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0 26/05/15 Emisin final IS SM PL B 15/04/15 Emisin para aprobacin IS SM PL

A 16/03/15 Emisin para aprobacin IS SM PL

Rev. Fecha Descripcin Por Revis Aprob

Proyecto:

REGENERACIN DE MEG

Ttulo del documento:

MEMORIA DE CLCULO DE VLVULAS DE SEGURIDAD

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2014-01-R-MC-147

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CONTENIDO

1. OBJETO ........................................................................................................................................................................... 3

2. ALCANCE ........................................................................................................................................................................ 3

3. DOCUMENTACIN DE REFERENCIA ..................................................................................................................... 3

4. GENERALIDADES ......................................................................................................................................................... 3

4.1. NECESIDAD DE VLVULAS DE ALIVIO DE PRESIN ...................................................................................................... 3

4.2. CAPACIDAD ..................................................................................................................................................................... 4

4.3 TIPO DE VLVULA ........................................................................................................................................................... 4

5. EVALUACIN DE CONTINGENCIAS ....................................................................................................................... 4

5.1. FUEGO EXTERNO ............................................................................................................................................................ 5

5.1.1. Metodologa de clculo .......................................................................................................................................... 5 5.2. FALLAS DEL CONTROL AUTOMTICO DE LAS CORRIENTES TE PROCESO ..................................................................... 6

5.3. FLUJO TOTAL .................................................................................................................................................................. 7

6. DIMENSIONAMIENTO DE VLVULAS ................................................................................................................... 7

7. CLCULOS ..................................................................................................................................................................... 9

7.1. PSV 227/228 ................................................................................................................................................................... 9

7.2. PSV 229/230/231 .......................................................................................................................................................... 10

7.3. PSV 250/251 ................................................................................................................................................................. 10

7.4. PSV 267/268/269/270 ................................................................................................................................................... 11

7.5. PSV 271/272 ................................................................................................................................................................. 12

7.6. PSV 273/274 ................................................................................................................................................................. 12

8. DIMENSIONAMIENTO LNEAS DE ENTRADA Y SALIDA ................................................................................. 13

8.1. CAERAS DE ENTRADA ........................................................................................................................................... 14

8.2. CAERAS DE DESCARGA ......................................................................................................................................... 15

9. BIBLIOGRAFA .......................................................................................................................................................... 16


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1. OBJETO El presente documento determina el mtodo de clculo y criterios de seleccin de las Vlvulas de Alivio de Presin de la Planta de Regeneracin de MEG.

2. ALCANCE Este documento se aplica a todas las Vlvulas de Seguridad de la Planta de Regeneracin de MEG y tiene por finalidad determinar las contingencias de diseo, los caudales de alivio, la seleccin del tipo de PSV y su tamao comercial.

3. DOCUMENTACIN DE REFERENCIA

1) 2014-01-R-MC-144: Balance de masa y energa

2) 2014-01-R-PI-201/207: Diagramas P&I

4. GENERALIDADES

Presin de set: presin manomtrica a la que es seteada la vlvula de seguridad

para abrir. Se toma como presin de set a la presin de diseo del equipo/sistema

protegido.

Sobrepresin: es el aumento de presin sobre la presin de set del dispositivo

permitida para lograr un caudal nominal.

Queda determinado por el tipo de contingencia segn la API 520:

Se considera 21 % de acumulacin para la contingencia de fuego

tanto para el caso de superficie mojada y seca.

Se considera 10% de acumulacin para las dems contingencias.

Back pressure o Contrapresin: presin manomtrica existente en la descarga

de la vlvula de seguridad como resultado de la presin en el sistema de alivio. Se

pueden distinguir:

Propia (built up backpressure): Es la prdida de presin en la caera

de salida del sistema de alivio como consecuencia de la apertura del

mismo.

Sobreimpuesta (superimposed backpressure): causada por las

descargas de otras vlvulas. Es la presin del subcolector.

4.1. Necesidad de Vlvulas de Alivio de Presin

Las presiones de operacin mximas de los equipos de una planta de proceso son determinadas por sus caractersticas constructivas (el espesor de chapa, la resistencia del


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material y la eficiencia de soldadura). A presiones mayores, no se puede asegurar la integridad mecnica del equipo. Como consecuencia, las sobrepresiones pueden producir deformaciones permanentes e incluso roturas, generando peligros en la planta y grandes prdidas econmicas. Para evitar este tipo de inconvenientes, se instalan Vlvulas de Seguridad en todos los equipos o sistemas que trabajen a presin. Estos dispositivos son la ltima lnea de defensa en la seguridad de la planta y estn diseados para actuar en casos de emergencia.

4.2. Capacidad

La capacidad de las vlvulas se expresar en trminos de su orificio normalizado de paso, segn API 526:

4.3 Tipo de vlvula En funcin de la diferencia entre la contrapresin y la presin de set, queda definido el tipo de vlvula a utilizar:

Vlvula convencional: si la contrapresin es menor al 10% de la sobrepresin

Vlvula balanceada: si la contrapresin se sita entre el 10% y el 50% de la sobrepresin

Vlvula pilotada: si la contrapresin es mayor al 50% de la sobrepresin

5. EVALUACIN DE CONTINGENCIAS

A partir de la evaluacin de diferentes contingencias se determin la necesidad de instalacin de PSVs en diferentes sectores de la planta. La tabla a continuacin es un resumen de lo concluido:


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ITEM TAG UBICACIN DISEO POR: P SET [barg]

1 PSV 227/228 Separador trifsico FALLA DEL CONTROL

5.2

2 PSV

229/230/231 Filtro de entrada a precalentador 1 FUEGO 5.2

3 PSV 250/251 Acumulador de condensado FUEGO 2.0

4 PSV

267/268/269/270 Filtro succin de bomba a Aries y

Carina FUEGO 5.9

5 PSV 271/272 Bomba de inyeccin a Aries FLUJO TOTAL 100

6 PSV 273/274 Bomba de inyeccin a Carina FLUJO TOTAL 100

5.1. Fuego externo

Durante un incendio, el lquido contenido en los recipientes y lneas se vaporiza, provocando un caudal anormal de vapor en los equipos, lo que aumenta la presin. Por esta razn, debe evaluarse el caudal de alivio para este tipo de contingencias: Se procede segn la normal API 521 bajo los siguientes supuestos:

Se calcula el rea mojada de cada lnea y recipiente que se encuentren a menos de 7.62 m (25 ft) de altura.

No se considera ningn tipo de aislacin (si la hubiera), para obtener un resultado ms conservador.

Se calcula el calor absorbido a travs de dicha rea mojada: = . .

0.82

Donde

Q es el calor total absorbido por el lquido, expresado en W.

C es una constante que depende de la capacidad de combate de incendios del sector de la planta y del buen o mal drenaje presente en el mismo. En caso de que el drenaje sea bueno es 43200, sino se debe utilizar 70900, para variables en SI. Asumiremos buenas condiciones de drenajes y de combate de incendios.

F es el factor ambiental: se asume en 1 de manera conservadora.

Aw es el rea mojada, expresada en m2.

5.1.1. Metodologa de clculo

Se calcula el caudal de alivio como el gas generado debido al calor absorbido como:

W =Q

Donde es el calor de vaporizacin del lquido del recipiente en cuestin y las lneas asociadas.


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5.2. Fallas del control automtico de las corrientes te proceso

Los sistemas de control automtico se utilizan en las entradas y salidas de los recipientes o equipos. Cuando la transmisin de la seal de estos sistemas, o una operacin intermedia de los elementos de control falla, se debe asumir que el dispositivo de control est completamente abierto o completamente cerrado en funcin de su diseo. En un sistema de control de entrada, el escenario a considerar es tomar a la vlvula de entrada como completamente abierta independientemente de su posicin de falla. De esta manera, el caudal de alivio ser la diferencia entre el caudal mximo de ingreso y el caudal de ingreso normal, suponiendo que el resto de las vlvulas estn operando en su posicin normal. Para un sistema de control de salida, se toma la posicin conservadora de suponer todas las salidas cerradas, por lo que el caudal de alivio ser igual al mximo caudal de ingreso al recipiente. El flujo se modela como adiabtico ya que los equipos y lneas estn aislados. Se obtiene el caudal a aliviar a partir del grfico de Levenspield:

Donde:

P3: Presin a la salida

P0: Presin aguas arriba a la caera

N: friccin en la caera


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G: velocidad msica del gas

G*: velocidad msica mxima del gas

R: contaste de los gases

T0: Temperatura aguas arriba de la caera

pm: peso molecular

k: Cp/Cv

5.3. Flujo total

El caudal a aliviar es el caudal total correspondiente al fluido que ingresa al equipo, lnea o recipiente, a la presin de alivio de la vlvula de seguridad. Este es el caso de las vlvulas de seguridad de las bombas de desplazamiento positivo.

6. DIMENSIONAMIENTO DE VLVULAS

En los casos en que se alivian gases, el clculo realizado para el dimensionamiento de las vlvulas es el provisto por API 520, parte I (SI):

Dimensionamiento para flujo crtico

=13160

1

A: rea de descarga efectiva [mm2]

W: caudal msico requerido [kg/h]

= 520 (2

+ 1)

+11

Kd: coeficiente de descarga. Valores tpicos son:

a) 0.975, para vlvulas convencionales o balanceadas

b) 0.80, para pilotadas

c) 0.62, para disco ruptura

P1: presin de descarga [kPaa] (Presin de set + sobrepresin admitida)

Kb: factor de correccin por contrapresin. Se aplica nicamente a vlvulas

balanceadas. Para vlvulas convencionales y pilotadas, Kb=1.


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Kc: factor de correccin para instalaciones con discos de ruptura aguas arriba de

la vlvula de seguridad. Si no hay, Kc=1. Sino, Kc=0.9.

T: temperatura de descarga [K]

Z: factor de compresibilidad

M: masa molar del gas en condiciones de entrada a la vlvula.

En los casos en que se alivian lquidos, el clculo realizado para el dimensionamiento de las vlvulas tambin es provisto por API 520, parte I (SI):

=11.78

1 2

A: rea de descarga efectiva [mm2]

Q: flujo requerido [L/min]

Kd: coeficiente de descarga. Valores tpicos son:

a) 0.65, para vlvulas de alivio

b) 0.62, para disco de ruptura

Kw: coeficiente debido a la contrapresin. Vlvulas convencionales o pilotadas no

requieren correccin. Para vlvulas balanceadas debe utilizarse el siguiente

grfico:


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Kc: factor de correccin para instalaciones con disco de ruptura. El factor vale uno

cuando no hay disco de ruptura instalado.

Kv: factor de correccin debido a la viscosidad. Se utiliza el grfico siguiente:

G: gravedad especfica del lquido

P1: presin aguas arriba [kPag] (Presin de set + sobrepresin admitida)

P2: contrapresin [kPag]

7. CLCULOS

7.1. PSV 227/228

Alivio

Ubicacin Separador trifsico

PSET 5,2 barg

Contrapresin 3,55 barg

Sobrepresin 10%

Caudal 31906,76 kg/h

Dimensionamiento

Tipo de vvula Pilotada

rea requerida 10,810 in2

rea orificio 11.05 in2

Presin de alivio 5.72 barg


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Caudal de alivio 32623,82 kg/h

Cdigo Q

Coneccin de entrada 6" #150

Coneccin de salida 8" #150

7.2. PSV 229/230/231

Equipo protegido

Ubicacin Filtros precalentador

D 500 mm

H 499,872

% Superficie envuelta en llamas 100%

rea 1,57 m2

Alivio

PSET 5,2 barg


Sobrepresin 21%

Caudal 270,57 kg/h

Dimensionamiento



rea orificio 0,110 in2

Presin de alivio 6,29 barg


Cdigo D



7.3. PSV 250/251

Equipo protegido

Ubicacin Acumulador de condensado

D Varios mm

H Varios


rea 279,17 m2

Alivio

PSET 2,0 barg


Sobrepresin 21%


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Caudal 7741,14 kg/h

Dimensionamiento

Tipo de vvula Convencional





Cdigo Q



7.4. PSV 267/268/269/270

Equipo protegido

Ubicacin Filtro succin bomba a Aries y Carina

D 500 mm

H 499,872


rea 1,57 m2

Alivio

PSET 5,9 barg


Sobrepresin 21%

Caudal 226,07 kg/h

Dimensionamiento






Cdigo D




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7.5. PSV 271/272

Alivio

Ubicacin Bomba de inyeccin a Aries

PSET 100,0 barg


Sobrepresin 10%

Caudal 6182,57 kg/h

Dimensionamiento

Tipo de vvula Para alivio de

lquidos rea requerida 0,029 in2




Cdigo D



7.6. PSV 273/274

Alivio

Ubicacin Bomba de inyeccin a Carina

PSET 100,0 barg


Sobrepresin 10%

Caudal 8196,55 kg/h

Dimensionamiento

Tipo de vvula Para alivio de

lquidos rea requerida 0,038 in2




Cdigo D




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8. DIMENSIONAMIENTO LNEAS DE ENTRADA Y SALIDA

Una vez seleccionadas las vlvulas con el tamao standard de orificio se determina la capacidad de la vlvula y con esos caudales se dimensionan las lneas de entrada y en la salida siguiendo los siguientes criterios:

Caeras de entrada:

Cada de presin menor al 3% de la presin de set Dimetro mayor o igual al del orificio de entrada al cuerpo de la vlvula

.v225000 Pa para 2" .v230000 Pa para P 50 barg .v2 50000 Pa para P > 50

Caeras de salida:

Mach mximo 0.7 Dimetro mnimo 2"

.v2


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8.1. Caeras de Entrada

TAG Pset

(barg) Palivio (barg)

Dimetro Caeria (in)

Leq Total (m)

Caudal (m3/s)

DP (bar)

DP % de Pset

.v2 (Pa)

PSV 227/228 5.2 3.5 6 3.0 2.03 0.000 1.88% 55333.52

PSV 229/230/231 5.2 3.5 1 1.4 0.02 0.033 0.63% 6606.69

PSV 250/251 2 0 6 2.6 5.53 0.093 4.65% 60607.37

8 3.2 5.53 0.027 1.36% 19176.55

PSV 267/268/269/270

5.9 3.5 1 1.1 0.02 0.166 2.82% 5939.48

PSV 271/272 100 4.9 1 1.1 0.01 0.592 0.59% 152086.56

2 1.5 0.01 0.025 0.03% 9505.41

PSV 273/274 100 4.9 1 1.1 0.01 0.593 0.59% 152344.51

2 1.5 0.01 0.025 0.03% 9521.53


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8.2. Caeras de Descarga

TAG Pset

(barg) Palivio (barg)

Dimetro Caeria (in)

Caudal (m3/s)

.v2 (Pa) Vs (m/s) Mach

PSV 227/228 5.2 3.5 8 12.62 108753.63 450.61 0.86

10 12.62 44545.49 450.61 0.55

PSV 229/230/231 5.2 3.5 2 0.11 2190.03 339.18 0.16

PSV 250/251 2 0 8 6.18 21451.74 491.18 0.39

PSV 267/268/269/270

5.9 3.5 2 0.07 1680.10 265.77 0.13

PSV 271/272 100 4.5 2 0.01 9505.41 265.77 0.01

PSV 273/274 100 4.5 2 0.01 9521.53 265.77 0.01


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9. BIBLIOGRAFA

API 520 Part I & II Sizing, selection and Installation of Pressure-Relieving Devices in Refineries

API 521 Pressure-relieving and Depressuring Systems API 526 Flanged Steel Pressure Relief Valves

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