ECP-VST-P-PRO-MT-001 Manual de Criterios de Diseno de La Especialidad Ingenieria de Proceso

MANUAL TÉCNICO DE CRITERIOS DE DISEÑO DE LA ESPECIALIDAD DE INGENIERÍA DE PROCESO VICEPRESIDENCIA DE SERVICIOS Y TECNOLOGÍA CORPORATIVO DE NORMAS Y ESTÁNDARES CÓDIGO CNE ECP-VST-P-PRO-MT-001

Elaborado 10/12/2010

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TABLA DE CONTENIDO Página

1. OBJETO ...................................................................................................................................................................... 4 2. ALCANCE ................................................................................................................................................................... 4 3. GLOSARIO ................................................................................................................................................................. 4 4. DOCUMENTOS DEROGADOS .................................................................................................................................. 4 5. REFERENCIAS NORMATIVAS .................................................................................................................................. 5 5.1. MARCO LEGAL ....................................................................................................................................................... 5 5.2. MARCO LEGAL AMBIENTAL ................................................................................................................................. 5 5.2.1. Generales .............................................................................................................................................................. 5 5.2.2. Recurso Agua ....................................................................................................................................................... 5 5.2.3. Recurso Aire ......................................................................................................................................................... 6 5.2.4. Residuos sólidos ................................................................................................................................................. 9 5.2.5. Control de Ruido ................................................................................................................................................ 10 5.2.6. Derrame de hidrocarburos. ............................................................................................................................... 10 5.2.7. Manejo de Productos Químicos ....................................................................................................................... 11 5.2.8. Calidad de los Combustibles ............................................................................................................................ 11 5.3. NORMAS Y NORMAS Y PRÁCTICAS DE INDUSTRIA ............................................................................................................. 12 6. CONDICIONES GENERALES .................................................................................................................................. 13 7. DESARROLLO.......................................................................................................................................................... 13 7.1. CRITERIOS PARA DETERMINAR LAS CONDICIONES DE DISEÑO .................................................................. 13 7.1.1. Caudal ................................................................................................................................................................. 13 7.1.2. Presión ................................................................................................................................................................ 14 7.1.2.1. Sistemas de Vapor y Vapor-Líquido Protegidos por p or Discos de Ruptura .......................... ............. ........................... ......................... ........... 14 7.1.2.2. Sistemas de Vapor y Vapor-Líquido Protegidos con Válvulas de Seguridad (Alivio) .................... ...... ........................ .......... 15 7.1.2.3. Sistemas Totalmente Líquidos ....................................................................................................................... 16 7.1.2.4. Temperatura de Diseño ................................................................................................................................... 17 7.2. CRITERIOS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE LÍNEAS DE PROCESO. ......................................................... 19 7.2.1. Casos Generales ................................................................................................................................................ 21 7.2.2. Líneas para Líquidos ......................................................................................................................................... 22 7.2.3. Casos Especiales de Líneas de Líquidos ........................................................................................................ 23 7.2.4. Líneas para Gases y Vapores ........................................................................................................................... 27 7.2.5. Casos Especiales de Líneas de Gas o Vapor .................................................................................................. 28 ECP-CNE-G-GEN-FT-001

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1. OBJETO ...................................................................................................................................................................... 4 2. ALCANCE ................................................................................................................................................................... 4 3. GLOSARIO ................................................................................................................................................................. 4 4. DOCUMENTOS DEROGADOS .................................................................................................................................. 4 5. REFERENCIAS NORMATIVAS .................................................................................................................................. 5 5.1. MARCO LEGAL ....................................................................................................................................................... 5 5.2. MARCO LEGAL AMBIENTAL ................................................................................................................................. 5 5.2.1. Generales .............................................................................................................................................................. 5 5.2.2. Recurso Agua ....................................................................................................................................................... 5 5.2.3. Recurso Aire ......................................................................................................................................................... 6 5.2.4. Residuos sólidos ................................................................................................................................................. 9 5.2.5. Control de Ruido ................................................................................................................................................ 10 5.2.6. Derrame de hidrocarburos. ............................................................................................................................... 10 5.2.7. Manejo de Productos Químicos ....................................................................................................................... 11 5.2.8. Calidad de los Combustibles ............................................................................................................................ 11 5.3. NORMAS Y NORMAS Y PRÁCTICAS DE INDUSTRIA ............................................................................................................. 12 6. CONDICIONES GENERALES .................................................................................................................................. 13 7. DESARROLLO.......................................................................................................................................................... 13 7.1. CRITERIOS PARA DETERMINAR LAS CONDICIONES DE DISEÑO .................................................................. 13 7.1.1. Caudal ................................................................................................................................................................. 13 7.1.2. Presión ................................................................................................................................................................ 14 7.1.2.1. Sistemas de Vapor y Vapor-Líquido Protegidos por p or Discos de Ruptura .......................... ............. ........................... ......................... ........... 14 7.1.2.2. Sistemas de Vapor y Vapor-Líquido Protegidos con Válvulas de Seguridad (Alivio) .................... ...... ........................ .......... 15 7.1.2.3. Sistemas Totalmente Líquidos ....................................................................................................................... 16 7.1.2.4. Temperatura de Diseño ................................................................................................................................... 17 7.2. CRITERIOS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE LÍNEAS DE PROCESO. ......................................................... 19 7.2.1. Casos Generales ................................................................................................................................................ 21 7.2.2. Líneas para Líquidos ......................................................................................................................................... 22 7.2.3. Casos Especiales de Líneas de Líquidos ........................................................................................................ 23 7.2.4. Líneas para Gases y Vapores ........................................................................................................................... 27 7.2.5. Casos Especiales de Líneas de Gas o Vapor .................................................................................................. 28 ECP-CNE-G-GEN-FT-001

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7.2.6. Líneas Flujo Multifasico .................................................................................................................................... 32 7.2.7. Líneas de Relevo / Venteo/ Despresurización ................................................................................................. 33 7.2.8. Criterios Especiales ........................................................................................................................................... 33 7.3. CRITERIOS PARA EL DIMENSIONAMIENTOS DE EQUIPOS ............................................................................. 33 7.3.1. Separadores........................................................................................................................................................ 33 7.3.2. Intercambiadores de Calor ................................................................................................................................ 35 7.3.3. Aeroenfriadores.................................................................................................................................................. 37 7.3.4. Paquetes de Compresión .................................................................................................................................. 37 7.3.5. Bombas ............................................................................................................................................................... 38 7.3.6. Teas ..................................................................................................................................................................... 40 7.3.7. Válvulas de Control ............................................................................................................................................ 41 7.4. CRITERIOS PARA SISTEMAS DE PROTECCIÓN POR SOBREPRESIÓN.......................... .............. .......................... ........................... .................. ..... 42 7.4.1. Sistemas a Presión ............................................................................................................................................ 42 7.4.1.1. Causas de Sobrepresión ................................................................................................................................ 43 7.4.1.2. Válvulas de Alivio de Presión ......................................................................................................................... 43 7.4.1.2.1. Válvula Convencional ................................................................................................................................... 43 7.4.1.2.2. Válvula Balanceada ...................................................................................................................................... 44 7.4.1.2.3. Válvula Operada por Piloto .......................................................................................................................... 44 7.4.1.2.4. Disco de Ruptura .......................................................................................................................................... 44 7.4.1.2.5. Alivio Térmico ............................................................................................................................................... 44 7.4.1.3. Consideraciones Generales de Diseño ......................................................................................................... 44 7.4.1.4. Cálculos de Sobrepresión .............................................................................................................................. 45 7.4.1.4.1. Contrapresión Permisible ............................................................................................................................ 45 7.4.1.4.2. Determinación de Cargas de alivio para la Protección de Equipos, Tanques y Líneas ........................ .......... .............. 45 7.4.1.4.3. Determinación del Área de Descarga Efectiva Requerida ........................................................................ 46 7.5. HERRAMIENTAS DE CÁLCULO ........................................................................................................................... 48 8. REGISTROS.............................................................................................................................................................. 48 9. CONTINGENCIAS..................................................................................................................................................... CONTINGENCIAS..................................................................................................................................................... 48 10.BIBLIOGRAFÍA 10. BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................................................................... 48 11.ANEXOS.................................................................................................................................................................... 11. ANEXOS.................................................................................................................................................................... 49

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1. OBJETO Establecer los criterios de diseño para la disciplina de Ingeniería de Procesos, los cuales serán aplicables en el desarrollo de proyectos en Ecopetrol S.A. 2. ALCANCE El presente documento define la referencia normativa, el marco legal y las condiciones generales a tener en cuenta para el desarrollo de proyectos de ingeniería de Ecopetrol S.A. Igualmente, señala los criterios para la definición de las condiciones de diseño de los diversos sistemas componentes del proceso y para el dimensionamiento de los mismos. Los criterios señalados en este documento serán aplicables para el diseño de plantas e instalaciones de Ecopetrol S.A. y sus filiales incluyendo sistemas de producción, refinación y transporte. 3. GLOSARIO • •

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API: AMERICAN API: AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE (Instituto Americano del Petróleo) ASME: ASME: AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS (Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos) Contrapresión: Es Contrapresión: Es la presión existente a la salida del dispositivo de relevo de presión como resultado de la presión en el sistema de descarga. Presión de relevo o alivio: alivio: Es la suma de la presión de set del dispositivo de relevo de presión y la sobrepresión. Presión de Set: Es Set: Es la presión de entrada en psig a la cual la válvula de relevo de presión está establecida para abrir bajo condiciones de servicio. Para los nuevos proyectos, la presión de set es generalmente igual a la presión de diseño de los equipos instalados en el sistema protegido por la válvula de relevo. En instalaciones existentes protegidas por válvulas de relevo de presión, la presión de operación puede aumentar por el incremento en la presión de set de la presión de diseño o MAWP de los equipos y tubería instalada. Si más de una válvula de relevo es requerida por razones de capacidad, las válvulas pueden ser fijadas a presiones diferentes para asegurar una operación estable. Punto de Burbuja: Temperatura Burbuja: Temperatura a la cual se forma la primera burbuja de vapor de un material liquido. Rehervidores: Rehervidores: Son intercambiadores de calor que, conectados a la base de una columna de destilación proporcionan el calor necesario para devolver el vapor al fondo de la columna y permitir que se lleve a cabo la destilación. Shut-Off (o presión de cierre): Es cierre): Es la presión de descarga de la bomba centrifuga con la máxima de succión y cerrada la descarga del sistema. Sobrepresión: Es Sobrepresión: Es el incremento de presión sobre la presión de set del dispositivo de relevo de presión durante la descarga y expresado usualmente, en porcentaje de presión de set. Steamout: Servicio Steamout: Servicio de limpieza con vapor.

4. DOCUMENTOS DEROGADOS • •

VRP-DPY-M-101 Manual de Criterios Criterios de Condiciones de Diseño Diseño VRP-DPY-M-102 Manual de Criterios para Dimensionamiento Dimensionamiento de de Líneas de Proceso


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5. REFERENCIAS NORMATIVAS 5.1. MARCO LEGAL •

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DECRETO 1056 DE 1953: Expide el "CODIGO DE PETROLEOS" de acuerdo con lo dispuesto en el artículo 120 de la Constitución Nacional y en la Ley 18 de 1952. El código reglamenta sobre la propiedad, utilidad y forma de explotación de las mezclas naturales de hidrocarburos que se encuentran en la tierra, cualquiera que sea su estado físico y que componen el petróleo crudo, lo acompañan o se derivan de él. él . RESOLUCIÓN 2543 DE DICIEMBRE 14 DE 1984: Señala los trámites para la aprobación de los contratos de exploración y explotación de hidrocarburos. Estos contratos requieren para su validez la aprobación mediante resolución del Ministerio de Minas y Energía.

5.2. MARCO LEGAL AMBIENTAL Este Marco Legal Ambiental resume las principales normas, leyes, decretos y resoluciones de carácter ambiental que aplican en el territorio colombiano para la prevención de la contaminación y el aprovechamiento sostenible de los recursos naturales. La aplicación de este Marco deberá validarse teniendo en cuenta la vigencia de la legislación, de las regulaciones ambientales y las políticas de Ecopetrol pertinentes. 5.2.1. Generales •

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Ley 9 de 1979 Código Sanitario Nacional. Ley 23 de 1973, 1973, Principios fundamentales sobre prevención y control de la contaminación del aire, agua y suelo y otorgó facultades al Presidente de la República para expedir el Código de los Recursos Naturales. Ley 2811 de 1974, 1974, Código nacional de los Recursos Naturales renovables y de Protección del medio ambiente, que regula integralmente la gestión ambiental y el manejo de los recursos naturales renovables (agua, bosques, suelo, fauna etc.) y es el fundamento legal legal de los decretos reglamentarios en lo referido a permisos, autorizaciones y concesiones. Ley 99 de 1993, 1993, Por la cual se crea el Ministerio del Medio Ambiente y se reordena el sector público encargado de la gestión y conservación del medio ambiente y los recursos naturales renovables, se reorganiza el Sistema Nacional Ambiental, SINA, y se dictan otras disposiciones. En materia de emisiones atmosféricas y ruido contiene la siguiente normatividad, aplicable al sector termoeléctrico. Resolución 1845 del 2 de Septiembre de 2009, del Ministerio de Minas y Energía, Energía , tiene por objeto regular y controlar las actividades relativas a la exploración y explotación de hidrocarburos, maximizar su recuperación final y evitar su desperdicio. Decreto 2820 del 5 de Agosto de 2010, 2010, Por el cual se reglamenta el Título VIII de la Ley 99 de 1993 sobre licencias ambientales, sobre licencias con el objetivo de fortalecer el proceso de licenciamiento ambiental, la gestión de las autoridades ambientales y promover la responsabilidad ambiental en aras de la protección del medio ambiente.

5.2.2. Recurso Agua •

Decreto 1541 de 1978 1978 (Ministerio de Agricultura) En todos los casos en que se requiera la autorización de agua de corrientes superficiales o subterráneas para el desarrollo de las actividades del proceso constructivo. Art. 36: Concesión de Aguas Aguas (literales a. y d.) Art. 87: Permiso de Extracción Extracción de Material de Arrastre.


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Art. 104: Permiso de Ocupación de Cauces. Art. 51 a 54: Control y prevención de las aguas para consumo humano. Art. 55 aguas superficiales. Art. 69 a 79: potabilización de agua •

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Decreto 2858 de 1981. Modifica el Decreto 1541 de 1978 Decreto 1594 de 1984 (Ministerio de Salud). Por el cual se reglamenta parcialmente el título 1 de la Ley 9 de 1979, así como el capítulo 2 del Título 6-Parte 3- Libro 2 y el Título 3 de la Parte 3 – Libro 1- del decreto- Ley 2811 de 1974 en cuanto a uso de Agua y residuos líquidos. Art. 20: Sustancias de Interés Sanitario. Art. 72: Normas de Vertimiento. Art. 74: Concentración para el Control de la Carga de las sustancias de Interés Sanitario. Art. 98: Registro de Vertimientos. Art. 102: Plan de Cumplimiento.

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Decreto 605 de 1996. Reglamenta los procedimientos de potabilización y suministro de agua para consumo humano

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Ley 373 de 1997 Uso eficiente y ahorro del agua

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Decreto 3102 de 1998 Instalación de equipos de bajo consumo de agua

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Decreto 1575 de 2007 (Ministerio de la Protección social), Por el cual se establece el sistema para la protección y control de la calidad del agua para consumo humano. Resolución 2115 de 2007 (Ministerio de la Protección Social, Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial), Por medio de la cual se señalan características, instrumentos básicos y frecuencias del sistema de control y vigilancia para la calidad del agua para consumo humano

5.2.3. Recurso Aire •

Decreto 02 de 1982: Emisiones Atmosféricas. por medio del cual se establecen normas de calidad del aire, los métodos y frecuencias para la medición de contaminación del aire, altura mínima de chimenea, normas de emisión de partículas para calderas a base de carbón y altura mínima de chimenea requerida, en la combustión en hornos y calderas de combustibles sólidos o líquidos que contengan dióxido de azufre Art. 31. Normas de Calidad y Métodos de Medición. Art. 32. Norma de Calidad Local. Art. 40. Altura Mínima de Descarga. Art. 70. Normas de Emisión para Otras Industrias.

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Resolución 03194 de 1983. Establece y describe el método colorimétrico como método de referencia para el análisis de dióxido de nitrógeno (24 horas), en el aire ambiente. (Método EPA Apéndice F Parte 50) [16]. Resolución 19622 de 1985. Adopta y describe el método de la Pararosanilina para la evaluación de dióxido de azufre en el aire ambiente, expresado como SO2. (Método EPA Apéndice A Parte 50) [16]. Resolución 2308 de 1986. Establece y describe el método gravimétrico (Alto Volumen) como método de referencia para el análisis de partículas en suspensión en el aire ambiente. (Método EPA Apéndice B Parte 50) [16].


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Figura 1. Ley 9 de 1979 Código Sanitario Nacional

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Decreto 948 de 1995: Por el cual se reglamentan parcialmente la Ley 23 de 1973, los artículos 33, 73, 74, 75 y 76 del Decreto- Ley 2811 de 1974; los artículo 41, 42, 43, 44, 45, 48 y 49 de la Ley 9ª de 1979; y la ley 99 de 1993, en relación con la Prevención y control de la contaminación atmosférica y la protección de la calidad del aire. Define el marco de acciones y los mecanismos de que disponen las autoridades ambientales para mejorar y preservar la calidad del aire, evitar y reducir el deterioro del medio ambiente, los recursos naturales renovables y la salud humana, ocasionados por la emisión de contaminantes químicos y físicos al aire. Art. 18: Clasificación de Fuentes Contaminantes. Art. 72: Permisos de Emisión para Fuentes Fijas. Art. 73: Casos que Requieren Permiso de Emisión Atmosférica. Art. 42, 46,56, 63, 89. Señala lo relacionado con el control de emisiones de ruido.

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Resolución 1351 de 1995, por la cual se adopta la declaración denominada Estado de Emisiones (IE-1), que se adjunta a esta resolución, para cumplir con los requisitos y fines previstos en el Art. 97 del decreto 948/95: vigilancia y control del cumplimiento de las normas para fuentes fijas. Decreto 2107 de 1995, Por medio del cual se modifica parcialmente el Decreto 948 de 1995 que contiene el reglamento de protección y control de la calidad del aire. Resolución 898 de 1995: por la cual se regulan los criterios ambientales de calidad de los combustibles líquidos y sólidos utilizados en hornos y calderas de uso comercial e industrial y en motores de combustión interna de vehículos automotores. Resolución 1619 de 1995: se desarrollan parcialmente los artículos 97 y 98 del decreto 948/95. (modificados por el Decreto 2107/95): Fecha límite para la rendición del informe del estado de emisiones para termoeléctricas y otras industrias y para la fijación de normas y estándares a que se deben sujetar las fuentes fijas de emisión de contaminantes.


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Resolución 441 de 1997: revoca el artículo 2 de la resolución 1619 de 1995, el cual fija como fecha límite el 1 de Junio/97 para expedir las normas para fuentes fijas de emisión. Resolución 0619 de 1997: establece cuales son las industrias, obras, actividades o servicios que requieren permiso de emisión atmosférica y se establecen parcialmente los factores a partir de los cuales se requiere dicho permiso, para fuentes fijas. Resolución 415 de 1998: establece los casos en los cuales se permite la combustión de los aceites de desecho y las condiciones técnicas para realizar la misma. Resolución 0623 de 1998: modifica parcialmente la Res. 898/95 que regula los criterios ambientales de calidad de los combustibles utilizados en hornos y calderas y en motores de combustión interna Decreto 979 de 2006, Por el cual se modifican los artículos 7, 10, 93, 94 y 108 del Decreto 948 de 1995. Figura 2. Ley 99 de 1993

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Guías del Banco Mundial. Dado que en Colombia no existen normas para la emisión de óxidos de nitrógeno de los procesos de combustión, a continuación se presentan, como una guía, las normas del Banco Mundial. Se presentan además, las normas de emisión de partículas y dióxido de azufre determinadas específicamente para plantas termoeléctricas.


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Resolución 601 de 2006, del Ministerio de ambiente, vivienda y desarrollo territorial, por la cual se establece la norma de calidad de aire o nivel de inmisión para todo el terr itorio nacional en condiciones de referencia. Resolución 909 de 2008: Establece normas y estándares de emisión admisibles de contaminantes a la atmósfera por fuentes fijas y se dictan otras disposiciones. Art.4: Estándares de emisión para actividades industriales. Art 6: Actividades Industriales y contaminantes industriales a monitorear por actividad industrial. Art 8: Estándares de Emisión admisibles para equipos de combustión externa nuevos. Art 23: Estándares de emisión admisibles de contaminantes de aire para las actividades nuevas de productos de fabricación de productos de refinación del petróleo. Art 69: Obligatoriedad de construcción de un ducto o chimenea. Art 70: Determinación de la altura del punto de descarga. Art 71: Localización del sitio de muestreo. Art 89: Cumplimiento de estándares de emisión admisibles. Art 94: Combustible utilizado.

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Resolución 760 de 2010, Por la cual se adopta el protocolo para el control y vigilancia de la contaminación atmosférica generada por fuentes fijas.

5.2.4. Residuos sólidos •

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ECP-DRI-D-004 Directriz de gestión de residuos industriales y estructuración del plan de gestión integral de residuos peligrosos Política ambiental para la gestión integral de residuos o desechos peligrosos. Ministerio de ambiente, vivienda y desarrollo territorial. Diciembre de 2005.

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Decreto 2811 de 1974. Código nacional de recursos naturales renovables y del medio ambiente

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Ley 09 de 1979 Medidas sanitarias sobre manejo de residuos sólidos

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Decreto 2104 de 1983, Por el cual se reglamenta el título III de la Parte 4 del libro 1 del Decreto-Ley 2811 de 1974 y los Título 1 y 11 de la ley 9 de 1979 en cuanto al Manejo y Disposición de Residuos Sólidos. Resolución 2309 de 1986 Define los residuos especiales, los criterios de identificación, tratamiento y registro. Establece planes de cumplimiento vigilancia y seguridad. Resolución 541 de 1994 Reglamenta el cargue, descargue, transporte, almacenamiento y disposición final de escombros, materiales concreto y agregados sueltos de construcción. Documento CONPES 2750 de 1994, Políticas sobre manejo de residuos sólidos Ley 253 de 1996. Convenio de Basilea sobre el control de los movimientos transfronterizos de los desechos peligrosos y su eliminación. Decreto 605 de 1996 Reglamenta la ley 142 de 1994. En cuanto al manejo, transporte y disposición final de residuos sólidos Ley 430 de 1998. Por la cual se dictan normas prohibitivas en materia ambiental referentes a los desechos peligrosos y se dictan otras disposiciones.


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Decreto 1609 de 2002. Transporte terrestre de sustancias peligrosas

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Resolución 18-1304 de 2004 del Ministerio de Minas y Energía

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Decreto 4741 de 2005. Gestión integral de residuos peligrosos. Por el cual se reglamenta parcialmente la prevención y manejo de los residuos o desechos peligrosos generados en el marco de gestión integral. OSHAS 18001: 2007 “Occupational Health and Safety Management Systems”, Sistemas de Gestión de Salud y Seguridad Laboral.

5.2.5. Control de Ruido •

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Resolución 8321 de 1983 (Ministerio de Salud), Por el cual se dictan normas sobre protección y conservación de la audición de la salud y el bienestar de las personas, por causa de la producción y emisión de ruidos. Establece las normas sobre protección y conservación de la audición. Niveles máximos permisibles, normas de emisión de ruido para fuentes emisoras y v alores límite permisibles para ruido de impacto. Decreto 948 de 1995. El presente Decreto contiene el reglamento de Protección y Control de la Calidad del Aire, de alcance general y aplicable en todo el territorio nacional, mediante el cual se establecen las normas y principios generales para la protección atmosférica, los mecanismos de prevención, control y atención de episodios por contaminación del aire, generada por fuentes contaminantes fijas y móviles, las directrices y competencias para la fijación de las normas de calidad del aire o niveles de inmisión, las normas básicas para la fijación de los estándares de emisión y descarga de contaminantes a la atmósfera, las de emisión de ruido y olores ofensivos, se regulan el otorgamiento de permisos de emisión, los instrumentos y medios de control y vigilancia, el régimen de sanciones por la comisión de infracciones y la participación ciudadana en el c ontrol de la contaminación atmosférica Resolución 0627 de 2006 (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo territorial). Estándares máximos permisibles a nivel de ruido expresado en decibeles DB(A).

5.2.6. Derrame de hidrocarburos. •

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ECP-DRI-D-001 Directriz responsabilidad de atención y respuesta en caso de derrame o escape de hidrocarburos Ley 23 de 1973. Por medio de la cual se conceden facultades extraordinarias al Presidente de la República para expedir el Código de Recursos Naturales y de Protección del Medio Ambiente. Decreto 919 de 1989. Por medio debe cual se reglamenta el Sistema Nacional para la Prevención y Atención de Desastres de Colombia. Ley 99 de 1993. Por medio de la cual se crea el Ministerio del Medio Ambiente, se reordena el sector público encargado de la gestión y conservación del medio ambiente y se organiza el Sistema Nacional Ambiental. Decreto 321 de 1999, relacionado con el Plan Nacional de contingencias contra derrames accidentales de hidrocarburos o cualquier otra sustancia nociva para la salud, en el sentido de que en cada actividad a realizarse, se debe hacer una evaluación de las posibles contingencias que puedan presentarse y tomar las acciones correctivas o preventivas según sea del caso. Decreto 1180 de 2003. Por el cual se reglamenta el Título VIII de la Ley 99 de 1993 sobre Licencias Ambientales.


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Decreto 1220 de 2005. Reglamento de la Ley 99 de 1993. Convenio internacional sobre responsabilidad por daños causados por la contaminación de aguas del mar con hidrocarburos (1969) y protocolo "CLC 69/76 (1976) Convenio sobre la constitución de un fondo internacional de indemnización de daños causados por la contaminación del mar con hidrocarburos (1971) y su protocolo "El Fondo 71/76" (1976) Protocolo de cooperación para combatir derrames de hidrocarburos en la región del Gran Caribe. Cartagena, 1983

5.2.7. Manejo de Productos Químicos •

Ley 9 de 1979. Normas para preservar, conservar y mejorar la vida de los individuos en sus labores. Art 101 Medidas de prevención para evitar presencia de agentes químicos en altas concentraciones. Art 102 Divulgación sobre manejo de productos químicos. Art 104 Control y disposición de productos químicos.

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Resolución 2400 de 1979. Disposiciones sobre vivienda, higiene y seguridad industrial en establecimientos de trabajo. Art 213 Rotulado de recipientes con sustancias químicas. Ley 55 de 1993, por el cual se aprueba el “convenio Número 170 y la recomendación número 177 sobre la seguridad en la utilización de los productos químicos en el trabajo”, adoptados por la 77ª reunión de la conferencia general de la O.I.T. Ginebra, 1990.

5.2.8. Calidad de los Combustibles •

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Decreto 2107 de 1995 Modifica el art 25 del Decreto 948 de 1995 sobre prohibición del uso de crudos pesados. Decreto 1697 de 1997 Modifica el artículo 40 del decreto 948 de 1995 sobre prohibición de plomo y restricción de azufre en la gasolina. Decreto 2622 de 2000 Modifica el artículo 40 del decreto 948 de 1995 y el art 2 del Decreto 1697 de 1997. Decreto 1530 de 2002 Modifica el artículo 40 del decreto 948 de 1995, el art 2 del Decreto 1697 de 1997 y el Decreto 2622 de sobre calidad de los combustibles. Decreto 1224 de 1996 Exceptúa el cumplimiento del artículo 40 del decreto 948 de 1995 sobre prohibición de plomo y restricción de azufre en la gasolina en zonas de frontera.

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Resolución 898 de 1995, del Ministerio del medio Ambiente, por la cual se regula los criterios ambientales de calidad de los combustibles líquidos y sólidos utilizados en hornos y calderas de uso comercial e industrial y en motores de combustión interna de automotores. Resolución 125 de 1996 Adiciona a la resolución 898 de 1995 sobre calidad del Diesel.

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Resolución 623 de 1998 Modifica parcialmente la resolución 898 de 1995 sobre calidad del carbón.

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Resolución 068 de 2001 Modifica parcialmente la resolución 898 de 1995 sobre calidad de gasolinas, diesel y fuel oil No 6.


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Resolución 447 de 2003 Modifica parcialmente la resolución 898 de 1995 sobre calidad de gasolinas y el etanol anhidro. Resolución 1565 de 2004 Modifica parcialmente la resolución 898 de 1995 sobre calidad del etanol anhidro combustible, gasolinas y diesel. Resolución 1289 de 2005 Modifica parcialmente la resolución 898 de 1995 sobre calidad del biodiesel Resolución 1180 de 2006 Modifica parcialmente la resolución 898 de 1995 sobre calidad del etanol anhidro combustible, gasolinas, diesel y biodiesel. Resolución 18 0782 de 2007 por la cual se modifican los criterios de calidad de los biocombustibles para su uso en motores diesel como componente de la mezcla con el combustible diesel de origen fósil en procesos de combustión. Resolución CREG 071 de 1999: Por el cual se establece el Reglamento único transporte del gas natural “RUT”. Resolución CREG 054 de 2007 Por el cual se complementan las especificaciones de calidad del gas natural inyectado al sistema nacional de transporte, definidas en la Resolución CREG 071 de 1999.

5.3. NORMAS Y PRÁCTICAS DE INDUSTRIA •

API Recommended Practice 520. Sizing, Selection and Installation of Pressure –Relieving Devices in Refineries Part I –Sizing and Selection.

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API Recommended Practice 521. Guide for Pressure Relieving and Depressuring Systems

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API Specification 12J. Specification for Oil and Gas Separators.

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API STD 2000. “Venting Atmospheric and Low-Pressure Storage Tanks”

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API 650. Welded Steel Tanks for Oil Storage

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ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section I “Power Boilers”.

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ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section VIII, “Pressure Vessels”, Division 1.

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ASME B31.1 ” Power Piping”.

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ASME B31.3 “Process Piping”.

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ASME B31.4 “Pipeline Transportation Systems for Liquid Hydrocarbons and Other Liquids”

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ASME B31.8 “Gas transmission and Distribution Piping System”

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NFPA 30. 1990. “Flammable and Combustible Liquids Code”.

A menos que sea especificado lo contrario, debe ser considerada la última edición del código o norma aplicable.


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6. CONDICIONES GENERALES No Aplica. 7. DESARROLLO 7.1. CRITERIOS PARA DETERMINAR LAS CONDICIONES DE DISEÑO Los equipos y sistemas de tubería deben estar diseñados mecánicamente para conservar su y resistir las combinaciones más desfavorables de presión y temperatura esperadas durante la puesta en marcha, operación normal y parada de emergencia o normal de los mismos. Cuando los equipos o parte de ellos están diseñados para diferentes procesos o tipos de fluidos, se deben determinar las condiciones mínimas y máximas de la combinación de cada uno de los procesos. Las condiciones más severas de operación determinarán los requerimientos de temperatura y pr esión y los niveles de diseño mecánico. Los equipos deben tener un margen de seguridad para condiciones anormales de operación, causadas por error en la instrumentación, operaciones erróneas, falla en servicios industriales, fuego, calentamiento de líquidos, condiciones de emergencia, etc. Los niveles de diseño mecánico pueden ser excedidos bajo condiciones anormales, para lo cual los equipos deben estar protegidos por dispositivos de relevo de pr esión. En casos donde la aplicación de estos dispositivos es imposible o impráctico, deben considerarse funciones instrumentadas de protección. A continuación se esbozan los criterios de diseño para caudal, presión y temperatura, los cuales serán ajustados a las condiciones propias de cada proyecto y serán avalados por el equipo de ingeniería del proyecto. En cualquier caso, prevalecen los criterios de seguridad sobre cualquier otro factor establecido 7.1.1. Caudal A menos que se especifique lo contrario, un margen de sobrediseño del 10% será aplicado al máximo caudal de operación para obtener el caudal de diseño empleado en el dimensionamiento de equipos y sistemas de tubería. Sin embargo, este margen de sobrediseño se calculará buscando alcanzar el criterio de dimensionamiento establecido (por ejemplo: velocidad o caída de presión) buscando el óptimo económico del proyecto. Para los sistemas de recolección y líneas de flujo de pozos, el margen de sobrediseño dependerá de los criterios de estandarización de cada campo, de los planes de desarrollo y del patrón de flujo deseado. Se prevén excepciones a este criterio de sobrediseño basado en la proyección de manejo de fluidos, limitaciones económicas del proyecto y posibles ampliaciones futuras. Todas estas excepciones deberán ser definidas por el proyecto y avaladas por el ingeniero de proceso. Para unidades o plantas paquete se tendrá un turn-down de 50% como valor esperado. En caso de integración de unidades mediante sistemas de intercambio térmico o por operación en serie (por ejemplo la Unidad de Destilación Atmosférica seguida de la Unidad de Destilación a Vacío) el proyecto deberá definir el mínimo nivel de operación estable en la planta.


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7.1.2. Presión La definición de las presiones de operación, máxima y de diseño es competencia del ingeniero de proceso y atenderá a criterios de seguridad y operatividad de los sistemas. La presión de operación es la que prevalece dentro del equipo y tubería durante la operación normal del sistema. La presión máxima de operación es la presión más alta esperada en el proceso y está basada en consideraciones de variaciones debido al cambio en la presión de vapor, cabeza estática, caída de presión del sistema, presión de shutoff de la bomba o compresor, temperatura ambiente, golpe de ariete, etc. Si el margen de control no es suficiente en la puesta en marcha, parada u otras operaciones específicas incluyendo casos de falla, se debe especificar una presión máxima de operación más elevada. La razón de este incremento debe ser aclarado en los documentos pertinentes La presión de diseño es la máxima presión establecida en el equipo en operación que se usa como base para determinar el espesor mínimo del equipo a la temperatura de diseño, a menos que se especifique la presión de diseño como la presión en la cima de una vasija. La presión de diseño es inicialmente seleccionada por el ingeniero de procesos y determinada en conjunto con el ingeniero mecánico. Cuando la presión de diseño se relaciona con la presión de cima del equipo, para las otras partes o elementos del equipo el diseñador debe establecer la caída de presión máxima que causa el flujo a través de equipo, más la cabeza estática del fluido. Para el almacenamiento de GLP presionado, se deberá definir la presión de diseño teniendo en cuenta que la pr esión máxima de operación es igual a la presión de vapor obtenida a la temperatura máxima de operación (incluyendo casos de falla) y evaluando la composición. Para sistemas de transporte (ductos y estaciones asociadas) se deberá tener en cuenta la cabeza estática y dinámica del sistema para la determinación de la presión de diseño. Para determinar la presión de diseño de equipos que manipulan polvos explosivos, se debe buscar consejo de un especialista. Para aceptar variaciones ocasionales en los niveles de diseño de presión y/o temperatura de los sistemas de tubería se hace referencia al ASME B31.1, ASME B31.3, ASME B31.4 y ASME B31.8. Sin embargo, los sistemas de tubería deben cumplir por lo menos con las condiciones de diseño del equipo al cual está conectado. Se deben estudiar las aplicaciones de presión de diseño que son apreciablemente más elevadas que las que se especifican en los puntos anteriores ya que pueden reducir los costos globales generando un diseño “ intrínsecamente seguro” o “full rating”, el cual elimine la necesidad de dotar de sistemas de protección por sobrepresión y redes de venteo o quema de alivios. 7.1.2.1. Sistemas de Vapor y Vapor-Líquido Protegidos por Discos de Ruptura Para equipos protegidos por discos de ruptura, se requiere un margen adecuado entre la máxima presión de operación y la presión mínima de ruptura especificada. (Para el diseño y selección de los discos de ruptura ver información en el ítem 4.5 de este documento).Su uso está limitado a situaciones especiales. Los discos de ruptura pueden ser muy útiles en diseños donde la descarga rápida de fluidos es deseable. Para evitar una falla temprana debido a efectos de corrosión, movimientos pequeños y fatiga, un intervalo amplio se debe permitir entre la presión de operación máxima y la presión de diseño de la vasija.


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7.1.2.2. Sistemas de Vapor y Vapor-Líquido Protegidos con Válvulas de Seguridad (Alivio) Para los sistemas llenos de fluidos diferentes a líquidos con relevo de vapor a una tea (flare), común o un sistema de venteo, la presión de diseño es determinada normalmente de la máxima presión de operación con las siguientes reglas: Tabla 1. Selección de la presión de Diseño para sistemas protegidos con válvulas de Seguridad Presión máxima de operación (psig) >15 ≤250 >250 ≤2000 > 2000

Presión de Diseño (psig) Opción A 110% Presión máxima de operación 110% Presión máxima de operación 105% Presión máxima de operación

Opción B Presión de operación + 15 psig ó 50.0 psig, la que resulte mayor

Los equipos que son parte de un sistema de presión protegido por una válvula de alivio que descarga en una tea (flare) o el sistema de venteo combinado, tendrá una presión de diseño de por lo menos 50.0 psig. Cuando la presión de diseño es de 110% la presión máxima de operación, es substancialmente más costosa que una presión de diseño de 105%, la última puede aceptarse si la válvula de alivio que se usa es ajustada con precisión a la presión. Esto es sujeto a aprobaciones del Líder de Ingeniería. Para la determinación del margen entre la máxima presión de operación y la presión de diseño, tener en cuenta las funciones de protección instrumentadas de alta presión aplicadas para prevenir la apertura de las válvulas de relevo. Debe permitirse un margen suficiente con respecto a la presión máxima de operación, con el fin de evitar la operación anticipada o escapes del dispositivo de alivio de presión. Una presión de diseño más alta permite presiones de relevo más altas resultando en dispositivos de alivio de presión más pequeños. Además, las presiones de relevo más altas habilitan contrapresiones ajustadas haciendo sistemas de alivio más pequeños. Para reactores o equipos en los cuales pueda ocurrir una reacción indeseable por error en la operación, generalmente se fija una presión superior en la válvula de alivio produciendo una rata de alivio más alta. La proporción de alivio puede ser exponencial, considerando que el aumento de la capacidad de dispositivo de alivio sólo es proporcional al aumento de presión. Para reacciones discontinuas podría seleccionarse la presión de diseño tal que, en caso incontrolado, todos los productos de la reacción son contenidos sin exceder los límites de presión permitidos aceptados por el Líder de Ingeniería. En tal caso la condición de alivio incontrolada puede ignorarse para el dimensionamiento del sistema de alivio. En los equipos y tubería al lado de la descarga de los compresores y bombas de desplazamiento positivo, la presión de diseño debe ser suficientemente alta, con el fin de prevenir la apertura de los dispositivos de relevo de presión debido a las fluctuaciones de presión. La presión de diseño de la succión del compresor centrífugo y de sistemas de etapas intermedias, debe ser lo suficientemente alta para prevenir la apertura de las válvulas de alivio de presión durante la ecualización después de que el compresor ha fallado. Si un sistema presionado contiene una o más válvulas que aseguran el no-retorno, se protegerá a la presión de diseño aguas abajo de esas válvulas. Sin embargo, si la válvula de no-retorno se localiza en un área de fuego, se deberá especificar para servicio resistente a fuego para garantizar una apertura entre las dos secciones durante el evento. En un sistema presionado solo mediante este medio, la parte aguas arriba será ECP-CNE-G-GEN-FT-001

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protegido por el dispositivo de alivio en la parte del sistema aguas abajo. En otros casos, el sistema de presión necesita ser dividido en por lo menos dos sub-sistemas, cada uno con su propio dispositivo de alivio. La presión de diseño para equipos multi-etapa o multi-compartimiento, no tendrá en cuenta la falla estructural de las paredes de separación, excepto para los tubos de los intercambiadores de calor. 7.1.2.3. Sistemas Totalmente Líquidos Los sistemas líquidos deben diseñarse para resistir la presión de shut-off, si ellos pueden ser sellados mientras las bombas de cargas continúan en operación. La presión de shut-off es la presión de descarga de la bomba centrífuga con la presión máxima de succión y cerr ada la descarga del sistema. La presión de shut-off se determina por la siguiente ecuación: P shut off = SP+ PHS+ PDO + PHD SP = Presión de set del dispositivo de alivio de presión en el sistema de succión de la bomba. (Nota 1). PHS = Presión hidrostática del líquido sobre la succión de la bomba. (Nota 1 y 2). PDO = Presión diferencial de la bomba a condición de flujo cero, a máxima velocidad de la bomba y a la más alta densidad según el diseño de proceso.(Nota 3). PHD = Presión hidrostática del líquido en la descarga de la bomba. Notas: −

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En el caso que la condición de presión de shut-off y la de alivio tengan una causa común, la presión de relevo debe tomar este valor (shut-off) para la presión de set. Se debe considerar que al diseñar sistemas que no son totalmente líquidos, estos podrían llenarse completamente en un periodo corto de tiempo, debido a bajos volúmenes de vapor o a altos caudales bombeados. Para bombas impulsadas por turbina de vapor y las impulsadas por motor eléctrico de velocidad variable, la velocidad máxima posible de arrancada y durante la operación, se deberá evaluar cuidadosamente ya que puede influir considerablemente en la presión de diseño. Diferencias mayores de 25% entre la cabeza diferencial a la velocidad de operación normal y a la velocidad máxima de operación no son extrañas.

Cada caso se debe estudiar individualmente y estar de acuerdo a los requerimientos del Líder de Ingeniería. Como guía, la acción del operador puede asumirse en 30 minutos después de una advertencia de sobrellenado. Vea el API RP 521. Para determinar la presión de diseño del lado de baja presión de los intercambiadores de calor se debe considerar la regla de los “diez-treceavos” de acuerdo con el ASME. Lo cual significa que la presión de diseño del lado de baja presión debe ser mayor o igual a 10/13 de la presión de diseño del lado de alta presión. Los intercambiadores de calor con servicio de vapor deben estar diseñador para vacío total en el compartimiento de vapor. La Presión de diseño mínima es la presión de diseño externa o presión sub-atmosférica en el tope del equipo en operación. Esta es usada para determinar el espesor mínimo de las partes del equipo a la temperatura de diseño. Para vapores con punto del rocío a presión atmosférica de 32ºF (0ºC) incluyendo vapor de agua, o superiores, se debe verificar ya que el equipo puede desarrollar vacío si falla la entrada de calor al equipo o se presenta condensación del fluido. Los equipos deben estar diseñados para vacío total si pueden someterse a presión subatmosférica. La selección para el diseño del equipo con una sobrepresión externa más baja o instalarse un dispositivo rompe vacío requieren la aprobación del Líder de Ingeniería. Si la presión disminuye por debajo de la presión atmosférica debido a falla de servicios industriales, falla en instrumentos, disminución en la carga, operación ECP-CNE-G-GEN-FT-001

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inadecuada, situaciones de bloqueo u otras razones, la presión mínima deber estar especificada en los documentos de diseño mecánico. Operaciones que podrían generar vacío como “steamout” o de drenajes, no necesitan ser considerados, ya que deben estar cubiertas por procedimientos adecuados de operación. En caso de salida de fluido por un sistema de drenaje o bombeo, se deberán proveer las protecciones por generación de vacío o se deberá diseñar para esta condición. La Presión de trabajo máxima permitida (MAWP) es la presión máxima permisible en los equipos y sistemas de tubería en operación y a la temperatura de diseño. En diseños nuevos, la MAWP es igual a la presión de diseño. En equipos existentes la MAWP a veces es re-calculada para permitir una presión de operación más alta como resultado de modificaciones del proceso. 7.1.2.4. Temperatura de Diseño •

Temperatura de operación

Es la temperatura que prevalece dentro del equipo y la tubería durante operación normal y es determinada por el ingeniero de procesos. La temperatura puede variar al caso de operación normal durante la puesta en marcha, parada, secado, regeneración, decoquizado con vapor-aire, calentamiento a máxima temperatura ambiente, ensuciamiento de intercambiadores de calor, falla en el medio de enfriamiento, by-passing del intercambiador de calor, etc. Estas temperaturas podrían especificarse y utilizarse como temperatura de operación, temperatura máxima de operación o temperatura de diseño de emergencia, las cuales se deben considerar individualmente y la razón de la especificación deberá aclararse en los documentos relacionados. •

Temperatura máxima de operación

Es la temperatura más alta la cual provee suficiente flexibilidad de control a la operación está determinada por el ingeniero de procesos en conjunto con el ingeniero de control de procesos. En muchos casos no se requiere esta flexibilidad, por lo tanto la temperatura máxima de operación es igual a la temperatura de operación. Para almacenamiento de GLP presurizado la temperatura máxima de operación, es la temperatura máxima de recibo en el almacenamiento o la temperatura evaluada al clima pertinente, cualquiera que sea más alta. Notas: −

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La temperatura escogida, en conjunto con la presión para determinar el espesor de la pared puede ser diferente a la temperatura asumida para la selección del material. La temperatura máxima de operación es usada como base para la selección de materiales con respecto a la corrosión permitida y/o degradación del material. Cualquier cambio propuesto en la temperatura máxima de operación será evaluada para evaluar la calidad prolongada del material.

Temperatura de diseño

Es la temperatura más alta a la cual el equipo puede estar expuesto a la más alta y/o más baja presión de diseño (condiciones más severas), la cual inicialmente es seleccionada por el ingeniero de procesos y finalmente determinada en conjunto con el ingeniero mecánico. La temperatura de diseño está por encima de la temperatura de operación y no debe ser más baja que la temperatura máxima de operación. Para el almacenamiento de GLP presurizado, la temperatura de diseño es igual a la temperatura de ebullición correspondiente a la presión de diseño y evaluada con la composición del GLP. ECP-CNE-G-GEN-FT-001

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La temperatura de diseño es usada para el diseño mecánico de los equipos y tubería. En casos excepcionales, por ejemplo, donde sea requerido un material de aleación más alta por oxidación o arrastre, se puede seleccionar una temperatura de diseño 9ºF (5ºC) mayor a la temperatura de operación. Notas: El diseño mecánico está basado normalmente en cortos tiempos de corrosión y/o efectos de degradación del material. En esto casos, aunque la resistencia del material es suficiente a la temperatura de diseño, puede que no lo sea para operaciones prolongadas. Por lo tanto, cualquier cambio propuesto en la temperatura máxima de operación debe ser evaluado para confirmar la capacidad del material. Equipos y tubería sujetos a “steamout”, deben contemplar esta temperatura en las especificaciones de diseño, con un valor de diseño al menos de 302ºF (150ºC) que es la temperatura de condensación típica del “steamout”. Para tubos en equipos calientes, la temperatura de diseño es determinada por las reglas especificadas anteriormente o por la temperatura máxima calculada de piel del tubo, cualquiera que sea más alta. −

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Temperatura mínima de diseño

Es la temperatura más baja a la cual el equipo puede estar sometido a la presión de diseño, la cual es seleccionada por el ingeniero de proceso y finalmente determinada por el ingeniero mecánico. Los materiales de construcción se deben seleccionar para prevenir la fractura bajo condiciones de puesta en marcha, parada, despresurización u otras operaciones. En relación con recipientes aislados externamente, la temperatura inferior de diseño debe considerar la temperatura mínima del fluido contenido en el recipiente a la condición de operación. En el caso de recipientes no aislados debe considerarse las condiciones de operación y del ambiente durante las operaciones de “shutdown”. Tabla 2. Parámetros para selección de la temperatura de Diseño Caso Temperatura menor a la temperatura ambiente Temperatura de operación mayor a la temperatura ambiente, sin entrada de calor. Temperatura para plantas de gas, almacenamiento presurizado de productos, secado de gas, almacenamiento de propano. Temperatura de operación menor o igual a 120ºF a presión reducida.

Temperatura de Diseño ≤ 120ºF Consideraciones Temperatura de diseño basa en la temperatura mínima de operación. Temperatura mínima de diseño del material es igual a la temperatura ambiente mínima promedio o según aprobación del Líder de Ingeniería, la cual debe ser registrada en los documentos respectivos. Nota: Si existe entrada de calor y la temperatura es mayor a 120ºF no es necesario establecer la temperatura mínima del material. La temperatura mínima de diseño del material es igual a la temperatura ambiente mínima promedio. Esto debe estar incluido en las especificaciones (o como se especificó anteriormente para el GLP). La auto-refrigeración ha sido eliminada como criterio de diseño por el diseñador. La temperatura de diseño mínima del material es igual a la temperatura de equilibrio a una presión igual al 20% de la presión de diseño o la temperatura producto de la autorefrigeración.

Temperatura de diseño > 120ºF Temperaturas de operación hasta de 850ºF: Normalmente la temperatura de diseño se establece adicionando 50ºF a la temperatura de operación. Temperaturas > 850ºF: A estas temperaturas el estrés permitido decrece y los costos se aumentan notoriamente. Por lo tanto se debería considerar aislamiento interno o equipos con aceros especiales. Vasijas Presionadas La temperatura de diseño del material para las vasijas que son aisladas internamente Aislamiento: se fija a 650ºF normalmente. El aislamiento reduce la temperatura del casco a ECP-CNE-G-GEN-FT-001

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Caso

Servicios Cíclicos:

Otros Gradientes de Temperatura:

Tubería Para tuberías externamente aislados: Para tuberías sin aislante externo y sin recubrimiento interno (unlined): Para tubería con recubrimiento interno (lined) y aislamiento externo: •


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Temperatura de Diseño ≤ 120ºF Consideraciones aproximadamente 250-400ºF dependiendo de la temperatura del proceso, condiciones ambientales y aislamiento. Pueden existir puntos calientes debido al flujo de gas caliente a través del revestimiento de refractario como resultado de la caída de presión del lecho de catalizador o al deterioro del refractario, por consiguiente la temperatura de diseño del material se especifica a 650ºF para mantener al contingencia de puntos calientes. Los servicios cíclicos requieren de consideración especial ya que en cada uno de ellos las condiciones de arrancada y parada pueden ser diferentes. Estas oscilaciones de temperatura y presión no son significantes si son menos del 20% de las condiciones de diseño. Si las variaciones de temperatura son de ± 150ºF en un intervalo de tiempo de un minuto o menores, ésta temperatura puede ser muy importante como criterio de diseño para la vida útil del equipo. Vasijas en las que se presentan gradientes de temperatura muy grandes como resultado de cambios rápidos de temperatura, son clasificadas como servicio crítico y tiene consideraciones especiales. Normalmente se proporcionan medios de despresurización manuales con apoyo automático para reducir la presión cuando aumenta la temperatura, lo cual involucra un estudio del sistema con los cálculos respectivos de la transferencia de calor para establecer la temperatura de diseño del metal. La temperatura de diseño del material normalmente se establece adicionando 50ºF a la temperatura de operación La temperatura de diseño de material puede utilizara dos criterios: 1) adicionando 50ºF a la temperatura de operación 2) aplicar la temperatura máxima del fluido, reducida por los s iguientes porcentajes: • Tubos y accesorios soldados y válvulas s oldadas = 5% • Válvulas y accesorios bridados = 10% • Bridas = 10% La temperatura de diseño del material de cada accesorio debe estar basada en experiencias pasadas o calcular la temperatura.

Temperatura de emergencia de diseño

Es la máxima temperatura que puede alcanzarse de imprevisto, excepto por condiciones de emergencia externas de fuego. Temperaturas resultado de reacciones incontrolables o por descomposición térmica de materiales inestables, debe consultase con el Líder de Ingeniería. Las condiciones de emergencia deberán asumirse para que prevalezca sólo en el tiempo requerido para corregir la situación. Estas condiciones deben tenerse en cuenta en la selección de materiales (corrosión y/o degradación) y en el diseño mecánico, reconociendo que estas condiciones prevalecen por un período limitado de tiempo y no indefinidamente. El tiempo de duración de la emergencia para la selección del material y sus condiciones limitantes, deben ser acordadas con el Líder de Ingeniería. 7.2. CRITERIOS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE LÍNEAS DE PROCESO. Cuando se escoge un tamaño de línea, es necesario considerar tanto la caída de presión como la velocidad del flujo. La tubería debe ser dimensionada con base en el caso más representativo, determinado a partir de un análisis de los flujos, presiones y temperaturas en todos los posibles casos de operación. ECP-CNE-G-GEN-FT-001

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El diámetro de una línea también debe ser dimensionado para una velocidad mínima y una máxima permitida. El fluido debe mantenerse bajo determinada velocidad para prevenir problemas como erosión, ruido y golpes hidráulicos; por otro lado, el fluido también debe mantenerse por encima de cierta velocidad para minimizar la posibilidad de “slugs”, y en algunos casos para evitar la deposición de partículas sólidas. A continuación se presentan una serie de criterios de dimensionamiento para líneas de proceso, los cuales deben interpretarse sólo como una guía debido a que la selección final de un diámetro de línea depende fundamentalmente de las condiciones particulares del fluido a transportar y de las características del proceso y del sitio: −

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El principal criterio para el dimensionamiento de líneas será la caída de presión, expresada en psi por cada 100 ft de longitud equivalente de la línea ( ΔP/100 ft). En algunos casos, la velocidad expresada en pies por minuto (ft/s), será un factor importante a tener en cuenta. El dimensionamiento de líneas se basará en las condiciones de flujo y presión normales contempladas en el diseño del proceso. Sin embargo, se deben tener en cuenta las condiciones de flujo máximo, de diseño, de arrancada, apagada, etc., que puedan tener una influencia significativa en el perfil de presiones de la planta. Es recomendable realizar un diagrama del sistema con el fin de visualizar el perfil de presión de este, y a su vez, identificar los posibles efectos de la cabeza estática sobre las consideraciones de presión contempladas en el dimensionamiento de la línea. Las propiedades adicionales usadas en el dimensionamiento de líneas serán la gravedad específica, densidad de vapor y volumen específico de vapor. La gravedad específica normalmente se refiere a líquidos, y es un número adimensional determinado por la relación de la densidad del líquido a la temperatura del fluido con la densidad del agua a la temperatura de su máxima densidad. La densidad de vapor se expresará en lb/ft3. El volumen específico de vapor se expresará en ft3/lb. En ciertos problemas de dimensionamiento de líneas, tales como líneas de transferencia de hornos de vacío y tubería de sistemas de alivio de presión, se deben tener en cuenta las limitaciones ocasionadas por la velocidad sónica. En una tubería de diámetro constante, un fluido compresible no puede moverse más rápido que la velocidad del sonido en ese fluido. Esta velocidad, para un valor típico de Cp/Cv de 1.1, es igual a: 233.33*(Temperatura (°R)/Peso Molecular) 0.5

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La velocidad sónica se expresa en ft/s y es proporcional a (Cp/Cv)0.5/ 60. La limitación de la velocidad sónica puede superarse fácilmente, resultando en un ΔP calculado menor que el existente. Cuando se excede la velocidad sónica en una tubería, la presión aguas abajo en la línea se incrementará hasta que la densidad incrementada permita que el flujo alcance exactamente la velocidad sónica. Este incremento de presión aguas abajo podría entonces ser usado en un cálculo de ΔP total en lugar de utilizar una presión un poco más baja en un recipiente conectado a la línea. Si el volumen específico del vapor cambia significativamente en la línea debido al ΔP, se requiere realizar ciertas correcciones al cálculo del ΔP. Como regla general, si el ΔP para una longitud conocida de tubería es menor al 10% de la presión absoluta aguas arriba, para el cálculo del ΔP puede utilizarse o el volumen específico de la condición aguas arriba o el volumen específico de la condición aguas abajo. Si el ΔP se encuentra entre el 10% y el 40% de la presión aguas arriba, utilice el volumen específico promedio. Si el ΔP total es superior al 40% de la presión aguas arriba, divida la línea en secciones para los propósitos de cálculo. Para montajes en bancos de tubería y en montajes entre soportes y por consideraciones de resistencia, las buenas prácticas limitan el diámetro nominal de la línea a 2”.


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Se recomienda que los diámetros de tubería tales como 1¼, 2½, 3½, 5, 7 pulgadas y otros de difícil consecución comercial normalmente serán evitados, con el fin de reducir los problemas de construcción y de compras y reduciendo los requerimientos de inventarios. Las especificaciones de tubería estarán determinadas por las clases de tubería de Ecopetrol S.A. Las tuberías tienen un diámetro exterior constante. Por lo tanto cuando el espesor de la pared se incrementa, el área de flujo se reduce. Este aspecto debe ser tenido en cuenta cuando se trabaje con sistemas de tubería a alta presión o cuando se requieran altos valores de tolerancia a la corrosión. Cuando se considere el espesor de la pared de la tubería para requerimientos de presión o tolerancia a la corrosión, se debe tener en cuenta que la tolerancia de espesor de tubería es ±12.5% en tuberías de hasta 24” sin costuras. La tolerancia del espesor de tubería es normalmente reducida a ±0.01” para tuberías soldadas y de diámetros mayores a 24” cuando estas son fabricadas de láminas enrolladas. El diagrama 1 del anexo A es utilizado para el dimensionamiento de líneas para fluidos líquidos. Inicialmente se define sobre la abscisa el flujo en c uestión y se traza una línea vertical, seleccionando el diámetro apropiado de la línea que satisfaga los criterios de caída de presión y velocidad definidos. Para los diámetros de tubería más pequeños, este diagrama contiene líneas separadas para diferentes “Schedule” o cédulas y espesores de pared de tubería. La caída de presión determinada en el diagrama puede ser multiplicada por la gravedad específica del fluido para determinar el ΔP en PSI. El diagrama está basado en un líquido de cuya viscosidad cinemática es de 0.6 centistokes. Para fluidos mas viscosos, el ΔP del diagrama debe ser multiplicado por el factor de corrección (µ/0.6)0.2, donde µ está dado en centistokes. Este factor aplica únicamente para flujo turbulento (Número de Reynolds mayor a 2000). Los diagramas 2, 3 y 4 ubicados en el anexo A son utilizados para el dimensionamiento de líneas de vapor. El y la velocidad determinados en el diagrama deben ser multiplicados por el volumen específico para determinar el ΔP y la velocidad corregida.

ΔP

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Para cálculos de ΔP que involucran flujos en 2 fases, se utiliza el diagrama 5 del anexo A. Este diagrama está basado en un método desarrollado para flujo horizontal. Sin embargo prácticamente todas las aplicaciones de flujo en dos fases encontradas en las tuberías de proceso o en líneas de flujo de pozos se encuentran en regímenes de flujo de alta velocidad tales como anular, spray o espuma. Por lo tanto, se asume que los ΔP por fricción y el tipo de régimen de flujo no se ven muy afectadas por la orientación de la tubería a estas velocidades. Cuando se diseñen líneas de flujo ascendente en dos fases, tales como alimentación de columnas, retornos de rehervidores y condensadores, la velocidad del fluido debe mantenerse lo suficientemente alta para prevenir el flujo bala. el diagrama 6 del anexo A puede ser usado para determinar la condición de flujo aproximada.

7.2.1. Casos Generales •

Alta Caída de Presión disponible (25 Psi o más disponibles para Fricción de Tubería dentro de Límites de Batería)

Criterio: Use lo requerido, sin exceder la caída de presión disponible. También tenga en cuenta las siguientes limitaciones, excepto para alivio de presión: −

100% Líquido

ΔP/100’ (psi)

= 7.0 máximo.

Velocidad (ft/s) = 11.7 máximo.

−

100% Vapor

ΔP/100’ (psi)

= 7.0 máximo.

Velocidad (ft/s) = 100/( ρv)0.25 máximo.

Vapor más líquido Notas: −


ΔP/100’ (psi) = 5.0

máximo. 21/56


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Versión 1

Permita altas caídas de presión en la tubería, pero tenga en cuenta la erosión, el ruido y la vaporización. Para materiales evaporables, utilice las condiciones aguas abajo para el cálculo de caída de presión.

Alimentación a una Columna −

−

Si la línea es la descarga de una bomba o se encuentra aguas abajo de la descarga de una bomba, aplique los criterios Descargas de bomba los cuales se explican en el numeral 4.3.2.1 de esta documento, excepto para el caso de líquido 100%, donde el límite de velocidad máxima será de 8.33 ft/s. Sí la línea tiene alta caída de presión disponible (25 psi o mas disponibles para fricción de tubería), aplique los criterios para este caso explicados anteriormente en este documento, excepto para el caso de líquido 100%, donde el límite de velocidad máxima será de 8.33 ft/s.

−

Sí la línea es diferente a las indicadas anteriormente: ΔP/100’ (psi) = 3*100/(114+10*d) máximo.

−

Sí el flujo es 100% líquido, velocidad (ft/s) = 8.33 máximo.

−

Sí el flujo es 100% vapor, velocidad (ft/s) = 100/( ρv)0.5 máximo.

−

Si es flujo en dos fases, aplique los criterios para evitar flujo tapón. Si es imposible satisfacer tanto este criterio como el de caída de presión de este ítem, se plantea como solución tomar (y tener en cuenta) más caída de presión, o revisar las cantidades relativas de vapor y líquido para especificar más vapor.

7.2.2. Líneas para Líquidos Las siguientes tablas resumen los criterios de velocidad de flujo y caídas de presión máximas usados para el dimensionamiento de líneas de líquido de proceso. Tabla 3. Criterios de dimensionamiento de líneas para líquidos en general Servicio Todos Agua otros servicios Drenajes Flujo por Gravedad

Velocidad (ft/s) Mínima = 3 Promedio = 4 a 6.5 Máxima = 15 3a8 1.5 a 4 0.5 a 1.5

ΔP

(psi/100ft)

0.5 a 1.5 0.2 Máximo

Criterios de Ludwig, Arnold, API RP 14E, Kellogg y Rules of thumb for chemical engineers En sistemas con presencia de arena, se recomienda una velocidad mínima de 3 pies/segundo, para minimizar la deposición de arena en las líneas.


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7.2.3. Casos Especiales de Líneas de Líquidos •

Líquido en el punto de burbuja o a menos de 50 °F por debajo de este

Criterio: si no son fondos de la columna principal de una FCC o corrientes con contenido de sólidos similares ΔP/100’ (psi) = 0.20 máximo. Si la corriente son fondos de la columna principal de una FCC o similar a esta, se debe garantizar una velocidad de 3 ft/s a fin de evitar el depósito de sólidos. Si se excede el ΔP/100’ = 0.20 psi utilice un diámetro de tubería mayor que aun garantice la velocidad de 3 ft/s. Comentario: para líneas de diámetro de 3” y menores, una velocidad de 3 ft/s generará un ΔP/100’ que excede los 0.20 psi, lo cual puede ser permitido teniendo en cuenta el NPSH disponible. •

Líquido a 50 °F o más por debajo del punto de burbuja

Criterio: ΔP/100’ (psi) = 0.35 máximo. Comentario: tenga en cuenta la viscosidad cuando esta sea ≥2 centistokes, punto en el cual la caída de presión podría ser hasta un 27% mayor que la calculada usando una viscosidad de 0.6 centistokes; si se utiliza el diagrama 6 para el cálculo de la caída de presión. •

Descarga de bombas

A. Descarga de Bomba de Línea Sencilla Criterio: ΔP/100’ (psi) = 5 máximo. Velocidad (ft/s) = 11.7 máximo. Comentario: las líneas de descarga de bombas en acero al carbón están dimensionadas dentro de los límites de los criterios mencionados anteriormente, y además con una consideración económica de los costos del material de la tubería comparados con los costos de bombeo, dependiendo de si la línea de descarga de la bomba será considerada de bajo o alto nivel de presión. El bajo nivel de presión incluye líneas de descarga de bombas cuyas condiciones de diseño son 1400 psig y 150 °F (u otras combinaciones de presión y temperatura que requieran iguales o menores espesores de tubería y rating de bridas). Para líneas de descarga de bombas en este rango de temperatura y presión, el dimensionamiento óptimo esta dado por las curvas adicionadas al diagrama 1 para gravedades específicas desde 0.6 hasta 1.0. El nivel de alta presión incluye las combinaciones de presión y temperatura de diseño que requieran espesores de tubería y rating de bridas superiores a las mencionadas anteriormente. Debido a los altos costos de las tuberías de mayor espesor y a las bridas más robustas, las líneas de descarga de bombas de alta presión preferiblemente se dimensionan con criterios muy cercanos a los criterios mencionados arriba. Para tuberías de descarga de bombas fabricadas en aleaciones, preferiblemente se dimensionaran al límite de los criterios mencionados anteriormente o un poco por encima de estos, debido a los muy altos costos de estos materiales de aleaciones. Mientras el flujo permanezca en régimen turbulento, el dimensionamiento óptimo para una rata de flujo dado es prácticamente independiente de la viscosidad. Para flujo laminar, las curvas superiores del diagrama 1 no representan exactamente los diámetros óptimos, pero se sugiere que de todos modos sean usados para el dimensionamiento, prestando especial atención a la limitación de un ΔP máximo corregido por viscosidad de 5 psi/100’. Se asume que el flujo es laminar para números de Reynolds menores de 2000, y turbulento para valores ≥2000. El número de Reynolds puede ser determinado de la siguiente manera: ECP-CNE-G-GEN-FT-001

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Número de Reynolds = 3160*Q d*μ Donde Q = flujo en GPM d = diámetro interno en pulgadas μ = viscosidad en cSt B. Línea Aguas Abajo de la Descarga de una Bomba con Condiciones Diferentes a las de la Bomba Criterio: a. ΔP/100’ (psi) = 5 máximo. b. Si es 100% líquido, velocidad (ft/s) = 11.7 máximo. c. Si es 100% vapor, velocidad (ft/s) = 100/(ρv)0.5 a. ρv = densidad del fluido en lb/ft 3. d. Si se trata de la línea de transferencia de un horno, de un rehervidor u otro tipo de rehervidor con bombeo, y se desea minimizar la temperatura de salida del calentador, ΔP/100’ (psi) máximo = 2.5% de la presión absoluta del fondo de la columna. e. Si el material en la línea es un flujo de dos fases en dirección vertical ascendente, tales como alimentación a una columna o entrada a un horno de crudo, verifique las condiciones para evitar el flujo tapón. Si es imposible satisfacer este criterio (debido a un diámetro máximo permisible) al igual que las limitaciones a y b de este listado, se plantea como solución tomar (y tener en cuenta) más caída de presión, o revisar las cantidades relativas de vapor y líquido para especificar más vapor. Comentario: Las consideraciones económicas involucradas en el dimensionamiento de sistemas de tubería para descarga de bombas, en acero al carbón y altos y bajos niveles de presión, y los sistemas de tubería para descarga de bombas, en aleación de materiales, deben ser similares a los mencionados para la descarga de bombas de línea sencilla. C. Derivaciones desde la descarga de una bomba Criterio: Aplicar los criterios para Descargas de Bombas de líneas Sencilla Comentario: se debe terne en cuenta que la bomba debe satisfacer la caída de presión de todas y cada una de las derivaciones del sistema de descarga. Es posible que una derivación de baja capacidad pueda ser dimensionada para una alta caída de presión mientras las derivaciones de alta capacidad requieren una baja caída de presión. La bomba podría ser requerida para suministrar la suficiente presión de descarga que satisfaga la caída de presión de la derivación de baja capacidad, mientras las válvulas de control en las líneas de alta capacidad podrían manejar estas caídas de presión superiores a las deseadas en esta parte del sistema. •

Líquido a Rehervidores de Circulación Natural

Criterio: ΔP/100’ (psi) = 0.15 a 0.20. Comentario: Estos sistemas serán dimensionados en conjunto con la línea de retorno del mismo rehervidor. •

Retorno del Rehervidor a La Columna A. Tipo Kettle


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Criterio: ΔP/100’ (psi) = 0.20 máximo. B. Tipo termosifón o de un paso, circulación natural (no forzados o bombeados) o diferentes al Kettle Criterio: ΔP/100’ (psi) = 0.10 a 0.20 máximo. •

Línea Aguas Bajo del Condensador de Cima de una Columna A. Condensación Total Una Fase

Criterio: Ecuaciones limitantes: ΔP/100’ (psi) = 0.10*(p)

0.5

*100/(53.3+2.78*d) máximo. Velocidad (ft/s) = 3.33 máximo.

Use la mitad de la caída de presión limitante mencionada anteriormente para columnas donde la mínima presión es crítica. p = presión del sistema de recibo, psia. d = diámetro interior, pulgadas. Comentario: Se debe prestar especial atención a la línea aguas abajo del condensador si esta es parte de una ruta de alivio de presión. Esta situación se presenta cuando el alivio de presión se realiza mediante un venteo o alivio en el reservorio en lugar de hacerse mediante una válvula de alivio en la línea de vapores de cima o propiamente sobre la columna. La línea aguas abajo del condensador debe ser al menos tan larga como un venteo, y al menos un diámetro mayor que la entrada de cualquier válvula de alivio en el reservorio, cuya función es proteger la columna. Si se cuenta con varias válvulas de alivio cumpliendo con esta función en el reservorio, la línea aguas abajo del condensador debe ser al menos de un diámetro mayor que el diámetro cuya área de sección transversal interna sea igual a la suma de las áreas de entrada de las válvulas de alivio. B. Condensación Total, con Trazas de un Segundo Líquido Presente y un Arreglo de Tubería que podría permitir la acumulación de Bolsillos de la Fase del Segundo Líquido Criterio y comentario: Los condensadores de cima de las columnas muchas veces se encuentran ubicados a un nivel inferior del reservorio con el fin de proporcionar una caída de presión que permita operar un by pass de vapores calientes. En casos como este, una alta velocidad moderada se podría presentar en la línea aguas abajo del condensador (5.83 ft/s). Este es un aspecto importante en sistemas de cima de columnas donde trazas de un líquido más pesado, tal como agua o HF pueden llegar a acumularse en los puntos bajos de la línea aguas abajo del condensador. Velocidades más altas tienden a mantener la línea libre de bolsillos de líquido más pesado. No obstante, se deben tener en cuenta los comentarios para las lienas de condensación Total un sola fase para el análisis de las líneas aguas abajo del condensador cuando estas son parte de un sistema de alivio de presión. El conflicto entre la necesidad de una adecuada velocidad de líquido durante la operación normal y la necesidad de una baja caída de presión durante el alivio de presión puede influenciar el diseño del sistema de alivio. •

Línea de Transferencia del Horno de una Unidad de Vacio

El método de dimensionamiento consiste en: determinar la longitud equivalente de la línea. Determinar la presión de salida del horno, la cual muchas veces es aproximadamente 3 psia. Base los cálculos de dimensionamiento de la línea solamente sobre la porción de vapor del flujo, pero en los cálculos de caída de presión y velocidad utilice como diámetro el 98% del diámetro actual para tener en cuenta la presencia de líquido.


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Versión 1

Acatando la limitación por velocidad sónica y permitiendo los cambios de presión a lo largo de la longitud total de la línea, la línea dimensionada consume la caída de presión entre el calentador y la zona flash. Si se incrementa la presión al final de la línea aguas abajo debido a la limitación de la velocidad sónica, la boquilla a la entrada de la columna podría agrandarse hasta alcanzar la velocidad sónica o una velocidad menor en la boquilla al nivel de presión de la zona de flasheo. •

Líquido en su Punto de Burbuja hacia una Válvula de Control o una Trampa de Vapor

Criterio: ΔP/100’ (psi) = 0.5 a 1.5 máximo. Velocidad (ft/s) = 11.7 máximo. Comentario: Considere las elevaciones de la superficie del líquido y la válvula de control. Considere la longitud de la línea. La caída de presión debido a la fricción debe estar bien abajo del incremento de cabeza estática en presión debido a la menor elevación de la válvula de control, esto con el fin de evitar la vaporización antes de la válvula. •

Aceite Combustible a Hornos Tabla 4. Condiciones de Flujo para Aceite Combustible a Hornos Flujo (GPM) 0 – 5.9 6 – 19.9 20 – 34.9 35 – 100 101 - 300

Diámetro (pulgadas) Schedule 1 1½ 2 3 4

80 80 80 40 40

Comentario: Use tres volúmenes recirculados por un volumen quemado. Use una temperatura de fluido tal que garantice una viscosidad de 50 centistoke. La gravedad específica se encuentra alrededor de 0.9. Note que este es flujo laminar. Use los mismos criterios para líneas de retorno a tanques de almacenaje o sistemas de aceite combustible de refinería. •

Agua de Enfriamiento

Criterio: 0 – 650 GPM: ΔP/100’ (psi) = 1.3 psi máximo. 651 – 2800 GPM: Velocidad = 8.33 ft/s máximo. 2801 – 7000 GPM: Velocidad = 8.33 ft/s máximo. Más de 7000 GPM: 11.66 ft/s máximo. Comentario: El criterio de 1.3 psi/100’ esta basado en un ΔP/100’ obtenido mediante el diagrama 1. La caída de presión después de un largo periodo de operación puede llegar a ser hasta el doble. Si se utiliza un sistema de protección contra la corrosión de tipo fílmico, la máxima velocidad debe reducirse a un rango de 350 a 8.33 ft/s. •

Tubería Revestida de Mortero para Transporte de Agua

Criterio: Velocidad (ft/s) = 3 a 10 máximo.


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Comentario: el valor máximo de velocidad del criterio anterior puede ser permitido en sistemas de agua limpia (agua potable). Para el caso de agua cruda se recomienda no exceder una velocidad de 8 ft/s, ya que el material suspendido puede generar abrasión sobre el mortero. Debido a la disminución de diámetro que se presenta en los drenajes de los sistemas de agua construidos en este tipo de tubería, se presentan incrementos de velocidad, los cuales no deben exceder de 20 ft/s. El dimensionamiento de la línea debe garantizar que la caída de presión no sobrepase la caída de presión disponible del sistema. El cálculo de la caída de presión para una línea nueva se determina mediante la fórmula de Hazen-Williams: ΔP = L*[Q/(0.442*d

2.63

*c)]1.85

L = Longitud total de la línea, ft Q = Flujo de líquido, GPM d = Diámetro interno de la tubería, pulgadas c = Constante adimensional. Para líneas nuevas este valor es de 140. •

Consideración de Carga Estática.

Criterio: Velocidad (ft/s) = 6.66 máximo. Comentario: Cuando el hidrocarburo transportado es un material cuya presión de vapor es tal que forma una mezcla explosiva al mezclarse con el aire, se debe limitar la velocidad del fluido con el fin de minimizar la creación de carga estática. Esta consideración es particularmente importante cuando se manejan materiales tales como kerosene o jet hacia los tanques de almacenamiento. Para este mismo tipo de fluidos se recomienda carga inferior sumergida. Para otros fluidos como etileno y ácidos se deberá verificar el criterio de aislamiento y contención de derrames 7.2.4. Líneas para Gases y Vapores La siguiente tabla resume los criterios de velocidad de flujo y caídas de presión máximas usados para el dimensionamiento de líneas de gas de proceso: Tabla 5. Criterios de dimensionamiento de líneas para gases y vapores (Excluye líneas de venteo) Servicio Gases en general Gases con CO2 1 Gas seco Gas húmedo Salida rehervidor (mezcla liq/vap) Vapor a condensador Aire/Nitrógeno Gas combustible Líneas a vacío Líneas a vacío (<50mmHg)

Velocidad 2 (ft/s) Mínima = 10 a 15 Máxima = 60 a 80 Máxima = 50 100 60 15 a 30 15 a 80 100

ΔP

(psi/100ft) 0.5 0.5 0.5 0.5 0.1 a 0.5 0.1 a 1.0 0.1 a 1.0 0.02 a 0.3 5% de la presión absoluta

Criterios de Exxon, API RP 14E, Arnold, Ludwig y Rules of Thumb for Chemical Engineers ECP-CNE-G-GEN-FT-001

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Notas: −

−

−

La velocidad de los gases con contenido de dióxido de carbono y humedad no debe exceder 50 ft/s en donde sean usados inhibidores de corrosión. Para velocidades por encima de este límite el inhibidor pierde progresivamente su efectividad. Generalmente se recomienda evitar velocidades mayores de 60 ft/s para minimizar los problemas por ruido y corrosión en las tuberías. Para flujo continuo no se debe exceder la velocidad erosional. Para flujo intermitente donde no entra en consideración la caída de presión, la velocidad no debe exceder 100 ft/s.

7.2.5. Casos Especiales de Líneas de Gas o Vapor •

Retorno del Rehervidor a la Columna Tipo Circulación Natural (No Forzados o Bombeados)

Criterio: aplicar los criterios para las líneas de Agua Debajo de las descarga de una bomba con condiciones diferentes a las de la bomba. Comentario: el diámetro máximo permisible es de 30” nominal. Si el diámetro calculado es superior a este número, divida el flujo a la mitad y dimensione para este flujo reducido. Para rehervidores de tipo diferente al Kettle (Flujo en dos fases) se debe verificar que en la línea no se presente flujo tapón. Si se presenta esta condición de flujo se plantea como solución tomar (y tener en cuenta) más caída de presión, o revisar las cantidades relativas de vapor y líquido para especificar más vapor. •

Vapor de Cima de una Columna A. Vapor de cima de la columna principal de una FCC Criterio: ΔP/100’ (psi) = 0.10 máximo. B. Vapor de Cima de una Columna de Vacío

El método de dimensionamiento consiste en: determinar la longitud equivalente de la línea. El dimensionamiento de la línea debe ser tal que la caída de presión sobre la longitud total de la línea no sea mayor que el 7% de la presión absoluta de la zona de flasheo, limitado a presiones de la zona de flasheo ≥35 mm Hg. C. Para todas las Líneas de Vapor Diferentes a las Mencionadas en los ítems a) y b). Criterio: Ecuaciones limitantes: ΔP/100’ (psi) = 0.20*(p)

0.5

*100/(160+8.34*d) máximo.

Velocidad (ft/s) = 100/(( ρv)0.5 máximo. Se debe usar la mitad de la caída de presión calculada para columnas donde la presión mínima es crítica. p = presión del sistema de recibo, psia. d = diámetro interior, pulgadas.0 3 ρv = densidad del flujo de vapor de cima, lb/ft . Comentario: El dimensionamiento planteado esta basado en una aproximación a la optimización económica dentro de las limitaciones de caída de presión y velocidad fijadas. Estas ecuaciones han sido desarrolladas para tuberías de ECP-CNE-G-GEN-FT-001

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acero al carbón. Las líneas de vapor de cima en aleación de metales deben ser dimensionadas muy en el límite de los criterios debido a los muy altos costos del material, pero manteniendo los cr iterios dentro de las ecuaciones limitantes. •

By Pass de Vapor Caliente en Columnas

Criterio: ΔP/100’ (psi) = 0.5 máximo. Comentario: Para determinar la cantidad de vapor a través del by pass de vapor caliente, se debe utilizar la fórmula: W = [(mol/h)1 + 0.06*(mol/h)2]*[M2] W = vapor en el by pass, lb/h (mol/h)1 = moles normales/h de gas neto (mol/h)2 = moles normales/h brutas de vapores de cima de la columna M2 = peso molar de los vapores brutos de cima •

Succión de Compresores A. Compresor Reciprocante Criterio: ΔP/100’ (psi) = 0.043*(p)0.5 máximo. ΔP/100’ (psi) = 1.0 máximo. Velocidad (ft/s) = 33.33*(28.8/PM) 0.5 máximo. p = presión de la línea, psia PM = peso molecular del gas

Comentario: La línea está definida como si se encontrara entre un tambor de succión (o una vasija que opere como un tambor de succión) y el compresor. Las líneas de entrada a los cilindros individuales también deben ser dimensionadas de acuerdo al criterio mencionado anteriormente. B. Compresor Centrífugo Criterio: ΔP/100’ (psi) = 0.043*(p)0.5 máximo. ΔP/100’ (psi) = 1.0 máximo. Velocidad (ft/s) = 59/(ρv)0.25 máximo. p = presión de la línea, psia 3 ρv = densidad del gas, lb/ft Comentario: La línea está definida como si se encontrara entre un tambor de succión (o una vasija que opere como un tambor de succión) y el compresor. •

Descarga de Compresores A. Compresor Reciprocante

Criterio: ΔP/100’ (psi) = 0.043*(p)0.5 máximo. ΔP/100’ (psi) = 1.0 máximo. Velocidad (ft/s) = 50*(28.8/PM) 0.5 máximo. p = presión de la línea, psia PM = peso molecular del gas ECP-CNE-G-GEN-FT-001

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Comentario: La línea está definida como si se encontrara entre el compresor y la unión con una línea de transporte de otros fluidos, un enfriador o una vasija. Las líneas de salida de los cilindros individuales también deben ser dimensionadas de acuerdo al criterio mencionado anteriormente. B.

Compresor centrífugo.

Criterio: ΔP/100’ (psi) = 0.043*(p)0.5 máximo. ΔP/100’ (psi) = 1.0 máximo. Velocidad (ft/s) = 100/(ρv)0.25 máximo. p = presión de la línea, psia 3 ρv = densidad del gas, lb/ft Comentario: La línea está definida como si se encontrara entre el compresor y la unión con una línea de transporte de otros fluidos, un enfriador o una vasija. •

Vapor de Agua

Criterios y comentarios: −

Saturado, a menos de 30 psig: ΔP/100’ (psi) = 1.1 máximo.

Velocidad (ft/s) = 66.7 a 100 máximo. Valores mayores a estos son permisibles cuando se cuenta con altas caídas de presión disponibles, pero se debe tener en cuenta que la velocidad no puede sobrepasar de 166.7 ft/s. −

Saturado o sobrecalentado, de 30 a 150 psig: ΔP/100’ (psi) = 0.02*p máximo.

Velocidad (ft/s) = 100 a 166.7 máximo. p = presión, psia −

Sobrecalentado, de 150 psig en adelante: ΔP/100’ (psi) = 0.012*p máximo.

Velocidad (ft/s) = 108.33 a 250 máximo. p = presión, psia •

Línea de Vapor Exhosto de Turbina de Condensación

El método de dimensionamiento consiste en: determinar la longitud equivalente de la línea. Por conveniencia los cálculos deben basarse en el peso total del flujo desde la turbina como si este tuviera una calidad de vapor del 100%. La presión de operación del exhosto de la turbina y la entrada al condensador deben ser conocidas. La línea dimensionada consume la diferencia de presión entre la turbina y el condensador, teniendo en cuenta el siguiente criterio de velocidad:


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Velocidad (ft/s) = 20/(ρv)0.5 máximo. ρv = densidad del flujo de vapor a •

la entrada del condensador, lb/ft 3

Gas de Reposición a un Proceso con Consumo de Hidrógeno

Criterio: ΔP/100’ (psi) = 1.0 máximo. Velocidad (ft/s) = 100/( ρv)0.5 máximo. ρv = densidad del flujo de gas, lb/ft

3

Comentario: Considere la longitud de la línea. Tome la caída de presión más pequeña para líneas largas. •

Gas Combustible a Hornos A.

Antes de la Válvula de Control.

ΔP/100’ (psi) = 0.05*p máximo.

p = presión manométrica antes de la válvula. B.

Después de la Válvula de Control


p = presión manométrica después de la válvula. Si no se conoce la presión, pueden usarse los siguientes valores estándar:

−

Para gas con LHV de 500 BTU/SCF o más: 10 psig. Para gas con LHV menor de 500 BTU/SCF: 20 psig.

C.

Cabezal

−


p = presión manométrica antes de la válvula. Aplican los criterios aplicados para del ítem A, excepto que p corresponde a la presión manométrica en el cabezal Comentario: La cantidad de gas puede calcularse de la especificación de proceso de carga térmica del horno usando una eficiencia y un poder calorífico del gas adecuados. Si más de una corriente de proceso es calentada en el mismo horno, se debe realizar una determinación cuidadosa de la cantidad de calor entregada por cada set de quemadores. •

Vapor de Atomización a Hornos y Calderas

Criterio: Usar los criterios para sistemas de vapor. Comentario: Use de 3 a 4 libras de vapor por galón de aceite combustible quemado. Si se cuenta con válvula, use una presión máxima de 75 psig después de esta.


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Tubería de Aire de Instrumentos

•

Criterio: Los cabezales principales de suministro de aire deben ser de 1½” o mayores. Para el dimensionamiento de derivaciones del cabezal: Número de tomas Diámetro (pulgadas)

1-5 ½

6 - 10 ¾

11 - 15 1

16 – 20 1½

7.2.6. Líneas Flujo Multifasico Las altas velocidades en líneas que manejan dos fases pueden causar un desgaste acelerado por erosión. La velocidad para la cual la erosión se convierte en un factor importante puede ser calculada con los lineamientos de la API RP 14E.

Ve

C =

δ m

1

2

= Velocidad erosional ft/s. 3 δ m = Densidad de la mezcla, lb/ft

Ve

Para tuberías de acero al carbón, los valores sugeridos de C, se muestran en ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia..

Tabla 6 Valores sugeridos de la constante C de la ecuación de velocidad erosiva, para tubería de acero al carbón. SERVICIO CONTINU NO O CONTINUO •

•

FLUIDO CORROSIVO

C

NO CORROSIVO

•

100

•

125

•

•

•

200

•

250

Criterios del API RP 14E (1991). Un procedimiento de cálculo recomendado para el dimensionamiento de líneas para transporte de gas-líquido es: a) Calcular la velocidad erosional y determinar el tamaño mínimo de tubería requerido para evitar problemas por erosión. b) Verificar el patrón de flujo para asegurar que se evite el flujo en slugs; sin embargo, de no ser posible evadir la zona de flujo en slugs debido a la restricción por velocidad erosional, entonces este patrón de flujo debe ser aceptado con sus consecuentes peligros de pulsación / vibración en la línea. En este último caso se debe prestar especial consideración al diseño isométrico de la línea y su soportería. ECP-CNE-G-GEN-FT-001

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c) Calcular la caída de presión. Normalmente no es el factor controlante, pero en general es una buena práctica evitar caídas de presión mayores a 5 psi/100 ft. Como recomendación general se tiene que para líneas que manejan flujo en dos fases la velocidad sea superior a10ft/s para minimizar los baches de líquido en los equipos de separación, esto solo si no hay restricción por caídadepresión en la línea. 7.2.7. Líneas de Relevo / Venteo/ Despresurización Como criterio general de diseño, la velocidad límite para estos sistemas corresponde a un número Mach- máximo de 0.5. Las recomendaciones y criterios señalados en la norma API 520 partes I y II y en la API 521 son aplicables y serán tenidos en cuenta para el diseño de este sistema. 7.2.8. Criterios Especiales •

Línea Aguas Bajo del Condensador de Cima de una Columna A. Condensación Parcial, con Presencia de Vapor y Líquido Criterio: ΔP/100’ (psi) = 0.10*(p) 0.5*100/(53.3+2.78*d) máximo. Use la mitad de la caída de presión limitante mencionada anteriormente para columnas donde la mínima presión es crítica. p = presión del sistema de recibo, psia d = diámetro interior, pulgadas

Comentario: Debido a que esta línea podría ser de flujo vertical a scendente, se debe verificar que no se presente flujo tapón. Si se presenta este tipo de flujo, se debe seleccionar un diámetro más pequeño, hasta que se elimine la condición de flujo tapón. No obstante, si es imposible satisfacer tanto el criterio de flujo tapón como el de caída de presión, la solución será analizar el arreglo de tubería teniendo como premisa una exigencia menor en el criterio de la caída de presión. Se debe prestar especial atención a la línea aguas abajo del condensador en los casos en que esta hace parte de la ruta de alivio de presión, tal como se describe en para líneas con condensación total (una fase) se presentan conflictos entre el diámetro requerido para el alivio de presión y el requerido para evitar el flujo tapón, se recomienda usar varias líneas de diámetro menor en paralelo o revisar el arreglo del sistema de alivio de presión. 7.3. CRITERIOS PARA EL DIMENSIONAMIENTOS DE EQUIPOS 7.3.1. Separadores El tamaño de los equipos de separación debe ser determinado considerando la fase controlante (líquido o gas), tiempo de retención del gas (velocidad del gas) vs. el tiempo de sedimentación de la gota (velocidad de caída de la gota), tiempo de residencia de los fluidos líquidos, el porcentaje de llenado al cual se va a trabajar el equipo, niveles de alarma y parada de emergencia, la relación de esbeltez, los tamaños estándares o cualquier otra limitación identificada.


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Tiempo de Retención

Un tiempo de retención entre 1 y 3 minutos es generalmente adecuado para obtener la separación satisfactoria de crudo y gas si no hay presencia de espuma. Cuando se separa un crudo con espuma, el tiempo de retención debe aumentarse en un factor de 2 a 4 dependiendo de la estabilidad de la espuma y del diseño del separador. Si la corriente tiene un contenido de CO2 > 1%, utilizar un tiempo de retención como mínimo de 5 min. Si no hay información de laboratorio, se pueden usar los valores que se listan en la siguiente tabla. Tabla 7. Tiempo de retención separadores bifásicos Gravedad API > 35 20 -30 10 – 20

Tiempo de retención (min) 1 1a2 2a4

Tabla 8. Tiempo de retención separadores trifásicos

Gravedad API

Temperatura (°F)

> 35 < 35

Tiempo de retención (min) 3–5

100

5 – 10

80

10 – 20

60

20 – 30

Para más detalle ver API 12 J apéndice C, ítems C.1.7 y C.2.2. •

Tamaño de las gotas

Es normal diseñar el separador para retirar gotas con tamaño de 140 micrones en la sección de sedimentación, y de 10 y 140 micrones en el eliminador de neblina para evitar su sobrecarga. Para los tambores de las teas es común diseñar los separadores para que separen gotas de líquido entre 300 y 500 micrones. Estos separadores normalmente no llevan eliminadores de neblina con el fin de evitar taponamientos y crear condiciones inseguras.


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Relación de esbeltez

Separadores horizontales Lo usual es que la relación L/D esté entre 3 y 4 aunque debe revisarse que no ocurra reentrada de líquido en el gas. La experiencia indica que cuando la capacidad del gas gobierna la separación y la relación de esbeltez (L/D) es mayor de 4 ó 5 se presentan problemas de re-entrada de líquido en el gas. Separadores verticales En los separadores verticales cuyo dimensionamiento se hace con base en la capacidad de líquido, es común escoger la relación de esbeltez menor de 4, para mantener la altura de líquido en un valor razonable. Valores entre 3 y 4 son comunes, aunque las restricciones de altura pueden hacer que se escojan relaciones menores. 7.3.2. Intercambiadores de Calor El diseño de los equipos debe considerar pero no limitarse a los siguientes aspectos: −

−

−

−

−

−

− −

−

−

−

Los intercambiadores de calor deben ser diseñados para la máxima condición operativa que impacte en el desempeño del equipo, incluyendo: carga térmica, flujos, propiedades del fluido, temperatura y presión de operación. Los intercambiadores de calor deben ser diseñados con facilidades de venteo y drenajes apropiadas; en el caso especifico de condensadores el desempeño del equipo se afecta por un inapropiado diseño. En caso de requerirse desempeño adicional, este requerimiento adicional debe ser especificado como un porcentaje de incremento en los flujos y en la carga térmica. Los factores de ensuciamiento a considerar deben estar basados en la experiencia para servicios similares; y en caso de no disponer de data histórica se deben utilizar los indicados en los Estándares TEMA (Tubular Exchanger Manufacturers Association). En el caso de equipos tipo tubo y coraza la decisión para ubicar el fluido debe considerar: fluido de alta presión, corrosivo, alta temperatura o con potencial ensuciamiento debe fluir del lado tubo; fluido con mayor volumen, restricción de caída de presión o con bajo coeficiente de transferencia de calor es recomendable ubicarlo del lado coraza. En general para equipos de tipo coraza y tubos de 0.75 pulg de diámetro externo, este diámetro variará en función del ensuciamiento esperado para el fluido. La relación arreglo/diámetro debe ser mínima de 1.25 y máxima de 2 y el numero de pasos preferido es par. La longitud de tubos debe basarse en lograr el diseño más económico, a excepción que se tenga alguna restricción específica para el proyecto. La máxima temperatura para agua de enfriamiento debe estar limitada a 120 °F y la máxima temperatura de pared en tubo debe limitarse a 140 °F. Las dimensiones globales de los intercambiadores deben ser definidas considerando el área disponible en campo para su instalación. La temperatura mínima de aproximación depende del nivel de temperaturas que se tenga en la operación. Aproximación 5.5 ºC 10 ºC 28 ºC

−

Temperatura de Operación Por debajo de T ambiente T ambiente - 165ºC. Temperaturas mayores

Para intercambiadores de tubo y coraza debe cumplirse: 130% PDiseño (lado de baja presión)>= PDiseño (lado de alta presión)

Para la Caída de Presión se deben considerar los siguientes aspectos: ECP-CNE-G-GEN-FT-001

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−

− −

− −


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Siempre que sea posible el diseño debe favorecer una caída de presión (lo cual resulta en un incremento de los coeficientes de transferencia de calor al incrementarse la velocidad) dentro de los límites permisibles en el equipo en lugar de disipar la presión a través de las válvulas asociadas al sistema. Para equipos sin cambio de fase la caída de presión permisible es 5 a 10 psi. Los condensadores usualmente son especificados para una caída de presión entre 1 y 5 psi; y no debe excederse el 10% de la presión operativa. Las caídas de presión en rehervidores oscilan entre 0.25 psi y 1 psi. Los rehervidores de tipo termosifón vertical son diseñados normalmente para que la fracción de salida de vapor oscile entre 0.2 y 0.4.

Para la Velocidad se deben considerar los siguientes aspectos: −

Para aplicaciones con agua de enfriamiento las velocidades en tubo deben mantenerse en los siguientes limites: Tabla 9. Límite de Velocidad en Tubos de Intercambiadores (Agua de enfriamiento) Material Admiralty brass Aluminio o Cobre Aluminium brass Aluminio Bronce Cupro-nickel 70/30 Cupro-nickel 90/10 Titanium Monel Acero Inoxidable Austenítico Aleaciones Ni-Fe-Cr Acero al carbono con recubrimiento de protección de naturaleza orgánica Acero al carbono

−

−

−

Límite de velocidad m/s (ft/s) Min. 1 (3.3) 1 (3.3) 1 (3.3) 1 (3.3) 1 (3.3) 1 (3.3) 1 (3.3) 1 (3.3) 1 (3.3) 1 (3.3)

Max. 1.5 (5.0) 1.5 (5.0) 2.4 (8.0) 3.0 (10.0) 3.0 (10.0) 2.4 (8.0) 4.5 (15.0) 3.7 (12.0) 4.6 (15.0) 4.6 (15.0)

1 (3.3)

2.1 (7.0)

1 (3.3)

2.1 (7.0)

La máxima velocidad en los tubos para gases debe ser: 125 pie/seg (38 m/seg). Para corrientes sin líquidos o sólidos. Para corrientes en las cuales se anticipa la presencia de partículas o gotas de líquido, la velocidad no debe exceder 66 pies/seg (20 m/seg), o la velocidad límite para evitar erosión en los demás componentes del sistema. A menos que se especifique lo contrario la máxima velocidad en líquidos para tubos de acero al carbono debe ser 9.8 pie/seg (3.0 m/seg); y par a aleaciones basadas en cobre 8.2 pie/seg (2.5 m/seg) Líquidos con sólidos suspendidos deben tener una velocidad mínima de 3,3 pie/seg.


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7.3.3. Aeroenfriadores Una consideración importante en el diseño de una aeroenfriador es el costo asociado a la potencia requerida para el funcionamiento de los ventiladores. Una variación en el 10% del flujo de aire causa una variación del 35% en la potencia requerida por el ventilador asumiendo una eficiencia del motor similar. El costo total de un aeroenfriador es muy sensible a la aproximación de las temperaturas de entrada del aire y la temperatura de salida del fluido enfriado, rar amente se logra justificar una aproximación de temperatura menos igual a 10-11°C (18 -20°F). La mayoría de los aeroenfriadores usan una aproximación de 22-28°C (40 -50°F) con la temperatura ambiente del aire. •

Criterio de Dimensionamiento

Como caso de diseño la temperatura mínima de las corrientes de proceso enfriadas con aire se tomará como 120°F. − −

−

La mínima temperatura de aproximación debe ser 10 ºC. La distancia entre los tubos y el ventilador debe ser entre 0.4 – 0.5 veces el diámetro del ventilador para permitir una buena mezcla de aire. La relación entre el área del anillo del ventilador y el área de los tubos no debe ser inferior a 0.4

7.3.4. Paquetes de Compresión •

Flujo de Diseño

El flujo de diseño debe ser 110 % del flujo normal de operación a la temperatura y presión de entrada normal. •

Cabezal de Succión y Descarga

Los cabezales deben ser calculados para el flujo de diseño y están basados sobre el valor más bajo de presión estática en el punto de succión y el más alto valor de presión estática en el punto de descarga. •

Presión de Diseño − − −

•

Presión de Diseño = MPO11 + 30 psig for MPO ≤ 290 psi g Presión de Diseño = MPO + 10% for MPO > 290 psi g. Se requiere dentro del paquete la inclusión de PSV's.

Número de etapas

El número de etapas dependerá principalmente de la relación de compresión establecida para cada etapa. En la siguiente tabla se muestra el número de etapas, si se establece una relación de compresión máxima de cuatro por cada etapa y asumiendo una relación de c alores específicos de 1.4.


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Tabla 10. Criterio número de etapas de compresión PRESIÓN SALIDA / PRESIÓN ENTRADA <4 4 a 16 16 a 64 64 a 256

NÚMERO DE ETAPAS 1 2 3 4

7.3.5. Bombas •

Bombas Centrífugas

Son máquinas en las cuales el flujo y la presión son generados dinámicamente. El fluido obtiene energía útil en gran cantidad, gracias a los cambios de velocidad que sufre a medida que fluye a través del impulsor y de los pasajes internos de la bomba. Los aspectos más importantes que determinan la elección de este tipo de bombas son los siguientes: − −

−

− −

Tienen capacidad de manejar líquidos con suciedad, sustancias abrasivas, sólidos grandes, etc. Debido a la poca caída de presión y a la ausencia de pequeños espacios libres entre la brida de succión y el impulsor, pueden operar a bajas presiones de succión. Debido a la forma de la curva cabeza – caudal, este tipo de bomba se ajusta automáticamente a cambios de cabeza de presión; por lo tanto el caudal puede controlarse sobre un amplio rango a una velocidad constante. Su uso es práctico para lograr altas presiones sólo cuando existen altas ratas de flujo. Tienen eficiencias máximas bajas en comparación a las bombas reciprocantes. Comúnmente se presentan valores entre 55 y 75%.

Debido a que los efectos de cavitación pueden ser altamente severos, es recomendable que la especificación la bomba se realice con un valor de NPSH requerido inferior en 3 – 5 ft al NPSH disponible. En caso de tener una diferencia entre NPSH A y NPSHR menor a 3, se recomienda solicitar una prueba de NPSH. Para el manejo de hidrocarburos y sus derivados y para equipos de alta gama como bombas de inyección a pozos, se utiliza el código API 610. Para aguas y otros ser vicios se utilizan el código ANSI B73. •

Bombas Reciprocantes

El principio de funcionamiento de este tipo de bombas consiste en que un dispositivo sólido (émbolo o pistón) desplaza un volumen igual de líquido en cada carrera o movimiento realizado al interior de un cilindro. De acuerdo al ciclo de bombeo, las bombas reciprocantes pueden ser de acción simple (un movimiento de succión y descarga en cada ciclo) o de acción doble (dos movimientos de succión y descarga en cada ciclo). Las principales ventajas que ofrece el uso de este tipo de bombas son: −

−

−

−

−

La eficiencia de operación es alta independientemente de cambios en la cabeza de presión requerida. Son comunes eficiencias del orden de 85 a 95%. La eficiencia permanece alta independientemente de la velocidad de la bomba, aunque tiende a disminuir ligeramente con el aumento de ésta. Las velocidades de operación son muchos menores en comparación a las bombas centrífugas, por lo que son más apropiadas para la manipulación de fluidos viscosos. Para una velocidad dada, el caudal es constante independientemente de la cabeza de presión. La bomba está limitada solamente por la energía del motor y la fuerza de sus partes. Se recomienda que el NPSH disponible exceda el valor de NPSH requerido en 3 a 5 ft.


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−

−

−


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En comparación con las bombas centrífugas, las bombas reciprocantes presentan desventajas debido a la naturaleza de su construcción. Algunas de estas son: El flujo pulsante requiere de atención especial en el diseño de las tuberías de succión y descarga para eliminar vibraciones acústicas y mecánicas, en algunas ocasiones se requiere un estudio mediante simuladores eléctricos. Debido al flujo pulsante y a la caída de presión a través de las válvulas, se requieren altas presiones en la succión (NPSH) para eliminar la cavitación. Tabla 11. Comparación entre diferentes tipos de bombas TIPO DE BOMBA CARACTERÍSTICA

CENTRIFUGA

RECIPROCANTE

Manejo de líquidos con presencia de sólidos

RECOMENDADA

NO RECOMENDADA

P < 5000 psig

P < 90000 psig

Q < 90000 gpm

Q < 6000 gpm

(3085714,3 bpd)

(205714,3 bpd)

µ < 1000 cp

SIN LIMITES

Presión máxima de operación Flujo máximo de operación Limitación por alta viscosidad del fluido •

Flujo de Diseño

En general las bombas deben ser diseñadas para el 110% del flujo normal atendiendo al criterio de caudales de diseño, una vez se tengan las curvas de operación se debe revisar que el flujo de operación este dentro del rango del 70% al 120% del flujo en el BEP (“Best Efficiency Point”). •

Líneas de succión

Las pérdidas totales a la succión de las bombas, normalmente no deberían exceder 0.5 psi, calculado a un 125 % del flujo normal de la bomba asociada. Sin embargo, el cálculo del NPSH es el criterio dominante para determinar el diámetro final de la línea. •

Líneas de descarga

Las pérdidas totales de la tubería de descarga de las bombas deberían calcularse mínimo para el flujo de diseño. •

Cabeza neta de succión positiva (NPSH)

Se deberá disponer de suficiente NPSH para permitir una flexibilidad razonable en la selección de la bomba. Debe revisarse el NPSH disponible y compararse con los requerimientos típicos de NPSH para bombas de vendedores aceptados. El NPSH disponible debería ser al menos 3 pies más que el requerido por la bomba para el caso de bombas centrífugas, y exactamente el requerido para el caso de bombas reciprocantes. El NPSH disponible se calculará con base en la elevación de los recipientes, las pérdidas de presión por la fricción y la presión de vapor del fluido a la máxima temperatura de operación. El nivel de líquido para el cálculo del NPSH se deberá tomar desde la línea tangente del fondo del recipiente o desde la parte superior de la boquilla de salida si la misma se encuentra ubicada en la parte lateral del recipiente.


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Para líquidos en su punto de ebullición, la cabeza estática es la única fuente del NPSH. Se debe proporcionar suficiente cabeza estática elevando el recipiente. Además se debe seleccionar un tipo de bomba que se adecue a estas condiciones. Se debe aplicar un factor de seguridad para el NPSH calculado como se muestra a continuación: NPSH disponible especificado = NPSH disponible calculado / Factor de seguridad Para la mayoría de diseños de servicios nuevos utilizar un factor de 1.1. Para líquidos en punto de burbuja utilizar un factor de 1.2 •

Métodos para Incrementar el NPSH disponible − − − − − − − − − −

•

Mantener el más alto nivel de líquido posible en la fuente de succión Subir físicamente la fuente o tanque de succión Subir artificialmente la presión de la fuente o tanque de succión Reducir la presión de vapor del líquido mediante el enfriamiento del líquido en la fuente de succión Cambiando el arreglo de la tubería de succión Incrementando el diámetro de la tubería Moviendo la bomba más cerca a la fuente de succión Cambiando el tamaño de los accesorios y tipos de válvulas Revisión de todos diámetros interiores de los empaques de las bridas Instalación de bombas booster.

Métodos para Reducir el NPSH Requerido − − − −

Reducir la velocidad de la bomba Usar bombas con impulsores de doble succión en la primera etapa Usar bombas verticales tipo turbina Instalar inductores

7.3.6. Teas El parámetro principal para determinar el diámetro de la Tea es la velocidad del gas en la misma, la cual se deberá encontrar entre 0,2 y 0,5 Mach. Para el caso en que se cuente con información sobre las descargas normales y máximas (estas últimas deberán ser poco frecuentes y en periodos cortos, debido a que se trata de situaciones de emergencia), se puede permitir una velocidad por encima de 0,5 Mach para las descargas máximas (hasta 0,7 Mach), manteniendo 0,2 Mach para las descargas normales. En la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. se indica el tiempo en el cual se alcanza el umbral del dolor en un humano, en función de la intensidad de radiación, de la cual depende la altura de la Tea. Para el presente caso, se exigirá que la altura de la Tea sea tal que se obtenga una radiación máxima permitida de 500 BTU/h.pie 2 en la base de la misma cuando se presente la máxima descarga. Adicionalmente, dicha altura no deberá ser inferior a la altura mínima permitida de acuerdo con la legislación ambiental vigente. Se debe verificar la caída de presión para la altura y diámetro determinados, asegurando que la presión disponible para la base de la Tea es suficiente para el flujo de gas a través de la misma.


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Tabla 12. Relación entre la intensidad de radiación y el tiempo para alcanzar el umbral del dolor. Intensidad de la Radiación (BTU/h.pie2) 440 550 740 920 1500 2200 3000 3700 6300

Tiempo para alcanzar el umbral del dolor (segundos) Infinito 60 40 30 16 9 6 4 2

Fuente: API RP 521. Cuarta edición, Tabla 7 La localización de la Tea y el encerramiento depende de las siguientes condiciones de radiación mostradas en la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. (Estos valores deben incluir la radiación solar, valores tomados del API 521). Niveles de Radiación Solar: Máximo 310 Btu/h ft2

Mínimo 231 Btu/h ft2

7.3.7. Válvulas de Control •

Caída de Presión:

La caída de presión en válvulas de control debe ser calculada como la suma de los siguientes ítems, a condiciones de flujo normal: − −

El 20% de la caída de presión del circuito, excluyendo la válvula. El 10% de la presión estática del sistema dentro del cual se está descargando, 22 psig para presiones desde 220 psig hasta 440 psig; 5% para presiones por encima de 440 psig (a no ser que la línea de descarga esté directamente conectada con la línea de succión, por ejemplo, reflujo de las bombas)

Sin embargo, los siguientes valores mínimos deben ser especificados al flujo de diseño: •

Válvulas de Control en Líneas de Líquido: −

−

•

Si aguas arriba o aguas abajo la presión es interdependiente: 10% de la caída de presión del circuito, ó 10 psi, se toma el valor mayor. En los demás casos: 5% de la presión en la descarga de la vasija o10 psi.

Válvulas de Control en Líneas de Gas − −

ΔPmín: 3 psi

Para líneas de baja presión o reguladoras, la caída de presión será la definida por las condiciones de proceso.


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Flujo en Válvulas

Como regla general, las válvulas de control deben ser especificadas para las siguientes condiciones de operación: − −

•

Flujo máximo: 150% del máximo flujo de operación o de acuerdo con el equipo conectado. Flujo mínimo: 50% del mínimo flujo de operación, en orden a garantizar el correcto funcionamiento en los extremos del rango de operación.

Porcentaje de Apertura

Para lograr un buen control, normalmente las válvulas se deben seleccionar para que trabajen entre un 30% y 70% de apertura. •

Tipo de Válvula

El tipo de válvula de control a seleccionar obedece a las características particulares de cada sistema como el fluido a manejar y la presión disponible; sin embargo, como sugerencia general se tienen los criterios presentados a continuación. −

−

−

Válvula de Globo: para líquidos donde la presión disponible permita una caída de presión en la válvula de 10 psi o superior. Se emplea también para aplicaciones de control en líneas de gas. Válvula de Bola: para líquidos donde la presión disponible requiera una caída de presión en la válvula inferior a 10 psi. Válvula de mariposa: para control en manejo de gas o líquido con bajo requerimiento de precisión.

7.4. CRITERIOS PARA SISTEMAS DE PROTECCIÓN POR SOBREPRESIÓN Para el dimensionamiento de las válvulas de alivio se requiere analizar las situaciones de emergencia o escenarios de alivio que puedan exponer peligrosamente por sobrepresión a los equipos. El resultado de este análisis, es la ubicación de los dispositivos de alivio, el dimensionamiento de las válvulas y el diseño del sistema de alivio de presión. 7.4.1. Sistemas a Presión Un sistema presionado consiste en equipos de proceso tales como columnas, intercambiadores de calor, vasijas, etc., interconectados por tuberías. Un sistema presionado puede pr otegerse con una o un juego de válvulas de relevo y asegurar que dentro de sus límites no ocurra taponamiento o bloqueo por congelamiento, solidificación, ensuciamiento, sublimación, daño de internos, objetos diferentes al proceso, etc. Para la protección de los equipos, el montaje del dispositivo de relevo de presión debe estar localizado en la parte más cercana al origen de la sobrepresión o en la sección aguas arriba. Notas: Si un sistema presionado ha sido definido según los requisitos anteriores, puede ser que no todas las partes del equipo posean igual presión de diseño. Después de que el perfil de presión más desfavorable has sido evaluado con las conexiones abiertas del equipo, en las condiciones de alivio máximas, se debe establecer la presión de diseño de cada pieza del equipo en el sistema presionado. En este caso cualquier parte del sistema presionado nunca se excederá la presión de diseño del equipo. Se debe considerar elevaciones reales que pueden producir presiones diferentes de diseño bajo condiciones de falla donde el equipo repentinamente se llena de líquido. Un ejemplo de presión diferente dentro el límite del sistema presionado es el acumulador de cima, aguas abajo del enfriador de la columna de destilación. El acumulador de cima está localizado relativamente un poco más abajo de la válvula de relevo de la columna de −

−


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destilación, la presión de diseño de la vasija puede presentar cabeza de líquido cuando el sistema está lleno de líquido. En sistemas de baja presión, si se tiene en cuenta que falla el sistema de relevo y se llena con líquido, entonces la diferencia de elevación de 10 a 20 metros puede requerir el aumento presión de diseño en el tambor. 7.4.1.1. Causas de Sobrepresión Los escenarios de sobrepresión deben ser identificados claramente durante la etapa de diseño de los sistemas de protección por sobrepresión y alivios. Las causas de sobrepresión en un sistema o equipo son desarrolladas por la energía neta introducida. Las dos formas de energía más comunes son: −

−

La entrada de calor al sistema, lo cual ocasiona de forma indirecta un aumento de presión a través de vaporización del fluido o por expansión térmica; y Un aumento de presión debido a una mayor fuente de presión.

Una sobrepresión del sistema es ocasionada por una o por ambas fuentes de energía. Las fuentes comunes de presión corresponden a: −

−

− −

Fallas operacionales: Salida bloqueada, apertura de válvula manual, falla de agua de enfriamiento, falla de energía, falla de aire de instrumentos, expansión térmica, vacío. Falla en los equipos tales como bombas y compresores, calentadores y enfriadores, vaporizadores y condensadores, cabezales de servicios, válvulas de control, sistemas de control, etc. Fuego Reacciones fuera de control.

En la sección 2.3 del API 521 del numeral 2.3.2 al 2.3.16 se muestran causas de sobrepresión de forma específica. 7.4.1.2. Válvulas de Alivio de Presión Una válvula de alivio de presión es un dispositivo automático de relevo de presión, el cual abre en forma gradual en proporción al incremento de presión. Una válvula de alivio se utiliza en el manejo de líquidos, exclusivamente. En el numeral 2.2 del API RP 520, Parte I, se presentan las principales características de las válvulas de alivio convencionales, balanceadas y pilotadas. 7.4.1.2.1. Válvula Convencional La válvula de seguridad −alivio convencional tiene la cámara del resorte ventilada hacia la descarga (salida) de la válvula. Las características de operación (presión de apertura, presión de cierre y la capacidad de relevo) son directamente afectadas por los cambios de la contrapresión en la válvula. Su uso es recomendado para contrapresiones generadas inferiores al 10% de la presión de ajuste, es decir, se recomienda su instalación cuando descargan a la atmósfera, a través de una tubería corta, o cuando descargan a sistemas de muy baja presión. No se recomienda el uso de las mismas si en su posición cerrada, puede exponerse una contrapresión sobrepuesta variable.


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7.4.1.2.2. Válvula Balanceada Una válvula balanceada es aquella que incorpora los medios necesarios para minimizar los efectos de la contrapresión sobre las características de operación (presión de apertura, presión de cierre y la capacidad de relevo). Algunos de estos medios son: el fuelle, el pistón auxiliar de balanceo, restricción del levante o la combinación de éstos. Se recomiendan para contrapresiones entre un 30 – 50% de la presión de ajuste y deben ser utilizadas cuando la contrapresión es sobrepuesta y variable. 7.4.1.2.3. Válvula Operada por Piloto Son dispositivos de seguridad o de alivio, en los que la válvula principal es combinada y controlada por una válvula de alivio auxiliar. Son capaces de soportar contrapresiones superiores al 30% de la presión de ajuste. Esta válvula puede ser usada con fluidos limpios, no corrosivos. 7.4.1.2.4. Disco de Ruptura Cuando el disco de ruptura es utilizado como el único dispositivo de alivio de presión con descarga a la atmosfera, estos pueden ser dimensionados de igual forma que una válvula de alivio de presión, usando las ecuaciones apropiadas para cada fluido. El disco de ruptura se prefiere a las válvulas de alivio cuando: −

−

−

La presión de alivio incrementa demasiado rápido en comparación con la presión normal de las válvulas de alivio, típicamente en tanques de reacción. Para servicios en los cuales la válvula de alivio se puede ver afectada por la corrosión o por el depósito de material que puede afectar la operación de la válvula. Para materiales tóxicos para los cuales no se tolera ningún tipo de fuga. Para fluidos extremadamente viscosos o químicamente reactivos, para una rápida despresurización hasta la presión atmosférica.

7.4.1.2.5. Alivio Térmico Una válvula de alivio "de expansión térmica" se utiliza cuando se necesita descargar una pequeña cantidad de líquido. Este caso se presenta cuando una sección de tubería llena de líquido se encuentra expuesta al calentamiento debido a condiciones ambientales, heat tracing, líneas calientes adyacentes, radiación de teas, etc., ocasionando un incremento en la temperatura y el líquido se expande, creando un aumento sustancial en la presión interna. Se requieren alivios térmicos para equipos si el fluido puede quedar atrapado entre las válvulas de entrada y salida y si suficiente calor puede ser suministrado al fluido para incrementar su presión por encima de la presión de diseño del equipo. Tales equipos incluyen intercambiadores de calor, recipientes y bombas. Los intercambiadores de calor deben estar provistos de un alivio térmico si el lado frío puede ser bloqueado entre las válvulas de entrada y salida con flujo en el lado caliente. 7.4.1.3. Consideraciones Generales de Diseño a. Como principal base referencia para el dimensionamiento de dispositivos de alivio de presión se utiliza el API RP 520 parte I “Dimensionamiento, Selección e instalación de dispositivos de alivio de presión en refinerías.” b. Cualquier equipo sujeto a sobrepresión debe ser protegido con dispositivos de alivio mecánicos o venteos abiertos. c. Los dispositivos de alivio o cualquier otra protección por sobrepresión deben ser seteados a la presión de diseño del componente más débil en el sistema que está siendo protegido. ECP-CNE-G-GEN-FT-001

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d. En caso de instalarse válvulas de aislamiento intermedias para propósitos de mantenimiento a ser usadas durante las paradas de planta, estas deben ser “locked open”, sujeta a los códigos aplicables. e. Las líneas de venteo de sistemas de alivio de gas, deben extendidas hasta lugares donde la descarga de gas no represente peligro. f. Las válvulas de alivio y los venteos de mantenimiento de gas, no deben ser conectados al mismo sistema de venteo. g. La instalación de las válvulas de alivio y su tubería de venteo asociada, deber ser adecuada para soportar las cargas generadas durante la operación de la válvula de alivio. h. La tubería de descarga del venteo debe ser dimensionada apropiadamente, para prevenir contrapresiones que puedan reducir la capacidad de alivio del dispositivo de alivio de presión. La tubería de salida debe ser no menor al diámetro de la brida de salida de la válvula. 7.4.1.4. Cálculos de Sobrepresión La presión de ajuste y la sobrepresión, expresadas como porcentaje de la presión de diseño (PD) del equipo protegido, no debe exceder los valores dados en la siguiente tabla, siempre y cuando el recipiente se haya diseñado bajo código ASME, sección VIII, división 1. Tabla 13. Sets de presión y presión acumulada máxima permitida para válvulas de seguridad sobre recipientes diseñados bajo código ASME-Sección VIII-División1. Número de válvulas Una válvula Múltiples válvulas

Presión acumulada máxima permitida

Set de presión Alivio de presión 100% de PD Al menos una válvula al 100% de PD Máximo set de las demás 105% de PD

Caso Incendio 100% de PD

Alivio de presión

Caso Incendio

110% de PD

121% de PD

116% de PD

121% de PD

110% de PD

7.4.1.4.1. Contrapresión Permisible Tabla 14. Máximas contrapresiones permisibles para el funcionamiento de la Válvula de Alivio Tipo de válvula de alivio

Contrapresión permisible % Presión de ajuste al 10% de sobrepresión

Convencional Balanceada

10% 30%

Piloteada

No afecta el desempeño de la válvula

El uso de válvulas convencionales se recomienda únicamente para sistemas abiertos (venteo atmosférico) y sistemas con una única fuente de sobrepresión. 7.4.1.4.2. Determinación de Cargas de alivio para la Protección de Equipos, Tanques y Líneas En la sección 3 del API 521 se muestran las bases para determinar los volúmenes de flujos de alivio requeridos para diferentes causas de sobrepresión y corresponde al máximo flujo que debe ser liberado para proteger el equipo. A continuación los criterios básicos para determinar las cargas de alivio de equipos, tanques y líneas:


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a) Los intercambiadores de calor de tubo y coraza deben ser protegidos con dispositivos de alivio de acuerdo con los requerimientos indicados en el código ASME Sección VIII. En caso de bloqueo de una válvula aguas abajo del lado frío de un intercambiador de calor mientras permanece el medio de calentamiento, se debe sumar el flujo correspondiente a la fuente de entrada al intercambiador y la carga correspondiente a la expansión térmica del fluido dentro del equipo de calentamiento. b) Cuando se presente sobrepresión por salida bloqueada de equipos sin calentamiento, la capacidad de la válvula de alivio debe ser por lo menos igual a la capacidad de la fuente de presión ( bombas, compresores, etc)a condiciones de ajuste de la válvula. c) Las bombas de desplazamiento positivo, por no tener un límite superior en la presión de descarga, deben estar provistas de válvulas de alivio de presión externas, diseñadas para manejar el caudal total de descarga de la bomba. d) El bloqueo de una válvula aguas abajo de una bomba centrífuga causará en primer lugar que a bomba entre en shut-off, es decir, que tienda a flujo cero. Si los sistemas aguas abajo de la bomba son diseñados para la presión de shut-off, no se requiere protección por sobrepresión, si el sistema o algún equipo en particular no ha sido diseñado para esta condición, se requiere ubicar una válvula de alivio la cual ha de dimensionarse para una carga equivalente al flujo que corresponde sobre la curva característica de la bomba a la presión de diseño de la línea, sistema o equipo en cuestión. e) Compresores centrífugos y de Desplazamiento positivo en los cuales la presión durante el “surge” o la descarga cerrada pueden exceder la MAWP de la tubería, equipos o el casing, deben estar provistos de un dispositivo de alivio de presión. Si la válvula de alivio descarga a la succión del compresor, se debe verificar que la presión y temperatura en la succión del compresor y el fluido de proceso, no exceda sus límites máximos de operación segura. f) En el caso de compresores reciprocantes la carga de alivio corresponde al flujo normal de descarga del equipo. En el caso de compresores centrifugas, la carga de alivio debe ser leída sobre la curva característica del equipo a la presión de ajuste de la válvula. g) La carga de alivio para bloqueo de líneas o recipientes a presión corresponde al flujo de operación. h) Los dispositivos de alivio para tanques de almacenamiento que operan a o cerca de la presión atmosférica deben ser diseñados de acuerdo con la norma API STD 2000. Deben ser protegidos con un venteo de emergencia, por un dispositivo de alivio de vacío si la presión puede ser reducida por debajo de la presión de diseño y un venteo abierto a la atmósfera. i) La protección por sobrepresión para sistemas de almacenamiento de LPG, debe realizarse de acuerdo con el API Std 2510. j) El flujo de alivio para la contingencia fuego externo es calculado teniendo en cuenta el área mojada del recipiente, el calor absorbido por el líquido y el calor latente de vaporización del líquido contenido en el recipiente, de acuerdo al API STD 521. k) El cálculo del área mojada se realiza con el nivel de líquido dentro del límite de altura del fuego externo y la orientación del recipiente. La determinación del vapor generado durante un fuego externo, está limitada a la sección de líquido dentro del recipiente a una altura igual o menor de 7,6 m (25 ft) por encima de la fuente del fuego. l) El calor absorbido por el líquido es calculado según las ecuaciones del API RP 521, bien sea para instalaciones con sistemas adecuados de combate de incendio y drenaje, y cuando no existen los sistemas adecuados. 7.4.1.4.3. Determinación del Área de Descarga Efectiva Requerida Cuando el tipo de válvula ha sido seleccionado y la contrapresión se conoce, se calcula el área de descarga efectiva requerida de acuerdo con lo indicado en el API RP 520, Parte 1, secciones 3.6 a 3.10 para alivio de gas o vapores, alivio de líquidos, alivio de fluidos multifásicos y alivios de vapor de agua.


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Válvulas para alivio de Gases o Vapores

Para el dimensionamiento de Válvulas de alivio de gases o vapores se debe tener definido si el fluido a través del dispositivo de alivio es flujo Crítico o Subcrítico. En el API 520 Parte I sección 3.6.1 se indica el procedimiento para determinar si el flujo a través de la válvula de alivio será Crítico o Subcritico. Si el fluido es crítico para el dimensionamiento de la válvula se debe seguir las ecuaciones indicadas en la sección 3.6.2 del API 520 Parte I; de lo contrario s e deberán dirigir a la sección 3.6.3 o 3.6.4. Por otra para las válvulas de alivio de presión en sistemas de vapor de agua el dimensionamiento será realizado siguiendo la ecuación de la sección 3.7 del API. •

Válvulas para alivio de líquidos

Según el código ASME sección VIII, División I, las válvulas de alivio de presión para líquidos requieren de un certificado de capacidad, el procedimiento para obtener este certificado incluye pruebas para determinar el coeficiente de descarga de la válvula con un 10 % de sobrepresión. Para el dimensionamiento de válvulas de alivio de presión que requieren certificado de capacidad se debe seguir las ecuaciones mostradas en el numeral 3.8 del API 520 parte I, si la válvula no requiere de este certificado podrá ser dimensionada con las ecuaciones de la sección 3.9. •

Válvulas para alivio de líquidos / gases

Un método recomendado para dimensiona las válvulas de alivio de presión para sistemas de dos fases deben utilizar las ecuaciones mostradas en el apéndice D del API 520 parte I, se debe tener en cuenta que actualmente no hay válvulas de alivio con certificado de capacidad para flujo bifásico, ya que no existen métodos para de prueba para certificar estas válvulas. En este apéndice D del API, se presenta la metodología para dimensionamiento de las válvulas de alivio para los siguientes casos: −

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Dimensionamiento de válvulas de alivio de presión para fluido bifásico con vaporización rápida o sin vaporización a través de la válvula. (sección D.2.1) Dimensionamiento de válvulas de alivio de presión para líquidos subenfriados a la presión de entrada de la válvula. (sección D.2.2) Dimensionamiento de válvulas de alivio de presión para fluido bifásico con vaporización rápida y gas no condensable a través de la válvula. (sección D.2.3).

Disco de Ruptura

Para el dimensionamiento del disco de ruptura se deberá tener en cuenta los requerimientos citados en el ASME SECTION VIII, DIVISION 1, UG-127 y el API RP 520 parte. I, Sección 3.11 y Apéndice. •

Alivio térmico

Una válvula de alivio de expansión térmica es generalmente pequeña ¾” x 1” (de conexiones roscadas) y por lo general su descarga nominal es suficiente para aliviar el incremento de presión. El área del orifico empleado no debe exceder 0.110 in2. [1]. Si las circunstancias indican que se requiere más exactitud en el diseño, el área de flujo puede ser calculado de acuerdo al API RP-520. El ASME B31-3 establece la presión de ajuste de las TRVs como el 110% de la máxima presión permisible de la línea (MAWP). Para el diseño se empleará la presión de diseño de la línea, en vez de la MAWP.


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Versión 1

Válvulas de Presión y Vacío

El dimensionamiento de las válvulas de presión y vacío se determina de acuerdo con las recomendaciones de la norma API Std 2000, la cual sugiere considerar una capacidad total de venteo normal de al menos la suma de los requerimientos de venteo por movimiento de líquido (entrada y salida) y por efecto térmico (expansión y contracción del gas). La selección de los sets de presión y vació se realiza con respecto a la máxima presión permisible por los tanques (2.5 psig = 40 Oz/inch2) y la máxima presión de vacío permisible para tanques diseñados bajo API 650 edición 11 de junio 2007, la cual es 1 inch de agua (0.0361 psig = 0.58 oz/inch2) para tanques sin diseños especiales, estipulado en el numeral 5.2.5 de esta norma. •

Válvulas de Emergencia

De acuerdo a la Norma API std 2000 la válvula de emergencia se dimensiona cuando se requiere proteger el tanque en caso de ser expuesto a fuego (numeral 4.3.3) donde la rata de venteo debe exceder la rata resultante de la combinación entre los requerimientos de venteo por movimiento de líquido y por efecto térmico; Ésta válvula abrirá a una presión por debajo de la presión de diseño y su cálculo no riguroso está regido por el numeral 4.3.3.2.2 del API std 2000. 7.5.

HERRAMIENTAS DE CÁLCULO

Para el desarrollo de simulaciones de procesos y cálculos rutinarios se podrán utilizar las siguientes herramientas u otras requeridas, las cuales deben ser acordadas entre el diseñador y el Ingeniero de Proceso del proyecto: HERRAMIENTA Software propietario del diseñador ASPENHYSYS V 7.1 PIPESIM

DESCRIPCIÓN Debidamente validado por métodos de cálculo convencionales. Herramienta de simulación de procesos, estimación de propiedades de fluidos, simulación hidráulica di líneas con fluidos monofásicos y multifásicos, dimensionamiento preliminar de equipos y tuberías Se puede simular en estado estacionario y/o dinámico dependiendo de la necesidad del diseño. Herramienta de simulación hidráulica de redes de tubería el cual nos permite realizar análisis nodal de los sistemas y optimización de los mismos.

8. REGISTROS No aplica. 9. CONTINGENCIAS No se prevén contingencias en este Manual. 10. BIBLIOGRAFÍA No aplica.


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11. ANEXOS N° 1 2 3 4

Anexo Flujo de Líquido a través de Tubería de acero comercial Flujo de vapor a través de tubería de acero comercial Flujo en dos fases en tubería horizontal Modelos aproximados de flujo en dos fases


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Anexo 1. Flujo de Líquido a través de Tubería de acero comercial


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Anexo 2. Flujo de vapor a través de tubería de acero comercial


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Versión 1

Anexo 3. Flujo en dos fases en tubería horizontal


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Versión 1

Anexo 4. Modelos aproximados de flujo en dos fases


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ECP-VST-P-PRO-MT-001 Manual de Criterios de Diseno de La Especialidad Ingenieria de Proceso

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