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SISTEMAS DE ALIVIO Y VENTEOSISTEMAS DE ALIVIO Y VENTEO

CURSO BÁSICODISEÑO DE SISTEMA DE ALIVIO Y VENTEODISEÑO DE SISTEMA DE ALIVIO Y VENTEO

Elaborado por Robert Montoya: robertmontoyar@gmail. com


CONTENIDO

� ¿PORQUE LOS SISTEMAS DE ALIVIO EN PLANTAS?

� ¿LOS SISTEMAS DE ALIVIO Y VENTEO SON

NECESARIOS EN UNA PLANTA?

� REQUERIMIENTOS DEL CÓDIGO ASME

� SISTEMAS DE ALIVIO Y VENTEO

� SIMBOLOGÍA UTILIZADA

� LOCALIZACIÓN DE LAS PSV

� DIFERENCIAS ENTRE PSV EN SERVICIO DE VAPOR Y

LÍQUIDO

� CUANDO UTILIZAR MULTIPLES PSV:

� GOLPETEO EN PSV (CHATTERING)


CONTENIDO

� VÁLVULAS CONVENCIONALES

� VÁLVULAS BALANCEADAS

� CONTRAPRESIÓN EN PSV (RESORTE)

� VENTAJAS PSV (RESORTE)

� DISCO DE RUPTURA

� VÁLVULAS DE SEGURIDAD EN SERIE

� VIDEOS: VÁLVULAS DE SEGURIDAD

� APLICACIONES DE LAS PSV

� METODOLOGIA DE SISTEMAS DE ALIVIO


¿PORQUE LOS SISTEMAS DE ALIVIO EN PLANTAS?

- EL Aumento de la presión puede conducir a la ruptura del recipiente o la tubería y laliberación de materiales tóxicos o inflamables

- Por otra parte, tenemos que proteger contra vacío inesperado!

- Los sistemas de alivio naturalmente, son la mejor manera de prevenir el aumento depresión

- En el proceso existen grandes perturbaciones, fallos de equipos, errores humanos,- En el proceso existen grandes perturbaciones, fallos de equipos, errores humanos,fallas de energía, que pueden conducir a catástrofes sino se corrige.

- Los Sistemas de alivio proporcionan una vía de salida para el fluido.

Ventajas:- la seguridad, la protección del medio ambiente, la protección de equipos y cumplimiento

con los códigos de gubernamentales.- En general, el volumen cerrado con cualquier posibilidad de aumento de presión

- Recuerden, este es el último recurso, cuando todos los demás sistemas de seguridadno han sido suficientes y se requiere una respuesta rápida!


¿LOS SISTEMAS DE ALIVIO Y VENTEO SON NECESARIOS EN UNA PLANTA?

Podrianestossistemasfallardebido a una fallacomun ?

SISTEMAS DE ALIVIO

SISTEMAS DE SEGURIDAD INTERLOCK

SISTEMAS DE ALARMAS

comun ?

Consejo: Si

BPCS (SISTEMAS DE CONTROL BÁSICO DE PROCESOS)

• Diseño inherentemente seguro, simplemente nopuede eliminar todos los riesgos de presión

• Los diseños pasivos pueden ser extremadamentecaro y engorroso

• Los sistemas de alivio y venteo funcionan.

PORQUE USAR PSV

SISTEMAS DE ALIVIO Y VENTEO

REQUERIMIENTOS DEL CÓDIGO ASME

• Requisitos del Código generales incluyen:

• ASME de calderas y recipientes a presión Códigos.

• ASME B31.3 / tuberías en Refinería.

• ASME B16.5 / Bridas y Conexiones.

La presión de alivio no será superior a MAWP en más de:

• 3% para calderas de vapor que queman y no expuesto al fuego.

• 10% para los buques equipados con un dispositivo de alivio de presión única.

• 16% para los buques equipados con varios dispositivos de alivio de presión.

• 21% de contingencia contra incendios.



PRINCIPIO BÁSICO

- No requiere alimentación externa

- Auto accionamiento.

- Presión de proceso proporciona la fuerza necesaria!

VÁLVULAS

- Se cierran cuando la presión vuelve al valor aceptable

- Válvula de alivio - sistemas líquidos

- Válvula de seguridad - sistemas de gas y vapor, incluyendo vapor

- Válvula de seguridad - líquido y / o sistemas de vapor


SIMBOLOGÍA UTILIZADA

• Válvula de Seguridad con resorte (Balanceada/Convenc ional)

PROCESO

Para final disposition

PROCESO

• Disco de Ruptura

PROCESO Para final disposition


LOCALIZACIÓN DE LAS PSV

• Todos los recipentes.

• Bloqueo en las secciones de las líneas de líquido frio que están

expuestos al calor.

• Lado de la descarga de las bombas de desplazamiento positivo,

compresores y turbinas.

• Chaquetas de vapor en recipientes

• Cuando PHA ( Process Hazards Analysis) indica la necesidad


DISPOSITIVO DE SEGURIDAD EN RECIPIENTES:

El recipiente se puede aislar con las válvulas de control; se requiere alivio

F1

requiere alivio de presión.

En caso de un cierre inesperado de la V5/V6 ocurrirá una sobrepresión.


Todo recipiente debe ser protegido por sobrepresión utilizando una PSV

DISPOSITIVO DE SEGURIDAD EN RECIPIENTES:

De acuerdo a ASME permite que los recipientes menor o igual a 2 pies de diámetro los componentes no hay elementos de piping estampados.

Si existen dos recipientes conectados mediante una tubería y además no existe válvulas entre los dos, solo se requerirá una PSV en el recipiente aguas abajo..


DISPOSITIVO DE SEGURIDAD EN BOMBAS:

Bomba de desplazamientopositivo

La bomba de desplazamiento positivo se dañará si la válvula se cierra, se requiere un alivio.


Las válvulas permiten aislar y eliminar el intercambiador de calor sin detener el proceso.

El lado de la carcasa del intercambiador de calor

DISPOSITIVO DE SEGURIDAD EN INTERCAMBIADORES:

intercambiador de calor se puede aislar, tenemos que proporcionar alivio.

Para recuperar el proceso sin parada; seleccionamos una válvula de alivio.


Si existe una válvula de restricción en a línea de salida de la corriente de procesos, la PSV es requerida.

DISPOSITIVO DE SEGURIDAD EN HORNOS:

Normalmente preferidaRequerida si la alimentación es toda vapor.

Sólo si la alimentación contiene liquido.Si se ubica en la salida, podría formarse cokey taponar la PSV


VAPOR

- Las PSV están especialmente diseñados para la acción "pop". (es

decir, que se mueven a la apertura total posición en sólo una ligera

sobrepresión). La válvula permanece completamente abierta y

DIFERENCIAS ENTRE PSV EN SERVICIO DE VAPOR Y LÍQUID O

la presión se acumula a la máxima permisible, cuando la capacidad

nominal es totalmente descargada.

LÍQUIDO

- Las PSV están diseñados para elevar progresivamente con el

aumento de presión hasta que la apertura total alcanzar la posición.


CUANDO UTILIZAR MULTIPLES PSV:

- Si el área de la válvula requerida es más grande que el más grande PSV disponibles- Para adaptarse mejor a las tasas de flujo de contingencia con la capacidad de la válvula para evitar posibles “golpeteos".- Si múltiples PSV son más económicos que una válvula más grande debido al diseño mecánico.Diseño PRV y punto de referencia cuando se utilizan dos o más válvulas:válvulas:- Una de las PSV de debe ajustarse a la presión de diseño (o MAWP), válvulas adicionales pueden ser configurar hasta un 5% por encima de la presión de diseño (o MAWP).- Contingencia no de incendio, válvulas de diseño basados en 16% la presión acumulada en el recipiente.- Contingencia de fuego, una válvula suplementaria diseñada para manejar la carga de fuego se puede ajustar hasta un 10% por encima de la presión de diseño y la capacidad deben calcularse basado en la acumulación de 21%.


GOLPETEO EN PSV (chattering)

Las causas del golpeteo son:

- El exceso de caída de presión de entrada.

- El exceso de contrapresión acumulada.

- La válvula de gran tamaño (La válvula de gran tamaño debe tener al

menos el 25% de la capacidad utilizado.)menos el 25% de la capacidad utilizado.)

- El exceso de longitud de la línea de entrada, especialmente para

servicio de líquido.

- Soluciones para prevenir el golpeteo:

- Instalación de un PSV de menor capacidad.

- Instalación de un tipo diferente de PSV.

- El aumento de la despresurización.


• Efecto del chattering en válvulas no balanceadas

GOLPETEO EN PSV (chattering)

Válvulas convencionales no pueden usarse cuando la contrapresión propia es más del 10% del set pressure.


•Las válvulas convencionales son generalmente utilizadas en refinerías y plantas se servicios químicos.

•resorte,, ascensor, válvula de seguridad de tipo boquilla

VÁLVULAS CONVENCIONALES

de seguridad de tipo boquilla de alta superior guiada puede manejar un máximo de contrapresión construida de 10% de la presión establecida. Excepto para el caso de fuego, donde el 21% es aceptable


PSV-Convencional

VÁLVULAS CONVENCIONALES

Convencional


VÁLVULAS BALANCEADAS

•Las válvulas balanceadas con similares a las convencionales, pero son diseñadas para minimizar el efecto de la contrapresión.

•La contrapresión afecta las válvulas convencionales y las balanceadas de maneras diferentes.


PSV- Balanceada

VÁLVULAS BALANCEADAS


• Efecto de la contrapresión

La fuerza sobre el disco en una válvula convencional se ve afectada por la contrapresión.

CONTRAPRESIÓN EN PSV (Resorte)

La contrapresión tiende a cerrar la válvula

En una válvula de fuelle balanceada la contrapresión actúa sobre igual superficie en ambas caras del disco


Ventajas

• No tiene la limitación del 10% de contrapresión. Teóricamentese puede usar hasta 60% de sobrepresión, aunque esaconsejable no más de 30%

• No hace falta corregir la tensión del resorte para contrapresión sobrepuesta

VENTAJAS PSV (Resorte)

No hace falta corregir la tensión del resorte para contrapresión sobrepuesta

• Abre siempre a la misma presión

Inconvenientes

• El fuelle es un elemento delicado. Si se rompe el fuelle la válvula deja de ser balanceada

• El fuelle debe estar venteado a la atmósfera. Peligroso si es un gas tóxico en caso de rotura del fuelle


DISCO DE RUPTURAVentajas:

�Pueden construirse en materiales resistentes a la corrosión.

�Gran capacidad.

�Bajo costo.

�Inconvenientes.

�Pérdida del inventario y parada de la planta.

�Requiere mayor margen entre presión de operación y de rotura.


�Presión de rotura especificada: la solicitada por el comprador

�Presión de rotura estampada : La presión a la que el disco rompe

según ensayos realizados. Puede ser mayor o menor que la

especificada, pero debe encontrarse dentro del rango de fabricación

indicado por el fabricante.

�Rango de fabricación : Es el rango de presiones dentro del cual el

DISCO DE RUPTURA

�Rango de fabricación : Es el rango de presiones dentro del cual el

disco puede ser estampado. Normalmente el fabricante indica un rango

en más y en menos con respecto al valor de la presión especificada

�Tolerancia a la rotura : es la variación alrededor de la presión marcada

dentro de la que el disco puede romper

�Relación de operación: cociente entre la máxima presión operativa y

la presión de rotura estampada. La sugiere el fabricante.


�Abren al máximo, rápidamente - DR abren completamente muyrápidamente, por lo que son buenos para sobrepresión causada poruna deflagración interna o la presurización repentina (por ejemplo,como resultado de un fallo del tubo en un intercambiador de altapresión).�Menos costos o resistencia a la corrosión - Es menos costoso paraproporcionar la corrosión resistencia para un disco de ruptura que parauna válvula de alivio convencional o equilibrada. Los DR puede estar

DISCO DE RUPTURA- VENTAJAS

una válvula de alivio convencional o equilibrada. Los DR puede estarhecho de revestido con una variedad de resistente a la corrosiónmateriales.�Menos ensuciamiento o taponamiento - Hay menos tendencia aque un disco de ruptura a ensuciar o enchufe. La apertura del DR esesencialmente igual al diámetro interior de tuberías.�Sobrepresión / depresión que uso - DR de puede proporcionartanto sobrepresión y despresurización protección.�Menor costo - Un disco de ruptura se puede proporcionar a un costoinicial más bajo que un servicio equivalente PSV.


DISCO DE RUPTURA- DESVENTAJAS

�Sensibilidad a la temperatura - Dado que la presión abertura depende

del material del disco propiedades, la temperatura en el momento de la

abertura provocarán la presión de rotura a variar. La elección del

material tiene una gran influencia sobre la sensibilidad a la presión.

�No recierre - Si el DR es el único dispositivo de protección, debe ser�No recierre - Si el DR es el único dispositivo de protección, debe ser

reemplazado para continuar las operaciones. Si el DR se utiliza en serie

con una válvula de PSV, las operaciones puede continuar sin reemplazar

el disco de ruptura. Sin embargo, la protección adicional que ofrece el DR

se pierde hasta que se sustituya el disco de ruptura.


DISCO DE RUPTURA- DESVENTAJAS

�Prueba Destructiva - Ensayos no destructivos de la presión de

rotura del RD no puede ser logrado. A diferencia de las válvulas de

las PSV, que se puede ajustar, la exactitud de la abertura a la

presión se basa únicamente en las pruebas del fabricante del

mismo lote.mismo lote.

�Requieren sustitución periódica - requieren una sustitución

periódica. La mayoría de los vendedores recomendar el reemplazo

DR anualmente, pero en condiciones más severas puede ser

necesario el reemplazo cada 6 mese.

�Facilidad de dañarse- Los discos de ruptura son más sensibles a

los daños.


DISCO DE RUPTURA

• Combinación disco con PSV-Convencional/Balanceada

VÁLVULAS DE SEGURIDAD EN SERIE


• ¿Por qué se proporciona el indicador de presión?

• Si la presión aumenta, el disco tiene una fuga y debe ser reemplazado.

• ¿Cuál es la ventaja de las dos de la serie?

• El disco (PSE) protege la válvula de material

VÁLVULAS DE SEGURIDAD EN SERIE

• Es local o remota mostrado? ¿Por qué?

• La pantalla es local para reducir costes, ya que no tenemos que responder de inmediato a un disco que ha fallado - la situación no es peligrosa.

material corrosivo o pegajosa. La válvula se cierra cuando la presión vuelve por debajo del valor de ajuste.


http://www.youtube.com/watch?v=6azynwu3ZCA

VIDEOS: VÁLVULAS DE SEGURIDAD

http://www.youtube.com/watch?v=fwXzZwfPOqs

http://www.youtube.com/watch?v=IP0_lEAVhE4


Convencional Balanceada PilotadasTemperatura > 400 °F X X

Servicio sucio corrosivo X

Temperatura encima autoignición X

APLICACIONES DE LAS PSV

La siguiente tabla resumen la aplicación de las PSV:

Temperatura encima autoignición X

Servicio limpio< 400 °F X X X

Backpressure variable X X

Alta contrapresión acumulada X X

Operando cerca del setpoint PSV X


DIMENSIONAMIENTO DE SISTEMAS DE ALIVIO Y VENTEO

1. Determinar el caudal de descarga (máximo posible)

2. Determinar la presión de disparo.

3. Especificar los materiales y equipos de construcción.

4. Determinar la contrapresión.

METODOLOGIA DE SISTEMAS DE ALIVIO

5. Seleccione el tipo de dispositivo de alivio

6. Sobre la base de ventajas / desventajas de ambos.

7. Calcular el área necesarios para flujo

8. Seleccione el dispositivo comercial del vendedor a través de las

especificaciones.


LocalizaciónPSV

DeterminaciónBack-pressure

Seleccionar el tipo- Basado en la contrapresión y sevicio -condiones


contrapresión y sevicio -condionesCalcular el

área de la PSV

Diseño PSV-Frabricante

Diseño del Sistema de alivio



1.- Identificar todos los equipos (recipientes a presión, intercambiadores de calor,

compresores, etc) y tuberías que requieran ser protegidas contra una sobrepresión.

2.- hacer un listado con todas las PSV (tag) y incluyendo el servicio que son requerido

para proteger lo identificado en el paso 1

3.- Seleccione la contingencia que mas contribuye a la carga del flare , esta deberá ser

considera para el diseño del Flare. El mas alto flujo no es necesariamente el caso considera para el diseño del Flare. El mas alto flujo no es necesariamente el caso

diseño, el caso diseño es aquel que proporcione la mayor caída de presión en el

sistema.

4.- Dimensione el Cabezal del flare, el criterio que gobierna para el diseño del cabezal

es la contrapresión y la velocidad del gas. El tamaño adecuado del cabezal previne la

excesiva contrapresión en las PSV y la limitación de la velocidad un ruido en

aceptables niveles.



. El procedimiento para comenzar a diseñar el cabezal es que sigue:

5.- Comenzando en el tip del flare donde la presión es atmosférica se estima la caída de

presión en el tip (de acuerdo a la API 521) es de 2 psi la cual debe ser revisado luego

con el fabricante.

•Asumir el diámetro de descarga de la PSV.

•Estime la longitud equivalente de la tubería utilizando las ecuaciones respectivas.

•La velocidad sónica (ó se utiliza la relación de velocidades del fluido y la sónica: Mach) •La velocidad sónica (ó se utiliza la relación de velocidades del fluido y la sónica: Mach)

debe ser 0.2 (API 521).

•Calcule la presión de entrada de cada sección.

•Revise el la contrapresión calculada con la permisible. La calculada debe ser menor que

la MCP (máxima contrapresión permisible).

•Los limites de MCP es 10% del setpoint para válvulas convencionales y 60% para

válvulas balanceadas.

•Seleccione el tipo de válvula de acuerdo a los cálculos realizados y las condiciones del

servicio.



Calculo de la contrapresión:

Ecuaciones:

(1) (2)

Donde:F: factor de fricción de Moody.L: longitud (m)D: diámetro del cabezal (m).M2: es la numero Mach. Z: factor de compresibilidad.P1: presión de entrada a la tubería (Kg/cm2a)P2: presión de salida de la tubería (Kg/cm.2a).T: temperatura del gas (°K)K: relación de calores específicos Cp/CvW: Flujo de gas (Kg/h)



Pasos-Cálculos.

1.- Densidad del vapor.

2.- Flujo volumétrico (m3/s).

3.- Numero de Reynolds.

4.- Calcular M2 ec. (2)

5.- Determinar el factor de fanning por iteración:

6.- Calcular el factor de Moody´s= 4*f

7.- calcular P1 utilizando la ecuación (1)

8.- comparar P1 con la contrapresión permisible máximo-Seleccionar la PSV adecuada.


METODOLOGIA DE SISTEMAS DE ALIVIOEJEMPLO

PSV-01PSV-02

PSV-12PSV-11

PSV-03PSV-04

PSV-10PSV-09

PSV-05PSV-06

PSV-07 PSV-08

ABCD

CABEZAL PRINCIPAL

En una planta hay 12 válvulas, los dos escenarios de mayor alivio y los considerados son falla eléctrica y fuego externo. Se muestra un esquemático de las PSV´s

Datos: - Set pressure de todas las PSV 5 Kgf/cm2.-Escenarios considerados:- La red esta dividida en dos segmentos. Segmento 1 es una sección del cabezal del flare entre el punto A y el punto B. De igual manera el segmento 2 es una sección del cabezal del flare entre los puntos B y C. supongamos que la contrapresión sobrepuesta es 1.5 Kgf/cm2.

Tag Falla eléctrica (Kg/h) fuego externo (kg/h)

PSV-01 12870 13453

PSV-02 6750

PSV-03 10536 9872

PSV-04 14076 8970

PSV-05 5783

PSV-06 12960 11423

PSV-07 15052 6432

PSV-08 5764

PSV-09 16732 8976

PSV-10 7432

PSV-11 13422 5133

PSV-12 9984



Datos:- Flujo de gas 95,648 kg/h.-Presión en el punto A: 1.5 kg/cm2a.-Peso molecular: 86-Temperatura del gas 100 °F-Largo de la tubería: 15 m- Numero de codos: 0

-Numero de válvulas 1-Factor de compresibilidad: 0.95-Relación de calores específicos: 1.4-Viscosidad: 0.000009 kg/m sFactor de rugosidad ε: 0.0001m (0.1 mm)

CALCULOS: puntos A y B (diámetro asumido 0.3 m)CALCULOS: puntos A y B (diámetro asumido 0.3 m)

1.-Densidad del gas: PM/ZRT = 4.2899 kg/m32.- Flujo Volumétrico: 95,648/(4.2899 x 3,600) = 6.193 m3/s3.- Velocidad del fluido: 6.193 x 4/(π x (0.30)2) = 87.61 m/s4.- Numero de Reynolds : 0.30 x 87.61 x 4.2899/0.000009= 12,528,3715.- Cálculo del número de Mach ec. (2): 0.40036.- factor de fricción de Fanning’s por iteración: = 0.00387.- Factor de Moody’s: 0.01528.- Longitud equivalente: 17.8 m� fL/D: 0.0152 x 17.8/0.3; Usando la ec. (1) P1: 1.6234 kg/cm2a


DATOS puntos B y PSV-01 (diámetro asumido 0.08 m)


1.- Set pressure 5.0 kg/cm2g2.- Flujo de gas: 12,870 kg/h.3.- Presión en el Punto B P2: 1.6234 kg/cm2a4.- Peso Molecular: 100 °C5.- Numero de codos: 36.- Factor de compresibilidad: 0.957.- Relación de capacidades calores específicos: 1.48.- Viscosidad: 0.000009 kg/m s8.- Viscosidad: 0.000009 kg/m s9.- Rugosidad ε: 0.0001m (0.1 mm)CALCULOS B y PSV-01 :1.- Densidad del gas: 4.6428 kg/m32.- Flujo Volumétrico: 0.7700 m/s3.- Velocidad del fluido: 153.186 m/s4.- Numero de Reynolds : 6,321,9015.- Cálculo del número de Mach ec. (2): 0.69986.- factor de fricción de Fanning’s por iteración: = 0.00527.- Factor de Moody’s: 0.0208 8.- Longitud equivalente: 40.65 m � Usando la ec. (1) P1: 4.3380 kg/cm2aPor los tanto la contrapresión en la PSV-01 4.3380 kg/cm2a


METODOLOGIA DE SISTEMAS DE ALIVIOEJEMPLO: ANÁLISIS DE RESULTADOS

La relación entre la contrapresión y el setpoint de la PSV-01 es de

al 66,10%, por lo que se recomienda una válvula de seguridad “Balanceada” ya

que la relación entre la contrapresión y el setpoint puede ser hasta de 70%.

Además, el número de Mach es 0,6998, que es mayor que el límite recomendado

de 0,5. Por lo tanto, tenemos que aumentar el tamaño de la tubería en el tramo

comprendido entre B y PSV-01. Seleccionando un diámetro de 4 plg tenemos los comprendido entre B y PSV-01. Seleccionando un diámetro de 4 plg tenemos los

siguientes resultados:

Número de Mach ec. (2): 0.4480

Longitud equivalente: 43.31 m � Usando la ec. (1) P1: 2.7780 kg/cm2a

Por los tanto la contrapresión en la PSV-01 2.7780 kg/cm2a ,kg/cm2a.

La relación entre la contrapresión y el setpoint es de 34.9% y el numero Mach es

de 0.4480. Esto indica que una selección de una PSV tipo balanceada resulta

idónea.


METODOLOGIA DE SISTEMAS DE ALIVIOACTIVIDAD:

Calcular la contrapresión de la válvula PSV-12. dat os:

1.- Set pressure 5.0 kg/cm2g2.- Peso Molecular: 883.- Numero de codos: 14.- Numero de Tee: 25.- Factor de compresibilidad: 0.986.- Relación de capacidades calores específicos: 1.67.- Viscosidad: 0.000007 kg/m s7.- Viscosidad: 0.000007 kg/m s8.- Rugosidad ε: 0.0001m (0.1 mm)9.- Longitud de la tubería: 68 m10.- Temperatura: 110 °C

PRESENTAR EL RESULTADO EN UNA HOJA DE EXCEL, EN DON DE SE MUESTRE LA ITERACIONES

texto de seguimiento 2

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