DISEO SISTEMAS DE ALIVIO, DESVIO Y DESPRESURIZACINJUNIO 2010

JUNIO 2010

SISTEMAS DE ALIVIO, DESVIO Y DESPRESURIZACINCAUSAS QUE CONLLEVAN A SOBREPRESIN EN PROCESOS Fuego externo.Salida bloqueada de equipos.Falla de lazo de control.Falla mecnica de vlvulas de control (nivel, presin, flujo).Rotura de tubos en intercambiadores de calor de tubo y carcasa.Expansin trmica de fluido confinado.Falla del reflujo de torre de fraccionamiento.Sobrellenado de lquido de recipientes y tanques de almacenaje.Error Humano.Reacciones qumicas.Gas Blowby.

SISTEMAS DE ALIVIO, DESVIO Y DESPRESURIZACINCAUSAS QUE CONLLEVAN A SOBREPRESIN EN PROCESOSSalida bloqueada de equipos.

SISTEMAS DE ALIVIO, DESVIO Y DESPRESURIZACINCAUSAS QUE CONLLEVAN A SOBREPRESIN EN PROCESOSFalla de lazo de control.

SISTEMAS DE ALIVIO, DESVIO Y DESPRESURIZACINCAUSAS QUE CONLLEVAN A SOBREPRESIN EN PROCESOSExpansin trmica de fluido confinado.

ACCIN DE LLAMA

ACCIN DE RADIACIN

SISTEMAS DE ALIVIO, DESVIO Y DESPRESURIZACINCAUSAS QUE CONLLEVAN A SOBREPRESIN EN PROCESOSFalla del reflujo de torre de fraccionamiento.

SISTEMAS DE ALIVIO, DESVIO Y DESPRESURIZACINCAUSAS QUE CONLLEVAN A SOBREPRESIN EN PROCESOSSobrellenado de lquido de recipientes y tanques de almacenaje.

CRUDO-AGUA

SDV 01

DESPOJADOR DE AGUA LIBRE

SISTEMAS DE ALIVIO, DESVIO Y DESPRESURIZACINCAUSAS QUE CONLLEVAN A SOBREPRESIN EN PROCESOSGas Blowby.

GAS-LQUIDO

SDV 01

SEPARADOR DE PRODUCCIN 1200 PSIG

SISTEMAS DE ALIVIO, DESVIO Y DESPRESURIZACINTIPOS DE VLVULAS DE ALIVIO Convencional-. Vlvula de seguridad cargada por resorte- .Guiada por el tope-. De alto levantamiento-. El resorte es usualmente externo y empotrado en un bonete-. La cmara del bonete se ventea a travs de un pasaje interno a la salida de la vlvula De fuelle balanceado-. Para contrapresiones superimpuestas variables.-. Tolera una contrapresin ms alta que lo que puede soportar una vlvula convencional.-. Utilizadas donde el servicio es sucio y corrosivo.-. Pueden ser usadas para vapores o lquidos hasta unauna contrapresin mxima (superimpuesta ms acumulada) de hasta 50% de la presin de ajuste.

SISTEMAS DE ALIVIO, DESVIO Y DESPRESURIZACINTIPOS DE VLVULAS DE ALIVIO Operadas por piloto- .Utilizadas en servicios limpios y a bajas presiones.-. Tambin son utilizadas cuando se requieren grandes reas de alivio a elevadas presiones de ajuste.-. Pueden ser usadas para vapores o lquidos hasta unauna contrapresin mxima (superimpuesta ms acumulada) de hasta 50% de la presin de ajuste-. No son recomendados para servicios expuestos a ensuciamiento u obstrucciones, debido a que pueden taparse la vlvula piloto.-. Puede operar en la cercana de su punto de ajuste y permanece cerrada sin el menor escape de presin hasta que la presin de entrada alcanza la presin de ajuste.

SISTEMAS DE ALIVIO, DESVIO Y DESPRESURIZACINVLVULA DE ALIVIO CONVENCIONAL

SISTEMAS DE ALIVIO, DESVIO Y DESPRESURIZACINVLVULA DE ALIVIO DE FUELLE BALANCEADO

SISTEMAS DE ALIVIO, DESVIO Y DESPRESURIZACINVLVULA DE ALIVIO OPERADA POR PILOTO

SISTEMAS DE ALIVIO, DESVIO Y DESPRESURIZACINPREMISAS Y CRITERIOS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE DESVO Y ALIVIO Y/O DESPRESURIZACIN PREMISAS: El sistema de Desvo y Alivio y/o Despresurizacin de una Planta debe estar conformado por:1.- Un cabezal de desvo con capacidad para manejar todo el gas que procesa la planta y transferirlo hacia quema segura (Mechurrio), en caso de incendio.2.- Un cabezal de recoleccin de gas de todas las vlvulas de alivio que protegen a los equipos, y eventualmente el gas generado por la despresurizacin de equipos y tuberas tambin por efecto de cualquier incendio.3.- Un despojador de lquido (KOD).4.- Un Mechurrio para la quema segura del gas bajo cualquier evento de contingencia .Se debe conocer si existe contrapresin superpuesta constante o variable en el sistema. Para el caso de contrapresin constante, verificar si esta es mayor del 10% de la menor presin de ajuste de las vlvulas de alivio..

SISTEMAS DE ALIVIO, DESVIO Y DESPRESURIZACINPREMISAS Y CRITERIOS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE DESVO Y ALIVIO Y/O DESPRESURIZACIN CONTINUACIN PREMISAS: Para el dimensionamiento de las vlvula de alivio de presin se considera la contingencia que genera el mayor flujo msico, de acuerdo al anlisis de contingencias realizado a la planta.

Dependiendo de la contrapresin superpuesta existente, se seleccionar el tipo de vlvula de alivio de presin. Contrapresin superpuesta constante una contrapresin generada por la apertura de la vlvula de alivio menor al 10% de su presin de ajuste, se seleccionar una vlvula de alivio de tipo convencional. En caso contrario, se debe seleccionar una vlvula de alivio balanceada..

SISTEMAS DE ALIVIO, DESVIO Y DESPRESURIZACINPREMISAS Y CRITERIOS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE DESVO Y ALIVIO Y/O DESPRESURIZACIN CRITERIOS DE DISEO: Vlvulas de Alivio de Presin (PSV):1.- Se dimensionan para las contingencias de salida bloqueada y presencia de fuego en equipos y tuberas con paredes hmedas o secas, segn sea el caso cualquier otra contingencia predominante. Para intercambiadores de calor tubo y carcasa, slo se considera instalacin de PSV, en caso que la relacin presin de diseo de la carcasa/presin de diseo de tubos sea menor de 2/3.2.- Para vlvulas de tipo convencional, la mxima contrapresin permisible al abrir la vlvula ser del 10% de su presin de ajuste.3.- Para vlvulas de tipo balanceadas, la mxima contrapresin permisible al abrir la vlvula estar comprendida en el rango 40-50% de su presin de ajuste.4.- Para todos los tipos de vlvulas de alivio, la sobrepresin permisible ser del 10% de su presin de ajuste en caso de no haber presencia de fuego, y en caso de haberlo ser de 21%.

SISTEMAS DE ALIVIO, DESVIO Y DESPRESURIZACINPREMISAS Y CRITERIOS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE DESVO Y ALIVIO Y/O DESPRESURIZACIN CONTINUACIN CRITERIOS DE DISEO: Vlvulas de Alivio de Presin (PSV):5.- El dimetro de la tubera entre la brida del recipiente a proteger y la brida de la vlvula de alivio, debe ser tal que la cada de presin sea menor o igual al 3% de la presin de ajuste de la vlvula.6.- El rea mnima requerida por la vlvula de alivio para manejar el caudal de fluido generado por la contingencia predominante, se calcular aplicando las ecuaciones recomendadas por la Norma API-520 para flujo snico subsnico, el que aplique de acuerdo al siguiente criterio: Si la presin de alivio es mayor que la contrapresin el flujo es Snico y si la presin de alivio es menor que la contrapresin el flujo es Subsnico.7.- Dimensionamiento vlvula de alivio para flujo snico.8.- Dimensionamiento vlvula de alivio para flujo subsnico.

SISTEMAS DE ALIVIO, DESVIO Y DESPRESURIZACINAlivio para Gases o Vapores Bajo Condicin de Flujo Crtico Snico:Donde:A: rea de descarga efectiva del dispositivo (pulg2).W: Flujo msico requerido a travs del dispositivo (Lb/h).C: Coeficiente determinado de la relacin de calores especficos Cp/Cv ( ).Kd: Coeficiente de descarga efectiva.P1: Presin de alivio aguas arriba de la vlvula (psia).Kb: Coeficiente de correccin por la contrapresin. Para vlvulas convencionales y operadas por piloto Kb es igual a 1.Kc: Factor de correccin para instalacin combinada con disco de ruptura. Cuando no hay disco de ruptura este valor es igual a 1 y cuando existe es igual a 0,9.T: Temperatura de alivio (R).Z: Factor de compresibilidad (adimensional).M: Peso molecular del gas o vapor (lbm/lbmol).V: Flujo volumtrico de alivio a condiciones estndar, 14,7 psia y 60 f (scfm).G: Gravedad especifica del gas a condiciones estndar.

SISTEMAS DE ALIVIO, DESVIO Y DESPRESURIZACINAlivio para Gases o Vapores Bajo Condicin de Flujo Subsnico:Donde:A: rea de descarga efectiva del dispositivo (pulg2).W: Flujo msico requerido a travs del dispositivo (Lb/h).F2: Coeficiente de flujo subcrtico.Kd: Coeficiente de descarga efectiva.Kc: Factor de correccin para instalacin combinada con disco de ruptura. Cuando no hay disco de ruptura este valor es igual a 1 y cuando lo hay es igual a 0,9.Z: Factor de compresibilidad (adimensional).T: Temperatura de alivio (R).M: Peso molecular del gas o vapor (lbm/lbmol).P1: Presin de alivio aguas arriba de la vlvula (psia).P2: Contrapresin (psia).V: Flujo volumtrico de alivio a condiciones estndar, 14,7 psia y 60 f (scfm).G: Gravedad especifica del gas a condiciones estndar.

SISTEMAS DE ALIVIO, DESVIO Y DESPRESURIZACINPREMISAS Y CRITERIOS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE DESVO Y ALIVIO Y/O DESPRESURIZACIN CONTINUACIN CRITERIOS DE DISEO: Cabezal de Desvo, Alivio y/o Despresurizacin: 1.- Para estimar el dimetro del cabezal de Desvo se fija la presin mxima requerida en la base del Mechurrio (psig) y mediante la Simulacin Hidrulica se calcula la presin con la cual deben salir el flujo a desviar aguas abajo de la vlvula de control de presin PCV.2.- Para dimensionar el cabezal de alivio, se considera como criterio que la contrapresin total para el dimetro supuesto del cabezal, cuando cualquiera de las vlvulas de alivio abra, debe ser menor al 10% de la menor presin de ajuste de las vlvulas que descargan a dicho cabezal (Caso de vlvulas de alivio convencionales) o menor al 50% de la menor presin de ajuste de las vlvulas balanceadas que descargan al cabezal.3.- La mxima velocidad permisible para el gas en el cabezal de desvo y alivio debe ser menor o igual al 70% Mach.

SISTEMAS DE ALIVIO, DESVIO Y DESPRESURIZACINPREMISAS Y CRITERIOS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE DESVO Y ALIVIO Y/O DESPRESURIZACIN CONTINUACIN CRITERIOS DE DISEO: Cabezal de Desvo y Alivio y/o Despresurizacin: 4.- Debido a que las contingencias de alivio y despresurizacin no pueden ocurrir simultneamente, el cabezal de alivio tambin ser utilizado para la despresurizacin de la planta, en el caso de presencia de fuego en la misma para sacar de servicio cualquier equipo y tuberas asociadas.5.- En el caso de fuego, se debe garantizar mediante un arreglo de vlvula Blow-Down Orificio de restriccin, una despresurizacin controlada del sistema, de tal forma de ir desde la condicin inicial de presin hasta el 50% de la presin de diseo 100 psig, la que sea menor, en un tiempo menor o igual a 15 minutos (API-RP-521). Se debe verificar si con el caudal Instantneo generado en la despresurizacin, la velocidad del gas en el cabezal no excede el 70% Mach.

SISTEMAS DE ALIVIO, DESVIO Y DESPRESURIZACINPREMISAS Y CRITERIOS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE DESVO Y ALIVIO Y/O DESPRESURIZACIN CONTINUACIN CRITERIOS DE DISEO: Despojador de Liquido (KOD): 1.- El KOD debe ser ubicado en los lmites de la zona estril del Mechurrio (1500 BTU/h-pie2), por lo tanto se debe definir previamente la altura, el dimetro y la distancia horizontal segura del Mechurrio (440 BTU/h-pie2, considerando 300 BTU/h-pie2 de radiacin solar), mediante el estudio de Radiacin del Mechurrio.2.- Una vez ubicado el KOD, su presin de operacin ser definida por la hidrulica del sistema de alivio, fijando la mxima presin requerida en el Mechurrio, el mximo caudal de alivio o el caudal instantneo de despresurizacin, el que sea mayor.3.- El tamao de partcula de la gota de liquido en suspensin en la fase gaseosa que se considera para el dimensionamiento del KOD es de 400 micrones (recomendacin Norma API-RP-521 300-500 micrones).4.- La relacin L/D debe ser mayor o igual a 2,5 y menor o igual a 6.

SISTEMAS DE ALIVIO, DESVIO Y DESPRESURIZACINPREMISAS Y CRITERIOS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE DESVO Y ALIVIO Y/O DESPRESURIZACIN CONTINUACIN CRITERIOS DE DISEO: Despojador de Liquido (KOD): 5.- El tiempo de residencia del gas en el KOD debe ser mayor al tiempo que necesita la gota de lquido para salir de la fase gaseosa.6.- La longitud mnima del KOD, ser igual al producto de la velocidad del gas (pie/s) x tiempo de sedimentacin de la gota de liquido (s).7.- El nivel mximo de liquido permisible en el KOD ser igual a 1/3 Di del mismo.8.- El tiempo mnimo de residencia del lquido debe ser igual a 20 minutos.9.- El volumen de lquido adicional desde proceso a ser manejado por el KOD est limitado a 500 gal.10.- Se recomienda que la vlvula control de nivel de lquido en el KOD sean ON-OFF.

SISTEMAS DE ALIVIO, DESVIO Y DESPRESURIZACINPREMISAS Y CRITERIOS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE DESVO Y ALIVIO Y/O DESPRESURIZACIN CONTINUACIN CRITERIOS DE DISEO: Despojador de Liquido (KOD): 11.- Se recomienda la utilizacin de bombas centrfugas para desalojar el lquido del KOD, estando una bomba en operacin y la otra de respaldo. Es conveniente que esta ltima sea accionada por una fuente de energa diferente a la de la bomba principal.12.- Se recomienda que el tiempo de desalojo del lquido del KOD no sea mayor a 5-10 minutos, para ir desde el nivel alto de lquido (NAL) hasta el nivel bajo de lquido (NBL).

SISTEMAS DE ALIVIO, DESVIO Y DESPRESURIZACINPREMISAS Y CRITERIOS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE DESVO Y ALIVIO Y/O DESPRESURIZACIN CONTINUACIN CRITERIOS DE DISEO: Mechurrio (Flare): 1.- La ubicacin del Mechurrio con respecto a procesos y terceros debe ser tal que se garantice la distancia horizontal segura donde la Radiacin tiene un valor de 440 BTU/h-pie2, incluyendo la radiacin solar con un valor de 300 BTU/h-pie2.2.- Para la estimacin del dimetro de la Estaca, se utilizar la ecuacin 23 pgina 58 definida en la Norma API-RP-521 para nmero de Mach entre 0,2-0,5 (Mechurrio subsnico), el primer valor para quemas frecuentes y el segundo valor para quemas eventuales.3.- La altura de la Estaca se estimar considerando una radiacin en la base del Mechurrio de 1200 BTU/h-pie2, sin incluir la radiacin solar. 4.- La fraccin de calor radiada por la llama debe ser menor o igual a 0,3 (API-RP-521).

SISTEMAS DE ALIVIO, DESVIO Y DESPRESURIZACINPREMISAS Y CRITERIOS PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE DESVO Y ALIVIO Y/O DESPRESURIZACIN CONTINUACIN CRITERIOS DE DISEO: Mechurrio (Flare): 5.- La mxima cada de presin total en el Mechurrio (Estaca+Tip) debe ser menor o igual a 6 psi. 6.- La velocidad del viento a considerar debe ser por lo menos el 80% de la velocidad predominante del viento durante el ao, as como la direccin predominante del viento.7.- La presin en la base del mechurrio depende del tipo de mechurrio empleado. Para snicos, se considera una presin entre 50-60 psig; para subsnicos entre 5-15 psig.8.- Los niveles de ruido permisibles a 100 pies deben ser menores o igual a 100 Dc.

SISTEMAS DE ALIVIO, DESVIO Y DESPRESURIZACINDEFINICIONES ASOCIADAS LAS PSV Contrapresin acumulada: Incremento en la presin en el cabezal de descarga, la cual se genera despus que un dispositivo de alivio de presin abre.Contrapresin superimpuesta: Presin esttica existente a la salida de un dispositivo de alivio de presin al momento de su apertura. Esta contrapresin proviene de otras fuentes y puede ser constante o variable.VLVULAS CONVENCIONALES Contrapresin superimpuesta Constante: El efecto de la contrapresin constante en una vlvula convencional, antes que la vlvula abra, es incrementar la presin a la cual la vlvula abre en una cantidad igual a la contrapresin.Contrapresin superimpuesta Variable: Cuando la contrapresin superimpuesta es variable, la presin a la cual la vlvula abre, cambiar a medida que la contrapresin cambia. Esta variacin de presiones de apertura podran salirse de los lmites tolerables para vlvulas convencionales. Por esta razn, generalmente se recomienda una vlvula balanceada para aplicaciones donde la contrapresin superimpuesta sea variable.

SISTEMAS DE ALIVIO, DESVIO Y DESPRESURIZACINFACTORES DE CORRECCIN DE CAPACIDAD DE LAS PSV Efecto de la contrapresin acumulada en la operacin de la vlvula: Para una vlvula convencional, este efecto se traduce en reducir rpidamente las fuerzas de empuje para mantener la vlvula abierta. La contrapresin, en estas condiciones, esta limitada al 10% de la presin de ajuste o al CDTP (Presin de ajuste-contrapresin), la que sea menor.Efecto de la contrapresin superimpusta en la operacin de la vlvula: Para una vlvula convencional, un factor de correccin de flujo puede ser requerido para calcular el tamao de la vlvula.Gases y VaporesSi la contrapresin en la vlvula excede la presin de flujo crtico (55% de la presin de alivio absoluta), el factor de correccin de flujo Kb debe ser aplicado (figura 35, pg 49, API RP-521 ). Si la contrapresin es menor que la presin de flujo crtico, no se requiere factor de correccin (Kb=1).LquidosEn caso de vlvulas convencionales para servicios de lquidos, no se requiere factor de correccin (Kw=1).

SISTEMAS DE ALIVIO, DESVIO Y DESPRESURIZACINFACTORES DE CORRECCIN DE CAPACIDAD DE LAS PSV VLVULAS BALANCEADAS Contrapresin superimpuesta Constante o Variable: Puesto que el rea efectiva del pistn es equivalente al rea del asiento, la presin de ajuste de la vlvula no se ve afectada por la contrapresin.Contrapresin acumulada o Superimpuesta Constante o Variable: El efecto de la contrapresin en una vlvula de alivio balanceada que est abierta y aliviando es reducir gradualmente las fuerzas de empuje. El efecto en la capacidad de alivio de la vlvula por este comportamiento caracterstico se debe tomar en consideracin. Para calcular el tamao del orifico requerido de la vlvula, se debe usar un factor de correccin de capacidad de flujo para la mxima contrapresin total (contrapresin acumulada + la contrapresin superimpuesta) esperada.