Diseño de Valvula de Alivio en Sistemas de Gas Natural

7/22/2019 Diseo de Valvula de Alivio en Sistemas de Gas Natural

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Sistemas de alivio de

presin


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Los equipos que componen una planta de procesodeben protegerse de sobrepresiones causadas por

circunstancias anormales.

Los elementos ms comunes son

Vlvulas de seguridad y alivio: Vlvulas que permanecen cerradas por

accin de un resorte. Cuando la presin a la entrada vence la fuerza del

resorte la vlvula se abre descargando hacia un lugar seguro. Se calibran

para que abran a la presin de diseo del recipiente que protegen

Discos de ruptura: Elemento fusible que se instala en una boca del

recipiente, calculado para que rompa a una presin algo menor que la

que soporta el recipiente

Vlvulas de presin y vaco. Para proteccin de tanques atmosfricos.

Poseen clapetas que abren a muy baja sobrepresin o vaco permitiendo

aliviar gases o admitir aire en el tanque


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Elementos de proteccin contra

sobrepresiones

Vlvulas de seguridad y alivio Vlvulas de presin y vaco

Discos de ruptura


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Cdigo ASME: Obligatorio en USA

Define algunos requerimientos de proteccin contra sobrepresiones

Presin de operacin: es la presin normal de trabajo del equipo. La que seobtiene del balance de masas

Presin de diseo: Todos los procesos pueden tener fluctuacionesconsideradas normales y para las que se desea que la planta contineoperando. Suele fijarse como un cierto % de la presin de operacin (Porejemplo 10% o 2 kg/cm2 , lo que sea mayor)

Presin mxima admisible de trabajo (maximum allowable workingpressure). La fija el diseador mecnico. Puede ser algo mayor que lapresin de diseo debido a la utilizacin de espesores standard de chapa

Presin de prueba hidrulica: Por cdigo= 1.3 x p. diseo


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Diseo de un sistema de alivio de presiones

Etapas

Determinacin del caudal a aliviar

Seleccin del tipo de dispositivo Clculo del rea de alivio

Diseo del sistema de descarga a atmsfera


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Determinacin del caudala aliviar


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Hiptesis de contingencia nica:

Se deben analizar todas las hiptesis decontingencia y elegir la ms crtica. Se supone

que las contingencias no ocurren en forma

simultnea

Se excluyen las fallas latentes


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Caso de fuego externo


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Aeroenfriadores: un caso complicado

Mucha superficie expuesta al fuego, pero en el caso de loscondensadores el volmen lquido que contienen es pequeo.

En ciertos casos puede que ese lquido, totalmente vaporizadosea un porcentaje pequeo del volumen de vapor del sistema.

API 521 no da ninguna recomendacin, pero sugiere analizar:

Considerar como superficie mojada solo la superficie sin aletas

Para condensadores tomar el 30% como superficie mojada

Considerar reemplazar 21000 por 12000 en la frmula de Q Analizar instalar el equipo con pendiente para facilitar el

drenaje

API 521 ed 2007: considerarlo como piping


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Una vez calculado el flujo de calor, se debe traducir en un caudal a aliviar

Si se trata de un fluido que se vaporiza W= Q/l

Lquidos: considerar la expansin trmica: gpm= B.Q/500.g.c

B= coef expansin cbica por F

Q= BTU/hC= BTU/lbF

g= grav especfica

Fluido cerca del punto crtico

Aproximacin: tomar l= 50 BTU/lb cerca del punto crtico


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La evaporacin del lquido contenido en el recipiente es lo que permite

evacuar el calor recibido

En el caso de los recipientes que no contienen lquido, la falla se produce

por alta temperatura del material. El nico recurso es despresurizar elequipo para reducir la presin a la que est sometido y enfriar con agua

externamente (recipientes con gas o fluidos supercrticos)

Despresurizacin: Tpicamente reducir la presin un 50% en 15

minutos

Tener en cuenta la entrada de calor por el fuego, cambio de

densidad del vapor durante la despresurizacin y flasheo de

lquidos que pudieran estar en el sistema (usar mdulo de Hysis)


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Expansin trmica de lquidos confinados

(Ej tramos de caeras que pueden quedar bloqueados llenos de

lquidos)

En general se pone una vlvula de alivio de x 1.

En grandes pipelines estimar la entrada de calor y calcular el

caudal a aliviar por dilatacin trmica


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Condiciones de proceso


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Limitadores de caudal (orificio de restriccin)

W=2140.Ko.A. p.D

Caudal a travs de un orificio

lquidos

A= rea i2

D= densidad (lb/ft3)

W= lb/h

p= psi

Ko= coef de orificio


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Caudal a travs de un orificio

Gases o vapores1 1

12.Ko.A.p1.W=Ko.A.. p .D =

R.T

12/

2 2

1 1

k

k-1

2 2crit 1 2crit

1544

24061

2si p


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Caudales a travs de una vlvula globo(valores en lb/h)

VAPOR AIRE O N2

Presin de

entrada(psig)

11 165 495 82.5 110 137.5

Tamao

213 1400 3860 1240 1590 1940

373 2460 6760 2170 2780 3400

1 604 3990 11000 3520 4510 5510

1 1420 9390 25800 8290 10600 13000

2 2350 15500 42600 13700 17500 21400

3 5170 34100 93800 38600 38600 47100

AGUA

p a travs de lavlvula (psi)

55 82.5 110

21500 26300 30300

37600 46100 53200

1 61000 74700 86300

1 144000 176000 203000

2 237000 210000 33500

3 522000 639000 73800


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Si fuera necesario modelar la rotura del tubo, el clculo puede ser complejo. Se

debe analizar la capacidad de las caeras que conducen el fluido de baja presin

para aliviar el caudal, teniendo en cuenta posibles efectos de vaporizacin,

aceleracin de lquido etc


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Explosiones:

No se pueden aliviar con vlvulas de seguridad. Instalar discosde ruptura, que an no siempre son efectivos

En caso de ser posible, aumentar la presin de diseo.

Tpicamente para hidrocarburos, la presin durante unaexplosin aumenta 7 veces.

Si la explosin ocurre a presin atmosfrica (ej flare KOD) llegaa 7 bar(a). Si se disea el equipo a 4.5 bar(g) en la explosinestara por debajo de la presin de prueba hidrulica


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Vaporizacin sbita

Ejemplo tpico: Agua o hidrocarburos livianos en hot oil

Es muy dificil prever. Lomejor es cubrir con

procedimientos

operativos

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