no saturados, (3)hidrocarburos saturados. Si los requerimientos locales no permiten talesdescargas atmosféricas, será necesario incluir esos alivios, cuando sedetermina el tamaño del sistema cerrado.

8. Válvulas de alivio de presión en sitios donde la descarga atmosférica espermitida, pero la conexión a un cabezal cerrado es menos costosa que unalínea de descarga atmosférica a una localización aceptable.

5.4.2 Criterios para la descarga de válvulas de alivio de presión a la atmósfera

Las válvulas de alivio de presión pueden descargarse a la atmósfera si sesatisfacen las siguientes condiciones:

1. El fluido manejado debe ser totalmente vapor a la entrada de la válvula.

2. La válvula no debe caer en ninguna de las categorías listadas bajo “Criteriospara Válvulas de Alivio de Presión a Sistemas Cerrados”

3. Se cumplen las regulaciones locales con respecto a alivios atmosféricos.

5.4.3 Vías de descarga para válvulas múltiples

Algunos equipos que operan en dos modos, tales como reactores que sonregenerados periódicamente, requieren protección separada con válvulas dealivio de presión para cada servicio. Son necesarias precauciones especiales encasos en que la válvula de alivio de presión en servicio normal descarguehidrocarburos y la válvula para el ciclo de regeneración descargue aire. En laeventualidad de que ambas válvulas descarguen a la atmósfera debe ponerse unaviso de advertencia cerca de las válvulas de alivio de presión y explicarclaramente los procedimientos apropiados en las instrucciones operacionales. Sila válvula de alivio de presión para servicio de hidrocarburos descarga a unsistema cerrado deben proveerse conexiones tales que solamente un sistema dealivio de presión pueda estar en servicio al mismo tiempo, y el aire procedente delciclo de regeneración se mantenga alejado del sistema cerrado. En adición debenproveerse letreros de advertencia apropiados e instrucciones adecuadas.

5.5 Aplicación de los criterios para dirigir la descarga de válvulas dealivio de presión

A continuación se describe la aplicación de los criterios para dirigir la descarga delas válvulas de alivio de presión en varias instalaciones típicas de planta.

1. Columna de fraccionamiento

Una válvula de alivio de presión en una columna de fraccionamiento enservicio para hidrocarburos es típicamente descargada a la atmósfera, contal que se cumplan los tres criterios que se acaban de exponer. Aunque lalocalización de la válvula de alivio de presión en el tope de la columna o en

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la línea de salida de vapores del tope está normalmente expuesta amateriales en fase de vapor de modo que es aceptable la descarga a laatmósfera, cierta cantidad de líquido puede ser arrastrada con los vaporesque salen del tope bajo ciertas condiciones de descontrol tal comoinundación de la columna o flujo invertido desde el tambor de destilado. Sinembargo, la sobrepresión conjuntamente con el arrastre de líquido seconsidera una doble contingencia, la cual no se toma en cuenta parapropósitos de diseño, excepto en el caso de válvulas de alivio de presiónlocalizadas en la zona de vapores de recipientes parcialmente llenos delíquido.

Aun cuando el alivio de tope de una columna sea todo vapor en la entradaa la válvula de alivio de presión, la posibilidad de condensación de vaporesde alto peso molecular después del alivio puede ser otra materia que requiereconsideración. Algunos asumen que ocurrirá extensa condensación en elaire si la temperatura atmosférica más baja está por debajo de la temperaturade condensación de los vapores de hidrocarburos aliviados. Sin embargo, nonecesariamente ocurre esto. A medida que los vapores se despresionan através de la válvula de alivio de presión, se sobrecalientan, lo cual minimizalas tendencias a condensar en la zona rica cerca del punto de alivio. Másadelante, corriente abajo, los vapores de hidrocarburos se enfrían almezclarse con aire. Este enfriamiento y dilución con aire reduce la presiónde vapor de los hidrocarburos y a menudo resulta en que el punto de rocíode los hidrocarburos permanece por debajo de la temperatura real de losvapores, evitando así la condensación. Existen cálculos que indican quepocos alivios de válvulas de alivio de presión en refinerías se condensan,independientemente de su peso molecular.

La tendencia es máxima, sin embargo, donde las presiones son cercanas ala atmosférica y el sobrecalentamiento relativo a la atmósfera es mínimo. Lascolumnas de destilación atmosférica y los fraccionadores de unidades decraqueo catalítico tienden a entrar en esta categoría. Como se expone en laAPI RP 521, algunos operadores consideran que es grande la probabilidadde que la condensación calculada coalezca en gotitas que gravitan (comouna lluvia) cuando la presión parcial de los condensables en el punto de rocíoexcede 1/3 de la atmosférica. Con este factor y la protección del ambienteen algunas plantas han desviado tales alivios a un sistema cerrado. Sinembargo, generalmente esto no ha sido de mucha preocupación y talesalivios han sido tratados como si fueran todo vapor.

2. Bombas y hornos

No es siempre necesario que una válvula de alivio de presión que debedescargar a un sistema cerrado debe también ser conectada a un cabezalde mechurrio. Por ejemplo, válvulas de alivio de presión en hornosfrecuentemente descargan a un recipiente corriente abajo del horno y

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válvulas de alivio de presión en bombas normalmente descargan a la succiónde la bomba o al recipiente de succión de la bomba.

Cuando las variaciones de presión en la succión de la bomba pueden resultaren sobrepresión en el lado de descarga, la válvula de alivio de presión debedescargar a algún lugar seguro que no sea la succión.

Como una alternativa podría usarse una válvula de fuelle balanceado puestoque no es afectada por una contrapresión superimpuesta variable. (Véaseel documento PDVSA–MDP–08–SA–03)

3. Válvulas de alivio de expansión térmica

Véase el documento PDVSA–MDP–08–SA–01 la sección correspondientea “Sobrepresión causada por expansión térmica”

4. Calderas de recuperación de calor de desecho

Una válvula de alivio de presión instalada en la carcaza de generación deintercambio de una caldera de recuperación de calor de desecho (adiferencia de la instalación en un tambor de vapor de agua), en la mayoríade los diseños descarga una mezcla de agua y vapor. Esta mezcla no puededescargarse con seguridad a la atmósfera, ni en el suelo, ni en un lugarelevado, y por lo tanto debe proveerse un medio para separar el vapor y elagua, tal como un tambor para recolección de agua, para permitir así ladisposición de las dos fases con seguridad.

5. Intercambiadores de calor y condensadores

Las válvulas de alivio de presión instaladas en intercambiadores de calor ycondensadores para protección contra la rotura de un tubo deben descargara un sistema cerrado, cuando pueda haber descarga de líquido.

5.6 Diseño de la tubería de salida de válvulas de alivio de presióndescarga atmosférica

La tubería de salida de las válvulas de alivio de presión que descargan a laatmósfera debe ser diseñada de acuerdo con lo siguiente:

5.6.1 Requerimientos

1. Deben satisfacerse los criterios señalados en el punto 5.4 de este volumen

2. Deben cumplirse las limitaciones de contrapresión acumulada definidas enel documento PDVSA–MDP–08–SA–03.

5.6.2 Ignición de los alivios de las válvulas de alivio de presión

Si se descargan vapores por encima de su temperatura de autoignición, deberáconectarse una línea de (1” nominal) vapor de extinción que pueda serremotamente operada. Considerar además lo siguiente:

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1. Para conexiones para vapor de extinción, debe usarse una temperatura de315°C (600°F) como criterio de temperatura de autoignición para corrientesde hidrocarburos típicas.

2. Para la inclusión de una conexión para vapor de extinción, estacaracterísticas debe también proveerse para todas las válvulas de alivio depresión en servicio para hidrógeno y metano que descarguen a la atmósfera.

3. Todas las tuberías verticales de válvulas de alivio de presión en servicio parahidrógeno y metano, deben ser provistas de un anillo toroidal (Figura 1) parareducir la probabilidad de ignición por descargas electrostáticas.

5.6.3 Elevación de la tubería vertical de descarga

Cuando una válvula de alivio de presión, en servicio para vapores inflamables estámontada en el tope de un recipiente debe incluirse lo siguiente:

1. La tubería debe descargar verticalmente hacia arriba.

2. El extremo de la tubería debe estar por lo menos 2 m (6 pies) por encima decualquier parte del recipiente o su tubería que sale del tope, para evitar elchoque de la descarga con los equipos.

3. El extremo de la tubería vertical debe estar por lo menos 3 m (10 pies) porencima de la estructura accesible más alta en un radio de 8 m (26 pies).

4. La colocación debe también considerar los niveles de disipación de calor porradiación, en caso de que se encienda el alivio de la válvula de alivio depresión. Referirse al Punto 5.3 “Selección de Descarga Atmosférica oCerrada para Válvulas de Alivio de Presión”.

5.6.4 Restricciones en la tubería

No se permiten restricciones en la tubería de salida tales como válvulas deretención, supresores de llama, placas de orificio, etc.

5.6.5 Dimensionamiento de la tubería de salida

La tubería de salida se dimensiona de acuerdo con consideraciones de diámetromínimo y velocidades de salida, como sigue:

1. El diámetro de la línea de descarga debe ser por lo menos igual al diámetrode la brida de salida de la válvula de alivio de presión.

2. La tubería vertical de la válvula de alivio de presión debe ser dimensionadapara una velocidad máxima de salida, con el alivio en contingencia de diseño,del 75% de la velocidad sónica; esto es con el fin de limitar los problemas deruido y evitar un flujo estrangulado. Si es necesario instalar una sección dela tubería vertical de mayor diámetro para limitar la máxima velocidad desalida, su longitud debe ser por lo menos equivalente a 10 diámetros de latubería de mayor diámetro.

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3. Las tuberías verticales de válvulas de alivio de presión deben ser tambiéndimensionadas de modo que las velocidades de salida sean al menos 150m/s (500 pies/s) para el máximo flujo de alivio, y por lo menos 30 m/s (98pies/s) para el mínimo flujo de alivio. En base a trabajos experimentales yexperiencias en la planta, esta velocidad mínima, en conjunción con losrequerimientos de elevación ha probado asegurar una dispersión efectiva.La retención de aire y la dilución resultan en una zona de inflamaciónlimitada, con una probabilidad despreciables de que esta zona alcancecualquier equipo que pudiera constituir una fuente de ignición.

Para satisfacer los criterios de velocidad mínima de salida debenconsiderarse las contingencias de sobrepresión que resulten en flujos dealivio menores que los de la contingencia de diseño. Al considerar lavelocidad de salida es importante asegurarse de que no se exceden loslímites de contrapresión acumulada. En algunos casos este factor, enconjunción con consideraciones de golpeteo de la válvula de alivio de presióna bajos flujos de alivio, justificarían la instalación de dos válvulas de alivio depresión con puntos de ajuste escalonados como se describió en la Parte IIde los Procedimientos de Diseño.

5.6.6 Temperatura de diseño de la tubería de salida

La temperatura de diseño para tubería de salida de válvula de alivio de presión quedescargan a la atmósfera, es normalmente la del ambiente. Sin embargo, debeexaminarse si ocurre autorefrigeración y si hay necesidad de materialesresistentes a fractura por fragilidad, y además examinar las fuerzas por expansióntérmica, en el caso de que la tubería de alivio sea excepcionalmente larga.

5.6.7 Válvulas de alivio de presión múltiples que descargan a una tubería verticalsencilla

Donde dos o más válvulas de alivio de presión se conectan por un múltiple a unatubería vertical sencilla que descarga a la atmósfera, los siguientes requerimientosadicionales son aplicables:

1. Válvulas de aislamiento

Deben proveerse válvulas de aislamiento en las líneas individuales de salidade las válvulas de alivio de presión de acuerdo con los requerimientos delManual de Ingeniería de Diseño “Safety Relief Protection Systems”, parapermitir la remoción con seguridad de una válvula de alivio de presión, parasu mantenimiento, durante la operación de la planta.

2. Contrapresión

El sistema combinado de descarga atmosférica debe diseñarse parasatisfacer las limitaciones de contrapresión superimpuesta.

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3. Falla por fatiga

El sistema combinado de cabezal de descarga debe diseñarse de acuerdocon las mismas consideraciones de falla potencial de la tubería por fatiga,como se describe más adelante para sistemas de descarga cerrados.

4. Velocidad de Salida

La velocidad de salida desde la tubería de salida combinada debe cumplir losmismos requerimientos de velocidad máxima y mínima definidos parainstalaciones sencillas de válvula de alivio de presión como se describióantes bajo “Dimensionamiento de la Tubería de Salida”. La velocidadmáxima debe basarse en el alivio más grande por contingencia sencilla delgrupo de válvulas de alivio de presión combinadas en el mismo múltiple. Lavelocidad mínima debe basarse sobre el alivio más pequeño porcontingencia sencilla desde una válvula de alivio de presión del grupo. Estopuede requerir más de una tubería vertical de salida, si se instalan válvulasmúltiples de alivio de presión.

5.7 Diseño de sistemas cerrados para válvulas de alivio de presión

Los sistemas cerrados para alivios de válvulas de alivio de presión se diseñan deacuerdo con lo siguiente:

5.7.1 Vías de escape en los sistemas cerrados

1. Sistema de mechurrio convencional

La mayoría de las descargas de válvulas de alivio de presión que deben serdirigidas a un sistema cerrado son combinadas en un múltiple de tubería yalineadas a un tambor de purga convencional y luego a un sistema demechurrio. El tambor de purga sirve para separar el líquido de los vaporesde modo que la porción de vapores pueda ser quemada con seguridad enel mechurrio y la porción de líquido bombeada a instalaciones para sudisposición. El tambor de purga puede ser del tipo para materialescondensables o no condensables dependiendo de las características de lascorrientes que entran al sistema. Los criterios de selección así como la basede diseño para cada tipo de tambor de purga se detallan en el documentoPDVSA MDP (Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección 15D). Eldiseño del mechurrio incluyendo tambores de sello y otros medios deprotección contra el retroceso de la llama se describe en el documentoPDVSA MDP (Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección 15E).

Además del manejo de alivios de válvulas de alivio de presión, el cabezal delmechurrio se usa también para dirigir otros alivios de emergencia al tamborde purga. Estos incluyen separadores de gas combustible, de compresoresy absorbedores.

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2. A la atmósfera a través de un tambor de purga para condensables

Los alivios que pueden ser condensados totalmente pueden ser dirigidos aun tambor de purga para condensables, el cual puede ser venteado a laatmósfera si se cumplen los criterios expuestos en el documento PDVSAMDP (Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección 15D).

3. Sistemas de mechurrio segregados para H2S

Los alivios continuos de sulfuro de hidrógeno concentrado (mayor que 0.5m3/m3) (como se define en el documento PDVSA MDP (Pendiente)(Consultar MDP versión 1986, Sección 15K)), se dirigen normalmente a unsistema de mechurrio segregado para H2S, que se describe en el documentoPDVSA MDP (Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección 15E), a finde limitar la extensión de los problemas de ensuciamiento y obstrucciones.Los alivios intermitentes de H2S concentrado (mayor que 0.5 m3/m3 (0.5pie3/pie3)), (es decir, alivios que duran hasta 30 minutos, por ejemplomientras descarga una válvula de seguridad) deberían preferiblemente serdirigidos a un sistema de mechurrio especial para H2S si está disponible; sino a un sistema de mechurrio regular. El sistema segregado tiene la intenciónde evitar un sistema de alivio sucio y obstruido para las válvulas de alivio depresión.

Los cabezales de mechurrios de H2S deben ser construidos con provisiónpara su aislamiento, lavado y desmantelamiento para su limpieza. Debereconocerse la necesidad de una limpieza periódica del cabezal delmechurrio de H2S y por tanto debe proveerse una dirección de vía alternapara alivios de H2S para tales ocasiones, si no puede tolerarse una paradade las fuentes de H2S.

4. Otros sistemas cerrados y segregados para servicios especiales

Sistemas cerrados especiales se proveen también para alivios de válvulasde alivio de presión, en ciertos servicios en que resultarían problemasoperacionales o peligros por su descarga a través de un cabezal demechurrio regular. Tales servicios incluyen materiales severamente tóxicos,corrosivos, contaminantes o costosos. Los siguientes son ejemplos de lasinstalaciones especiales que se requieren:

a. Un cabezal y tanque de purga segregados para válvulas de alivio depresión que descargan fenol, metil–etil cetona (MEK) o dimetilo deformamida (DMF) en procesos que usan estos materiales comosolventes. Referirse al documento PDVSA MDP (Pendiente) (ConsultarMDP versión 1986, Sección 15D) para más detalles.

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b. Un sistema de cabezal y tambor de purga segregados (que se venteaa un cabezal de mechurrio regular), para válvulas de alivio de presiónque descargan materiales corrosivos, tales como ácidos o extractos deácidos en procesos tales como los de alquilación o extracción deisobutileno.

c. Secciones segregadas del cabezal del mechurrio para evitar la mezclade vapores que reaccionarían químicamente causando la deposiciónde sólidos. Por ejemplo, amoníaco debe ser separado de H2S o CO2para evitar el taponamiento del cabezal por sulfuro de amonio ocarbonato de amonio. En algunas situaciones el calentamiento de lalínea del mechurrio puede evitar la reacción y formación de depósitossólidos.

5.7.2 Dimensionamiento de sistemas de mechurrio y otros sistemas de aliviocerrados

En lo que sigue se describen los factores que afectan el dimensionamiento desistemas de alivio cerrados. Los mismos principios aplican al dimensionamientode otros sistemas de alivio cerrados, por ejemplo, alivios de válvula de alivio depresión que son combinadas en un múltiple a un evento atmosférico.

1. Consideración de todos los alivios a través del sistema

Deben considerarse todos los alivios combinados en el sistema cerrado.Además de las descargas de válvulas de alivio de presión, éstos puedenincluir drenajes de tambores separadores de compresores de gascombustible y de absorbedores, vapores venteados de tambores deseparación de agua, corrientes de alimentación desviadas, drenajescerrados procedentes de equipos, evacuaciones de vapores y de líquido.

2. Flujo máximo a manejarse

El sistema de mechurrio debe ser dimensionado para manejar el mayor flujototal precedente de cualquiera de las fuentes conectadas al mismo yresultante de cualquier contingencia sencilla. Puesto que el sistema delmechurrio consiste de varios cabezales colectores, ramas laterales,tambores de purga y separación, etc., este principio debe aplicarse a todaslas partes del sistema, o sea, cada parte del sistema debe estar capacitadopara manejar el flujo máximo por cualquier contingencia que pueda ocurriren esa sección del cabezal. (Cualquier carga continua, tal como quemaexcesiva de gas por el mechurrio, es adicional a la contingencia más grande).Las bases de diseño para contingencias con el propósito de evaluar los flujosde alivio a sistema del mechurrio se definen en:

a. Flujos de descarga de válvulas de alivio de presión(PDVSA–MDP–08–SA–02).

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b. Flujos de alivio de vapores evacuados, Manual de Ingeniería deRiesgos “Sistemas de paradas de emergencia, bloqueo,despresurización y venteo” (PDVSA–IR–P–01).

c. Alivio de vapores de tambores de separación de agua (PDVSA–MDP(Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección 15D)).

d. Flujos de corrientes de alimentación desviadas (PDVSA–MDP(Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección 15E)).

3. Presión disponible y caídas de presión de los equipos a través delsistema del mechurrio

La caída de presión a través del sistema del mechurrio está compuesta decaídas de presión parciales a través de los siguientes equipos:

a. Líneas laterales de descarga desde válvulas de alivio de presión.

b. Cabezales de válvulas de seguridad.

c. Tambor de purga.

d. Cabezal del mechurrio.

e. Sello del mechurrio (determinada por la inmersión del tubo de sello).

f. Chimenea del mechurrio.

g. Boquilla del mechurrio

Con las caídas de presión a través de la boquilla del mechurrio, del sello delmechurrio y la elevación del mechurrio fijos (de acuerdo con los Procedimientosde Diseño de PDVSA–MDP (Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección15E)), la chimenea del mechurrio, los cabezales y las líneas laterales sedimensionan para el alivio más grande, cuidado de no exceder la máxima presiónoperacional permitida de los tambores de purga y de los tambores de separaciónde agua asociados. Estas máximas presiones operacionales permitidas seexplican en el documento PDVSA–MDP (Pendiente) (Consultar MDP versión1986, Sección 15D) y a su vez son determinadas por:

a. Contrapresión máxima permitida sobre las válvulas de alivio de presión, quees una función de la presión de ajuste, tipo de válvula y de la contingenciamás grande.

b. Contrapresión máxima permitida sobre corrientes de desvío de vapores quepermitirá el alivio del flujo de diseño de los equipos.

c. Contrapresión máxima permitida sobre corrientes de agua de los equiposque permitirá el alivio del flujo de diseño de los equipos.

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El diseño completo de la capacidad del sistema del mechurrio consiste en undimensionamiento apropiado de las tuberías laterales, cabezales y columna delmechurrio para satisfacer los criterios anteriormente expuestos, usando losprocedimientos de cálculo presentados en el Apéndice E (“Design of ReliefManifolds”), del API RP 521. En algunos casos el diseño puede ser optimado conel uso de válvulas de alivio de presión balanceadas (usualmente del tipo confuelles), las cuales pueden tolerar contrapresiones más altas que las del tipoconvencional.

5.7.3 Diseño de un sistema de alivio cerrado

1. Dirección de la salida del cabezal del mechurrio a través del área deprocesos

La dirección de la salida de los cabezales de mechurrio a través de las áreasde procesos debe ser tal que se eviten colocaciones con un riesgo deincendio particularmente alto, tales como sobre bombas, hornos, etc. Loscabezales y subcabezales deben ser también dispuestos y provistos conválvulas de aislamiento del tipo “CSO” (trabadas para permanecer abiertas)y discos ciegos del tipo “anteojo”, a menos que sea prohibido por códigoslocales (Ver Figura 6). El objetivo es que no sea necesario que líneas delmechurrio permanezcan en servicio en unidades que se paranseparadamente. Los tambores de purga y tambores de agua deben serespaciados y distanciados en áreas de proceso como lo requiere el Manualde Ingeniería de Riesgos.

2. Tubería de salida de válvulas de alivio de presión

La tubería de salida de válvulas de alivio de presión debe ser por lo menosde igual tamaño al de la brida de salida de la válvula.

3. Drenaje de líquidos desde un sistema de alivio cerrado

La acumulación de líquidos en sistemas de alivios cerrados puede imponeruna contrapresión apreciable y reducir la capacidad de alivio. Deben incluirselas siguientes características de diseño para evitar estos problemas:

a. Las válvulas de alivio de presión deben instalarse a un nivel por encimadel cabezal de modo que la tubería de salida drene dentro del cabezal.En casos excepcionales, está permitida la localización a un nivel pordebajo del cabezal, de un drenaje especial para la tubería de salida.

b. Los cabezales cerrados deben inclinarse continuamente hacia abajoen dirección al tambor de purga desde todos los puntos en que lesentran tuberías laterales, desde válvulas de alivio de presión u otrosalivios. Los cabezales de mechurrio deben inclinarse continuamentehacia abajo desde el tambor de sello del mechurrio hacia atrás, hastael tambor de purga. La inclinación requerida es de 0.2%.

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c. No debe haber puntos bajos, ni otras trampas de líquidos donde puedaacumularse líquido en sistemas de alivio cerrados.

d. Deben proveerse trazas de vapor a las tuberías de salida de válvula dealivio de presión y también a los cabezales donde puedan ocurrirdeposiciones de cera, hielo o congelamiento de líquidos viscosos.

4. Expansión térmica en el cabezal del mechurrio

Pueden usarse juntas de expansión del tipo deslizante como una alternativaa los lazos de expansión en la tubería, si se requieren, para obtener unareducción de la caída de presión o donde las juntas de expansión puedenresultar en acumulación del líquido, pero sujeto a las siguientes condiciones:

a. Están permitidas solamente en áreas con bajo riesgo de incendio, talescomo en sitios fuera del área de procesos de la planta, por lo menos a4,5 m (15 pie) de carreteras y a 15 m (50 pie) de fuentes continuas deignición tales como hornos .

b. No deben usarse en cabezales de mechurrio segregados para H2S oservicios similares, debido a la toxicidad del fluido en caso de queocurra un escape.

c. El líquido o vapores no son corrosivos para las superficies de contacto.

d. El sistema en el cual están instaladas opera por debajo de 345 kPaman. (50 psig) (especificar 345 kPa man. (50 psig), presión mínima dediseño)

e. El límite máximo de temperatura en de 400°C (752°F) y un mínimo de10°C (50°F) para servicio intermitente, puesto que la formación de hielopuede causar que la junta se pegue.

Si se especifica una junta deslizante la especificación de diseño debe incluirtambién las siguientes notas:

f. Proveer guías y anclajes para eliminar momentos en la tubería yabsorber fuerzas extremas sobre las juntas.

g. Las partes cilíndricas deslizantes de la junta deben ser de aceroinoxidable 18–8

h. La junta debe ser guiada internamente para mantener la alineaciónaxial.

i. La junta debe tener 6 tornillos de empacadura con anillo tipo yprovisiones para inyección de un lubricante no combustible. El materialde la empacadura debe ser de un material adecuado (asbesto no estápermitido por ser cancerígeno) para 400°C (752°F) y debe ser por lomenos de 13 mm (1/2 pulg.). La empacadura impregnada con teflón noes aceptable.

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j. La junta debe ser protegida con tensores limitantes parea evitar lasobre–expansión o compresión.

k. La identificación de la junta debe incluir presión y temperatura dediseño, rango de temperatura, ajuste ambiental, rango de movimientomáximo para comprensión y extensión.

5. Temperatura de diseño para sistemas de alivio cerrados

La temperatura de diseño de todas las tuberías, cabezales, tambores depurga, etc. en un sistema de alivio cerrado, debe considerar las condicionesreales más extremas asociadas con cualquier contingencia sencilla. Laaplicación de esta base de diseño incluye las siguientes interpretaciones:

a. Deben tomar en cuenta las bajas temperaturas que puedan resultar porautorefrigeración o expansión cuando los fluidos de proceso sedescargan a través de válvulas de alivio de presión.

b. Puede concederse crédito por una caída de temperatura por expansiónen el caso de alivios calientes y también por enfriamiento atmosféricosdel cabezal, si estos pueden calcularse realísticamente.

c. Los extremos de temperatura de descarga usados para el diseño desistemas de alivios de presión se basan en contingencias de fallasoperacionales. Así, la máxima temperatura de diseño para propósitosde selección de materiales para válvulas de alivio de presión y tuberías,se toma como la máxima temperatura de diseño del recipienteprotegido, con un crédito por la caída de presión como se describióanteriormente. Sin embargo, en contingencias de exposición a unincendio externo, estas temperaturas pueden ser excedidas por latemperatura del fluido de proceso (por ejemplo, en el caso de líquidosque hierven a alta temperatura) o por la temperatura de la superficie deequipos (como resultado de exposición a un incendio); pero con ciertasexcepciones, estas temperaturas de contingencia de incendio no seusan para el diseño de sistemas de alivio de presión. Estasexcepciones son:

• El punto de ebullición del fluido a la presión de alivio se usa paradimensionar el orificio de una válvula de alivio de presión para lacontingencia de incendio como se describe en el volumenPDVSA–MDP–08–SA–04.

• La temperatura de alivio más fría o más caliente que resulte decondiciones del ambiente, falla operacional o contingencia deincendio, se usa para el propósito de diseñar para expansióntérmica en el sistema completo de tuberías y cabezales. Puedeconcederse un crédito por elevación o caída de temperatura en elsistema, como se describió anteriormente.

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d. El diseño de sistemas de alivio cerrados para bajas temperaturas debetomar en consideración los siguientes factores:

• Los materiales de construcción deben ser adecuados parasoportar la temperatura mas baja posible que pueda ocurrir enservicio.

• Debe darse un margen por la contracción térmica de la tubería,basado en la temperatura de servicio más baja posible.

• Debe considerarse que los cabezales de válvula de seguridad y delmechurrio están sujetos a intenso enfriamiento, si pueden estarexpuestos a líquidos fríos aliviados dentro del sistema. Esto incluyecabezales de mechurrio que reciben de tambores de purga dentrode los cuales se descargan líquidos fríos. Donde se combinentuberías laterales de materiales diferentes, el material del cabezalde menor temperatura se usa para el resto de la línea combinaday se extiende también hacia atrás en otras líneas hasta 6 m (20 pie).

• Un calentador en línea en la salida de vapores de un tambor depurga es un medio permitido de proteger el cabezal y el mechurrio,aguas abajo, contra bajas temperaturas que puedan resultar dealivios de vapores fríos o por la exposición al clima de los líquidosfríos en el tambor. Normalmente, el calentador en línea consiste deuna sección con chaqueta de vapor de agua sobre el cabezal conun suministro de vapor continuo y además con una alarmaindependiente de baja temperatura. El diseño debe tambiénproveer un medio efectivo para el retiro de condensado, para evitarla pérdida de transferencia de calor y posible formación de hielo.Diseños aceptables incluyen un tubo de sello barométrico (dondela presión del vapor de agua es lo suficientemente baja) o untambor de vapor de agua con una retención de 15 minutos entre unalto nivel normal y un alto nivel de emergencia, con un sistema dedescarga independiente. Es importante que no aparezcacondensado en ningún momento en el calentador en línea. Sinembargo, los calentadores de líneas al mechurrio no estánpermitidos en líneas sujetas a choque por enfriamiento intenso,causado por el líquido, y donde la posibilidad de una falla delcalentador pueda resultar en fractura por fragilidad.

• Los diseños de sistemas de mechurrio deben también incluirmedios para evitar la congelación de agua de sello en el tambor desello del mechurrio, si los vapores que entran pueden estar pordebajo de 0°C (32°F), como se describe en el documentoPDVSA–MDP (Pendiente) (Consultar MDP versión 1986, Sección15E).

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6. Válvulas de aislamiento para sistemas de alivios de presión

Las válvulas de bloqueo para propósitos de aislamiento pueden usarse paraaislar un aparato de alivio de presión del equipo que protege o de su sistemade disposición aguas abajo. Puesto que el uso impropio de dichas válvulaspuede hacer inoperativo el aparato de alivio de presión, el diseño, instalacióny manejo de estas válvulas de aislamiento debe evaluarse cuidadosamente,para asegurar que la seguridad de la planta no se ha comprometido.

Si un aparato de alivio de presión tiene un historial de servicio con fugas,taponamientos y otros problemas severos que afecten su desempeño, debeproveerse aislamiento y respaldo (duplicación) del aparato de alivio. Estaestrategia de diseño permite que el aparato de alivio de presión seainspeccionado, mantenido o reparado sin parar la unidad de proceso. Sinembargo, hay peligros potenciales asociados con el uso de válvulas deasilamiento. La legislación local puede tener otros requisitos.

Todas las válvulas de aislamiento en tuberías de alivio de presión deberáncumplir con los siguientes requisitos (ver Figuras 4a , 4b y 4c ):

a. Las válvulas serán de hueco completo (abertura del tamaño de latubería donde está).

b. Las válvulas serán apropiadas para la clasificación de servicio de latubería donde están.

c. Las válvulas tendrán la capacidad de ser trancadas, abiertas o CSO.

d. Cuando se usen válvulas de compuerta, se instalarán con el vástagoorientado horizontalmente o si esto no es factible, con el vástagoorientado hacia abajo a un máximo de 45° desde la horizontal, paraevitar que la compuerta caiga y cierre el flujo.

e. Considérese pintar las válvulas de aislamiento con un color especial oproveer otra identificación.

f. Cuando se instalen válvulas de asilamiento en tuberías de descarga deválvulas de alivio (PRV), se proveerán medios para preveniracumulación de presión entre la PRV y la válvula de aislamiento (porejemplo, una válvula de purga o venteo).

g. Considérese la instalación de un aparato adicional de alivio de presión,de tal manera que se tenga un 100% de capacidad disponible de aliviomientras que cualquier aparato de alivio está fuera de servicio.

h. Considérese almacenar la válvula de alivio extra hasta que se necesite,para preservar su integridad y permitir su prueba en los bancos deinstrumentos justo antes de su instalación.

i. Cuando se provean aparatos de alivio de respaldo, un enclavamientodeberá proveerse, el cual fije las secuencias apropiadas de apertura y

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cierre de las válvulas de aislamiento, para asegurar que la proteccióncontra sobrepresión del recipiente no se ha comprometido.Típicamente, las válvulas de aislamiento de la entrada de los aparatosde respaldo de alivio de presión están cerradas.

j. Válvulas de aislamiento de tres vías son aceptables, siempre y cuandola instalación cumpla con los requisitos de tamaño y de caída depresión.

Las colocaciones particulares donde se permiten tales válvulas del tipo“CSO” son:

a. Entradas de válvulas de alivio de presión donde se requiere elaislamiento de la válvula de alivio de presión para mantenimiento enoperación, sujeto al cumplimiento de códigos locales.

b. Salidas de válvulas de alivio de presión que están combinadas en unmúltiple a un sistema cerrado o a un venteo atmosférico combinado,donde se requiere el aislamiento de la válvula de alivio de presión paramantenimiento en operación, sujeto al cumplimiento de códigoslocales.

c. Un cabezal de mechurrio en los límites de batería de una unidad quepuede pararse independientemente de otras unidades conectadas almismo cabezal.

d. Líneas de entrada a mechurrios cuando un sistema de mechurrio estáconectada a más de un mechurrio y se requiere aislar un mechurriopara mantenimiento.

Deberán fijarse procedimientos estrictos de manejo que prohibirán el cierreinadvertido de válvulas de aislamiento las tuberías de alivio. Estosprocedimientos podrán requerir que la apertura y cierre de dichas válvulaslo haga solamente una persona autorizada.

Se tendrá una lista actualizada de todas las válvulas de aislamientolocalizadas en las tuberías de alivio que puedan aislar válvulas de alivio. Seproveerá además documentación de la posición requerida y razón para elcandado o sello de posición de la válvula en cuestión.

Se harán inspecciones periódicas de las válvulas de asilamiento localizadasen las tuberías de alivio, las cuales verificarán la posición de dichas válvulasy la condición del aparato de trancado o sello.

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7. Problemas de vibración acústicamente inducida en sistemas decabezales de mechurrios

La tendencia actual hacia el diseño de unidades y equipos más grandesaumenta el potencial para problemas complejos de vibración. En particular,los sistemas de tuberías de gas con válvulas reductoras de presión de grancapacidad, han experimentado problemas de falla por fatiga donde existíauna turbulencia excesiva y alta energía acústica. Las fuerzas de laturbulencia producen ciertos modos complejos de vibración en componentesde tubería aguas abajo. Estas vibraciones pueden resultar eventualmente enesfuerzos que exceden el límite de resistencia para los materiales, y por lotanto, pueden causar una falla por fatiga. Las válvulas de alivio de presiónpueden tener la capacidad de generar energía acústica suficiente paracausar fallas por fatiga, en tuberías de descarga laterales y/o tuberías decabezales del mechurrio, aguas abajo.

Problemas potenciales de vibración de este tipo, deben considerarse conanterioridad, en la etapa de diseño del sistema de cabezal del mechurrio. Sehan desarrollado los siguientes criterios de diferenciación para ayudar aldiseñador en el reconocimiento de servicios con problemas potenciales devibración y que requieren evaluación más detallada:

• Tamaños de líneas aguas abajo de 400 mm (15 pulg.) y mayores:velocidad de flujo de masa mayor de 91000 kg/h (200000 lb/h) o relaciónde presiones mayores que 3.

• Tamaños de líneas aguas abajo de 200–350 mm (7–14 pulg.): velocidaden la línea aguas abajo mayor que el 50% de la velocidad del sonido yrelación de presiones mayor que 3.

• Tamaños de línea aguas abajo menor de 200 mm (7 pulg.) y ensanchadao conectada por una “T” a una línea de 200 mm (7 pulg.) o más grande:velocidad en la línea mayor que el 50% de la velocidad del sonido yrelación de presiones mayor que 3.

Los criterios anteriores son una guía para detectar problemas potenciales ensistemas de reducción de presión de gas y aplican a los primeros 90 m (295pie) de tubería aguas abajo del reductor de presión bajo consideración. Lossistemas con flujo de líquido solamente no se consideran como problemaspotenciales y no necesitan ser investigados. Para sistemas con flujos de dosfases, usar la suposición conservadora de que la velocidad de flujo de masatotal es de gas solamente.

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Debe hacerse una distinción en cuanto al tiempo de servicio de los sistemasde reducción de presión. La falla por fatiga de cualquier sistema mecánicodepende del tiempo, o sea del número de ciclos hasta la falla. Por lo tanto eltratamiento requerido para un servicio continuo puede no estar justificado.Un sistema en servicio de corta duración se define como uno que operadurante un total de 12 horas o menos durante la vida de la planta. Lasválvulas de alivio de presión típicamente están dentro de ese límite.

Servicio continuo

Las válvulas de reducción de presión que operan más de 12 horas durante la vidade la planta debe considerarse que están en servicio continuo. Las alternativas detratamiento para esos servicios típicamente requieren medidas para reducir laenergía acústica generada en la fuente.

Velocidad máxima en líneas

Las condiciones sónicas en discontinuidades de tuberías tales como conexionesde ramales, reductores, etc., pueden también resultar en vibraciones inaceptablesacústicamente inducidas. Puesto que los componentes de tubería no sondiseñados para trabajar como estaciones reductoras de presión, estos hanprobado ser más susceptibles a fallas por fatiga. Las velocidades máximas del flujode vapores o fases mezcladas no debe exceder el 50% de la velocidad sónica. Sinembargo, para servicios de corta duración tal como el de un dispositivo de alivioque descarga a un sistema de cabezal de mechurrio, las velocidades en la líneapueden ser tan altas como el 75% de la velocidad sónica.

1. Diseño para condiciones de arranque

Los cabezales cerrados deben ser diseñados para cualesquiera condicionesanormales que puedan surgir durante la puesta en servicio del cabezal oarranques de la planta.

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

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

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

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

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RECIPIENTE

SOPORTAR PARA RESISTIR PESOY FUERZAS DE REACCION

CODO DE RADIO LARGO

VALVULA DE ALIVIO DEPRESION

DRENAJE DEL CUERPODE LA VALVULA

LA CAIDA DE PRESIONNO EXCEDERA EL 3%DE LA PRESION DE AJUSTE

CAPUCHA CONTRA LLUVIA(PUEDE REQUERIRSE)

SI LA VALVULA DE ALIVIOSE CONECTA A UN SISTEMACERRADO, EVITAR QUE LOSESFUERZOS DE LA TUBERIAAFECTEN LA VALVULA BAJOCUALQUIER CONDICION DEOPERACION

DRENAJE OPCIONALDE PUNTO BAJO

DIAMETRO NOMINALDE TUBERIA NO MENORQUE EL TAMANO DE

ENTRADA DE LA VALVULA

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Fig. 1. VÁLVULA DE ALIVIO DE PRESIÓN TÍPICA SIN VÁLVULA DE AISLAMIENTO.

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RECIPIENTE

VALVULA DE ALIVIODE PRESION

VER 5.3.1 PARA LIMITACIONESEN LA CAIDA DE PRESION

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Fig. 2. VÁLVULA DE ALIVIO DE PRESIÓN TÍPICA MONTADA EN LÍNEA DE PROCESO.

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BRIDAS DE ENTRADA

TUBO DE ENTRADA

CONEXION DEL RAMAL

TUBERIA PRINCIPAL

NO MENOS DE 10 DIAMETROS DETUBERIA DESDE CUALQUIER DISPOSITIVO

QUE PRODUZCA TURBULENCIA

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Fig. 3. INSTALACIÓN TÍPICA PARA EVITAR TURBULENCIA EXCESIVA A LAENTRADA DE UNA VÁLVULA DE ALIVIO DE PRESIÓN.

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Fig. 4a. INSTALACIÓN TÍPICA DE VÁLVULA DE ALIVIO CON VÁLVULAS DEAISLAMIENTO.

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Fig. 4b. ARREGLO DE INSTALACIÓN TÍPICA DE VÁLVULAS DE ALIVIO CON 100% DERESPALDO DE CAPACIDAD DE ALIVIO.

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Fig. 4c. ARREGLO ALTERNO DE INSTALACIÓN TÍPICA DE VÁLVULAS DE ALIVIOCON 100% DE RESPALDO DE CAPACIDAD DE ALIVIO.

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RECIPIENTE

VALVULA DEALIVIO DEPRESION

TUBERIA DE DESCARGA

DISEÑAR LA TUBERIA DEENTRADA, DE TAL MANERAQUE LA CAIDA DE PRESIONDESDE EL RECIPIENTE HASTALA ENTRADA DE LA VALVULADE ALIVIO DE PRESION NOEXCEDA EL 3% DE LA PRESION DE AJUSTE DE LAVALVULA

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Fig. 5. VÁLVULA DE ALIVIO DE PRESIÓN INSTALADA EN UNA TUBERÍA LARGA.

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DRENAJE SINVALVULA (CEGADO)

CIEGO DE ANTEOJOS(ABIERTO)DESDE LA PLANTA

O UNIDAD

VALVULA DEAISLAMIENTO,VASTAGO HORIZONTAL,TRANCADA ABIERTA

3/4”

2”

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Fig. 6. ARREGLO DE VÁLVULA DE AISLAMIENTO PARA CABEZALES YSUBCABEZALES.

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