pdvsa - manual de procesos (diseño de plantas)

PDVSAMANUAL DE DISEO DE PROCESOSEGURIDAD EN EL DISEO DE PLANTAS SISTEMAS DE ALIVIO DE PRESION

PDVSA N

TITULO

MDP08SA01

PRINCIPIOS BASICOS

1 0REV.

AGO.97 ABR.95FECHA

Sinceracin con MID/MIR APROBADODESCRIPCION FECHA ABR.95 APROB.

13 13PAG.

O.R. J.P.REV.

L.R. F.R.APROB. APROB. FECHA ABR.95

APROB.

E PDVSA, 1983

ESPECIALISTAS

MANUAL DE DISEO DE PROCESO

PDVSA MDP08SA01 REVISION FECHA

PDVSA.Men Principal

SEGURIDAD EN EL DISEO DE PLANTAS SISTEMA DE ALIVIO DE PRESION PRINCIPIOS BASICOSIndice manual Indice volumen

1

AGO.97

Pgina 1Indice norma

Indice1 OBJETIVO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 ALCANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 DEFINICIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 4.16 4.17 4.18 4.19 4.20 4.21 4.22 4.23 4.24 4.25 4.26 4.27 4.28 4.29 4.30 4.31 4.32 4.33 4.34 Acumulacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Area de riesgo de incendio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Contingencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Contingencia doble . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Contingencia remota . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Contingencia sencilla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Contrapresin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Contrapresin acumulada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Contrapresin superimpuesta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Descarga atmosfrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Diferencia de presin de descarga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dispositivo de alivio de presin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Dispositivo de disco de ruptura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Emergencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Evento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Levantamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mxima presin de operacin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Mxima presin de trabajo permisible (MAWP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Presin de abertura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Presin de ajuste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Presin de cierre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Presin de diseo manomtrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Presin de prueba diferencial en fro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Presin de ruptura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Riesgo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistema de alivio de presin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistema abierto de desecho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sistema cerrado de desecho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sobrepresin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vlvula de alivio (PR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vlvula balanceada de alivio de presin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vlvula convencional de alivio de presin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vlvula operada por piloto de alivio de presin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vlvula con resorte de alivio de presin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 3 3 44 4 4 5 5 5 5 5 5 5 5 5 6 6 6 6 6 6 6 6 6 7 7 7 7 7 7 7 7 8 8 8 8 8



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4.35 Vlvula de alivio de seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.36 Vlvula de seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.37 Vlvula de alivio de vaco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8 8 8

5 CONSIDERACIONES DE DISEO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.1 5.2 5.3 Base de contingencia para el diseo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aplicacin de cdigos y regulaciones gubernamentales . . . . . . . . . . . . . . Resumen de los procedimientos para el alivio de presin . . . . . . . . . . . . .

99 11 11

6 NOMENCLATURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 APENDICE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Tabla 1 Resumen de Contingencia de Vlvulas de Seguridad . . . . . . . . .

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OBJETIVOEl objetivo de esta seccin es presentar los principios bsicos en los cuales se sustenta el diseo de los sistemas de alivio de presin aplicables a los proyectos de instalaciones nuevas y a las modificaciones de las instalaciones existentes en la IPPCN. El tema Sistemas de alivio de presin, dentro del rea de Seguridad en el diseo de plantas, en el Manual de Diseo de Procesos (MDP), est cubierto por los siguientes documentos: PDVSAMDP Descripcin de Documento 08SA01 Sistemas de alivio de presin: Principios Bsicos (Este documento). 08SA02 Sistemas de alivio de presin: Consideraciones de contingencia y determinacin de los flujos de alivio. Sistemas de alivio de presin: Dispositivos de alivio de presin. Sistemas de alivio de presin: Procedimientos para especificar y dimensionar vlvulas de alivio de presin. 08SA05 Sistemas de alivio de presin: Instalacin de vlvulas de alivio de presin. Este documento, junto con los dems que cubren el tema de Sistemas de alivio de presin, dentro del Manual de Diseo de Procesos (MDP) de PDVSA, son una actualizacin de la Prctica de Diseo Seguridad en el diseo de plantas, subseccin 15C: Sistemas de alivio de presin, presentada en la versin de Junio de 1986 del MDP. 08SA03 08SA04

2

ALCANCECubre las definiciones bsicas, las referencias que soportan las definiciones y las consideraciones bsicas que deben ser tomadas en cuenta para el diseo de los sistemas de alivio de presin, excluyendo los relacionados con riesgos de incendio, explosin o accidente, el cual ser tratado en PDVSAMIR(Pendiente) (Consultar MDP versin 1986, subseccin 15B).

3

REFERENCIASManual de Diseo de Proceso (Actual) S MDP01DP01Temperatura y presin de diseo Manual de Diseo de Proceso (versin 1986) S Vol IX, Subseccin 15B Minimizacin de los riesgos de incendio, explosin o accidente



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S Vol IX, Subseccin 15C Sistemas de alivio de presin Manual de Ingeniera de Riesgo S IRS00: Definiciones, Marzo 1995 Otras Referencias 1. APIRP520, Sizing, selection and installation of pressurerelieving devices in refineries, part I, 1993. 2. APIRP521, Guide for pressurerelieving and depressuring systems, 1990. 3. AMERICAN NATIONAL STANDARD ANSI B95.1 Terminology for pressure relief devices (ANSI/ASME Performance Test Code PTC25.3).

4

DEFINICIONES4.1 AcumulacinAumento de presin sobre la MAWP de un recipiente durante la descarga a travs de un dispositivo de alivio de presin y se expresa en unidades de presin o como porcentaje de presin. Las acumulaciones mximas permisibles, se establecen por los cdigos de diseo aplicables a contingencias operacionales y de fuego.

4.2

Area de Riesgo de IncendioUna planta de proceso es subdividida en reas de riesgo de incendio, cada una de las cuales es el rea mxima que razonablemente puede esperarse estar involucrada totalmente en un incendio sencillo. Esto se usa como base para determinar el requerimiento combinado para alivio de presin debido a la exposicin a un incendio, basado principalmente en los efectos de la radiacin de un incendio centrado en una piscina de lquido inflamable ardiendo. Esto no debe confundirse con las reas usadas para determinar las capacidades de agua contra incendios y de drenaje, las cuales se definen como reas de subdivisin del plano de disposicin de equipos segn los documentos PDVSA MIR IRM03 Sistemas de Agua contra Incendio e IRM04 Sistemas de Espuma contra Incendio. Tampoco debe confundirse con la definicin ms general empleada durante los ejercicios de Anlisis Cuantitativo de Riesgos, en los cuales se considera la radiacin por incendio de lquido inflamable y la sobrepresin por explosin de nubes de gases inflamables.

4.3 4.4

ContingenciaEvento anormal que causa una condicin de emergencia.

Contingencia dobleOcurrencia simultnea de dos o ms contingencias sencillas que no estn relacionadas entre si.



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4.5

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

4.6 4.7

Contingencia sencillaEvento anormal sencillo que causa una condicin de emergencia.

ContrapresinPresin existente en el cabezal de descarga al cual alivia un dispositivo de alivio de presin. Es la suma de las contrapresiones superimpuesta y acumulada.

4.8

Contrapresin acumuladaIncremento en la presin en el cabezal de descarga, la cual se genera despus que un dispositivo de alivio de presin abre.

4.9

Contrapresin superimpuestaPresin esttica existente a la salida de un dispositivo de alivio de presin al momento de su abertura. Esta contrapresin proviene de otras fuentes y puede ser constante o variable.

4.10 4.11

Descarga atmosfricaAlivio de vapores o gases desde un dispositivo de alivio de presin a la atmsfera.

Diferencia de presin de descargaDiferencia entre la presin de ajuste y la presin de cierre de una vlvula de alivio de presin, expresada en unidades de presin o como porcentaje de la presin de ajuste.

4.12

Dispositivo de alivio de presinUn dispositivo de alivio de presin funciona por la presin esttica interna y est diseado para abrir durante una situacin anormal o emergencia, de manera tal de prevenir un aumento excesivo de la presin de fluido interno, por encima de un valor especfico. El dispositivo tambin puede estar diseado para prevenir un vaco excesivo. Entre estos dispositivos se encuentran las vlvulas de alivio de presin, los dispositivos de alivio de presin no recerrables y las vlvulas de alivio de vaco.

4.13

Dispositivo de disco de rupturaDispositivo de alivio de presin diferencial no recerrable, accionado por la presin esttica interna, y est diseado para funcionar mediante la ruptura del disco que contiene la presin. Un dispositivo de disco de ruptura incluye un disco de ruptura y un porta disco de ruptura.



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4.14

EmergenciaInterrupcin de las operaciones normales en la cual el personal, los equipos y el ambiente estn en peligro.

4.15

EventoSuceso que envuelve el comportamiento de un equipo, una accin humana o un agente o elemento externo al sistema y que causa desviacin de su comportamiento normal.

4.16

LevantamientoDesplazamiento real del disco de una vlvula de alivio de presin desde su posicin cerrada hasta su posicin abierta.

4.17 4.18

Mxima presin de operacinMxima presin esperada durante la operacin de un sistema.

Mxima presin de trabajo permisible (MAWP)Mxima presin manomtrica permisible en el tope de un recipiente a una temperatura especificada. La MAWP se calcula usando el espesor nominal de cada elemento del recipiente sin considerar el espesor adicional por corrosin ni otras cargas de presiones. Es la base para fijar la presin de un dispositivo de alivio de presin.

4.19

Presin de aberturaValor de presin esttica, corriente arriba de la vlvula, a la cual existe un levantamiento apreciable del disco y empieza a observarse un flujo de venteo continuo.

4.20

Presin de ajustePresin manomtrica a la cual es ajustada una vlvula de alivio de presin para abrir bajo condiciones de servicio.

4.21

Presin de cierreValor de la presin esttica, aguas arriba de la vlvula, a la cual el disco de la vlvula hace contacto nuevamente con su asiento o cuando el levantamiento alcanza el valor de cero.

4.22

Presin de diseo manomtricaCondicin de presin ms severa, coincidente con la temperatura ms severa que se espera durante la operacin. Esta presin puede ser usada en lugar de la MAWP, si esta ltima no ha sido establecida. La presin de diseo es igual o menor que la MAWP.



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4.23

Presin de prueba diferencial en froPresin a la cual una vlvula de alivio de presin es ajustada para abrir en un banco de prueba e incluye las correcciones para las condiciones de servicio de contrapresin o temperatura o ambos.

4.24

Presin de rupturaPresin esttica, aguas arriba de un dispositivo de alivio no recerrable, al cual el dispositivo abre.

4.25

RiesgoMedida de prdidas econmicas, dao ambiental o lesiones humanas, en trminos de la probabilidad de ocurrencia de un accidente (frecuencia) y magnitud de las prdidas, dao al ambiente o de las lesiones (consecuencias).

4.26

Sistema de alivio de presinArreglo de un dispositivo de alivio de presin, tubera y medios de disposicin concebidos para la recoleccin, transporte y disposicin segura de alivios. Tal sistema puede estar formado por un simple dispositivo de alivio de presin con o sin tubera de descarga ubicados en un recipiente o lnea; sistemas ms complejos incluyen varios dispositivos de alivio de presin que descargan a un cabezal comn y terminan en un equipo de disposicin.

4.27

Sistema abierto de desechoSistema de disposicin que descarga directamente desde un dispositivo de alivio de presin a la atmsfera.

4.28

Sistema cerrado de desechoSistema de disposicin capaz de resistir presiones diferentes de la presin atmosfrica.

4.29

SobrepresinAumento de presin por encima de la presin de ajuste del dispositivo de alivio de presin y se expresa en unidades de presin o como porcentaje de presin. La sobrepresin coincide con la acumulacin cuando el dispositivo de alivio de presin esta ajustado a la MAWP del recipiente.

4.30

Vlvula de alivio (PR)Vlvula de alivio de presin con resorte que funciona por la presin esttica aguas arriba de la vlvula. Normalmente, se abre en proporcin al aumento de presin



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por encima de la presin de apertura. Se utiliza principalmente con fluidos incompresibles.

4.31

Vlvula balanceada de alivio de presinVlvula de alivio de presin con resorte que incorpora elementos para minimizar el efecto de la contrapresin en las caractersticas de funcionamiento.

4.32

Vlvula convencional de alivio de presinVlvula de alivio de presin con resorte, cuyas caractersticas de funcionamiento dependen directamente de los cambios de la contrapresin en la vlvula.

4.33

Vlvula operada por piloto de alivio de presinVlvula de alivio de presin en la que la vlvula principal est combinada con y controlada por una vlvula de alivio de presin auxiliar.

4.34

Vlvula con resorte de alivio de presinDispositivo de alivio de presin diseado para cerrar automticamente y prevenir la salida adicional de fluido.

4.35

Vlvula de alivio de seguridadVlvula de alivio de presin con resorte que puede ser utilizada como vlvula de seguridad o como vlvula de alivio, dependiendo de su aplicacin.

4.36

Vlvula de seguridadVlvula de alivio de presin con resorte, que funciona por la presin esttica aguas arriba de la vlvula, y se caracteriza por abrir rpidamente. Normalmente se utiliza con fluidos comprensibles.

4.37

Vlvula de alivio de vacoDispositivo de alivio de vaco diseado para admitir un fluido para prevenir un excesivo vaco interno; estos dispositivos estn diseados para cerrar y prevenir la salida de fluidos despus que la condicin normal ha sido restablecida.

5

CONSIDERACIONES DE DISEOEn esta seccin se describen las causas principales de sobrepresin en equipos de refinera y los procedimientos de diseo para minimizar los efectos de estas causas. La sobrepresin es el resultado de un desbalance de los flujos normales de material o energa, que causan que la materia o energa, o ambos, se acumule en alguna parte del sistema. El anlisis de las causas y magnitudes de la sobrepresin involucra por lo tanto un estudio complejo de los balances de materia y energa en un sistema del proceso.



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Aunque se han hecho esfuerzos para cubrir todas las circunstancias principales, el diseador debe tener cuidado en no considerar las condiciones descritas como las nicas causas de sobrepresin. Deben considerarse en el diseo todas las circunstancias que razonablemente constituyan un riesgo bajo las condiciones prevalentes del sistema. El sobrecalentamiento por encima de la temperatura de diseo puede tambin resultar en una sobrepresin debido a una reduccin del esfuerzo permisible. Una vlvula de alivio de presin no puede proteger contra este tipo de contingencia. Debe hacerse referencia a la seccin sobre Reacciones qumicas.

5.1

Base de contingencia para el diseoEl costo de proveer instalaciones para aliviar todas las posibles emergencias simultneamente sera prohibitivo. Cada emergencia surge de una causa especfica o contingencia. La ocurrencia simultnea de dos o ms contingencias es improbable. De aqu que, generalmente, una emergencia que pueda surgir solamente de dos o ms contingencias no relacionadas normalmente no es considerada para propsitos de dimensionar equipos de seguridad. Ejemplos de lo anterior seran el caso de la falla simultnea de una vlvula de control en la posicin abierta y la falla por falta de agua de enfriamiento. Otro ejemplo sera el caso de la falla de un tubo en un intercambiador de calor al mismo tiempo que una falla de cierre de una vlvula de control. Asimismo, emergencias simultneas pero separadas, no se consideran si las contingencias que las causan no estn relacionadas. Las contingencias, incluyendo incendios externos, se consideran no relacionadas si no existe una interrelacin de proceso, mecnica o elctrica entre ellas, o si el lapso de tiempo transcurrido entre posibles y sucesivas ocurrencias de esas causas es lo suficientemente largo para separar sus efectos. Cada unidad o componente del equipo debe ser estudiado individualmente y cada contingencia debe ser evaluada. El equipo de seguridad para una unidad individual se dimensiona para manejar la carga ms grande resultante de cualquier posible contingencia sencilla. Cuando se analiza cualquier contingencia sencilla uno debe considerar todos los efectos directamente relacionados que puedan ocurrir por causa de esa contingencia. Por ejemplo, si una falla de aire causa tambin que una vlvula de control en un circuito de enfriamiento cierre, entonces tanto la falla de aire como la prdida de enfriamiento en el circuito deben considerarse como parte de la misma contingencia. De un modo similar, si una cierta emergencia involucra ms de una unidad, entonces todas las unidades afectadas deben considerarse en conjunto. Un ejemplo de esto es el uso de una corriente procedente de una unidad para proveer enfriamiento en una segunda unidad. La prdida de energa elctrica en la primera unidad resultara en una prdida de ese enfriamiento en la segunda unidad, de modo que sta debe considerarse como parte de la misma contingencia.



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Cada contingencia sencilla de un equipo podr generar una carga de alivio. Aquella contingencia sencilla que genere la mayor carga de alivio sobre las instalaciones de alivio se denomina la contingencia sencilla mayor, y constituye la base de diseo del sistema colector comn tal como el cabezal del mechurrio, el tambor de descarga de presin (tambor de purga o de alivio) y el mechurrio. La emergencia que resulta en la contingencia sencilla mayor en una base global puede ser diferente de la emergencia que constituye la base para cada componente individual del equipo. Aunque en general slo se considera una contingencia sencilla para propsitos de diseo, pueden haber situaciones donde deben tomarse en cuenta dos o ms contingencias simultneas; por ejemplo si hay alguna interrelacin remota entre ellas, y las presiones o temperaturas desarrolladas pudieran resultar en fallas catastrficas. La sobrepresin que pueda ocurrir a presin normal o por debajo de la presin normal, como resultado de esfuerzos permisibles reducidos a temperaturas ms altas que las de diseo, debe ser tambin evaluada y deben aplicarse en el diseo caractersticas adecuadas de proteccin. Por ejemplo, tales condiciones pueden resultar de reacciones qumicas, condiciones de arranque o de inestabilidad. Asimismo, deben considerarse las posibles bajas temperaturas de los metales, como por ejemplo autorefrigeracin, con el fin de asegurarse de que no se desarrollen condiciones de fractura por fragilidad.

5.2

Aplicacin de cdigos y regulaciones gubernamentalesLa base para diseo por sobrepresin descrita en esta seccin est relacionada con el Boiler and Pressure Vessel Code ASME y el Code for Petroleum Refinery Piping ANSI B31.3. El cumplimiento con esos cdigos es un requerimiento o es reconocido como el equivalente de un requerimiento en muchos lugares. Donde apliquen cdigos ms estrictos, deben cumplirse los requerimientos locales. Por lo tanto, deben examinarse los cdigos locales para establecer sus requerimientos. Como un ejemplo en algunos pases no est permitido el uso de vlvulas de bloque por debajo de vlvulas de alivio de presin a menos que se instalen dos vlvulas de clavamiento. Tambin en algunos casos no est permitida una acumulacin de 20% bajo condiciones de exposicin a un incendio y la acumulacin permisible puede ser menor que lo que establecen los Cdigos ASME. La compaa afiliada para la cual se elabora el diseo es usualmente la mejor fuente de informacin sobre cdigos locales. En los Estados Unidos el Cdigo ASME es ahora obligatorio ya que es un requerimiento de la Ley de Salud y Seguridad Ocupacional.



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5.3

Resumen de los procedimientos para el alivio de presinA continuacin se resumen los pasos esenciales en el diseo para la proteccin contra la sobre presin y los cuales se exponen en detalle en las diferentes secciones de Procedimientos de Diseo de los documentos MDP08SA02 al 05.

5.3.1

Consideracin de contingencias Se consideran todas las contingencias que puedan resultar en sobrepresin sobre los equipos, incluyendo la exposicin de los equipos a un incendio externo, falla de los servicios auxiliares, fallas y mal funcionamiento de los equipos, condiciones de proceso anormales, expansin trmica, arranque, parada y errores operacionales. Para cada contingencia se evala la sobrepresin resultante y se establecen las necesidades o bien para una presin de diseo adecuadamente aumentada (para soportar la presin de emergencia) o para la necesidad de instalaciones de alivio de presin para prevenir sobrepresin (con los flujos de alivio calculadas).

5.3.2

Seleccin del dispositivo de alivio de presin Para cada componente del equipo que podra estar sujeto a sobrepresin se hace una seleccin del tipo adecuado entre la gran variedad de vlvulas de alivio de presin y otros dispositivos disponibles. La instrumentacin, las vlvulas de retencin y otros dispositivos similares, no son generalmente aceptables como medio de proteccin contra la sobrepresin.

5.3.3

Especificacin para vlvulas de alivio de presin Se aplican los procedimientos de clculo normalizados para determinar el tamao de la vlvula de alivio de presin requerida para el flujo mximo de alivio, as como tambin la informacin adicional necesaria para especificar la vlvula.

5.3.4

Diseo de la instalacin para una vlvula de alivio de presin Finalmente se disea en detalle la instalacin para la vlvula de alivio de presin incluyendo su ubicacin, el dimensionamiento de la tubera de entrada y salida, el conjunto de vlvulas adicionales y drenaje, seleccin de la descarga a un sistema abierto o cerrado y diseo de un sistema de descarga cerrado a un mechurrio u otro lugar.

5.3.5

Resumen y documentacin de las contingencias La Especificacin de Diseo debe incluir una tabulacin de todas las contingencias consideradas, as como tambin sus requerimientos de alivio. Una tabulacin tal es de gran ayuda para asegurarse de que se han considerado todas las contingencias y tambin para escoger la contingencia que determina el diseo del sistema colector. Un ejemplo de una hoja de tabulacin se ha incluido en el Apndice como Tabla 1.



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NOMENCLATURANo aplica en esta seccin

APENDICETabla 1 Resumen de contingencias de vlvulas de seguridad



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TABLA 1 RESUMEN DE CONTINGENCIAS DE VALVULAS DE SEGURIDADFALLA OPERACIONAL INCENDIOFALLA DE AIRE PARA INSTRUMENTOS

FALLA ELECTRICA

FALLA DE VAPOR

PM (SG) LINEA DE TRANSFEREN CIA DEL HOR NO DE LA TORRE VPS DISPOSICION

PM (SG)

PM (SG)

PM (SG)

PM (SG)

CONVERSIONES

PARA LLEVAR :

PDVSAMANUAL DE DISEO DE PROCESOSEGURIDAD EN EL DISEO DE PLANTAS SISTEMAS DE ALIVIO DE PRESION

PDVSA N

TITULO

MDP08SA02

CONSIDERACION DE CONTINGENCIA Y DETERMINACION DE LOS FLUJOS DE ALIVIO

1 0REV.

OCT.97 AGO.95FECHA

Sinceracin con MID, MIR y Contingencia Incendio APROBADADESCRIPCION FECHA AGO.95 APROB.

57 59

O.R. J.P

L.R. F.R.APROB. APROB. FECHA AGO.95

PAG. REV.

APROB.

E PDVSA, 1983

ESPECIALISTAS



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SEGURIDAD EN EL DISEO DE PLANTAS SISTEMAS DE ALIVIO DE PRESION CONTINGENCIAS Y FLUJOS DE ALIVIOIndice manual Indice volumen

1

OCT.97

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Indice1 OBJETIVO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 ALCANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 DEFINICIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 PROCEDIMIENTOS DE DISEO CONSIDERACION DE CONTINGENCIAS Y DETERMINACION DE LOS FLUJOS DE ALIVIO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10 5.11 5.12 5.13 5.14 5.15 5.16 5.17 Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Falla de los servicios industriales como una causa de una sobrepresin Contingencias de falla de los servicios industriales a considerar . . . . . . . Mal funcionamiento de los equipos como una causa de sobrepresin . . Errores del operador como causa de sobrepresin . . . . . . . . . . . . . . . . . . Evaluacin de la sobrepresin resultante de condiciones de emergencia y Determinacin de las velocidades de alivio . . . . . . . . . . Sobrepresin en componentes especficos del equipo . . . . . . . . . . . . . . . Sobrepresin causada por reaccin qumica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Sobrepresin causada por temperaturas anormales . . . . . . . . . . . . . . . . . Sobrepresin causada por expansin trmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Incendio como causa de una sobrepresin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . El vaco como una causa de falla de los equipos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Evaluacin de la ruta de presurizacin en el diseo del alivio de presin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Evaluacin de la ruta de escape de presin en el diseo de alivio de presin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vlvulas con dispositivos de bloqueo en la posicin abierta (CSO) . . . Vlvula del tipo CSC (vlvula con dispositivo para bloques en posicin cerrada) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vlvulas de control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 2 2 3

33 4 6 11 11 12 20 30 31 31 35 43 46 48 49 50 50

6 NOMENCLATURA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 APENDICE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Figura 1 Figura 2A Figura 2B

53 53

Vlvula de bajo recorrido guiada por el fondo y el tope para descargas de turbinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 Presin de vapor y calor latente de vaporizacin para lquidos hidrocarburos parafnicos puros (un solo componente), 1era parte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Presin de vapor y calor latente de vaporizacin para lquidos hidrocarburos parafnicos puros (un solo componente), 2da parte 59



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OBJETIVOPresentar las contingencias que pueden causar una sobrepresin en los equipos de una planta, y la forma de evaluarlas en trminos de las presiones que puedan ser generadas y/o de los flujos de los fluidos que deben ser aliviados. El tema Sistemas de alivio de presin, dentro del rea de Seguridad en el diseo de plantas, en el Manual de Diseo de Procesos (MDP), est cubierto por los siguientes documentos: PDVSAMDP Descripcin de Documento 08SA01 Sistemas de alivio de presin: Principios Bsicos. 08SA02 Sistemas de alivio de presin: Consideraciones de contingencia y determinacin de los flujos de alivio (Este documento). 08SA03 Sistemas de alivio de presin: Dispositivos de alivio de presin. 08SA04 Sistemas de alivio de presin: Procedimientos para especificar y dimensionar vlvulas de alivio de presin. 08SA05 Sistemas de alivio de presin: Instalacin de vlvulas de alivio de presin. Este documento, junto con los dems que cubren el tema de Sistemas de alivio de presin, dentro del Manual de Diseo de Procesos (MDP) de PDVSA, son una actualizacin de la Prctica de Diseo Seguridad en el diseo de plantas, subseccin 15C: Sistemas de alivio de presin, presentada en la versin de Junio de 1986 del MDP.

2

ALCANCECubre las contingencias originadas por incendios, fallas en los Servicios Industriales (energa elctrica, agua de enfriamiento, vapor, aire de instrumentos, energa elctrica para instrumentos, combustible, otros Servicios Industriales), fallas y mal funcionamiento de los equipos, errores del operador, arranques y paradas, y fallas causadas por expansin trmica.

3

REFERENCIASManual de Diseo de Proceso (versin 1986) S Vol. IX, Subseccin 15B Minimizacin de los riesgos de incendio, explosin o accidente. S Vol. IX, Subseccin 15C Sistemas de alivio de presin. S Vol. VI, Subseccin 10A Procedimientos de diseo para servicios de bombeo. S Vol. VI, Subseccin 10F Bombas de desplazamiento positivo. S Vol. IV, Subseccin 8A Seleccin de hornos de proceso.



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S Vol. I, Seccin 2 Temperatura de diseo, presin de diseo y clasificacin de bridas. Manual de Ingeniera de Diseo S PDVSAMIDVol. 06 B201PR Calentadores de fuego directo. Manual de Ingeniera de Riesgo S PDVSAIRP01 Sistema de paradas de despresurizacin y venteo de equipos y plantas. Otras Referencias S S S S S ASMESection I, Power Boilers, 1992. ASMESection VIII, Pressure Vessels, 1992. ANSIB31.3, Petroleum Refinery Piping Code. API RP 520, Part I, 6th edition, Marzo 1993. API RP 521, 3th edition, Noviembre 1990. emergencia, bloqueo,

4 5

DEFINICIONESVase documento PDVSAMDP08SA01 Principios Bsicos.

PROCEDIMIENTOS DE DISEO CONSIDERACION DE CONTINGENCIAS Y DETERMINACION DE LOS FLUJOS DE ALIVIO5.1 IntroduccinEl primer paso en el diseo para proteccin contra sobrepresin es considerar todas las contingencias que puedan causar una sobrepresin y evaluarlas en trminos de las presiones que puedan ser generadas y/o de los flujos de fluidos que deben ser aliviados. Todos los recipientes a presin no sujetos a combustin deben ser protegidos mediante dispositivos de alivio de presin que eviten que la presin aumente mas de un 10% o 3 psi, cualesquiera de las dos que sea la mayor, por encima de la mxima presin de trabajo permitida (16% o 4 psi con vlvulas mltiples). La excepcin es que se permite un exceso de presin de 21%, en los dispositivos de alivio de presin que adicionalmente son requeridos, cuando el exceso de presin es causado por una exposicin a un incendio u otras inesperadas fuentes externas de calor. Los recipientes a presin bajo condiciones de combustin estn cubiertos por el Cdigo ASME, Seccin I (Power Boilers). Este Cdigo especifica el requerimiento de dispositivos de alivio de presin para evitar que las presiones aumenten ms de un 6% por encima de la mxima presin de trabajo permitida.



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En la seccin de Principios Bsicos y bajo Consideraciones de Diseo se describe la base de Contingencia sencilla para estas consideraciones, as como tambin los medios para tabular y documentar las varias contingencias consideradas. En el resto de este captulo se detallan los tipos de contingencias que deben ser consideradas as como tambin los lineamientos para evaluarlas. La seleccin de la presin de diseo para equipos es cubierta en el documento PDVSAMDP01DP01 Temperatura y Presin de Diseo. El diseo para proteccin contra sobrepresin en la mayora de los casos consiste en proveer dispositivos de alivio de presin dimensionados para manejar las velocidades de alivio necesarias para evitar que las presiones que surgen en emergencias aumenten por encima de la presin de diseo (ms la acumulacin permitida). Como un medio alterno de proteccin, en algunos casos es econmico especificar una mayor presin de diseo del equipo que soportar la presin mxima que pueda ser generada sin aliviar ninguno de los fluidos contenidos en el sistema. Ms an, en algunos casos el costo de un sistema colector puede ser reducido especificando presiones de diseo ms altas, las cuales permitirn una contrapresin ms alta en el sistema colector.

5.2

Falla de los servicios industriales como una causa de una sobrepresinLa falla de los suministros provistos por los servicios industriales (por ejemplo, electricidad, agua de enfriamiento, vapor, electricidad o aire para instrumentos, o combustible), a las instalaciones de la planta de refinacin resultar en muchos casos en condiciones de emergencia que potencialmente pueden sobrepresionar los equipos. Aunque los sistemas de suministro de servicios industriales estn diseados para ser confiables mediante la seleccin de sistemas mltiples de generacin y distribucin, equipos de repuesto, sistemas de apoyo, etc., todava permanece la posibilidad de que fallen. Los mecanismos de posibles fallas de cada servicio industrial deben por lo tanto ser examinados y evaluados para determinar los requerimientos asociados para la proteccin contra la sobrepresin. Las reglas bsicas para estas consideraciones son las siguientes: 1. Las interrupciones del suministro de un servicio industrial se consideran solamente en una base de contingencia sencilla, o sea que corresponde a la falla de un componente sencillo del sistema de generacin o distribucin de un servicio industrial. Sin embargo, se debe prestar consideracin al efecto directo de un servicio auxiliar sobre otro. Si la falla del suministro en un sistema industrial, como resultado de una contingencia sencilla, resulta en la prdida total o parcial de otro servicio industrial interrelacionado, entonces se debe considerar la falla dual. Por ejemplo, en una planta donde la electricidad es producida por turbogeneradores de vapor, la prdida de



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la produccin de vapor puede causar una prdida directa de la energa elctrica. 2. Las fallas se consideran tanto en una base local, es decir, prdida del suministro de un servicio industrial a un componente de los equipos (por ejemplo, electricidad al motor de una bomba), como en una base general, es decir, prdida del suministro a todos los equipos que lo consumen en una unidad de procesos (por ejemplo, agua de enfriamiento a todos los enfriadores y condensadores). Para propsitos de estas considera ciones de diseo de alivio de presin, una unidad de procesos se define como la que cumple todos los criterios siguientes: Est segregada dentro de sus propios lmites de batera claramente identificables. Est suplido con cada servicio industrial a travs de uno o dos ramales de tubera laterales independiente desde un cabezal de suministro fuera de los lmites fsicos de la planta. Constituye en s una funcin de procesamiento completa. Para una unidad de procesos con su propio y segregado sistema cerrado de descarga para alivio de presin y separado del resto de la planta, solamente se necesita considerar una sola falla de los servicios industriales a esa unidad para propsitos de disear las instalaciones de seguridad. Sin embargo, cuando dos o ms unidades comparten un sistema de descarga cerrado (por ejemplo, un tambor de descarga comn y/o un mechurrio) el procedimiento de diseo debe incluir una consideracin para la falla potencial del suministro de los servicios industriales a ms de una de las unidades, causada por una contingencia sencilla. Aunque estas fallas de los servicios industriales de la refinera o de la planta no se usan normalmente como base para dimensionar las instalaciones de seguridad, deben evaluarse de todos modos. No es necesario usarlas como base para el dimensionamiento con tal que puedan ser realsticamente establecidas como de muy remota probabilidad. Esto involucra la evaluacin de la confiabilidad de los sistemas de generacin y distribucin y requiere de un buen diseo de ingeniera y la provisin de caractersticas (equipos) de apoyo adecuados. Ejemplos de tales caractersticas de apoyo para cada servicio auxiliar se dan ms adelante. En los diseos en que todas las vlvulas de alivio de presin descargan a un sistema colector cerrado, debido a restricciones por proteccin al ambiente, una falla total de un servicio industrial merece una consideracin ms profunda puesto que no hay alivio a la atmsfera el cual tendera a aliviar la carga sobre el sistema cerrado. La evaluacin de los efectos de una sobrepresin atribuible a la prdida del suministro en un servicio industrial en particular, debe incluir la cadena de

a. b.

c. 3.

4.



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eventos que podran ocurrir y el tiempo de reaccin involucrado. En las situaciones donde el flujo de fluidos es interrumpido debido a la falla del suministro de servicio industrial que lo soporta, pero est en paralelo con equipos que tienen una fuente diferente de energa, puede concederse un crdito por los equipos no afectados que se mantienen en funcionamiento hasta el punto en el cual la operacin se mantiene y los equipos en operacin no se detienen por sobrecarga. Como ejemplo, considerando el caso de un sistema de circulacin de agua de enfriamiento que consta de dos bombas paralelas en operacin continua, con impulsores accionados por fuentes de energa diferentes y no relacionadas. Si falla una de las fuentes de energa puede concederse un crdito por la operacin ininterrumpida de la bomba no afectada, con tal que la bomba en operacin no se desconecte y se detenga (no se dispare) debido a sobrecarga. De un modo similar, puede tambin darse crdito por la operacin ininterrumpida de compresores de aire o generadores de electricidad fsicamente dispuestos en paralelo, que operan normalmente con impulsores con dos fuentes no relacionadas de energa. Los sistemas de apoyo que dependen de la accin de dispositivos automticos de relevo (por ejemplo, un repuesto de relevo impulsado por una turbina para una bomba de agua de enfriamiento impulsada por un motor elctrico con un control PLCI, instrumento indicador de control por presin y nivel) no deben ser considerados como un medio aceptable para prevenir una falla de servicios industriales para propsitos de diseo de alivio de presin, aunque su instalacin est totalmente justificada para una mejor continuidad y confiabilidad de las operaciones de la planta.

5.3

Contingencias de falla de los servicios industriales a considerarA continuacin, se describe la aplicacin de las consideraciones de diseo anteriores, a los sistemas auxiliares principales de instalaciones tpicas. En algunos casos, la prdida del suministro de servicios no es una causa directa de sobrepresin, pero inicia un descontrol de la planta o una emergencia, la cual a su vez puede resultar en una sobrepresin (por ejemplo, una falla elctrica que conduzca a la prdida del reflujo de una columna). Donde sea necesario, se debe hacer referencia a los procedimientos para evaluar tales situaciones de descontrol o emergencia y para la determinacin de las velocidades de alivio, que se describen ms adelante en esta seccin.

5.3.1

Energa elctrica 1. Consideraciones en base normal individual y en base respecto a la unidad de procesos para el dimensionamiento del alivio de presin Las siguientes contigencias sencillas deben ser consideradas como la base



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normal para evaluar la sobrepresin que pueda resultar de fallas de energa elctrica: a. Falla individual del suministro de energa elctrica a cualquier componente de los equipos que la consuma, tal como un motor impulsor de una bomba, ventilador o compresor. Falla total del suministro elctrico a todos los equipos que lo consumen en una unidad de procesos. Falla general elctrica a todos los equipos alimentados desde una barra de distribucin elctrica (Bus Bar) en una subestacin que presta servicio a una o ms unidades de procesos. Consideracin de una falla elctrica total en planta o en refinera Aunque normalmente no se usa como una base para el dimensionamiento de las instalaciones de alivio de presin, deben considerarse las siguientes fallas elctricas generales a nivel de planta. Falla del suministro de energa elctrica comprada a la planta o refinera. Falla del suministro de la energa autogenerada a la planta o refinera. Falla total elctrica en cualquier subestacin particular. Como se expuso anteriormente punto 5.2. Falla de los servicios industriales como una causa de una sobrepresin, se deben incluir caractersticas de apoyo adecuadas para reducir la probabilidad de fallas mayores a un grado bajo aceptable y balanceadas contra las consecuencias si ocurrieran tales fallas. Las siguientes provisiones son normalmente requeridas como mnimo: d. e. f. g. h. 5.3.2 Dos o ms alimentadores para energa elctrica comprada. Dos o ms generadores en paralelo con un repuesto de apoyo cuando la energa elctrica es generada en la planta o refinera. Ms de un combustible para las calderas que generan vapor para los generadores a turbina de vapor. Arreglos de distribucin de la carga elctrica para mantener el suministro preferencial a los consumidores crticos. Sistemas secundarios selectivos para la distribucin de la energa elctrica.

b. c.

2.

a. b. c.

Agua de enfriamiento 1. Consideraciones en base normal individual y en base a la unidad de procesos para el dimensionamiento del alivio de presin Las siguientes contingencias sencillas se deben considerar como la base normal para evaluar la sobrepresin que pueda resultar de las fallas de agua de enfriamiento:



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a. b.

Falla individual del suministro de agua a cualquier enfriador o condensador en particular Falla total de cualquier rama lateral de suministro a una unidad de procesos y que puede ser cerrada con vlvulas desde la lnea principal fuera del rea de la planta. Consideracin de una falla total en planta o en refinera Deben considerarse las siguientes fallas de agua de enfriamiento: Falla de cualquier seccin de la lnea principal de agua fuera del rea de la planta. Prdida de la disponibilidad de todas las bombas de agua de enfriamiento que resultara de cualquier contingencia sencilla en los sistemas auxiliares que suplen o controlan los impulsores de las bombas. Prdida de la disponibilidad de todos los ventiladores en una torre de enfriamiento de agua que resultara de una contingencia sencilla en el sistema de servicios industriales que suplen o controlan los impulsores de los ventiladores. Como se expuso anteriormente en el punto 5.2., Falla de los servicios industriales como una causa de una sobrepresin, generalmente se incluyen caractersticas de apoyo adecuadas reducir la probabilidad de ocurrencia de estas fallas mayores a un grado bajo aceptable. Como mnimo se debe suministrar lo siguiente:

2. a. b.

c.

d. e.

Bombas de agua de enfriamiento mltiples con impulsores diferentes y con interconexin automtica de la bomba de repuesto. Por lo menos 30 minutos de retencin til del nivel de lquido en el sumidero de una torre de enfriamiento de agua, basado sobre la prdida de agua de reposicin, con una alarma independiente de bajo nivel de agua ajustada al nivel de retencin de 30 minutos. Esto debera proveer suficiente advertencia al personal de operaciones para tomar las acciones correctivas. Sin tal alarma la falla del flujo de agua de reposicin puede ser difcil de detectar. Suministro secundario selectivo de energa elctrica a los motores de los ventiladores de la torre de enfriamiento de agua. Instrumentacin y alarmas adecuadas para dar advertencia de fallas potenciales en el sistema de agua de enfriamiento, tal como una alarma de bajo flujo en el suministro de reposicin de agua de enfriamiento. En casos apropiados se debe tambin considerar la aplicacin de lo siguiente:

f. g.

h.

Torres de enfriamiento mltiples.



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i.

Cabezales de distribucin entrecruzados o en circuito en anillo para beneficiarse de la capacidad adicional de reposicin de las torres de enfriamiento mltiples.

5.3.3

Vapor de agua 1. Consideraciones en base normal individual y en base a la unidad de procesos para el dimensionamiento del alivio de presin Las siguientes contingencias sencillas deben ser consideradas como la base normal para evaluar la sobrepresin que puede resultar de las fallas de vapor de agua. Falla individual de vapor de agua a cualquiera de los componentes de los equipos que lo consuma (por ejemplo, impulsores de turbinas, recalentadores, despojadores, eyectores, etc.). Falla total de cualquier rama lateral de tubera que supla a una unidad de procesos desde la lnea principal fuera del rea fsica de la planta. Consideracin de fallas totales en planta o en refinera Deben considerarse las siguientes fallas generales del vapor de agua: Falla de cualquier seccin de la lnea principal de suministro fuera del rea fsica de la planta. Prdida de la disponibilidad de cualquier generador de vapor en particular. Prdida de la disponibilidad de vapor comprado a terceros en cualquier lnea de suministro. Como se expuso anteriormente en el punto 5.2. Falla de los servicios industriales como una causa de una sobrepresin, la probabilidad de ocurrencia de estas fallas mayores debe ser reducida a un grado bajo aceptable por caractersticas de apoyo, tales como las siguientes: d. e. f. Calderas mltiples con capacidad de repuesto y sometidas a combustin por combustibles mltiples. Sistemas de control y de alarma adecuados, arreglos para la distribucin de las cargas, etc. Cabezales de distribucin con suficientes circuitos y vlvulas de modo que slo se necesite cerrar una porcin del sistema si ocurre un escape de presin de importancia.

a.

b. 2. a. b. c.

5.3.4

Aire para instrumentos 1. Consideraciones en base normal individual y en base a la unidad de procesos para el dimensionamiento del alivio de presin Las siguientes contingencias sencillas deben ser consideradas como la base



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normal para evaluar la sobrepresin que pueda resultar de una falla de aire para instrumentos: a. La prdida del suministro de aire para instrumentos a cualquier instrumento de control individual o vlvula de control. Se asume que ocurre la respuesta correcta ante la falla de aire. En el caso de vlvulas de control del tipo que permanece estacionaria, se asume que tiene lugar la accin de desplazamiento a la posicin abierta o cerrada. Las fallas de los controles automticos se cubre ms adelante en el punto 5.6 de esta seccin bajo Evaluacin de la Sobrepresin resultante de Condiciones de Emergencia y Determinacin de las Velocidades de Alivio. Debe notarse que estas ltimas consideraciones incluyen la falla de cualquier vlvula de control en ambas posiciones, abierta y cerrada. Falla total de cualquier tubera lateral con vlvula suministrando a una unidad de proceso desde la tubera principal fuera del lmite de batera de la planta. Se asume que tiene lugar la respuesta correcta ante la falla de aire de instrumentos y vlvulas de control (considere que las vlvulas del tipo que permanecen estacionarias se mueven hacia la posicin abierta o cerrada dependiendo de la direccin del actuador). Consideracin de las fallas totales en planta o en refinera Deben considerarse las siguientes fallas generales de aire para instrumentos: Falla de cualquier seccin de la lnea principal de aire para instrumentos fuera del rea fsica de la planta. Prdida del flujo a travs de cualquier conjunto de secadores de aire para instrumentos. Como se explic anteriormente en el punto 5.2. Falla de los servicios industriales como una causa de una sobrepresin, se debe reducir la probabilidad de ocurrencia de estas fallas mayores a un grado bajo aceptable, con caractersticas de apoyo apropiadas. Los siguientes renglones requerimientos mnimos: c. d. e. f. 5.3.5 deberan ser considerados como los

b.

2. a. b.

Compresores de aire mltiples con impulsores diferentes y arranque automtico del equipo de repuesto. Secadores mltiples de aire para instrumentos. Arranque automtico del sistema de aire para mantenimiento. Cabezales de distribucin con circuitos en anillo.

Energa elctrica para instrumentos La falla de energa elctrica para instrumentos se evala en una base similar a la descrita para falla de energa elctrica y se debe incluir en las consideraciones normales para el



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dimensionamiento del alivio de presin, la falla del suministro de energa elctrica a todos los instrumentos controlados desde una barra de distribucin sencilla (single bus bar). Las caractersticas de confiabilidad deberan incluir el suministro elctrico secundario selectivo a salas de control, con apoyo de generadores de emergencia o bateras para instrumentos crticos y computadoras de control. Los controles crticos deberan ser capaces de operar continuamente independientes de los computadores de control. 5.3.6 Combustibles Los suministros de combustibles a calderas, hornos, impulsores de turbina de gas y mquinas, etc., se disean con caractersticas tales como combustibles mltiples, apoyo con vaporizadores de propano y un tanque de compensacin de combustible lquido para promover la confiabilidad. La falla de cualquier combustible en particular a una unidad de procesos o instalacin generadora de un servicio auxiliar se usa como base para evaluar una sobrepresin potencial. Otros servicios industriales La falla de otros servicios industriales tales como gas inerte a sellos y sistemas de purga, o aire comprimido (cuando el proceso lo usa), puede en algunos casos determinar los requerimientos de alivio de presin. Estos casos se evalan en base a una falla de contingencia sencilla, en forma similar a las anteriores.

5.3.7

5.4

Mal funcionamiento de los equipos como una causa de sobrepresinLos componentes de los equipos estn sujetos a falla individual debido a mal funcionamiento mecnico, en adicin a fallas como resultado de la falta del suministro de algn servicio auxiliar. Tales componentes incluyen bombas, ventiladores, compresores, mezcladores, instrumentos y vlvulas de control. El descontrol del proceso que resulta de un tal mal funcionamiento (por ejemplo la falla de una bomba de reflujo), puede a su vez resultar en condiciones de emergencia y en una situacin potencial de sobrepresin. Estas contingencias deberan examinarse y deberan tambin evaluarse como se describe en el punto 5.6 de esta seccin Evaluacin de Condiciones de Emergencia y Determinacin de las Velocidades de Alivio. Al aplicar estas reglas generalmente puede concederse crdito por condiciones de presin o temperatura que existan bajo las condiciones de alivio o de mxima presin.

5.5

Errores del operador como causa de sobrepresinLos errores de los operadores se consideran como una causa potencial de sobrepresin, aunque generalmente no se consideran las contingencias causadas por extrema negligencia o incompetencia. Casos de extrema negligencia que no se incluyen generalmente son: olvido de remover discos ciegos, vaco debido al bloqueo de un recipiente que trabaja con vapor durante una



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parada de mantenimiento, desvo de dispositivos de emergencia, operar con una vlvula de bloqueo cerrada asociada con una vlvula de alivio de presin y un grave desalineamiento del flujo de proceso durante un arranque. El cierre o apertura de vlvulas que normalmente deben estar trabadas en la posicin abierta (CSO) o trabadas en la posicin cerrada (CSC) es considerado como un caso de extrema negligencia (Referirse al punto 5.13 sobre vlvulas CSO bajo Evaluacin de las rutas de Presurizacin en el Diseo del Alivio de Presin). Un ejemplo tpico de un error de un operador que debera ser considerado es la apertura o cierre de una vlvula sin darse cuenta de lo que est haciendo. Las sobrepresiones posibles deben evaluarse como se describe en el punto 5.6 Evaluacin de la sobrepresin resultante de Condiciones de Emergencia y Determinacin de las Velocidades de Alivio de esta seccin.

5.6

Evaluacin de la sobrepresin resultante de condiciones de emergencia y determinacin de las velocidades de alivioEn los siguientes prrafos se describen una variedad de situaciones tpicas de emergencia en una planta que puedan resultar de fallas de servicios industriales, mal funcionamiento de los equipos o descontroles de la planta y que pueden resultar en una sobrepresin de los equipos. Se incluyen lineamientos para la evaluacin de esas condiciones de emergencia y la determinacin de las velocidades de alivio.

5.6.1

Falla de control automtico Los dispositivos de control automtico son generalmente actuados directamente por el proceso o indirectamente por medio de una variable de proceso, o sea, presin, flujo, nivel de lquido o temperatura. Cuando falla la seal de transmisin o el medio operativo, el dispositivo de control adoptar una posicin totalmente abierta o totalmente cerrada de acuerdo con su diseo bsico, aunque algunos dispositivos pueden ser diseados para permanecer estacionarios en la ltima posicin de control. Tales vlvulas de control para permanecer estacionarios, sin embargo, tienden a moverse a la posicin que favorece el proceso y esto debe tomarse en cuenta. Se debe tambin estudiar atentamente la falla de un elemento medidor del proceso en un transmisor o controlador sin una falla coincidencial de la energa de operacin al elemento final controlado para determinar el efecto en este elemento. Sin embargo, al examinar un sistema de proceso en cuanto a causas potenciales de sobrepresin, se asume que cualquier dispositivo de control automtico puede fallar en la posicin abierta o cerrada independientemente de su accin ante la prdida de su seal de transmisin o medio operativo. Cuando el diseador establece el tamao de una vlvula de control, por ejemplo al seleccionar el Cv, se asume que una vlvula de ese tamao ha sido instalada. Si ms adelante se aumenta el tamao de la vlvula de control, puede ser necesario revisar las consideraciones de alivio de la vlvula PR.



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1.

Accin en el caso de falla de aire de instrumentos o falla elctrica El suministro de aire para instrumentos y de electricidad debera ser diseado para minimizar el riesgo de situaciones de emergencia que puedan resultar por su falla. Esto se logra generalmente especificando el cierre de vlvulas de control en fuentes de entrada de calor, drenajes de agua y corrientes de alimentacin y de productos. El bloqueo total hermtico de los equipos de la planta de esa manera (en base a que cualquier sobrepresin resultante ser aliviada por vlvulas de alivio de presin apropiadamente diseadas) se considera ms seguro que la descarga descontrolada a tanques u otras unidades. Una vlvula de control en un sistema de calentamiento debe generalmente ser ajustada para cerrar por falla a fin de eliminar la entrada de calor. Sin embargo, una vlvula de control en un circuito de calentamiento, tal como una vlvula de control de flujo de entrada a un horno, debe generalmente ser ajustada para abrir por falla para evitar un sobrecalentamiento. Del mismo modo, los circuitos de calor integrados deben ser cuidadosamente estudiados para determinar el efecto de la prdida del enfriamiento o calentamiento. Por ejemplo, un sistema de circuito cerrado que usa para calentar y enfriar puede resultar en una entrada de calor aumentada si falla la corriente que remueve el calor.

2.

Anlisis del sistema de vlvulas de control Para evaluar los requerimientos de capacidad de alivio de un sistema para cualquier contingencia sencilla (que no sea la falla de un servicios auxiliar que afecte el movimiento de una vlvula), tal como el cierre o apertura de una sola vlvula o falla de un servicio auxiliar, se asume que todas las vlvulas de control en el sistema que abren bajo los efectos de las contingencia en consideracin, permanecen en la posicin requerida para el flujo normal del proceso. Por lo tanto, puede concederse un crdito por la capacidad normal de esas vlvulas, corregida para las condiciones de alivio, con tal que el sistema aguas abajo sea capaz de manejar el aumento de flujo. Si bien algunos controladores pueden responder correctamente aumentando la apertura de las vlvulas, el crdito de capacidad debe concederse slo hasta la extensin correspondiente a su posicin operativa normal. Esto evita decisiones subjetivas involucradas al evaluar los tiempos de respuesta y los efectos de los ajustes de los controladores, tales como banda proporcional, reajuste (Reset) y velocidad de accin. Esto es tambin compatible con la filosofa bsica que establece que los instrumentos pueden no necesariamente operar en una situacin de emergencia. En el caso de que una vlvula cierre bajo la contingencia considerada no debe concederse ningn crdito por alivio a travs de esa vlvula. Falla de una vlvula de control individual Las siguientes fallas individuales de vlvulas de control deberan incluirse en el anlisis de

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sistemas de control para la determinacin de los requerimientos de alivio de presin: a. Falla en la posicin totalmente abierta de una vlvula de control que admite un fluido desde una fuente de alta presin a un sistema con una presin ms baja. Falla en la posicin totalmente abierta de una vlvula de control que normalmente deja pasar lquido desde una fuente de alta presin a un sistema con una presin ms baja, seguido de la prdida de nivel de lquido en el recipiente aguas arriba y flujo de vapor de alta presin solamente. Falla de una vlvula de control en la posicin cerrada en la corriente de salida de un recipiente o sistema. Una vlvula de control que falla abierta con su desvo abierto al mismo tiempo. En este caso, la velocidad de alivio y el orificio de alivio de presin deben basarse en la falla de la vlvula de control con el desvo 50% abierto (basado en rea) a 110% de la presin de diseo. Al analizar tales fallas individuales de vlvulas de control debe considerarse la accin de otras vlvulas de control del sistema, de acuerdo con el prrafo 2 anterior. En los dos primeros casos anteriores, puede concederse un crdito, donde aplique, por la reduccin de la presin de una fuente de alta presin debido a la reduccin del inventario neto durante el perodo que la presin del equipo aguas abajo est subiendo para aliviar la presin. Sin embargo, las instalaciones de alivio de presin deben ser dimensionadas para manejar las condiciones de flujo pico calculadas. 4. Consideraciones de capacidad especial Aunque los dispositivos de control tales como vlvulas de control operadas por diafragma, son especificadas y dimensionadas para condiciones operacionales normales, se espera tambin que ellos operen durante condiciones de trastorno operacional, incluyendo los perodos cuando los dispositivos de alivio de presin estn aliviando. Se debe seleccionar el diseo de vlvula y capacidad del mecanismo operador de la vlvula para asegurar la operacin del tapn de la vlvula de acuerdo con las seales de control durante las condiciones de presiones anormales. Cuando existen muchas discrepancias entre las condiciones normales y de emergencia se deben cubrir en la seccin de Especificacin de Diseo los requerimientos de ms alta presin del mecanismo operador de la vlvula. Al determinar los requerimientos de alivio de presin, se deberan calcular las capacidades de las vlvulas de control para las condiciones de temperatura y presin de alivio, puesto que en muchos casos estas son significativamente diferentes de las capacidades a las condiciones

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operacionales normales. Los equipos aguas abajo deben ser analizados bajo las condiciones de alivio. 5. Evaluacin de la presurizacin y de la va de escape de presin Se debe hacer tambin referencia a Evaluacin de la ruta de Presurizacin en el diseo del alivio de presin y Evaluacin de la ruta de Escape de presin en el diseo de alivio de presin ms adelante en esta seccin, en los puntos 5.13 y 5.14 para una exposicin complementaria de las vlvulas de control como un factor en el diseo del alivio de presin.

5.6.2

Falla de enfriamiento en condensadores En adicin a la falla general del agua de enfriamiento descrita bajo Falla de los Servicios Industriales como una Causa de Sobrepresin se debe considerar la falla del flujo de agua de enfriamiento a cada condensador o enfriador individual. Normalmente no se concede ningn crdito por el efecto en un condensador de tubos y carcaza despus de una falla de la corriente de enfriamiento, porque est limitada en el tiempo y depende de la configuracin fsica de la tubera. Sin embargo, si el sistema de tuberas de proceso es anormalmente extenso y no aislado se debe considerar el efecto de la prdida de calor a la atmsfera. 1. Condensacin total El requerimiento de alivio es el flujo total de vapor que entran al condensador. Si se desea se puede conceder un crdito por la velocidad de alivio reducida cuando se recalcula una temperatura correspondiente a la nueva composicin de los vapores a la presin de ajuste de la vlvula de alivio de presin ms la sobrepresin, y por la entrada de calor que prevalece en el momento del alivio. La capacidad de compensacin del acumulador del tope a un nivel de lquido normal est tpicamente limitada a menos de 10 minutos. Si la duracin de la falla de enfriamiento excede el tiempo normal de sostenimiento del nivel, se pierde el reflujo y la velocidad de flujo de vapores del tope, su composicin y temperatura pueden cambiar significativamente. Asimismo, la carga de vapores en el momento del alivio puede reducirse por debajo del flujo normal de diseo debido a la ms alta presin que puede contrarrestar la vaporizacin en el momento de la sobrepresin. El reventn de un recalentador es un ejemplo de tal situacin. En un caso tal pueden usarse las condiciones de diseo de la presin del vapor, en vez de la presin mxima del vapor que podra existir bajo condiciones de alivio de presin del sistema de vapor. Estos cambios pueden tomarse en cuenta, donde sea apropiado, tanto para el equipo involucrado como para los equipos aguas abajo. 2. Condensacin parcial El requerimiento de alivio es la diferencia entre los flujos de vapores de entrada y de salida a las condiciones de alivio. El flujo de vapores de entrada debe ser calculado en la misma base que se estableci en el rengln 1. Si el reflujo cambia en cantidad o composicin, el



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flujo de vapores que entra al condensador debe determinarse para las nuevas condiciones. 5.6.3 Falla de intercambiadores de aire La prdida de la capacidad de un intercambiador por aire puede resultar de una falla del ventilador o cierre inadvertido de las rejillas. 1. Falla del ventilador El efecto de la falla de un ventilador sobre la capacidad de transferencia de calor depender de la configuracin de los ventiladores y de los haces de tubos. Para propsitos de diseo del alivio de presin se considera la contingencia sencilla de la falla de un ventilador (la falla de todos los ventiladores que resultara de una falla elctrica general, estara incluida bajo las consideraciones de falla de los servicios industriales). Se puede conceder crdito por la transferencia continua de calor como resultado de la conveccin natural. Como una gua esta concesin puede ser 10% de la capacidad de diseo para el servicio de condensacin y 30% de la capacidad de diseo para servicio de enfriamiento, aplicado sobre el rea de los haces de tubos afectados por la falla del ventilador. 2. Falla de las rejillas El cierre inadvertido de las rejillas puede ser el resultado de una falla del control automtico o de una falla mecnica de interconexin. El efecto sobre la transferencia de calor depender del grado de restriccin del flujo de aire en la posicin cerrada, y de la configuracin de las rejillas en relacin a los haces de tubos (por ejemplo, puede que las rejillas no hayan sido instaladas sobre todos los haces de tubo en un servicio dado). Para los efectos del diseo del alivio de presin se asume la contingencia sencilla del cierre de un juego de rejillas (la falla de todas las rejillas que resultara de una falla general de aire para instrumentos o falla general elctrica se incluye en las consideraciones de las fallas de los servicios industriales). Se puede conceder un crdito por la continuacin de la transferencia de calor por medio del flujo de aire restringido. Como una gua se puede dar un crdito de 10% de la capacidad de diseo para servicio de condensacin y 30% de la capacidad de diseo para servicio de enfriamiento, aplicado sobre el rea de los haces de tubos afectados por la falla del juego de rejillas.

5.6.4

Condiciones especiales en un circuito cerrado Cuando se aplica calentamiento o enfriamiento en un circuito cerrado (por ejemplo un sistema de aceite caliente o de refrigeracin) se deben considerar las condiciones de sobrepresin que puedan ocurrir por prdida del flujo del fluido, prdida de la entrada de calor o de la remocin de calor. 1. Falla del flujo de reflujo En algunos casos la falla del reflujo (por ejemplo por causa de una bomba que se pare o el cierre de una vlvula) causar la inundacin de los condensadores, lo que es equivalente a la capacidad



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requerida de una vlvula de alivio de presin por prdida total del medio enfriante. Los cambios de composicin causados por la prdida de reflujo pueden producir propiedades diferentes de los vapores, que afectan la capacidad. Corrientemente una vlvula de alivio de presin dimensionada para una falla total del medio enfriante ser adecuada para esta condicin, pero cada caso debe ser examinado con relacin a los componentes particulares y el sistema involucrado. 2. Falla del flujo en el circuito de una bomba circulante El requerimiento de alivio es equivalente a la rata de vaporizacin causada por una cantidad de calor igual al calor removido en el circuito de flujo alrededor de la bomba. El calor latente de vaporizacin es el correspondiente a la temperatura y presin de las condiciones de la vlvula de alivio de presin. Si aplica se puede considerar el agotamiento de los calentadores a vapor. Falla del flujo del medio absorbente Para la absorcin con aceite pobre generalmente no existe un requerimiento de alivio por falla del flujo de este aceite. Sin embargo, en una unidad donde pueden removerse grandes cantidades de vapores de entrada en el absorbedor, la prdida del medio absorbente puede causar un aumento de presin que requiera alivio puesto que el sistema aguas abajo puede no ser adecuado para manejar el aumento de flujo. En tales casos debe analizarse el efecto del flujo de los vapores adicionales sobre los equipos aguas abajo. Prdida del calor en un sistema de fraccionamiento en serie En el fraccionamiento en serie, o sea cuando el flujo del fondo de la primera columna alimenta la segunda columna, y el flujo del fondo de la segunda alimenta una tercera, es posible que la prdida de la entrada de calor a una columna cause la sobrepresin de la siguiente columna. La falta de calor resulta en que algunas de las fracciones livianas se queden en el fondo de la columna y sean transferidos a la columna siguiente como alimentacin. Bajo estas circunstancias, por ejemplo, la carga de vapores del tope de la segunda columna puede consistir en su carga normal de vapores ms las fracciones livianas provenientes de la primera columna. Si la segunda columna no tiene suficiente capacidad de condensacin para la carga adicional de vapores puede tener lugar una presin excesiva. Entrada anormal del calor en el proceso La capacidad requerida es el flujo mximo de generacin de vapores a las condiciones de la vlvula de alivio de presin, incluyendo todos los nocondensables producidos por el sobrecalentamiento, menos la condensacin normal o el flujo de salida de vapores. En cada caso el diseador debe considerar la conducta potencial de un sistema y cada uno de sus componentes. Por ejemplo, el combustible o la vlvula de control del medio de calentamiento o la transferencia de calor por el lado de los tubos puede ser la consideracin limitante. Consistente con las prcticas para otras causas de sobrepresin, se deben usar valores de

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diseo para clculos como el del tamao de la vlvula. Sin embargo, se debe considerar la sobrecapacidad intrnseca, tal como la prctica comn de especificar quemadores capaces de trabajar con un 125% del calor de diseo a la entrada del calentador. Esto no fija generalmente la capacidad de la vlvula de alivio de presin. En los casos en que se instalan accesorios para limitar el movimiento del vstago de las vlvulas, se debera usar la capacidad de la vlvula totalmente abierta en vez de la capacidad al ajuste de lmite. Para equipos de intercambio de calor del tipo tubos/carcaza, la entrada de calor se debera calcular en base a condiciones limpias en vez de condiciones de ensuciamiento. 5.6.5 Condiciones de emergencia en plantas integradas En plantas integradas un descontrol del proceso en una unidad puede tener un efecto sobre otras unidades (por ejemplo, la prdida del flujo en un circuito de bomba circulante que se usa como fuente de calor para recalentar otras columnas). Se deben considerar todas las posibilidades como esas y evaluar el potencial de una sobrepresin resultante. 1. Entrada de calor anormal desde un recalentador Los recalentadores se disean con una entrada de calor especificada. Cuando estn nuevos o limpiados recientemente, puede ocurrir una entrada de calor adicional por encima del diseo normal. En el caso de una falla del control de temperatura, la generacin de vapor puede exceder la habilidad del sistema de proceso para condensar o absorber de otra manera el aumento de presin, que puede ser tambin causado por nocondensables producidos durante el sobrecalentamiento. Acumulacin de nocondensables Los nocondensables no se acumulan bajo condiciones normales puesto que son desalojados con las corrientes de vapores del proceso. Sin embargo, en ciertas configuraciones de tubera es posible que se acumulen los nocondensables hasta el punto que un condensador sea bloqueado. Tal condicin podra suceder si una vlvula automtica de control de venteo fallara en la posicin cerrada por un lapso de tiempo. Este efecto es igual a una prdida total del medio enfriante y por consiguiente no necesita ser considerada separadamente. Agua o hidrocarburos livianos en el aceite caliente Aunque esta situacin est presente como una causa potencial de sobrepresin, no existen mtodos generalmente reconocidos para calcular los requerimientos de alivio de presin. En situaciones limitadas si se conocen la cantidad de agua presente y el calor disponible en la corriente de proceso, puede calcularse el tamao de la vlvula de alivio de presin como una vlvula de vapor. Por ejemplo, en el caso de un acumulador de la corriente de alimentacin caliente que opera por encima de 100C, puede ser posible estimar la presin

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que se desarrollara si se bombeara agua dentro del recipiente al caudal de alimentacin normal. En la mayora de los casos, sin embargo, la cantidad de agua no es conocida an entre lmites muy amplios. tambin, puesto que la expansin de volumen del estado lquido al de vapor es tan grande (aproximadamente 1400 veces a presin atmosfrica) y la velocidad de generacin de vapor es as mismo tan grande, es dudoso si una vlvula de alivio de presin podra abrir lo suficientemente rpido para ser de utilidad, aunque un disco de ruptura podra proveer alivio. Puesto que los discos de ruptura no son muy prcticos, normalmente no se provee ningn dispositivo de alivio de presin para esta contingencia. Por lo tanto, el diseo y operacin de un sistema apropiado de proceso, incluyendo las condiciones de arranque, son requerimientos muy importantes para eliminar esta posibilidad. Algunas de las precauciones que pueden tomarse son evitar los bolsillos colectores de agua, proveer trampas de condensado de vapor apropiadas y bloqueos dobles y drenajes en conexiones de agua a lneas de proceso calientes. Asimismo, no se deben instalar conexiones de retiro del fondo de recipientes con extensiones internas, que puedan atrapar el agua en el fondo del recipiente. Refirase tambin a lo expuesto bajo Operaciones con Asfalto y Tanques Atmosfricos. 4. Bloqueo de equipos por el colapso de partes internas, coque, etc. Se deberan considerar contingencias tales como colapso de las partes internas del lecho de un reactor (como por ejemplo, las parrillas de un reactor de lecho fijo, lechos con catalizador coquizado, acumulacin de partculas finas de catalizador, obstruccin de pantallas y coladores, lneas bloqueadas con coque, etc.) que pudieran presentarse para identificar situaciones de sobrepresin. El colapso de las partes internas de una columna fraccionadora es tan poco probable que generalmente no es una consideracin de diseo. Vlvula manual La operacin inadvertida de una vlvula de bloqueo mientras la planta est en operacin puede exponer los equipos a una presin que excede la presin mxima de trabajo permitida. Para propsitos de diseo se considera que slo una vlvula manual es abierta o cerrada y que los dispositivos de control estn en su posicin normal de diseo, como se describi anteriormente. Se requiere una vlvula de alivio de presin si la vlvula de bloqueo no est asegurada con cadena y candado o car sealed en su posicin de abierta, y si el cierre de tal vlvula puede resultar en una sobrepresin. Para las limitaciones del uso de vlvulas CSO, refirase al punto 5.14 expuesto bajo Evaluacin de la ruta de Escape de presin en el Diseo de Alivio de Presin de esta seccin.

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La cantidad de material a ser aliviada debera determinarse a las condiciones que corresponden a la presin de ajuste de la vlvula de alivio ms la sobrepresin y no a las condiciones de operacin normales. Frecuentemente, resulta una disminucin apreciable de la capacidad de la vlvula de alivio de presin requerida cuando esa diferencia de las condiciones es bastante grande. Se debera tambin considerar el efecto de la cada de presin por friccin en la lnea de interconexin entre la fuente de sobrepresin y el sistema que est siendo protegido, cuando se determina el requerimiento de capacidad. Si la vlvula deja pasar un lquido que se evapora sbitamente al bajar la presin o el contenido de calor causa la evaporacin del lquido, esto se debe considerar cuando se determina el tamao de la vlvula de alivio. 6. Arranque, parada y operaciones alternas Para propsitos de proteccin contra la sobrepresin no slo se deben considerar las condiciones operacionales estables sino tambin las condiciones de un arranque, parada, lavado, regeneracin, tipos de alimentacin variables, operaciones restringidas y cualquier otra condicin de operacin posible que sea diferente de las normales. Aumento de la capacidad de la planta Cuando se aumenta la capacidad de la planta, debe reevaluarse todo el sistema de alivio de presin, aun si se han instalado equipos adicionales. Por ejemplo, una unidad que est operando a 120% de la capacidad de diseo puede requerir una capacidad de alivio de presin adicional.

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Sobrepresin en componentes especficos del equipoAdems del mal funcionamiento de componentes del equipo que puedan causar una sobrepresin operativa en equipos asociados (por ejemplo, una sobrepresin en un fraccionador debido a la falla del agua de enfriamiento o de la bomba de reflujo), algunos componentes del equipo estn sujetos a sobrepresin por razones mecnicas. Tales componentes incluyen intercambiadores de calor, bombas, compresores, turbinas y hornos. En los siguientes prrafos se describe el diseo para la proteccin apropiada de esos componentes. 1. Falla en los tubos de un intercambiador de calor En un intercambiador de calor del tipo tubos/carcaza, los tubos estn sujetos a falla debido a varias causas tales como choque trmico, vibracin o corrosin. Cualquiera que sea la causa, el resultado es la posibilidad de que una corriente a alta presin sobrepresione el equipo en el lado de baja presin del intercambiador. El diseo econmico normalmente requiere que la corriente a mayor presin fluya a travs de los tubos, puesto que esto resulta en una carcaza ms delgada, pero esto no es siempre el caso. Se deben conocer las relaciones de presin para permitir la evaluacin apropiada de los resultados de la falla en los tubos. as tambin se debera



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determinar la capacidad del sistema de baja presin para absorber el alivio de presin. Es necesario cuantificar el posible aumento de presin, para determinar si se requiere alivio de presin adicional en el caso de que el flujo de alta presin se descargue en la corriente de baja presin, por causa de la rotura de un tubo. La base general de diseo es que el lado de baja presin de un intercambiador de calor debe ser protegido por medio de aparatos de alivio de presin, si la presin de diseo en el lado de baja presin es menor que dos tercios, la presin de diseo del lado de alta presin y tambin si la tubera en el lado de baja presin no puede soportar la descarga a travs de un tubo roto sin exceder el valor de dos tercios la presin de diseo del lado de alta presin. Todo el sistema de baja presin debe ser examinado para sobrepresin potencial a travs de un tubo roto. Si la decisin es aumentar la presin de diseo del lado de baja presin para eliminar la necesidad de una vlvula de alivio de presin, es imperativo que todo el lado de baja presin sea verificado para asegurarse que la presin de diseo del lado de baja presin sea mayor o igual a dos tercios la presin de diseo del lado de alta presin. El efecto de cambios de temperatura en el lado de baja presin como resultado de un escape de presin en un tubo no se toma en cuenta generalmente cuando la temperatura de diseo del lado de baja presin es especificada, puesto que un aumento de temperatura se considera normalmente como una caso de esfuerzo permitido de corta duracin. Sin embargo, en los casos de fractura por fragilidad, que podran ocurrir en el lado de baja presin, existen varios procedimientos para minimizar el riesgo de la falla de un tubo (tales como el soldar los tubos a la placa de tubos y uso de un mejor material para obtener mayor resistencia contra la corrosin) que son una alternativa ms aceptable a especificar materiales resistentes a la fractura por fragilidad, en toda la extensin del lado de baja presin. 2. Bombas y equipos aguas abajo Una vlvula de alivio PR se requiere para una bomba cuando la presin de la bomba con la descarga cerrada es mayor que la presin de diseo de la tubera de descarga, del equipo aguas abajo o de

pdvsa - manual de procesos (diseño de plantas)

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