Manual de Procesos Diseño de Plantas PDVSA

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PDVSA N° TITULO
REV. FECHA DESCRIPCION PAG. REV. APROB. APROB.
APROB. FECHAAPROB.FECHA
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
� PDVSA, 1983
MDP–08–SA–01 PRINCIPIOS BASICOS
APROBADO
ABR.95 ABR.95
SISTEMAS DE ALIVIO DE PRESION
ABR.95
AGO.97 O.R.
J.P.
1
0
Sinceración con MID/MIR 13
13
L.R.
F.R.
MANUAL DE DISEÑO DE PROCESO
ESPECIALISTAS
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Indice
1 OBJETIVO 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
2 ALCANCE 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
3 REFERENCIAS 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4 DEFINICIONES 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.1 Acumulación 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.2 Area de riesgo de incendio 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.3 Contingencia 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.4 Contingencia doble 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.5 Contingencia remota 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.6 Contingencia sencilla 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.7 Contrapresión 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.8 Contrapresión acumulada 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.9 Contrapresión superimpuesta 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.10 Descarga atmosférica 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.11 Diferencia de presión de descarga 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.12 Dispositivo de alivio de presión 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.13 Dispositivo de disco de ruptura 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.14 Emergencia 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.15 Evento 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.16 Levantamiento 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.17 Máxima presión de operación 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.18 Máxima presión de trabajo permisible (MAWP) 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.19 Presión de abertura 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.20 Presión de ajuste 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.21 Presión de cierre 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.22 Presión de diseño manométrica 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.23 Presión de prueba diferencial en frío 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.24 Presión de ruptura 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.25 Riesgo 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.26 Sistema de alivio de presión 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.27 Sistema abierto de desecho 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.28 Sistema cerrado de desecho 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.29 Sobrepresión 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.30 Válvula de alivio (PR) 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.31 Válvula balanceada de alivio de presión 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.32 Válvula convencional de alivio de presión 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.33 Válvula operada por piloto de alivio de presión 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.34 Válvula con resorte de alivio de presión 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
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4.35 Válvula de alivio de seguridad 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.36 Válvula de seguridad 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4.37 Válvula de alivio de vacío 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
5 CONSIDERACIONES DE DISEÑO 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
5.1 Base de contingencia para el diseño 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
5.2 Aplicación de códigos y regulaciones gubernamentales 11. . . . . . . . . . . . . . 
5.3 Resumen de los procedimientos para el alivio de presión 11. . . . . . . . . . . . . 
6 NOMENCLATURA 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
7 APENDICE 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Tabla 1 “Resumen de Contingencia de Válvulas de Seguridad” 13. . . . . . . . . 
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1 OBJETIVO
El objetivo de esta sección es presentar los principios básicos en los cuales se
sustenta el diseño de los sistemas de alivio de presión aplicables a los proyectos
de instalaciones nuevas y a las modificaciones de las instalaciones existentes en
la IPPCN.
El tema “Sistemas de alivio de presión”, dentro del área de “Seguridad en el diseño
de plantas”, en el Manual de Diseño de Procesos (MDP), está cubierto por los
siguientes documentos:
PDVSA–MDP– Descripción de Documento
08–SA–01 Sistemas de alivio de presión: Principios Básicos (Este
documento).
08–SA–02 Sistemas de alivio de presión: Consideraciones de contingencia
y determinación de los flujos de alivio. 
08–SA–03 Sistemas de alivio de presión: Dispositivos de alivio de presión. 
08–SA–04 Sistemas de alivio de presión: Procedimientos para especificar y
dimensionar válvulas de alivio de presión. 
08–SA–05 Sistemas de alivio de presión: Instalación de válvulas de alivio de
presión. 
Este documento, junto con los demás que cubren el tema de “Sistemas de alivio
de presión”, dentro del Manual de Diseño de Procesos (MDP) de PDVSA, son una
actualización de la Práctica de Diseño “Seguridad en el diseño de plantas,
subsección 15C: Sistemas de alivio de presión”, presentada en la versión de Junio
de 1986 del MDP.
2 ALCANCE
Cubre las definiciones básicas, las referencias que soportan las definicionesy las
consideraciones básicas que deben ser tomadas en cuenta para el diseño de los
sistemas de alivio de presión, excluyendo los relacionados con riesgos de
incendio, explosión o accidente, el cual será tratado en PDVSA–MIR–(Pendiente)
(Consultar MDP versión 1986, subsección 15B).
3 REFERENCIAS
Manual de Diseño de Proceso (Actual)
� MDP–01–DP–01“Temperatura y presión de diseño”
Manual de Diseño de Proceso (versión 1986)
� Vol IX, Subsección 15B “Minimización de los riesgos de incendio, explosión o
accidente”
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� Vol IX, Subsección 15C “Sistemas de alivio de presión”
Manual de Ingeniería de Riesgo
� IR–S–00: “Definiciones”, Marzo 1995
Otras Referencias
1. API–RP520, “Sizing, selection and installation of pressure–relieving
devices in refineries, part I, 1993.
2. API–RP521, “Guide for pressure–relieving and depressuring systems”,
1990.
3. AMERICAN NATIONAL STANDARD ANSI B95.1 “Terminology for pressure
relief devices” (ANSI/ASME Performance Test Code PTC–25.3).
4 DEFINICIONES
4.1 Acumulación
Aumento de presión sobre la MAWP de un recipiente durante la descarga a través
de un dispositivo de alivio de presión y se expresa en unidades de presión o como
porcentaje de presión. Las acumulaciones máximas permisibles, se establecen
por los códigos de diseño aplicables a contingencias operacionales y de fuego.
4.2 Area de Riesgo de Incendio
Una planta de proceso es subdividida en áreas de riesgo de incendio, cada una
de las cuales es el área máxima que razonablemente puede esperarse estar
involucrada totalmente en un incendio sencillo. Esto se usa como base para
determinar el requerimiento combinado para alivio de presión debido a la
exposición a un incendio, basado principalmente en los efectos de la radiación de
un incendio centrado en una piscina de líquido inflamable ardiendo. Esto no debe
confundirse con las áreas usadas para determinar las capacidades de agua contra
incendios y de drenaje, las cuales se definen como áreas de subdivisión del plano
de disposición de equipos según los documentos PDVSA MIR IR–M–03 “Sistemas
de Agua contra Incendio” e IR–M–04 “Sistemas de Espuma contra Incendio”.
Tampoco debe confundirse con la definición más general empleada durante los
ejercicios de Análisis Cuantitativo de Riesgos, en los cuales se considera la
radiación por incendio de líquido inflamable y la sobrepresión por explosión de
nubes de gases inflamables.
4.3 Contingencia
Evento anormal que causa una condición de emergencia.
4.4 Contingencia doble
Ocurrencia simultánea de dos o más contingencias sencillas que no están
relacionadas entre si.
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4.5 Contingencia remota
Resultado de una contingencia sencilla o doble de muy baja probabilidad de
ocurrencia.
4.6 Contingencia sencilla
Evento anormal sencillo que causa una condición de emergencia.
4.7 Contrapresión
Presión existente en el cabezal de descarga al cual alivia un dispositivo de alivio
de presión. Es la suma de las contrapresiones superimpuesta y acumulada.
4.8 Contrapresión acumulada
Incremento en la presión en el cabezal de descarga, la cual se genera después que
un dispositivo de alivio de presión abre.
4.9 Contrapresión superimpuesta
Presión estática existente a la salida de un dispositivo de alivio de presión al
momento de su abertura. Esta contrapresión proviene de otras fuentes y puede
ser constante o variable.
4.10 Descarga atmosférica
Alivio de vapores o gases desde un dispositivo de alivio de presión a la atmósfera.
4.11 Diferencia de presión de descarga
Diferencia entre la presión de ajuste y la presión de cierre de una válvula de alivio
de presión, expresada en unidades de presión o como porcentaje de la presión de
ajuste.
4.12 Dispositivo de alivio de presión
Un dispositivo de alivio de presión funciona por la presión estática interna y está
diseñado para abrir durante una situación anormal o emergencia, de manera tal
de prevenir un aumento excesivo de la presión de fluido interno, por encima de un
valor específico. El dispositivo también puede estar diseñado para prevenir un
vacío excesivo. Entre estos dispositivos se encuentran las válvulas de alivio de
presión, los dispositivos de alivio de presión no recerrables y las válvulas de alivio
de vacío.
4.13 Dispositivo de disco de ruptura
Dispositivo de alivio de presión diferencial no recerrable, accionado por la presión
estática interna, y está diseñado para funcionar mediante la ruptura del disco que
contiene la presión. Un dispositivo de disco de ruptura incluye un disco de ruptura
y un porta disco de ruptura.
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4.14 Emergencia
Interrupción de las operaciones normales en la cual el personal, los equipos y el
ambiente están en peligro.
4.15 Evento
Suceso que envuelve el comportamiento de un equipo, una acción humana o un
agente o elemento externo al sistema y que causa desviación de su
comportamiento normal.
4.16 Levantamiento
Desplazamiento real del disco de una válvula de alivio de presión desde su
posición cerrada hasta su posición abierta.
4.17 Máxima presión de operación
Máxima presión esperada durante la operación de un sistema.
4.18 Máxima presión de trabajo permisible (MAWP)
Máxima presión manométrica 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 corrosión ni
otras cargas de presiones. Es la base para fijar la presión de un dispositivo de alivio
de presión.
4.19 Presión de abertura
Valor de presión estática, corriente arriba de la válvula, a la cual existe un
levantamiento apreciable del disco y empieza a observarse un flujo de venteo
continuo.
4.20 Presión de ajuste
Presión manométrica a la cual es ajustada una válvula de alivio de presión para
abrir bajo condiciones de servicio.
4.21 Presión de cierre
Valor de la presión estática, aguas arriba de la válvula, a la cual el disco de la
válvula hace contacto nuevamente con su asiento o cuando el levantamiento
alcanza el valor de cero.
4.22 Presión de diseño manométrica
Condición de presión más severa, coincidente con la temperatura más severa que
se espera durante la operación. Esta presión puede ser usada en lugar de la
MAWP, si esta última no ha sido establecida. La presión de diseño es igual o menor
que la MAWP.
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4.23 Presión de prueba diferencial en frío
Presión a la cual una válvula de alivio de presión es ajustada para abrir en un banco
de prueba e incluye las correcciones paralas condiciones de servicio de
contrapresión o temperatura o ambos.
4.24 Presión de ruptura
Presión estática, aguas arriba de un dispositivo de alivio no recerrable, al cual el
dispositivo abre.
4.25 Riesgo
Medida de pérdidas económicas, daño ambiental o lesiones humanas, en términos
de la probabilidad de ocurrencia de un accidente (frecuencia) y magnitud de las
pérdidas, daño al ambiente o de las lesiones (consecuencias).
4.26 Sistema de alivio de presión
Arreglo de un dispositivo de alivio de presión, tubería y medios de disposición
concebidos para la recolección, transporte y disposición segura de alivios. Tal
sistema puede estar formado por un simple dispositivo de alivio de presión con o
sin tubería de descarga ubicados en un recipiente o línea; sistemas más complejos
incluyen varios dispositivos de alivio de presión que descargan a un cabezal
común y terminan en un equipo de disposición.
4.27 Sistema abierto de desecho
Sistema de disposición que descarga directamente desde un dispositivo de alivio
de presión a la atmósfera.
4.28 Sistema cerrado de desecho
Sistema de disposición capaz de resistir presiones diferentes de la presión
atmosférica.
4.29 Sobrepresión
Aumento de presión por encima de la presión de ajuste del dispositivo de alivio de
presión y se expresa en unidades de presión o como porcentaje de presión. La
sobrepresión coincide con la acumulación cuando el dispositivo de alivio de
presión esta ajustado a la MAWP del recipiente.
4.30 Válvula de alivio (PR)
Válvula de alivio de presión con resorte que funciona por la presión estática aguas
arriba de la válvula. Normalmente, se abre en proporción al aumento de presión
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por encima de la presión de apertura. Se utiliza principalmente con fluidos
incompresibles.
4.31 Válvula balanceada de alivio de presión
Válvula de alivio de presión con resorte que incorpora elementos para minimizar
el efecto de la contrapresión en las características de funcionamiento.
4.32 Válvula convencional de alivio de presión
Válvula de alivio de presión con resorte, cuyas características de funcionamiento
dependen directamente de los cambios de la contrapresión en la válvula.
4.33 Válvula operada por piloto de alivio de presión
Válvula de alivio de presión en la que la válvula principal está combinada con y
controlada por una válvula de alivio de presión auxiliar.
4.34 Válvula con resorte de alivio de presión
Dispositivo de alivio de presión diseñado para cerrar automáticamente y prevenir
la salida adicional de fluido.
4.35 Válvula de alivio de seguridad
Válvula de alivio de presión con resorte que puede ser utilizada como válvula de
seguridad o como válvula de alivio, dependiendo de su aplicación.
4.36 Válvula de seguridad
Válvula de alivio de presión con resorte, que funciona por la presión estática aguas
arriba de la válvula, y se caracteriza por abrir rápidamente. Normalmente se utiliza
con fluidos comprensibles.
4.37 Válvula de alivio de vacío
Dispositivo de alivio de vacío diseñado para admitir un fluido para prevenir un
excesivo vacío interno; estos dispositivos están diseñados para cerrar y prevenir
la salida de fluidos después que la condición normal ha sido restablecida.
5 CONSIDERACIONES DE DISEÑO
En esta sección se describen las causas principales de sobrepresión en equipos
de refinería y los procedimientos de diseño para minimizar los efectos de estas
causas. La sobrepresión es el resultado de un desbalance de los flujos normales
de material o energía, que causan que la materia o energía, o ambos, se acumule
en alguna parte del sistema. El análisis de las causas y magnitudes de la
sobrepresión involucra por lo tanto un estudio complejo de los balances de materia
y energía en un sistema del proceso.
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Aunque se han hecho esfuerzos para cubrir todas las circunstancias principales,
el diseñador debe tener cuidado en no considerar las condiciones descritas como
las únicas causas de sobrepresión. Deben considerarse en el diseño todas las
circunstancias que razonablemente constituyan un riesgo bajo las condiciones
prevalentes del sistema.
El sobrecalentamiento por encima de la temperatura de diseño puede también
resultar en una sobrepresión debido a una reducción del esfuerzo permisible. Una
válvula de alivio de presión no puede proteger contra este tipo de contingencia.
Debe hacerse referencia a la sección sobre “Reacciones químicas”.
5.1 Base de contingencia para el diseño
El costo de proveer instalaciones para aliviar todas las posibles emergencias
simultáneamente sería prohibitivo. Cada emergencia surge de una causa
específica o contingencia. La ocurrencia simultánea de dos o más contingencias
es improbable. De aquí que, generalmente, una emergencia que pueda surgir
solamente de dos o más contingencias no relacionadas normalmente no es
considerada para propósitos de dimensionar equipos de seguridad. Ejemplos de
lo anterior serían el caso de la falla simultánea de una válvula de control en la
posición abierta y la falla por falta de agua de enfriamiento. Otro ejemplo sería el
caso de la falla de un tubo en un intercambiador de calor al mismo tiempo que una
falla de cierre de una válvula de control. Asimismo, emergencias simultáneas pero
separadas, no se consideran si las contingencias que las causan no están
relacionadas. Las contingencias, incluyendo incendios externos, se consideran no
relacionadas si no existe una interrelación de proceso, mecánica o eléctrica 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 más 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 también que una
válvula de control en un circuito de enfriamiento cierre, entonces tanto la falla de
aire como la pérdida de enfriamiento en el circuito deben considerarse como parte
de la misma contingencia.
De un modo similar, si una cierta emergencia involucra más 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 pérdida de energía eléctrica en la primera
unidad resultaría en una pérdida de ese enfriamiento en la segunda unidad, de
modo que ésta debe considerarse como parte de la misma contingencia.
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Cada contingencia sencilla de un equipo podrá generar una carga de alivio.
Aquella contingencia sencilla que genere la mayor carga de alivio sobre las
instalaciones dealivio se denomina la “contingencia sencilla mayor”, y constituye
la base de diseño del sistema colector común tal como el cabezal del mechurrio,
el tambor de descarga de presión (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 sólo se considera una contingencia sencilla para propósitos de
diseño, pueden haber situaciones donde deben tomarse en cuenta dos o más
contingencias simultáneas; por ejemplo si hay alguna interrelación remota entre
ellas, y las presiones o temperaturas desarrolladas pudieran resultar en fallas
catastróficas.
La sobrepresión que pueda ocurrir a presión normal o por debajo de la presión
normal, como resultado de esfuerzos permisibles reducidos a temperaturas más
altas que las de diseño, debe ser también evaluada y deben aplicarse en el diseño
características adecuadas de protección. Por ejemplo, tales condiciones pueden
resultar de reacciones químicas, condiciones de arranque o de inestabilidad.
Asimismo, deben considerarse las posibles bajas temperaturas de los metales,
como por ejemplo autorefrigeración, con el fin de asegurarse de que no se
desarrollen condiciones de fractura por fragilidad.
5.2 Aplicación de códigos y regulaciones gubernamentales
La base para diseño por sobrepresión descrita en esta sección está relacionada
con el “Boiler and Pressure Vessel Code” ASME y el “Code for Petroleum Refinery
Piping” ANSI B31.3. El cumplimiento con esos códigos es un requerimiento o es
reconocido como el equivalente de un requerimiento en muchos lugares. Donde
apliquen códigos más estrictos, deben cumplirse los requerimientos locales. Por
lo tanto, deben examinarse los códigos locales para establecer sus
requerimientos. Como un ejemplo en algunos países no está permitido el uso de
válvulas de bloque por debajo de válvulas de alivio de presión a menos que se
instalen dos válvulas de clavamiento.
También en algunos casos no está permitida una acumulación de 20% bajo
condiciones de exposición a un incendio y la acumulación permisible puede ser
menor que lo que establecen los Códigos ASME. La compañía afiliada para la cual
se elabora el diseño es usualmente la mejor fuente de información sobre códigos
locales.
En los Estados Unidos el Código ASME es ahora obligatorio ya que es un
requerimiento de la Ley de Salud y Seguridad Ocupacional.
http://www.intevep.pdv.com/santp
http://www.intevep.pdv.com/santp/mdp/indice_mdp.htm
http://www.intevep.pdv.com/santp/mdp/segurida/indice_segu.htm
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5.3 Resumen de los procedimientos para el alivio de presión
A continuación se resumen los pasos esenciales en el diseño para la protección
contra la sobre presión y los cuales se exponen en detalle en las diferentes
secciones de Procedimientos de Diseño de los documentos MDP–08–SA–02 al
05.
5.3.1 Consideración de contingencias
Se consideran todas las contingencias que puedan resultar en sobrepresión sobre
los equipos, incluyendo la exposición de los equipos a un incendio externo, falla
de los servicios auxiliares, fallas y mal funcionamiento de los equipos, condiciones
de proceso anormales, expansión térmica, arranque, parada y errores
operacionales.
Para cada contingencia se evalúa la sobrepresión resultante y se establecen las
necesidades o bien para una presión de diseño adecuadamente aumentada (para
soportar la presión de emergencia) o para la necesidad de instalaciones de alivio
de presión para prevenir sobrepresión (con los flujos de alivio calculadas).
5.3.2 Selección del dispositivo de alivio de presión
Para cada componente del equipo que podría estar sujeto a sobrepresión se hace
una selección del tipo adecuado entre la gran variedad de válvulas de alivio de
presión y otros dispositivos disponibles. La instrumentación, las válvulas de
retención y otros dispositivos similares, no son generalmente aceptables como
medio de protección contra la sobrepresión.
5.3.3 Especificación para válvulas de alivio de presión
Se aplican los procedimientos de cálculo normalizados para determinar el tamaño
de la válvula de alivio de presión requerida para el flujo máximo de alivio, así como
también la información adicional necesaria para especificar la válvula.
5.3.4 Diseño de la instalación para una válvula de alivio de presión
Finalmente se diseña en detalle la instalación para la válvula de alivio de presión
incluyendo su ubicación, el dimensionamiento de la tubería de entrada y salida, el
conjunto de válvulas adicionales y drenaje, selección de la descarga a un sistema
abierto o cerrado y diseño de un sistema de descarga cerrado a un mechurrio u
otro lugar.
5.3.5 Resumen y documentación de las contingencias
La Especificación de Diseño debe incluir una tabulación de todas las contingencias
consideradas, así como también sus requerimientos de alivio. Una tabulación tal
es de gran ayuda para asegurarse de que se han considerado todas las
contingencias y también para escoger la contingencia que determina el diseño del
sistema colector. Un ejemplo de una hoja de tabulación se ha incluido en el
Apéndice como Tabla 1. 
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http://www.intevep.pdv.com/santp/mdp/segurida/indice_segu.htm
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6 NOMENCLATURA
No aplica en esta sección
7 APENDICE
Tabla 1 “Resumen de contingencias de válvulas de seguridad”
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TABLA 1
RESUMEN DE CONTINGENCIAS DE VALVULAS DE SEGURIDAD
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REV. FECHA DESCRIPCION PAG. REV. APROB. APROB.
APROB. FECHAAPROB.FECHA
SEGURIDAD EN EL DISEÑO DE PLANTAS
� PDVSA, 1983
MDP–08–SA–02 CONSIDERACION DE CONTINGENCIA Y
DETERMINACION DE LOS FLUJOS DE ALIVIO
APROBADA
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Sinceración con MID, MIR y Contingencia Incendio 57
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Indice
1 OBJETIVO 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
2 ALCANCE 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
3 REFERENCIAS 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
4 DEFINICIONES 3. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
5 PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO “CONSIDERACION DE
CONTINGENCIAS Y DETERMINACION DE LOS FLUJOS
DE ALIVIO” 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
5.1 Introducción 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
5.2 Falla de los servicios industriales como una causa de una sobrepresión 4
5.3 Contingencias de falla de los servicios industriales a considerar 6. . . . . . . 
5.4 Mal funcionamiento de los equipos como una causa de sobrepresión 11. . 
5.5 Errores del operador como causa de sobrepresión 11. . . . . . . . . . . . . . . . . . 
5.6 Evaluación de la sobrepresión resultante de condiciones
de emergencia y Determinación de las velocidades de alivio 12. . . . . . . . . . 
5.7 Sobrepresión en componentes específicos del equipo 20. . . . . . . . . . . . . . . 
5.8 Sobrepresión causada por reacción química 30. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
5.9 Sobrepresión causada por temperaturas anormales 31. . . . . . . . . . . . . . . . . 
5.10 Sobrepresión causada por expansión térmica 31. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
5.11 Incendio como causa de una sobrepresión 35. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
5.12 El vacío como una causa de falla de los equipos 43. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
5.13 Evaluación de la ruta de presurización en el diseño del alivio
de presión 46. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
5.14 Evaluación de la ruta de escape de presión en el diseño
de alivio de presión 48. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
5.15 Válvulas con dispositivos de bloqueo en la posición abierta (“CSO”) 49. . . 
5.16 Válvula del tipo “CSC” (válvula con dispositivo para bloques
en posición cerrada) 50. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
5.17 Válvulas de control 50. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
6 NOMENCLATURA 53. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
7 APENDICE 53. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Figura 1 Válvula de bajo recorrido guiada por el fondo y el tope para
descargas de turbinas 57. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Figura 2A Presión de vapor y calor latente de vaporización para líquidos
hidrocarburos parafínicos puros (un solo componente),
1era parte 58. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Figura 2B Presión de vapor y calor latente de vaporización para líquidos
hidrocarburos parafínicos puros (un solo componente), 2da parte 59
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1 OBJETIVO
Presentar las contingencias que pueden causar una sobrepresión en los equipos
de una planta, y la forma de evaluarlas en términos 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 presión”, dentro del área de “Seguridad en el diseño
de plantas”, en el Manual de Diseño de Procesos (MDP), está cubierto por los
siguientes documentos:
PDVSA–MDP– Descripción de Documento
08–SA–01 Sistemas de alivio de presión: Principios Básicos.
08–SA–02 Sistemas de alivio de presión: Consideraciones de contingencia
y determinación de los flujos de alivio (Este documento).
08–SA–03 Sistemas de alivio de presión: Dispositivos de alivio de presión.
08–SA–04 Sistemas de alivio de presión: Procedimientos para especificar y
dimensionar válvulas de alivio de presión.
08–SA–05 Sistemas de alivio de presión: Instalación de válvulas de alivio de
presión.
Este documento, junto con los demás que cubren el tema de “Sistemas de alivio de
presión”, dentro del Manual de Diseño de Procesos (MDP) de PDVSA, son una
actualización de la Práctica de Diseño “Seguridad en el diseño de plantas,
subsección 15C: Sistemas de alivio de presión”, presentada en la versión de Junio
de 1986 del MDP.
2 ALCANCE
Cubre las contingencias originadas por incendios, fallas en los Servicios
Industriales (energía eléctrica, agua de enfriamiento, vapor, aire de instrumentos,
energía eléctrica para instrumentos, combustible, otros Servicios Industriales),
fallas y mal funcionamiento de los equipos, errores del operador, arranques y
paradas, y fallas causadas por expansión térmica.
3 REFERENCIAS
Manual de Diseño de Proceso (versión 1986)
� Vol. IX, Subsección 15B “Minimización de los riesgos de incendio, explosión o
accidente”.
� Vol. IX, Subsección 15C “Sistemas de alivio de presión”.
� Vol. VI, Subsección 10A “Procedimientos de diseño para servicios de bombeo”.
� Vol. VI, Subsección 10F “Bombas de desplazamiento positivo”.
� Vol. IV, Subsección 8A “Selección de hornos de proceso”.
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� Vol. I, Sección 2 “Temperatura de diseño, presión de diseño y clasificación de
bridas”.
Manual de Ingeniería de Diseño
� PDVSA–MID–Vol. 06 B–201–PR “Calentadores de fuego directo”.
Manual de Ingeniería de Riesgo
� PDVSA–IR–P–01 “Sistema de paradas de emergencia, bloqueo,
despresurización y venteo de equipos y plantas”.
Otras Referencias
� ASME–Section I, “Power Boilers”, 1992.
� ASME–Section VIII, “Pressure Vessels”, 1992.
� ANSI–B31.3, “Petroleum Refinery Piping Code”.
� API RP 520, Part I, 6th edition, Marzo 1993.
� API RP 521, 3th edition, Noviembre 1990.
4 DEFINICIONES
Véase documento PDVSA–MDP–08–SA–01 “Principios Básicos”.
5 PROCEDIMIENTOS DE DISEÑO “CONSIDERACION DE
CONTINGENCIAS Y DETERMINACION DE LOS FLUJOS DE
ALIVIO”
5.1 Introducción
El primer paso en el diseño para protección contra sobrepresión es considerar
todas las contingencias que puedan causar una sobrepresión y evaluarlas en
términos de las presiones que puedan ser generadas y/o de los flujos de fluidos
que deben ser aliviados.
Todos los recipientes a presión no sujetos a combustión deben ser protegidos
mediante dispositivos de alivio de presión que eviten que la presión aumente mas
de un 10% o 3 psi, cualesquiera de las dos que sea la mayor, por encima de la
máxima presión de trabajo permitida (16% o 4 psi con válvulas múltiples). La
excepción es que se permite un exceso de presión de 21%, en los dispositivos de
alivio de presión que adicionalmente son requeridos, cuando el exceso de presión
es causado por una exposición a un incendio u otras inesperadas fuentes externas
de calor.
Los recipientes a presión bajo condiciones de combustión están cubiertos por el
Código ASME, Sección I (Power Boilers). Este Código especifica el requerimiento
de dispositivos de alivio de presión para evitar que las presiones aumenten más de
un 6% por encima de la máxima presión de trabajo permitida.
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http://www.intevep.pdv.com/~citonline/espanol/cat_normas_int_es.html
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En la sección de “Principios Básicos” y bajo “Consideraciones de Diseño” se
describe la base de Contingencia sencilla para estas consideraciones, así como
tambiénlos medios para tabular y documentar las varias contingencias
consideradas. En el resto de este capítulo se detallan los tipos de contingencias
que deben ser consideradas así como también los lineamientos para evaluarlas.
La selección de la presión de diseño para equipos es cubierta en el documento
PDVSA–MDP–01–DP–01 “Temperatura y Presión de Diseño”. El diseño para
protección contra sobrepresión en la mayoría de los casos consiste en proveer
dispositivos de alivio de presión dimensionados para manejar las velocidades de
alivio necesarias para evitar que las presiones que surgen en emergencias
aumenten por encima de la presión de diseño (más la acumulación permitida).
Como un medio alterno de protección, en algunos casos es económico especificar
una mayor presión de diseño del equipo que soportará la presión máxima que
pueda ser generada sin aliviar ninguno de los fluidos contenidos en el sistema.
Más aún, en algunos casos el costo de un sistema colector puede ser reducido
especificando presiones de diseño más altas, las cuales permitirán una
contrapresión más alta en el sistema colector.
5.2 Falla de los servicios industriales como una causa de una
sobrepresión
La 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 refinación resultará en muchos
casos en condiciones de emergencia que potencialmente pueden sobrepresionar
los equipos. Aunque los sistemas de suministro de servicios industriales están
diseñados para ser confiables mediante la selección de sistemas múltiples de
generación y distribución, equipos de repuesto, sistemas de apoyo, etc., todavía
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 protección contra la sobrepresión. Las reglas
básicas 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 generación o distribución
de un servicio industrial. Sin embargo, se debe prestar consideración 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 pérdida 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 turbo–generadores de vapor, la pérdida de
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la producción de vapor puede causar una pérdida directa de la energía
eléctrica.
2. Las fallas se consideran tanto en una base local, es decir, pérdida 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, pérdida 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 propósitos de estas considera– ciones
de diseño de alivio de presión, una unidad de procesos se define como la que
cumple todos los criterios siguientes:
a. Está segregada dentro de sus propios límites de batería claramente
identificables.
b. Está suplido con cada servicio industrial a través de uno o dos ramales de
tubería laterales independiente desde un cabezal de suministro fuera de los
límites físicos de la planta.
c. Constituye en sí una función de procesamiento completa.
3. Para una unidad de procesos con su propio y segregado sistema cerrado de
descarga para alivio de presión y separado del resto de la planta, solamente
se necesita considerar una sola falla de los servicios industriales a esa
unidad para propósitos de diseñar las instalaciones de seguridad. Sin
embargo, cuando dos o más unidades comparten un sistema de descarga
cerrado (por ejemplo, un tambor de descarga común y/o un mechurrio) el
procedimiento de diseño debe incluir una consideración para la falla
potencial del suministro de los servicios industriales a más de una de las
unidades, causada por una contingencia sencilla. Aunque estas fallas de los
servicios industriales de la refinería 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 realísticamente establecidas
como de muy remota probabilidad. Esto involucra la evaluación de la
confiabilidad de los sistemas de generación y distribución y requiere de un
buen diseño de ingeniería y la provisión de características (equipos) de
apoyo adecuados.
Ejemplos de tales características de apoyo para cada servicio auxiliar se dan
más adelante. En los diseños en que todas las válvulas de alivio de presión
descargan a un sistema colector cerrado, debido a restricciones por
protección al ambiente, una falla total de un servicio industrial merece una
consideración más profunda puesto que no hay alivio a la atmósfera el cual
tendería a aliviar la carga sobre el sistema cerrado.
4. La evaluación de los efectos de una sobrepresión atribuible a la pérdida del
suministro en un servicio industrial en particular, debe incluir la cadena de
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eventos que podrían ocurrir y el tiempo de reacción involucrado. En las
situaciones donde el flujo de fluidos es interrumpido debido a la falla del
suministro de servicio industrial que lo soporta, pero está en paralelo con
equipos que tienen una fuente diferente de energía, puede concederse un
crédito por los equipos no afectados que se mantienen en funcionamiento
hasta el punto en el cual la operación se mantiene y los equipos en operación
no se detienen por sobrecarga.
Como ejemplo, considerando el caso de un sistema de circulación de agua
de enfriamiento que consta de dos bombas paralelas en operación continua,
con impulsores accionados por fuentes de energía diferentes y no
relacionadas. Si falla una de las fuentes de energía puede concederse un
crédito por la operación ininterrumpida de la bomba no afectada, con tal que
la bomba en operación no se desconecte y se detenga (no se dispare) debido
a sobrecarga. De un modo similar, puede también darse crédito por la
operación ininterrumpida de compresores de aire o generadores de
electricidad físicamente dispuestos en paralelo, que operan normalmente
con impulsores con dos fuentes no relacionadas de energía.
Los sistemas de apoyo que dependen de la acción de dispositivos automáticos de
relevo (por ejemplo, un repuesto de relevo impulsado por una turbina para una
bomba de agua de enfriamiento impulsada por un motor eléctrico con un control
“PLCI”, instrumento indicador de control por presión y nivel) no deben ser
considerados como un medio aceptable para prevenir una falla de servicios
industriales para propósitos de diseño de alivio de presión, aunque su instalación
está totalmente justificada para una mejor continuidad y confiabilidad de las
operaciones de la planta.
5.3 Contingencias de falla de los servicios industriales a considerar
A continuación, se describe la aplicación de las consideraciones de diseño
anteriores, a los sistemas auxiliares principales de instalaciones típicas.
En algunoscasos, la pérdida del suministro de servicios no es una causa directa de
sobrepresión, pero inicia un descontrol de la planta o una emergencia, la cual a su
vez puede resultar en una sobrepresión (por ejemplo, una falla eléctrica que
conduzca a la pérdida 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 determinación de las velocidades de alivio, que se
describen más adelante en esta sección.
5.3.1 Energía eléctrica
1. Consideraciones en base normal individual y en base respecto a la
unidad de procesos para el dimensionamiento del alivio de presión –
Las siguientes contigencias sencillas deben ser consideradas como la base
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normal para evaluar la sobrepresión que pueda resultar de fallas de energía
eléctrica:
a. Falla individual del suministro de energía eléctrica a cualquier componente
de los equipos que la consuma, tal como un motor impulsor de una bomba,
ventilador o compresor.
b. Falla total del suministro eléctrico a todos los equipos que lo consumen en
una unidad de procesos.
c. Falla general eléctrica a todos los equipos alimentados desde una barra de
distribución eléctrica (“Bus Bar”) en una subestación que presta servicio a
una o más unidades de procesos.
2. Consideración de una falla eléctrica total en planta o en refinería –
Aunque normalmente no se usa como una base para el dimensionamiento
de las instalaciones de alivio de presión, deben considerarse las siguientes
fallas eléctricas generales a nivel de planta.
a. Falla del suministro de energía eléctrica comprada a la planta o refinería.
b. Falla del suministro de la energía auto–generada a la planta o refinería.
c. Falla total eléctrica en cualquier sub–estación particular.
Como se expuso anteriormente punto 5.2. “Falla de los servicios industriales
como una causa de una sobrepresión”, se deben incluir características 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
mínimo:
d. Dos o más alimentadores para energía eléctrica comprada.
e. Dos o más generadores en paralelo con un repuesto de apoyo cuando la
energía eléctrica es generada en la planta o refinería.
f. Más de un combustible para las calderas que generan vapor para los
generadores a turbina de vapor.
g. Arreglos de distribución de la carga eléctrica para mantener el suministro
preferencial a los consumidores críticos.
h. Sistemas secundarios selectivos para la distribución de la energía eléctrica.
5.3.2 Agua de enfriamiento
1. Consideraciones en base normal individual y en base a la unidad de
procesos para el dimensionamiento del alivio de presión – Las
siguientes contingencias sencillas se deben considerar como la base normal
para evaluar la sobrepresión que pueda resultar de las fallas de agua de
enfriamiento:
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a. Falla individual del suministro de agua a cualquier enfriador o condensador
en particular
b. Falla total de cualquier rama lateral de suministro a una unidad de procesos
y que puede ser cerrada con válvulas desde la línea principal fuera del área
de la planta.
2. Consideración de una falla total en planta o en refinería – Deben
considerarse las siguientes fallas de agua de enfriamiento:
a. Falla de cualquier sección de la línea principal de agua fuera del área de la
planta.
b. Pérdida de la disponibilidad de todas las bombas de agua de enfriamiento
que resultaría de cualquier contingencia sencilla en los sistemas auxiliares
que suplen o controlan los impulsores de las bombas.
c. Pérdida de la disponibilidad de todos los ventiladores en una torre de
enfriamiento de agua que resultaría 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 sobrepresión”, generalmente se
incluyen características de apoyo adecuadas reducir la probabilidad de
ocurrencia de estas fallas mayores a un grado bajo aceptable. Como mínimo
se debe suministrar lo siguiente:
d. Bombas de agua de enfriamiento múltiples con impulsores diferentes y con
interconexión automática de la bomba de repuesto.
e. Por lo menos 30 minutos de retención útil del nivel de líquido en el sumidero
de una torre de enfriamiento de agua, basado sobre la pérdida de agua de
reposición, con una alarma independiente de bajo nivel de agua ajustada al
nivel de retención de 30 minutos. Esto debería proveer suficiente advertencia
al personal de operaciones para tomar las acciones correctivas. Sin tal
alarma la falla del flujo de agua de reposición puede ser difícil de detectar.
f. Suministro secundario selectivo de energía eléctrica a los motores de los
ventiladores de la torre de enfriamiento de agua.
g. Instrumentación 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 reposición de agua de enfriamiento.
En casos apropiados se debe también considerar la aplicación de lo
siguiente:
h. Torres de enfriamiento múltiples.
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i. Cabezales de distribución entrecruzados o en circuito en anillo para
beneficiarse de la capacidad adicional de reposición de las torres de
enfriamiento múltiples.
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 presión – Las
siguientes contingencias sencillas deben ser consideradas como la base
normal para evaluar la sobrepresión que puede resultar de las fallas de vapor
de agua.
a. 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.).
b. Falla total de cualquier rama lateral de tubería que supla a una unidad de
procesos desde la línea principal fuera del área física de la planta.
2. Consideración de fallas totales en planta o en refinería – Deben
considerarse las siguientes fallas generales del vapor de agua:
a. Falla de cualquier sección de la línea principal de suministro fuera del área
física de la planta.
b. Pérdida de la disponibilidad de cualquier generador de vapor en particular.
c. Pérdida de la disponibilidad de vapor comprado a terceros en cualquier línea
de suministro.
Como se expuso anteriormente en el punto 5.2. “Falla de los servicios
industriales como una causa de una sobrepresión”, la probabilidad de
ocurrencia de estas fallas mayores debe ser reducida a un grado bajo
aceptable por características de apoyo, tales como las siguientes:
d. Calderas múltiples con capacidad de repuesto y sometidas a combustión por
combustibles múltiples.
e. Sistemas de control y de alarma adecuados, arreglos para la distribución de
las cargas, etc.
f. Cabezales de distribución con suficientes circuitos y válvulas de modo que
sólo se necesite cerrar una porción del sistema si ocurre un escape de
presión deimportancia.
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 presión – Las
siguientes contingencias sencillas deben ser consideradas como la base
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normal para evaluar la sobrepresión que pueda resultar de una falla de aire
para instrumentos:
a. La pérdida del suministro de aire para instrumentos a cualquier instrumento
de control individual o válvula de control. Se asume que ocurre la respuesta
correcta ante la falla de aire. En el caso de válvulas de control del tipo que
“permanece estacionaria”, se asume que tiene lugar la acción de
desplazamiento a la posición abierta o cerrada. Las fallas de los controles
automáticos se cubre más adelante en el punto 5.6 de esta sección bajo
“Evaluación de la Sobrepresión resultante de Condiciones de Emergencia y
Determinación de las Velocidades de Alivio”. Debe notarse que estas últimas
consideraciones incluyen la falla de cualquier válvula de control en ambas
posiciones, abierta y cerrada.
b. Falla total de cualquier tubería lateral con válvula suministrando a una unidad
de proceso desde la tubería principal fuera del límite de batería de la planta.
Se asume que tiene lugar la respuesta correcta ante la falla de aire de
instrumentos y válvulas de control (considere que las válvulas del tipo que
“permanecen estacionarias” se mueven hacia la posición abierta o cerrada
dependiendo de la dirección del actuador).
2. Consideración de las fallas totales en planta o en refinería – Deben
considerarse las siguientes fallas generales de aire para instrumentos:
a. Falla de cualquier sección de la línea principal de aire para instrumentos
fuera del área física de la planta.
b. Pérdida del flujo a través de cualquier conjunto de secadores de aire para
instrumentos.
Como se explicó anteriormente en el punto 5.2. “Falla de los servicios
industriales como una causa de una sobrepresión”, se debe reducir la
probabilidad de ocurrencia de estas fallas mayores a un grado bajo
aceptable, con características de apoyo apropiadas.
Los siguientes renglones deberían ser considerados como los
requerimientos mínimos:
c. Compresores de aire múltiples con impulsores diferentes y arranque
automático del equipo de repuesto.
d. Secadores múltiples de aire para instrumentos.
e. Arranque automático del sistema de aire para mantenimiento.
f. Cabezales de distribución con circuitos en anillo.
5.3.5 Energía eléctrica para instrumentos – La falla de energía eléctrica para
instrumentos se evalúa en una base similar a la descrita para falla de energía
eléctrica y se debe incluir en las consideraciones normales para el
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dimensionamiento del alivio de presión, la falla del suministro de energía eléctrica
a todos los instrumentos controlados desde una barra de distribución sencilla
(“single bus bar”). Las características de confiabilidad deberían incluir el
suministro eléctrico secundario selectivo a salas de control, con apoyo de
generadores de emergencia o baterías para instrumentos críticos y computadoras
de control. Los controles críticos deberían 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 máquinas, etc., se diseñan con características tales como
combustibles múltiples, apoyo con vaporizadores de propano y un tanque de
compensación de combustible líquido para promover la confiabilidad. La falla de
cualquier combustible en particular a una unidad de procesos o instalación
generadora de un servicio auxiliar se usa como base para evaluar una
sobrepresión potencial.
5.3.7 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 presión.
Estos casos se evalúan en base a una falla de contingencia sencilla, en forma
similar a las anteriores.
5.4 Mal funcionamiento de los equipos como una causa de sobrepresión
Los componentes de los equipos están sujetos a falla individual debido a mal
funcionamiento mecánico, en adición a fallas como resultado de la falta del
suministro de algún servicio auxiliar. Tales componentes incluyen bombas,
ventiladores, compresores, mezcladores, instrumentos y válvulas 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 situación potencial de sobrepresión. Estas contingencias
deberían examinarse y deberían también evaluarse como se describe en el punto
5.6 de esta sección “Evaluación de Condiciones de Emergencia y Determinación
de las Velocidades de Alivio”. Al aplicar estas reglas generalmente puede
concederse crédito por condiciones de presión o temperatura que existan bajo las
condiciones de alivio o de máxima presión.
5.5 Errores del operador como causa de sobrepresión
Los errores de los operadores se consideran como una causa potencial de
sobrepresión, 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, vacío debido al bloqueo de un recipiente que trabaja con vapor durante una
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parada de mantenimiento, desvío de dispositivos de emergencia, operar con una
válvula de bloqueo cerrada asociada con una válvula de alivio de presión y un
grave desalineamiento del flujo de proceso durante un arranque. El cierre o
apertura de válvulas que normalmente deben estar trabadas en la posición abierta
(CSO) o trabadas en la posición cerrada (CSC) es considerado como un caso de
extrema negligencia (Referirse al punto 5.13 sobre válvulas CSO bajo “Evaluación
de las rutas de Presurización en el Diseño del Alivio de Presión). Un ejemplo típico
de un error de un operador que debería ser considerado es la apertura o cierre de
una válvula sin darse cuenta de lo que está haciendo. Las sobrepresiones posibles
deben evaluarse como se describe en el punto 5.6 “Evaluación de la sobrepresión
resultante de Condiciones de Emergencia y Determinación de las Velocidades de
Alivio” de esta sección.
5.6 Evaluación de la sobrepresión resultante de condiciones de
emergencia y determinación de las velocidades de alivio
En los siguientes párrafos se describen una variedad de situaciones típicas 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 sobrepresión de los equipos. Se incluyen lineamientos para la
evaluación de esas condiciones de emergencia y la determinación de las
velocidades de alivio.
5.6.1 Falla de control automático – Los dispositivos de control automático son
generalmente actuados directamente por el proceso o indirectamente por medio
de una variable de proceso, o sea, presión, flujo, nivel de líquido o temperatura.
Cuando falla la señal de transmisión o elmedio operativo, el dispositivo de control
adoptará una posición totalmente abierta o totalmente cerrada de acuerdo con su
diseño básico, aunque algunos dispositivos pueden ser diseñados para
permanecer estacionarios en la última posición de control. Tales válvulas de
control para “permanecer estacionarios”, sin embargo, tienden a moverse a la
posición que favorece el proceso y esto debe tomarse en cuenta. Se debe también
estudiar atentamente la falla de un elemento medidor del proceso en un transmisor
o controlador sin una falla coincidencial de la energía de operación 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 sobrepresión, se asume que cualquier dispositivo de control automático puede
fallar en la posición abierta o cerrada independientemente de su acción ante la
pérdida de su señal de transmisión o medio operativo.
Cuando el diseñador establece el tamaño de una válvula de control, por ejemplo al
seleccionar el Cv, se asume que una válvula de ese tamaño ha sido instalada. Si
más adelante se aumenta el tamaño de la válvula de control, puede ser necesario
revisar las consideraciones de alivio de la válvula PR.
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1. Acción en el caso de falla de aire de instrumentos o falla eléctrica – El
suministro de aire para instrumentos y de electricidad debería ser diseñado
para minimizar el riesgo de situaciones de emergencia que puedan resultar
por su falla. Esto se logra generalmente especificando el cierre de válvulas
de control en fuentes de entrada de calor, drenajes de agua y corrientes de
alimentación y de productos. El bloqueo total hermético de los equipos de la
planta de esa manera (en base a que cualquier sobrepresión resultante será
aliviada por válvulas de alivio de presión apropiadamente diseñadas) se
considera más seguro que la descarga descontrolada a tanques u otras
unidades.
Una válvula 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 válvula de control en un circuito de calentamiento, tal como
una válvula 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 pérdida 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. Análisis del sistema de válvulas 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 válvula), tal como el cierre o apertura de una sola
válvula o falla de un servicio auxiliar, se asume que todas las válvulas de
control en el sistema que abren bajo los efectos de las contingencia en
consideración, permanecen en la posición requerida para el flujo normal del
proceso. Por lo tanto, puede concederse un crédito por la capacidad normal
de esas válvulas, 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 válvulas, el crédito de capacidad debe concederse sólo hasta
la extensión correspondiente a su posición 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 acción. Esto es también compatible con la
filosofía básica que establece que los instrumentos pueden no
necesariamente operar en una situación de emergencia. En el caso de que
una válvula cierre bajo la contingencia considerada no debe concederse
ningún crédito por alivio a través de esa válvula.
3. Falla de una válvula de control individual – Las siguientes fallas
individuales de válvulas de control deberían incluirse en el análisis de
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sistemas de control para la determinación de los requerimientos de alivio de
presión:
a. Falla en la posición totalmente abierta de una válvula de control que admite
un fluido desde una fuente de alta presión a un sistema con una presión más
baja.
b. Falla en la posición totalmente abierta de una válvula de control que
normalmente deja pasar líquido desde una fuente de alta presión a un
sistema con una presión más baja, seguido de la pérdida de nivel de líquido
en el recipiente aguas arriba y flujo de vapor de alta presión solamente.
c. Falla de una válvula de control en la posición cerrada en la corriente de salida
de un recipiente o sistema.
d. Una válvula de control que falla abierta con su desvío abierto al mismo
tiempo. En este caso, la velocidad de alivio y el orificio de alivio de presión
deben basarse en la falla de la válvula de control con el desvío 50% abierto
(basado en área) a 110% de la presión de diseño.
Al analizar tales fallas individuales de válvulas de control debe considerarse
la acción de otras válvulas de control del sistema, de acuerdo con el párrafo
2 anterior.
En los dos primeros casos anteriores, puede concederse un crédito, donde
aplique, por la reducción de la presión de una fuente de alta presión debido
a la reducción del inventario neto durante el período que la presión del equipo
aguas abajo esté subiendo para aliviar la presión. Sin embargo, las
instalaciones de alivio de presión deben ser dimensionadas para manejar las
condiciones de flujo “pico” calculadas.
4. Consideraciones de capacidad especial – Aunque los dispositivos de
control tales como válvulas de control operadas por diafragma, son
especificadas y dimensionadas para condiciones operacionales normales,
se espera también que ellos operen durante condiciones de trastorno
operacional, incluyendo los períodos cuando los dispositivos de alivio de
presión estén aliviando. Se debe seleccionar el diseño de válvula y
capacidad del mecanismo operador de la válvula para asegurar la operación
del tapón de la válvula de acuerdo con las señales de control durante las
condiciones de presiones anormales. Cuando existen muchas discrepancias
entre las condiciones normales y de emergencia se deben cubrir en la
sección de Especificación de Diseño los requerimientos de más alta presión
del mecanismo operador de la válvula.
Al determinar los requerimientos de alivio de presión, se deberían calcular
las capacidades de las válvulas de control para las condiciones de
temperatura y presión 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. Evaluación de la presurización y de la vía de escape de presión – Se
debe hacer también referencia a “Evaluación de la ruta de Presurización en
el diseño del alivio de presión” y “Evaluación de la ruta de Escapede presión
en el diseño de alivio de presión” más adelante en esta sección, en los puntos
5.13 y 5.14 para una exposición complementaria de las válvulas de control
como un factor en el diseño del alivio de presión.
5.6.2 Falla de enfriamiento en condensadores – En adición a la falla general del agua
de enfriamiento descrita bajo “Falla de los Servicios Industriales como una Causa
de Sobrepresión” se debe considerar la falla del flujo de agua de enfriamiento a
cada condensador o enfriador individual.
Normalmente no se concede ningún crédito por el efecto en un condensador de
tubos y carcaza después de una falla de la corriente de enfriamiento, porque está
limitada en el tiempo y depende de la configuración física de la tubería. Sin
embargo, si el sistema de tuberías de proceso es anormalmente extenso y no
aislado se debe considerar el efecto de la pérdida de calor a la atmósfera.
1. Condensación total – El requerimiento de alivio es el flujo total de vapor que
entran al condensador. Si se desea se puede conceder un crédito por la
velocidad de alivio reducida cuando se recalcula una temperatura
correspondiente a la nueva composición de los vapores a la presión de ajuste
de la válvula de alivio de presión más la sobrepresión, y por la entrada de
calor que prevalece en el momento del alivio. La capacidad de compensación
del acumulador del tope a un nivel de líquido normal está típicamente limitada
a menos de 10 minutos. Si la duración 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 composición y temperatura pueden cambiar
significativamente.
Asimismo, la carga de vapores en el momento del alivio puede reducirse por
debajo del flujo normal de diseño debido a la más alta presión que puede
contrarrestar la vaporización en el momento de la sobrepresión. El
“reventón” de un recalentador es un ejemplo de tal situación. En un caso tal
pueden usarse las condiciones de diseño de la presión del vapor, en vez de
la presión máxima del vapor que podría existir bajo condiciones de alivio de
presión 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. Condensación 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
estableció en el renglón 1. Si el reflujo cambia en cantidad o composición, 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 pérdida 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 dependerá de la configuración de los ventiladores
y de los haces de tubos.
Para propósitos de diseño del alivio de presión se considera la contingencia
sencilla de la falla de un ventilador (la falla de todos los ventiladores que
resultaría de una falla eléctrica general, estaría incluida bajo las
consideraciones de falla de los servicios industriales). Se puede conceder
crédito por la transferencia continua de calor como resultado de la
convección natural. Como una guía esta concesión puede ser 10% de la
capacidad de diseño para el servicio de condensación y 30% de la capacidad
de diseño para servicio de enfriamiento, aplicado sobre el área 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 automático o de una falla mecánica de
interconexión. El efecto sobre la transferencia de calor dependerá del grado
de restricción del flujo de aire en la posición cerrada, y de la configuración de
las rejillas en relación 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 diseño del alivio de presión se asume la contingencia
sencilla del cierre de un juego de rejillas (la falla de todas las rejillas que
resultaría de una falla general de aire para instrumentos o falla general
eléctrica se incluye en las consideraciones de las fallas de los servicios
industriales). Se puede conceder un crédito por la continuación de la
transferencia de calor por medio del flujo de aire restringido. Como una guía
se puede dar un crédito de 10% de la capacidad de diseño para servicio de
condensación y 30% de la capacidad de diseño para servicio de
enfriamiento, aplicado sobre el área 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 refrigeración) se deben considerar las condiciones de
sobrepresión que puedan ocurrir por pérdida del flujo del fluido, pérdida de la
entrada de calor o de la remoción 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 válvula) causará la
inundación de los condensadores, lo que es equivalente a la capacidad
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requerida de una válvula de alivio de presión por pérdida total del medio
enfriante. Los cambios de composición causados por la pérdida de reflujo
pueden producir propiedades diferentes de los vapores, que afectan la
capacidad. Corrientemente una válvula de alivio de presión dimensionada
para una falla total del medio enfriante será adecuada para esta condición,
pero cada caso debe ser examinado con relación 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 vaporización causada por una cantidad
de calor igual al calor removido en el circuito de flujo alrededor de la bomba.
El calor latente de vaporización es el correspondiente a la temperatura y
presión de las condiciones de la válvula de alivio de presión. Si aplica se
puede considerar el agotamiento de los calentadores a vapor.
3. Falla del flujo del medio absorbente – Para la absorción 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 pérdida del medio
absorbente puede causar un aumento de presión 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.
4. Pérdida 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 pérdida de la entrada de calor a una
columna cause la sobrepresión 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 alimentación.
Bajo estas circunstancias, por ejemplo,