UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA

CARRERA DE TECNOLOGÍA DE PETRÓLEOS

TEMA:

“APLICACIÓN DE VÁLVULAS DE DESAHOGO Y SEGURIDAD, MEDIANTE

SU OPERACIÓN, INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO, PARA EVITAR SOBRE

PRESIÓN EN LAS LÍNEAS DE RECEPCIÓN Y DESPACHO DE COMBUSTIBLE

DE PETROCOMERCIAL PERIODO 2010.”

Tesis previa la obtención del Título de

Tecnólogo de Petróleos

Elaborado por: Gustavo Falconí Hidalgo

Director de Tesis: Ing. Raúl Baldeón López

Quito-Ecuador

2010

I

II

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA

CARRERA DE TECNOLOGÍA DE PETRÓLEOS

TEMA:

“APLICACIÓN DE VÁLVULAS DE DESAHOGO Y SEGURIDAD, MEDIANTE SU

OPERACIÓN, INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO, PARA EVITAR SOBRE

PRESIÓN EN LAS LÍNEAS DE RECEPCIÓN Y DESPACHO DE COMBUSTIBLE DE

PETROCOMERCIAL PERIODO 2010.”

Tesis previa la obtención del Título de

Tecnólogo de Petróleos

Elaborado por: Gustavo Falconí Hidalgo

Director de Tesis: Ing. Raúl Baldeón López

Carátula

Quito-Ecuador

2010

III

DECLARATORIA

Del contenido del presente trabajo se responsabiliza el autor:

GUSTAVO FERNANDO FALCONÍ HIDALGO

CI: 0201897840

IV

CARTA DEL DIRECTOR DE TESIS

Certifico por medio de la presente, haber dirigido y supervisado, la tesis de

“APLICACION DE VÁLVULAS DE DESAHOGO Y SEGURIDAD, MEDIANTE

SU OPERACIÓN, INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO, PARA EVITAR SOBRE

PRESIÓN EN LAS LÍNEAS DE RECEPCIÓN Y DESPACHO DE COMBUSTIBLE

DE PETROCOMERCIAL PERIODO 2010” que pertenece al señor Gustavo Fernando

Falconí Hidalgo.

Atentamente,

Ing. Raúl Baldeón

Director de Tesis.

V

CARTA DE LA EMPRESA

VI

DEDICATORIA

Este trabajo fruto de mi esfuerzo y dedicación va dirigida a mis maravillosos padres cuyo

amor, comprensión, ejemplo, incondicional apoyo y sobre todo confianza han sabido

orientarme y enseñarme a ser mejor cada día y de esta manera logre las metas que me he

propuesto. A mis hermanos que con su espontaneidad y cariño me han enseñado que las

cosas más bellas e importantes no se ven ni se tocan sino que se llevan en el corazón.

A todas aquellas personas que me han apoyado y han sido un aliciente en mi vida. A todos

tengo la satisfacción de brindarles un motivo más para que se sientan orgullosos de mí.

VII

AGRADECIMIENTO

Quiero empezar dando gracias a Dios, por permitirme culminar una de las etapas más

importantes de mi vida y deseo de todo corazón dejar constancia de un profundo y sincero

agradecimiento a mi director de tesis Ing. Raúl Baldeón López, quien me ha brindado su

amistad, apoyo y profesionalismo en el asesoramiento de mi proyecto.

Agradezco a la Universidad Tecnológica Equinoccial y a mis queridos y respetados

profesores, quienes con su sabiduría, experiencia y apoyo diario han logrado ser intérpretes

de mi formación tanto académica como personal.

A lo largo de mi carrera en esta prestigiosa universidad, he conocido personas muy

especiales que son dignas de admiración y que las llevo en mi corazón, he aprendido

muchas cosas valiosas, entendí que siempre se debe luchar por lo que se ama y que, lo

máximo que nos pueden decir es no pero jamás podrán quitarnos el deseo de ser cada día

mejores.

VIII

ÍNDICE GENERAL

Contenido Pág.

CARÁTULA ..................................................................................................................... II

DECLARATORIA .......................................................................................................... III

CARTA DEL DIRECTOR DE TESIS ............................................................................ IV

CARTA DE LA EMPRESA ..............................................................................................V

DEDICATORIA .............................................................................................................. VI

AGRADECIMIENTO .................................................................................................... VII

ÍNDICE GENERAL ...................................................................................................... VIII

ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................. XIV

ÍNDICE DE IMÁGENES ............................................................................................... XV

ÍNDICE DE TABLAS .................................................................................................. XVI

RESUMEN .................................................................................................................. XVII

SUMMARY ............................................................................................................... XVIII

ÍNDICE DE CONTENIDOS

CAPÍTULO I ................................................................................................................... 1

1.INTRODUCCIÓN .......................................................................................................... 1

1.2 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN ...................................................................... 2

1.2.1 Objetivo General ............................................................................................... 2

IX

1.2.2 Objetivos Específicos ........................................................................................ 2

1.3 JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO ........................................................................... 3

1.4 IDEA A DEFENDER ................................................................................................... 4

1.5 MARCO TEÓRICO ..................................................................................................... 5

1.6 METODOLOGÍA ........................................................................................................ 8

1.6.1 Métodos.......................................................................................................... 8

1.6.2 Técnicas .......................................................................................................... 8

CAPÍTULO II .................................................................................................................. 9

2. GENERALIDADES ...................................................................................................... 9

2.1 DISPOSITIVOS PARA DESAHOGO DE PRESIÓN ................................................. 10

2.1.1 Clasificación de las válvulas de seguridad ....................................................... 11

2.1.2 Partes de una válvula de desahogo de presión ................................................. 12

2.1.3 Funcionamiento ............................................................................................... 14

2.1.4 Símbolos de las válvulas de seguridad y alivio ................................................. 16

2.1.5 Válvula de seguridad ....................................................................................... 18

2.1.6 Válvula de desahogo ....................................................................................... 19

2.1.7 Válvulas de desahogo de seguridad ................................................................. 21

2.1.8 Válvulas operadas por piloto ........................................................................... 21

2.2 APLICACIONES ESPECIALES ................................................................................ 23

2. 3 DISPOSITIVO PARA DETECCIÓN Y DESAHOGO DE PRESIÓN......................... 24

2.3.1 Válvulas de seguridad y desahogo ................................................................... 24

2.3.1.2 Materiales de construcción ........................................................................ 25

X

2.3.1.3 Tamaños de orificio .................................................................................. 25

2.3.1.4 Discos de ruptura ...................................................................................... 25

2.4 EQUIPO PARA TRANSFERENCIA Y ELIMINACIÓN ........................................... 27

2.4.1 Tamaño de los componentes del sistema .......................................................... 28

2.4.2 Tubería de descarga, tambores de expulsión y sellos ........................................ 28

2.4.2.1 Diseño del sistema de desahogo ................................................................ 29

2.5 PROTECCIÓN CONTRA EXPLOSIONES INTERNAS ............................................ 30

2.5.1 Reacciones químicas........................................................................................ 30

2.6 DISEÑO DE UN SISTEMA DE TRANSFERENCIA Y ELIMINACIÓN ................... 31

2.6.1 Sistemas con una sola válvula .......................................................................... 32

2.6.2 Sistemas con válvulas múltiples ....................................................................... 32

2.7 VÁLVULAS DE DESAHOGO DE PRESIÓN PARA PLANTAS Y PROCESOS ....... 34

2.7.1 Válvulas de desahogo comerciales ................................................................... 35

2.7.2 Válvulas y dispositivos especiales para desahogo ........................................... 37

2.7.3 Tubería para válvulas de desahogo .................................................................. 37

2.7.3.1 Tubería de entrada y salida........................................................................ 38

2.7.3.2 Descarga abierta de la válvula de desahogo ............................................... 38

2.7.3.3 Sistemas con descarga cerrada .................................................................. 39

2.7.4 Control de la reducción de presiones altas ........................................................ 40

2.7.4.1 Gas limpio y seco ..................................................................................... 41

2.7.4.2 Autorrefrigeración .................................................................................... 41

2.7.4.3 Formación de sólidos ................................................................................ 42

2.7.4.4 Líquido de vaporización instantánea ......................................................... 42

XI

2.7.4.5 Líquidos que producen cavitación ............................................................. 43

2.7.5 Reducción de presión de pastas aguadas .......................................................... 43

2.7.6 Sensibilidad de las válvulas de desahogo según la longitud de las tuberías de

entrada y salida ........................................................................................................ 45

2.7.6.1 Discos de ruptura para gases y líquidos ..................................................... 45

2.7.6.2 Discos de ruptura para baja presión de reventamiento ............................... 46

2.7.6.3 Factores que influyen en los discos de ruptura de baja presión .................. 46

2.7.6.4 Materiales para disco de ruptura ................................................................ 46

2.7.6.5 Revestimiento y películas de plásticos ...................................................... 47

CAPÍTULO III ............................................................................................................... 50

3. TERMINAL DE PRODUCTOS LIMPIOS EL BEATERIO ........................................ 50

3.1 LÍNEAS DE RECEPCION Y DESPACHO DE COMBUSTIBLES DE LA TERMINAL

DE PRODUCTOS LIMPIOS EL BEATERIO .................................................................. 50

3.1.1 Estación reductora ........................................................................................... 50

3.1.2 Estación de bombeo ......................................................................................... 51

3.1.3 Área de bombas y líneas de tanques de almacenamiento .................................. 54

3.1.4 Cuarto de motor ............................................................................................... 55

3.1.5 Área de carga y distribución ............................................................................ 55

3.2 TRANSIENTES ......................................................................................................... 57

3.2.1 Causas de presiones de surgencia o sobrepresiones .......................................... 59

3.2.2 Manejo de la presión de surgencia ................................................................... 63

3.2.3 Dispositivos para el control de una surgencia ................................................... 64

XII

3.3 INSTALACIÓN DE VÁLVULAS DE DESAHOGO ................................................. 66

3.3.1 Sugerencias para instalación ........................................................................... 69

3.4 OPERACIÓN Y PUESTA EN MARCHA DE LAS VÁLVULAS DE SEGURIDAD. . 71

3.5 MANTENIMIENTO .................................................................................................. 76

3.5.1 Definiciones generales ..................................................................................... 76

3.5.1.1 Mantenimiento preventivo ........................................................................ 77

3.5.1.2 Mantenimiento correctivo ......................................................................... 77

3.5.2 Procesamiento para el mantenimiento de válvulas de seguridad (Psv’s) ......... 81

CAPÍTULO IV ............................................................................................................... 89

4. LIMITACIONES DE LAS VÁLVULAS DE SEGURIDAD ......................................... 89

4.1. MAL FUNCIONAMIENTO DE LAS VÁLVULAS DE SEGURIDAD ..................... 89

Procedimiento para determinar fallas de válvulas de desadoho……………………………89

4.1.1 Fugas o escurrimiento ...................................................................................... 90

4.1.2 Traqueteo ........................................................................................................ 92

4.1.3 Disparo prematuro ........................................................................................... 92

4.1.4 Erosión ............................................................................................................ 93

4.1.6 Cavitación ....................................................................................................... 95

4.2 UNIDAD DE MANTENIMIENTO DE LA TERMINAL DE PRODUCTOS LIMPIOS

EL BEATERIO ................................................................................................................ 97

4.2.1 Mantenimiento preventivo de las válvulas de alivio de presión ....................... 97

4.2.1.1 Limpieza .................................................................................................101

4.2.1.2 Calibración ..............................................................................................102

XIII

4.3 Recomendaciones precias la instalación, operación y mantenimiento de válvulas de

desahogo……………………………………………………………..……………………104

CAPÍTULO V ...............................................................................................................106

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ...............................................................106

5.1 CONCLUSIONES ....................................................................................................106

5.2 RECOMENDACIONES ...........................................................................................107

BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................108

GLOSARIO ....................................................................................................................109

ANEXOS ........................................................................................................................115

Asme Sección VIII, División 1 Apéndice M, Edición 1992 I / Instalación Y Operación .115

Norma API- RP 520 Parte II Instalación De Válvulas ....................................................120

Calibración de válvulas de desahogo……………………………………………………..123

XIV

ÍNDICE DE FIGURAS

Figuras Pág.

Figura 1: Elementos constituyentes de una válvula de seguridad ...................................... 12

Figura 2: Principios de una válvula de seguridad .............................................................. 15

Figura 3: Símbolos típicos de válvulas de seguridad y discos de ruptura. .......................... 16

Figura 4: Válvula de seguridad ......................................................................................... 18

Figura 5: Válvula de seguridad ......................................................................................... 19

Figura 6: Válvula de desahogo ......................................................................................... 20

Figura 7: Válvula de desahogo de seguridad..................................................................... 21

Figura 8: Válvula de seguridad operadas por piloto ......................................................... 23

Figura 9: Discos de ruptura .............................................................................................. 26

Figura 10: Bridas para instalar discos de ruptura ............................................................. 26

Figura 11: Válvulas de desahogo para plantas y procesos ................................................. 34

Figura 12: Sentido de flujo en las válvulas ....................................................................... 71

Figura 13: Posición de la válvula de alivio ....................................................................... 72

XV

ÍNDICE DE IMÁGENES

Imagen Pág.

Imagen 1: Válvulas del poliducto esmeraldas - quito / poliducto shushufindi - quito ........ 51

Imagen 2: Estación de bombeo ......................................................................................... 51

Imagen 3: Las válvulas de seguridad primarias - secundarias ........................................... 52

Imagen 4: Válvulas de alivio ............................................................................................ 53

Imagen 5: Tanques de alivio YT-1622 / YT-1621 ........................................................... 54

Imagen 6: Área de bombas ............................................................................................... 54

Imagen 7: Cuarto de motor ............................................................................................... 55

Imagen 8: Área de carga y distribución ............................................................................ 56

Imagen 9: Isla de carga # 3 ............................................................................................... 56

Imagen 10: Unidad de mantenimiento de la terminal de productos limpios el beaterio ..... 98

Imagen 11: Válvula de alivio anderson............................................................................. 99

Imagen 12: Reparación de una válvula de alivio anderson ..............................................100

Imagen 13: O-ring’s de teflón .........................................................................................100

Imagen 14: Partes internas y externas de las válvulas anderson. ......................................101

Imagen 15: Calibrador de bomba manual ........................................................................102

Imagen 16: Tornillo y contra tuerca de calibración de la válvula ....................................103

XVI

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla Pág.

Tabla 1: Código de identificación de instrumentos ........................................................... 17

Tabla 2: Características generales, ventajas y desventajas y usos típicos de los dispositivos

de desahogo de presión .................................................................................................... 48

Tabla 3: Poliductos .......................................................................................................... 50

Tabla 4: Otras causas de presiones de surgencia o sobrepresión ....................................... 61

Tabla 5: Consideraciones previas a la instalación de válvulas de alivio y seguridad.......... 67

Tabla 6: Consideraciones para la operación de válvulas de alivio y seguridad .................. 74

Tabla 7: Aspectos importantes del mantenimiento de válvulas en el campo ...................... 79

XVII

RESUMEN

En el presente trabajo de investigación, llamado APLICACIÓN DE VÁLVULAS DE

DESAHOGO Y SEGURIDAD, MEDIANTE SU OPERACIÓN, INSTALACIÓN Y

MANTENIMIENTO, PARA EVITAR SOBRE PRESIÓN EN LAS LÍNEAS DE

RECEPCIÓN Y DESPACHO DE COMBUSTIBLE DE PETROCOMERCIAL

PERIODO 2010, está principalmente enfocado en los problemas mecánicos de las válvulas

de alivio y seguridad, ocasionados por un deficiente mantenimiento, instalación y

operación; al igual que las distintas causas que ocasionan sobrepresiones en un proceso.

Con esta investigación, los principales parámetros para un funcionamiento óptimo del

proceso de despacho y recepción de combustibles, depende de un mantenimiento

preventivo a cada una de las unidades que intervienen en el proceso, ya sean de los equipos

rotativos (motores eléctricos, bombas, dosificadores, generadores, medidores, etc.), o

equipos estáticos (válvulas de seguridad, de compuerta, de bola, etc.).

Dentro de esta investigación, se dan a conocer los principios de funcionamiento, estructura

mecánica, fallas, y aplicaciones de las válvulas de alivio y seguridad. Se enuncian las

normas internacionales (API, ASME), que se contemplan previos a la instalación,

mantenimiento y operación de las válvulas; al igual que las recomendaciones y

consideraciones establecidas por los fabricantes.

XVIII

SUMMARY

In the present work of investigation, call APPLICATION OF RELIEF VALVES AND

SECURITY, BY MEANS OF ITS OPERATION, INSTALLATION AND

MAINTENANCE, TO AVOID OVERPRESSURE IN LINES OF RECEPTION AND

FUEL DISPATCH OF PETROCOMERCIAL PERIOD 2010, mainly it is focused in

the mechanical problems of the relief valves and security, caused by a deficient

maintenance, installation and operation; like the different causes that cause overpressures in

a process.

With this investigation, main parameters for an optimal operation of the dispatch process

and fuel reception, depend on a preventive maintenance to each one of the units that take

part in the process, already are of the rotating equipment (electrical motor, pumps,

dispensers, generators, meters), or static equipment (safety valves, ball, floodgate).

Inside of this investigation, they occur to know the principles operation, mechanical

structure, faults, and applications of the relief valves and security. The international norms

are enunciated (API, ASME), that are contemplated previous to the installation,

maintenance and operation of the valves; like the recommendations and considerations

established by the manufacturers.

CAPÍTULO I

1

CAPÍTULO I

1. INTRODUCCIÓN

Las plantas de procesos tienen equipos que se puede averiar con los cambios bruscos en

la presión. Por fortuna, en muchos estándares internacionales (ASME, API, ASTM) se

han incluido los procedimientos para enfrentarse a los cambios bruscos en la presión, y

estos códigos representan prácticas de ingeniería.

Los sistemas de desahogo, además de cumplir con los estándares, deben seguir los

principios surgidos por sentido común y experiencia. Con frecuencia, una válvula de

desahogo debe proteger equipo sometido a sobrepresiones por una serie de causas sin

relación entre sí; por ejemplo, una columna de fraccionamiento podría estar sometida a

sobrepresión por un incendio externo, descarga obstruida, falta de reflujo; falla de la

electricidad, del agua de enfriamiento o de los instrumentos. El tamaño de la válvula de

desahogo y sus características, se determinarán dependiendo de cada una de las

variables del proceso (presión, temperatura, tipo de fluido, etc.)

Siempre que pueda estar presente un combustible, es necesario proteger un recipiente de

presión con una válvula de desahogo de seguridad lo bastante grande para manejar los

vapores generados por un incendio externo. El sistema de tubería de descarga se debe

diseñar de modo que la contrapresión no suba hasta el punto en que disminuya la

capacidad de la válvula para proteger el recipiente.

Es necesario tener en consideración que la aplicación, instalación y mantenimiento de

válvulas de desahogo y seguridad en cualquier proceso industrial es de vital

importancia, debido a que no sólo se precautela las condiciones de operación y correcto

funcionamiento del proceso; sino existen factores igual de importantes tales como:

2

proteger al personal contra los peligros de sobrepresión en el equipo, minimizar las

pérdidas materiales durante y después de una alteración en la operación, que haya

ocasionado sobrepresión durante un tiempo corto, reducir la pérdida de tiempo debida a

sobrepresión en la planta y otros aspectos más que estarán relacionados a los costos de

operación.

1.2 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

1.2.1 Objetivo General

Presentar un documento sobre la importancia de conocer la aplicación y uso de las

válvulas de desahogo y seguridad, a fin de evitar una sobrepresión en las líneas que

transportan combustibles.

1.2.2 Objetivos Específicos

Describir los conceptos relacionados a válvulas de seguridad, para instaurar un

lenguaje claro y sencillo de los términos involucrados en el tema a investigar y

plantear las medidas preventivas para disminuir los excesos de presión en el

sistema de despacho de combustibles, a causa de una falla mecánica en los

dispositivos de alivio de presión.

Determinar las recomendaciones previas a la instalación, operación y

mantenimiento de las válvulas de seguridad, para definir cuáles son las acciones

a realizar para un óptimo desempeño de los dispositivos de alivio de presión

dentro del sistema de despacho y recepción de combustibles de Petrocomercial.

3

1.3 JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO

Esta investigación, está referida a un análisis a fondo sobre la importancia de la

operación, instalación y mantenimiento de válvulas de desahogo y seguridad, vinculado

al proceso de despacho y recepción de combustibles de Petrocomercial. Con esta

investigación se busca identificar cuáles son los beneficios de estas válvulas para los

procesos, al igual que las ventajas que se originan en su normal y óptimo

funcionamiento o los problemas que acarreen una falla en su operabilidad.

El análisis de la operación de válvulas de desahogo y seguridad, implica muchos

aspectos, tanto teóricos como técnicos para lo cual se empleará un método

explícitamente Científico debido a la complejidad de cada uno de los puntos

considerados en la investigación, basándonos en documentos bibliográficos

relacionados, a más de visitas al campo.

Una vez documentado, los aspectos que envuelven este tema, esta investigación

permitirá tomar acciones preventivas, correctivas al momento de tomar la decisión; ya

sea reemplazar, reparar o instalar una válvula de desahogo o de seguridad en líneas de

flujo, tanques, oleoducto u otros elementos empleados en cualquier proceso industrial.

El mantenimiento extenso de las válvulas de una tubería, aunque esté fuera de servicio,

sólo se hace en circunstancias inusitadas. El grado de reparaciones con las válvulas

instaladas está limitado por su diseño. Es mucho más conveniente desmontar una

válvula con bridas e instalar una de repuesto, que intentar repararla instalada, aunque el

diseño de la válvula permita hacer ciertas reparaciones sin desmontarla. A veces, a las

válvulas grandes se les puede dar servicio cuando están instaladas, pues puede ser difícil

desmontarlas para llevarlas al taller.

4

Las válvulas que se pueden reparar sin desmontarlas, para corregir problemas con el

asentamiento e instalar nuevos discos o sellos de asiento, son las de compuerta, globo,

retención, macho, bola de entrada superior y diafragma.

1.4 IDEA A DEFENDER

Se realizará un estudio de los dispositivos de desahogo de presión (funcionamiento,

tipos, limitaciones, aplicaciones); causas que originan sobrepresiones en un poliducto,

con la finalidad de citar algunas sugerencias de instalación, operación y mantenimiento

preventivo de las válvulas de desahogo, para prevenir fallas mecánicas de dichos

dispositivos y evitar sobrepresiones ocasionadas por fallas en las válvulas de alivio de

presión.

5

1.5 MARCO TEÓRICO

Una válvula de alivio de presión, es un dispositivo de seguridad diseñado para proteger

un recipiente a presión o sistema durante un evento de sobrepresión. Un evento de

sobrepresión se refiere a cualquier condición que podría causar exceso de presión en

cualquier sistema, y ésta sobrepase la presión de diseño especificado o la presión

máxima de trabajo admisible. Dado que las válvulas de alivio de presión son

dispositivos de seguridad, hay muchos códigos y normas escritas para controlar su

diseño, aplicación, instalación y mantenimiento. El propósito de esta tesis es

familiarizarse con los distintos parámetros implicados en la instalación, mantenimiento

y operación de una válvula de alivio de presión y proporcionar las acciones preventivas

y correctivas en el caso de que las causas de la sobrepresión del sistema sean

ocasionadas por una mala operación, instalación o mantenimiento inadecuado;

información la cual será considerada de manuales y libros específicos sobre el tema de

válvulas.

Muchos sistemas electrónicos, neumáticos e hidráulicos existen en la actualidad para

controlar las variables del sistema de líquidos, tales como presión, temperatura y flujo.

Cada uno de estos sistemas requiere una fuente de alimentación de algún tipo, tales

como la electricidad o aire comprimido para poder funcionar. Una válvula de alivio de

presión debe ser capaz de operar en todo momento, especialmente durante un período de

fallo de alimentación cuando los controles de sistema son no funcionales. La única

fuente de energía para la válvula de alivio de presión, es el líquido de proceso. Una vez

que se produce una condición que causa la presión en un sistema o proceso, aumentará a

un nivel peligroso, la válvula de alivio de presión puede ser el único dispositivo restante

que evitará una falla catastrófica. La fiabilidad está directamente relacionada con la

6

complejidad del dispositivo, es importante que el diseño de la válvula de alivio de

presión deba ser tan simple como sea posible. La válvula de alivio de presión debe abrir

a una presión de conjunto predeterminada, una capacidad nominal en una sobrepresión

especificado de flujo y cerrar cuando la presión del sistema se ha vuelto a un nivel

seguro.

Las válvulas de alivio de presión deben estar diseñadas con materiales compatibles con

muchos fluidos de proceso desde el aire simple y el agua, hasta los más corrosivos.

También deben ser diseñados para operar de manera coherente suave y estable en una

variedad de líquidos y fases líquidas.

Por fortuna, en muchos códigos se han incluido los procedimientos para enfrentarse a

los cambios bruscos de la presión, y estos códigos representan prácticas de ingeniería.

La norma API-RP 520, “Práctica recomendada para el diseño e instalación de sistemas

de desahogo de presión en refinerías”, Parte 1, diseño, es adecuado para determinar las

cargas que se deben desahogar y aunque se aplica en particular a las refinerías de

petróleo, también es pertinente para todos los tipos de plantas de proceso.

Sin embargo, el ingeniero se encuentra aún con el problema de seleccionar un

dispositivo de desahogo para una situación específica; hay disponibles diversos tipos de

ellos. Aunque ninguno es adecuado para todos los servicios, cada uno es idóneo para

una aplicación particular. Los sistemas de desahogo, además de cumplir con los códigos

respectivos, deben seguir los principios surgidos por sentido común y experiencia. Con

frecuencia, una válvula de desahogo debe proteger equipo sometido a sobrepresiones

por una serie de causas sin relación entre sí.

7

Los sistemas de desahogo de presión protegen al personal y al equipo contra un

funcionamiento anormal de un proceso. Algunas condiciones que pueden ocasionar

presiones excesivas son: Exposición al fuego u otras fuentes externas de calor.

Calentamiento o enfriamiento del líquido retenido entre las válvulas o alguna

otra sección cerrada del sistema que produce una dilatación hidráulica.

Falla mecánica de los dispositivos normales de seguridad, mal funcionamiento

del equipo de control u operación manual incorrecta que produce llenado en

exceso del equipo.

Producción de más vapores de los que puede manejar el sistema, después de una

alteración en el funcionamiento.

Generación inesperada de vapores como resultado de desequilibrio del calor en

el proceso.

Reacción química con generación de calor y producción de gas (vapores) en

exceso de la capacidad del sistema.

Cabe suponer que una válvula de control que está abierta al ocurrir una alteración

seguirá funcionando salvo que la causa de la alteración haya ocasionado la falla de la

válvula. Siempre que pueda estar presente un combustible, es necesario proteger un

recipiente de presión con una válvula de desahogo de seguridad lo bastante grande para

manejar los vapores generados por un incendio externo, con lo cual se asegurará el

óptimo y normal funcionamiento del sistema sin poner en riesgo las instalaciones y al

personal.

8

1.6 METODOLOGÍA

1.6.1 Métodos

El presente proyecto sobre la aplicación de válvulas de desahogo y seguridad busca

mencionar cuáles serán las recomendaciones de instalación, operación y mantenimiento

de las mismas para lo cual se requiere de la aplicación del método Inductivo.

Con este proyecto se busca determinar, cuales son los problemas (fugas, liqueo,

cavitación, daños mecánicos, etc.) suscitados en las válvulas en operación en una línea

de transferencia o recepción de fluidos (combustible), para lo cual el método más

adecuado es el Analítico debido nuestros requerimientos. Debido a la complejidad de

los términos empleados, a más del contenido referente a válvulas de desahogo y

seguridad es de suma importancia considerar el método científico.

1.6.2 Técnicas

Para complementar la investigación teórica la observación será de forma directa;

realizando visitas de campo y laboratorio.

CAPÍTULO II

9

CAPÍTULO II

2. GENERALIDADES

La válvula de alivio de presión es una válvula que se abre automáticamente para aliviar

la presión de la línea que es mayor de los limites seguros de la operación. Las válvulas

de alivio de presión garantizan la seguridad del personal y la integridad del equipo

debido a que cuando la presión en la línea se acumula por encima de los límites

permitidos drenan el líquido extra hacia un sistema de sumidero.

Una válvula de alivio de presión debe ser capaz de operar en todo momento,

especialmente durante un período de fallo de alimentación cuando los controles de

sistema son no funcionales. La única fuente de energía para la válvula de alivio de

presión, es el líquido del proceso. Una vez que se produce una condición que causa la

presión en un sistema o recipiente aumentará a un nivel peligroso, la válvula de alivio

de presión puede ser el único dispositivo restante que evitará una falla catastrófica.

Su fiabilidad está directamente relacionada con la complejidad del dispositivo, es

importante que el diseño de la válvula de alivio de presión sea tan simple como sea

posible. La válvula de alivio de presión debe abrirse a una presión de conjunto

predeterminada, una capacidad nominal en una sobrepresión especificada de flujo; y

cerrar cuando la presión del sistema se ha vuelto a un nivel seguro. Válvulas de alivio

de presión deben estar diseñadas con materiales compatibles con muchos fluidos de

proceso desde el aire simple y el agua a los medios de comunicación más corrosivos.

También deben ser diseñados para operar de manera coherente suave y estable en una

variedad de líquidos y fases líquidas.

10

2.1 DISPOSITIVOS PARA DESAHOGO DE PRESIÓN1

Válvula de seguridad (Safety Valve): Una válvula de seguridad es una válvula de

relevo de presión que es accionada por la presión estática que entra en la válvula, y cuyo

accionamiento se caracteriza por una rápida apertura audible o disparo súbito. Sus

principales aplicaciones son en el manejo de vapor de agua o aire.

Válvula de desahogo o de alivio- (Relief Valve): es un dispositivo de alivio de presión

actuado por la presión estática aguas arriba de la válvula, manteniendo una apertura

gradual generalmente proporcional al incremento de presión sobre la presión de

apertura. Pueden venir proporcionadas de un bonete o cubierta de resorte cerrado

adecuada en aplicaciones de sistemas de descarga cerrados son principalmente usadas

para servicios líquidos.

Tipos de dispositivos de alivio de presión.- Existen dos tipos de dispositivos de alivio

de presión:

Válvulas de alivio de presión: válvulas de seguridad (actuadas por resorte,

válvulas de alivio actuadas por resorte, válvula de protección presión/vacío,

válvulas de alivio de seguridad

Discos de ruptura, Pin de ruptura.

1Safety Relief Valves, Rugby, UK, Relief Systems Handbook, Institution of Chemical Engineers, 1992,

Pág. 169- 176.

11

2.1.1 Clasificación de las Válvulas de Seguridad

a) Según su elevación

Válvulas de seguridad de apertura instantánea.- Cuando se supera la presión

de tarado la válvula abre repentinamente y totalmente.

Válvulas de alivio de presión.- Cuando se supera la presión de tarado, la

válvula se abre proporcionalmente al aumento de presión.

b) Según su actuación

Válvulas de actuación directa.- Son válvulas cargadas axialmente, que al

alcanzar la presión de tarado abre automáticamente debido a la acción del fluido

a presión sobre el cierre de la válvula.

Válvulas de actuación indirecta.- Son válvulas accionadas por piloto. Deben

actuar debidamente sin ayuda de ninguna fuente exterior de energía.

c) Según su agrupación

Válvulas de seguridad sencilla.- Son las que alojan en su cuerpo a un solo

asiento de válvula.

Válvulas de seguridad dobles o múltiples.- Son las que alojan en su cuerpo

dos o más asientos de válvulas.

d) Según su conexión

bridadas

Roscadas

Soldadas

12

2.1.2 Partes de una válvula de desahogo de presión

Los mecanismos de las válvulas de seguridad y desahogo, están dados según los diseños

de los fabricantes; existiendo una gran variedad de válvulas que poseen muchas partes u

otras con un menor número de partes. A continuación se verá un ejemplo de los

elementos que constituyen una válvula de seguridad.

Figura 1: Elementos constituyentes de una válvula de seguridad

Fuente: www.quiminet.com

Elaborado Por: Quiminet

13

1.-Capucha; capuchón; caperuza: Elemento externo de la válvula que cubre al

tornillo de ajuste para protegerlo del medio ambiente, evitar que se modifique la

calibración de la válvula, y que el fluido escape por la parte superior.

2.-Tensor: Es un dispositivo que está diseñado para minimizar la cantidad de aire

presente en la cámara de presión.

3.-Contratuerca: Tuerca auxiliar que se superpone a otra para evitar que esta se afloje

por efecto de la vibración o por otras causas.

4.-Precinto, Precinto de seguridad y precinto plástico. Un precinto es un dispositivo

físico numerado que se coloca sobre mecanismos de cierre para atestiguar sobre

accionamientos (aperturas) no autorizados de los mismos. Una vez colocados no pueden

ser removidos sin provocar su destrucción.

5.-Resorte: Elemento interno de la válvula que proporciona la fuerza o carga que

mantendrá al disco cerrando el pasaje de flujo, mientras la presión del fluido esté por

debajo de la presión de calibración.

6.-Vástago; flecha: Elemento interior de la válvula que transmite la fuerza del resorte

hacia el disco y que también sirve de guía para las partes móviles de la válvula y

mantener la colinealidad de las fuerzas en todo momento.

7.-Tapa Guía: Elemento interno de la válvula que induce el alineamiento y

deslizamiento de las partes móviles.

8.-Obturador: Es el elemento que hace que la sección de paso varíe, regulando el

caudal y por tanto la pérdida de presión.

9.- Tornillo de fijación del anillo de ajuste: Elemento de la válvula que permite

calibrar (ajustar) la tensión del resorte para que la válvula actúe a la presión deseada.

14

10.-Tobera; boquilla: Elemento interno de la válvula que constituye el pasaje de flujo

desde la conexión al recipiente hasta el asiento, pasaje a través del cual entra y se

conduce el fluido, y que es obturado por medio del disco u otro elemento móvil.

11.-Palanca; dispositivo de levante: Mecanismo que permite el accionamiento manual

de la válvula a una presión menor a la de ajuste, reduciendo la fuerza ejercida sobre el

disco. Con la operación manual se verifica el estado de libertad que guardan las partes

móviles de la válvula.

12.-Cúpula o arcada; Bonete; cámara de resorte: Elemento externo de la válvula que

aloja al resorte y vástago. También se le conoce como bonete cerrado.

14.-Cuerpo: Elemento externo de la válvula que contiene las partes interiores y que

posee una conexión de entrada y salida, las cuales pueden ser roscadas, bridadas o de

otro tipo.

15.-Anillo de ajuste; corona; engrane: Es el elemento interno de la válvula cuya

posición modifica las fuerzas de apertura y cierre de la misma, para lograr los requisitos

marcados por las especificaciones de funcionamiento. Las válvulas de seguridad poseen

dos anillos de ajuste (anillo de tobera y anillo superior o guía); las válvulas de

seguridad-alivio solamente poseen el anillo de la tobera, y las válvulas de alivio pueden

o no poseer este último.

2.1.3 Funcionamiento

La válvula de seguridad opera mediante la liberación de un volumen de líquido del

interior de la línea de transferencia, cuando se alcanza una presión máxima determinada,

lo que reduce el exceso de presión en una manera segura. Como la válvula de seguridad

15

puede ser el único dispositivo restante para evitar una falla catastrófica en condiciones

de sobrepresión, es importante que cualquiera de esos productos sea capaz de operar en

todo momento y bajo todas las condiciones posibles.

Son actuadas por la energía de la presión estática. Cuando en el recipiente o sistema

protegido por la válvula se produce un aumento de presión interna, hasta alcanzar la

presión de tarado, la fuerza ejercida por el muelle es equilibrada por la fuerza producida

por la presión sobre el área del disco de cierre (Fig. 2). A partir de aquí, un pequeño

aumento de presión producirá el levantamiento del disco de cierre y permitirá la salida

del fluido. Si se trata de una válvula de seguridad de apertura instantánea, el disco de

cierre se separará repentina y totalmente, debido al incremento de la fuerza resultante

del producto de la presión por el incremento del área del disco de cierre.

Las válvulas están bajo carga de resorte, salvo que operen con un piloto del tipo de falla

sin peligro, y se utilizan para vapor o aire tienen una palanca para abrir la válvula si la

presión del recipiente no es mayor del 75 % de la presión de desahogo.

Figura 2: Principio de una válvula de seguridad

Fuente: www.spiraxsarco.com

Elaborado Por: Spiraxsarco

16

2.1.4 Símbolos de las válvulas de seguridad y alivio

Los símbolos comúnmente utilizados para designar a las válvulas de relevo de presión

son los que se muestran en la figura 3.

Figura 3: Símbolos típicos de válvulas de seguridad y discos de ruptura.

Fuente: Creus. A - Instrumentación industrial

Elaborado Por: Antonio Creus Solé

Las abreviaturas que se utilizan en las válvulas de relevo de presión son las siguientes

(Ver Tabla 1):

PRV Válvula de Relevo de Presión.

PSV Válvula de seguridad.

VR; RV Válvula de relevo.

SRV; VS; SV Válvula de seguridad.

17

Tabla 1: Código de identificación de instrumentos

Código de Identificación de Instrumentos

PRIMERA LETRA (4) LETRAS SUCESIVAS (3)

VARIABLE

MEDIDA O

INICIAL

LETRA DE

MODIFICACIÓN

LETRA O

FUNCIÓN DE

LECTURA

PASIVA

FUNCIÓN DE

SALIDA

LETRA DE

MODIFICACI

ÓN

A Análisis( 5,19) Alarma

B Quemador,

combustión Libre (1) Libre (1) Libre (1)

C Libre (1) Control (13)

D Libre (1) Diferencial (4)

E Tensión (f.e.m)

Sensor (Elemento

Primario)

F Caudal Relación (4)

G Libre (1)

Vidrio,Dispositivo visión (9)

H Manual Alto (7,15,16)

I Corriente

(eléctrica) Indicar (10)

J Potencia Exploración (7)

K

tiempo,

programación

tiempo

Variación de tiempo

(4,21)

Estación de

Control (22)

L Nivel Luz (11) Bajo (7,15,16)

M Libre (1) Momentáneo (4)

Medio, (7,15)

Intermedio

N Libre (1) Libre (1) Libre (1) Libre (1)

O Libre (1)

Orificio,

restricción

P Presión, Vacio

Punto (Ensayo),

Conexión

Q Cantidad Integrar, Totalizar (4)

R Radiación Registro (17)

S Velocidad,

Frecuencia Seguridad (8) Interruptor (13)

T Temperatura Transmisión (18)

U Multivariable

(6) Multifunción (12) Multifunción (12)

V

Vibración,

Análisis

mecánico (19)

Válvula,

Regulador tiro,

Persiana (13)

W Peso, Fuerza Vaina, Sonda

X Sin clasificar (2) Eje X Sin clasificar (2) Sin clasificar (2) Sin clasificar(2)

Y Evento, Estado

o Presencia EjeY

Relé, Cálculo,

Conversión

(13,14,18)

Z Posición,

Dimensión Eje Z

Motor,Actuador,Elemento final de

Control sin

clasificar

Fuente: Creus. A - Instrumentación Industrial

Elaborado Por: Gustavo Falconí

18

2.1.5 Válvula de seguridad

Es un dispositivo automático; para desahogo de presión accionado por la presión

estática corriente arriba de la válvula y se caracteriza por su acción de disparo para la

plena apertura, se utiliza en servicios con gas o vapores. (Fig. 4 -5).

Se aplica en general a las utilizadas en servicio para vapor de calderas y suele tener las

siguientes características: Conexiones de entrada con brida o extremo soldado; boquilla

completa o semiboquilla; resorte descubierto; palanca de elevación

Las válvulas de seguridad utilizadas para vapor supercalentado de más de 450 °F deben

tener cuerpos, bonetes y husillos de acero al carbón o de mejor calidad y los resortes

deben estar totalmente al descubierto.

Figura 4: Válvula de seguridad

Fuente: RICHARD W. GREENE; Válvulas, selección uso y mantenimiento

Elaborado Por: Richard W. Greene

19

Figura 5: Válvula de seguridad

Fuente: RICHARD W. GREENE; Válvulas, selección uso y mantenimiento

Elaborado Por: Richard W. Greene

2.1.6 Válvula de desahogo

Es un dispositivo automático; para desahogo de la presión accionado por la presión

estática corriente arriba de la válvula y que tiene apertura proporcional con el aumento

en la presión en la relación con la de funcionamiento, su servicio es para líquidos. Los

discos de ruptura se pueden utilizar en lugar de las válvulas de seguridad como

protección contra la corrosión y para evitar fugas. (Fig.6)

20

Figura 6: Válvula de desahogo

Fuente: RICHARD W. GREENE; Válvulas, selección uso y mantenimiento

Elaborado Por: Richard W. Greene

Se debe aplicar a una válvula diseñada para servicio con líquidos; casi todas estás

válvulas son pequeñas y tienen rosca de tubo (NPT) en las conexiones. Se les llama de

boquilla en la base y significa que la boquilla de entrada no es una pieza aparte sino sólo

un agujero taladrado en la base del cuerpo. Todas estas válvulas tienen bonetes

cerrados. Un tipo, que es una válvula combinada reguladora y desahogo de presión se

utiliza en sistemas de aceite lubricante para bombas y compresores.

Las válvulas pequeñas, hechas de bronce, algunas con asiento elásticos, se emplean para

la dilatación térmica del agua de enfriamiento en los intercambiadores de calor de casco

y tubos.

21

2.1.7 Válvulas de desahogo de seguridad

La ASME define las válvulas de desahogo de seguridad como: “Un dispositivo de

desahogo automático, accionado por presión, adecuado para uso como válvula de

seguridad o válvula de desahogo, según la aplicación”. Esta válvula puede tener todas

las características de ambos tipos, excepto que siempre tienen bonete cerrado. (Fig. 7)

Su aplicación más grande de las válvulas es en los recipientes de presión sin fuego,

según el Código de ASME. La válvula de desahogo, igual que la de seguridad, no se

debe emplear en servicio con polímeros salvo que la entrada esté aislada del líquido por

un disco de ruptura.

Figura 7: Válvula de desahogo de seguridad

Fuente: RICHARD W. GREENE; Válvulas, selección uso y mantenimiento

Elaborado Por: Richard W. Greene

2.1.8 Válvulas operadas por piloto

Las válvulas operadas por pilotos; son de desahogo de seguridad y no se deben utilizar

con pastas aguadas o polímeros porque pueden obstruir el piloto, son excelentes para

22

servicio con gas a alta presión a temperaturas menores de 300 °F y no se deben emplear

a temperaturas más altas, porque los sellos anulares tienen una temperatura limitada a

unos 350 °F. (Fig. 8)

Consisten en dos componentes: Principal y Piloto

La válvula principal tiene un pistón con superficie transversal más grande en el lado de

descarga (superior) que en lado de entrada.

La válvula de piloto bajo carga de resorte, que se abre a la presión para desahogo, aplica

la fuerza de un gas o un líquido a la misma presión que la del proceso.

La válvula asienta con más fuerza conforme aumenta la presión de funcionamiento; la

válvula se puede graduar a presiones muy ligeramente más altas que la de operación y

no oscilará.

Las válvulas operadas por pilotos tienen cuando menos, otras tres ventajas:

Si la tubería lo permite, se pueden operar a control remoto para la purga manual

del sistema.

Si se monta la válvula piloto cerca del recipiente protegido, la válvula principal

puede estar a una distancia considerable y no se moverá porque la válvula piloto

no está expuesta a los efectos de las pérdidas por fricción en la tubería

Las válvulas con piloto pueden soportar contrapresiones muy altas, hasta el 90%

de la presión graduada si tiene bridas de salida modificadas, lo cual las hace

ideales para la protección de compresores alternativos de etapas múltiples.

23

Figura 8: Válvula de seguridad operadas por piloto

Fuente: RICHARD W. GREENE; Válvulas, selección uso y mantenimiento

Elaborado Por: Richard W. Greene

2.2 APLICACIONES ESPECIALES

Las válvulas de seguridad se utilizan principalmente con gases compresibles y en

particular para los servicios de vapor y aire. Las válvulas de desahogo se utilizan

comúnmente en los sistemas de líquidos, especialmente para la capacidad inferior y el

trabajo de la expansión térmica. También se pueden utilizar en sistemas de bombeo

como dispositivos de desbordamiento de presión. Por ejemplo, las bombas reciprocantes

producen impulsos de presión que tienden a elevar el disco de una válvula de desahogo

y ocasionar fugas. Por ello, las válvulas en este servicio de debe graduar, cuando menos,

a 25 % más que la presión de funcionamiento.

Aunque su función primordial es la seguridad, las válvulas de seguridad también se

utilizan en las operaciones de proceso para evitar daños en el producto debido al exceso

de presión.

24

2. 3 DISPOSITIVO PARA DETECCIÓN Y DESAHOGO DE PRESIÓN

Los sistemas para desahogo de presión abarcan desde una sola válvula de desahogo o un

disco de ruptura y la tubería en un solo recipiente hasta lo más complejo sistemas de

tubería que incluyen muchas válvulas de desahogo conectadas en múltiple en un cabezal

común.

2.3.1 Válvulas de seguridad y desahogo

La válvula de seguridad “dispara” y abre del todo con sólo una ligera sobrepresión y

permanece abierta hasta que la presión baja a un valor definido y, después , cierra por

completo, sin embargo, esta acción solo ocurre cuando se maneja un fluido compresible.

La válvula de desahogo de seguridad operada por piloto funciona cerca de su valor de

graduación.

La presión del proceso aplica una carga por un orificio a un pistón diferencial en la

válvula principal. La válvula de piloto bajo carga de resorte se abre cuando se llega a la

presión graduada; con ésta descarga, la presión encima del pistón de la válvula

principal, puede abrirse por completo.

Con este sistema se introduce una contrapresión más alta que la presión de entrada a la

válvula y al bonete mediante la válvula de retención “B” para aplicarle carga al pistón.

La válvula de retención “A” impide que la contrapresión llegue al tubo de suministro, al

piloto y a la entrada a la válvula principal. En funcionamiento normal, la válvula de

retención “B” evita que la presión en el bonete de la válvula principal escape hacia la

tubería de descarga.

25

2.3.1.2 Materiales de construcción

En las válvulas de seguridad bajo carga de resorte en servicio en un proceso, se utilizan

cuerpos de acero fundido y guarniciones de acero inoxidable. En la mayor parte de las

válvulas se utilizan asientos metálicos planos, cuando es difícil evitar los

escurrimientos, un asiento del tipo con sellos anulares puede ser más adecuado en

aplicaciones susceptibles a vibraciones o pulsaciones para funcionar cerca del punto de

graduación y para líquidos que contienen partículas de sólidos.

2.3.1.3 Tamaños de orificio

Las válvulas de desahogo de seguridad con boquilla completa tienen orificios de tamaño

estándar. La norma API 520 está destinada a facilitar el intercambio de las válvulas de

desahogo hechas de acero, con bridas. Aunque las bridas de entrada sean de acuerdo con

ANSI B 16.5, las presiones graduadas máximas indicadas para estas válvulas son

muchos menores que las que permite la capacidad de las bridas.

2.3.1.4 Discos de ruptura

Los discos de ruptura para proteger contra sobrepresión se pueden utilizar por sí solos o

en combinación con una válvula de desahogo. Los discos se hacen con diversos metales

y están disponibles con un revestimiento en uno o ambos lados para darles resistencia a

la corrosión. (Fig. 9 - 10)

26

Figura 9: Discos de ruptura

Fuente: RICHARD W. GREENE; Válvulas, selección uso y mantenimiento

Elaborado Por: Richard W. Greene

El solo disco de ruptura tiene empleo limitado porque se puede perder todo el contenido

de un sistema de proceso cuando se rompe el disco.

Los materiales construcción más comunes son: Aluminio, Monel, Inconel y Acero

inoxidable. Pero también a veces se hacen con cobre, plata, oro, platino, tántalo y

titanio, y se requieren hojas, tiras y láminas metálicas de recocido blando.

Figura 10: Bridas para instalar discos de ruptura

Fuente: RICHARD W. GREENE; Válvulas, selección uso y mantenimiento

Elaborado Por: Richard W. Greene

27

En algunos casos el disco de ruptura se utiliza corriente debajo de la válvula de

desahogo en condiciones en que no resulta práctica la instalación corriente arriba o

cuando hay que proteger contra la corrosión los mecanismos de válvulas conectadas con

un cabezal.

Ofrece ventajas en relación con las válvulas de desahogo de seguridad:

No hay escurrimiento hasta el momento en que se rompen.

Son adecuados para servicio con pastas aguadas.

Ofrecen mejor control de explosiones y detonaciones.

Altas viscosidades no influyen mucho

2.4 EQUIPO PARA TRANSFERENCIA Y ELIMINACIÓN

La tubería para el sistema de transferencia y eliminación en los sistemas para desahogo

de presión necesitan cuidado en el diseño mecánico como la tubería para el manejo de

los fluidos del proceso. En la realidad, el diseño de la tubería de descarga de las válvulas

de seguridad suele ser más complejo que el de la tubería para el proceso en sí.

Las deformaciones térmicas ocasionadas por la entrada de fluido caliente o frío tienen

principales esfuerzos en la tubería de descarga de un sistema se eliminación. Los

anclajes y soportes adecuados y la flexibilidad en la tubería de descarga son importantes

para evitar esfuerzos en estas válvulas ocasionados por la tubería.

Las causas de las cargas de choque son dos:

El impacto de masa de líquido en el punto en donde se invierte o cambia de

sentido la circulación

28

La descarga súbita de un fluido compresible a un sistema con tubería

multidireccional.

2.4.1 Tamaño de los componentes del sistema

El método usual cuando se manejan gas, vapores o vapor de agua es calcular los

requisitos de capacidad de las válvulas a la presión máxima permisible de trabajo del

recipiente y para llegar a la plena capacidad con una presión 3 % a 10 % superior a la de

diseño.

Las válvulas para desahogo de líquidos llegan a su capacidad nominal con no más del

25 % de sobrepresión, es difícil calcular la zona de restricción de circulación por las

posibles variaciones en la configuración del disco. Los coeficientes de descarga también

varían de acuerdo con el diseño.

Para calcular el tamaño de una válvula para gas a una presión más alta o más baja que la

de calibración, se debe recordar que la ley de gases perfectos no se aplica para

determinar el volumen de flujo, por la diferencia en la zona para flujo con una presión

más alta o más baja corriente arriba.

2.4.2 Tubería de descarga, tambores de expulsión y sellos

Para determinar los tamaños de tubería en el cabezal principal y laterales de descarga

son:

Capacidad máxima requerida para descarga de vapores

Contrapresión máxima permisible en los cabezales

Tipo de válvula de desahogo de seguridad que se utilizará

29

Códigos aplicables

Principios de ingeniería requeridos

La determinación del tamaño de las tuberías consiste en el cálculo del flujo de fluidos.

La relación entre la superficie seccional del tubo de entrada y la zona libre del recipiente

para flujo de gas encima de la superficie del líquido debe ser, en todo momento, cuando

menos de 1 a 3, para evitar borboteos en el flujo de gas al quemador.

2.4.2.1 Diseño del sistema de desahogo

Para el diseño de un sistema de desahogo los factores más importantes son:

Códigos aplicables: locales, estatales, federales, código ASME para calderas y

recipientes de presión.

Capacidad de descarga de cada válvula cuando ocurren presiones anormalmente

altas.

Características de funcionamiento de las válvulas de desahogo.

Sobrepresiones de diseño del equipo de proceso que requiere protección.

El tamaño de tubo salida debe ser tal que cualquier presión existente o que esté

produciendo en la tubería de descarga no reduzca la capacidad de los

dispositivos de desahogo.

Cuando el equipo cerrado que contiene líquidos que están expuestos a un incendio,

puede estar sometido a presiones superiores a su punto de ruptura, si no tiene un

desahogo adecuado.

30

2.5 PROTECCIÓN CONTRA EXPLOSIONES INTERNAS

No hay aceptación general debido a los factores termodinámicos que intervienen a la

incertidumbre para determinar los regímenes de aumento de temperatura o de presión y

la carencia de base para definir la mezcla gaseosa.

Conviene utilizar discos de ruptura en vez de válvulas de desahogo para protección

contra explosiones internas, porque los discos reaccionan con mayor rapidez que las

válvulas ante un aumento instantáneo en la presión. Los límites de presión señalados

por los códigos para recipientes no siempre son aplicables en condiciones de un

aumento muy rápido en la presión.

Las explosiones internas ocasionan aumento en la presión de los recipientes como

consecuencia de:

La presión y el contenido del recipiente inmediatamente después de la

explosión.

Presión de reventamiento del disco de ruptura a la temperatura de operación.

Superficie del disco de ruptura en relación con el volumen del recipiente.

Duración y sentido de la onda de presión explosiva.

Diseñar el recipiente para que soporte las explosiones internas con la adición de

un factor de seguridad a la presión normal de operación.

En el volumen contenido en el recipiente, puede determinar el tamaño del disco

de ruptura con un método arbitrario.

2.5.1 Reacciones químicas

Para este tema se necesita de muchos conocimientos de la cinética y de la velocidad de

las reacciones para calcular la rapidez de desahogo de presión para una reacción

31

química en un sistema cerrado. Las reacciones exotérmicas son especialmente

peligrosas por:

La aceleración de velocidad de reacción cuando aumenta la temperatura

acompañada de un elevado régimen de liberación de energía.

Se liberan grandes volúmenes de no condensables, en casos cuando la

temperatura ha aumentado en exceso y se inician reacciones de descomposición.

Para evitar reacciones descontroladas, se debe proporcionar un desahogo rápido de la

presión. La refrigeración interna por la vaporización del líquido evitaría sobrepresiones

más serias que podrían tener como resultado una reacción química sin control.

2.6 DISEÑO DE UN SISTEMA DE TRANSFERENCIA Y ELIMINACIÓN

Antes de diseñar la eliminación en un sistema de desahogo de presión se debe realizar

un análisis de todas las posibles condiciones en las que se descargarán los fluidos desde

los dispositivos de desahogo del sistema, para determinar la carga máxima para

cualquier emergencia, esto quiere decir, el total de las cargas de aparatos individuales

que descargan en condiciones de emergencia.

La carga máxima es la que exige la mayor pérdida de carga en todo el sistema, no es por

necesidad el máximo número de libras por hora que debe descargar el sistema.

La descarga de las válvulas de desahogo de presión, el sistema de eliminación puede

recibir una carga adicional de los sistemas de reducción de presión de los vapores, que

son instalaciones auxiliares para la reproducción rápida de la presión en el equipo

mediante la descarga de vapores.

32

Los cabezales en que se encuentran las válvulas de desahogo reciben a menudo

corrientes de reducción de presión; la carga de ellas se debe sumar a las de cada válvula

de desahogo para calcular la carga máxima en un sistema de eliminación.

2.6.1 Sistemas con una sola válvula

El sistema con una sola válvula que descarga a la atmósfera, es el más sencillo de los

métodos de desahogo y eliminación. Para este tipo de sistema de descarga se instala a

menudo en lugares elevados como la parte superior de las torres, el tubo de descarga se

tiende hasta una chimenea de respiración, un quemador vertical en el cuál no estén

conectados ningún tubo de descarga de una válvula de desahogo o de un sistema

reductor de presión.

2.6.2 Sistemas con válvulas múltiples

El sistema de desahogo con descarga cerrada y válvulas múltiples es el que más se

utiliza, después de haber calculado el tamaño de tuberías con base en las cargas

individuales, los volúmenes máximos en condiciones de emergencia, la contrapresión y

temperatura permisibles en la descarga, el tendido de las tuberías es de suma

importancia.

La posible ubicación de los cabezales se puede determinar con una observación, en

lugar de combinar todas las corrientes de descarga de un cabezal grande que sirva para

toda la unidad de operación, puede ser más económico, dividir la protección con dos

cabezales, uno para cada mitad de la zona.

33

Se utiliza con frecuencia un sistema de cabezales múltiples para el servicio de una sola

unidad, por razones de seguridad.

La necesidad surge cuando es ventajoso aislar corrientes de desahogo o de reducción de

presión determinadas, debido a:

Presencia de materiales corrosivos.

Diferencias en las presiones de operación del equipo en el cual se emplea el

sistema.

Corrientes de descarga que es posible que sometan a la tubería a temperaturas

demasiado altas o bajas.

Los cabezales secundarios de material resistente a la corrosión se pueden utilizar

para descargar circulaciones de corrosivo, en lugar de construir un solo cabezal

para todas las corrientes de descarga con una aleación costosa.

Los equipos de alta presión, a veces, se puede conectar con un sistema que sirve a un

equipo de baja presión, mediante el aumento del tamaño del cabezal.

34

2.7 VÁLVULAS DE DESAHOGO DE PRESIÓN PARA PLANTAS Y

PROCESOS

Las válvulas de desahogo de presión evitan la sobrepresión indeseada en el equipo y

tuberías de procesos. Estás válvulas funcionan automáticamente a una presión

predeterminada para descargar el fluido y reducir la sobrepresión. (Fig.11)

Figura 11: Válvulas de desahogo para plantas y procesos

Fuente: RICHARD W. GREENE; Válvulas, selección uso y mantenimiento

Elaborado Por: Richard W. Greene

35

2.7.1 Válvulas de desahogo comerciales2

La válvula de desahogo de presión, consta de un cuerpo en ángulo que tiene la brida de

entrada en la parte inferior y una brida de salida en un lado.

La brida de entrada está diseñada para la presión y la temperatura de entrada nominales.

La brida de salida, más grande, por lo general tiene menor capacidad de presión. En las

válvulas de desahogo de procesos, hay una boquilla cónica alojada en la brida de

entrada y el extremo de diámetro menor sirve como asiento de válvulas para un disco

bajo carga de resorte. Estás válvulas se puede utilizar para servicios de líquidos y

vapores.

La carga de resorte contra el disco contrarresta la presión de entrada, para evitar las

fugas por el asiento de la válvula en el funcionamiento normal con líquidos y vapores,

resorte se gradúa en un 10 % por arriba de la presión normal de funcionamiento.

El resorte puede estar alojado por un bonete, se utiliza bonete cerrado cuando el fluido

descargado debe quedar confinado en el cuerpo de la válvula y la tubería de descarga. El

bonete es del tamaño de acuerdo con la capacidad de presión de salida de la válvula.

En las válvulas del tipo yugo el resorte está descubierto y se utilizan para servicios con

vapor de agua y aire.

En el código ASME dice que las válvulas de seguridad para vapor de agua deben tener

palancas para prueba.

Las válvulas de desahogo para líquido a veces tienen guías inferiores. Las válvulas de

desahogo para procesos y calderas suelen tener guía inferior.

2 Válvulas de desahogo comerciales, Greene Richard , Araiza Arredondo Manuel, Weaver David H,

Válvulas- Selección, uso y mantenimiento: Sistemas y procedimientos; 1999; Pág. 103-104

36

Se utilizan las siguientes definiciones de las válvulas de desahogo de presión:

Válvula de desahogo: para servicios con líquidos.

Válvula de seguridad: servicio de vapor de agua, gas y vapores.

Válvula de desahogo de seguridad: para líquidos o vapores.

Las válvulas de desahogo para líquidos empiezan a abrir cuando la presión interna llega

al valor de la presión graduada y tendrá un aumento gradual hasta que sea de 10 a 33 %

mayor que la graduada, según el tipo de servicio. La válvula llega a su plena capacidad

con una sobrepresión del 25 %.

La presión de desahogo se define como la presión graduada más la sobrepresión. En el

servicio de vapor de agua, aire y vapores, la válvula de seguridad de abre cuando la

presión llega al valor de la presión graduada. La presión continuará en aumento, por lo

general hasta 3 % a 33 % por arriba de la presión graduada.

Después de la descarga llamada también purga, el disco vuelve a asentar a más o menos

4 % por debajo de la presión graduada. La cámara acumuladora desvía el flujo del

fluido. La velocidad, la masa del gas y la desviación son proporcionales a la fuerza que

mantiene abierto el disco de la válvula. Para mantener abierto el asiento del disco de la

válvula se necesita un flujo entre 25 y 30 % de la capacidad máxima de la válvula.

En las válvulas de desahogo de seguridad, un anillo ajustable de purga sobresale en la

cámara acumuladora, cuando el anillo está en posición alta, el disparo de la válvula es

más rápido y la purga dura más tiempo que cuando está en su posición baja.

En el servicio con líquidos, el anillo de purga no debe entorpecer el funcionamiento de

la válvula, entonces el anillo de purga siempre está en la posición más baja.

37

2.7.2 Válvulas y dispositivos especiales para desahogo

La válvula de centinela es pequeña y del tipo de disparo y avisa al operador de un

aumento excesivo en la presión.

La válvula de desahogo con diafragma se utiliza para materiales corrosivos, en tamaños

menores de 1 plg, la válvula de desahogo suele tener conexiones de rosca y las de

tamaño pequeño se protegen contra el aumento de la presión por la dilatación térmica

del líquido.

La válvula de desahogo operada por el piloto se utiliza cuando la presión graduada es

muy cercana a la presión normal de funcionamiento. Este tipo de válvula especificar una

presión más baja de diseño en servicios de alta presión y reducirá el costo de materiales

y fabricación.

El disco de ruptura consta de una placa cóncava, delgada, sujeta entre bridas. El espesor

y la resistencia de la placa se proyectan de modo que se rompa a una presión

predeterminada exacta. Los discos producen un sello hermético para líquidos y gases

tóxicos, corrosivos o inflamables y son económicos.

2.7.3 Tubería para válvulas de desahogo

La válvula de desahogo de seguridad (VD) funciona en condiciones de diseño como

tamaño, selección, especificaciones y su colocación en el equipo y la tubería conectada

al mismo. La válvula de desahogo o de seguridad se suelen instalar con el vástago

vertical, la boquilla de entrada hacia arriba y la boquilla de salida horizontal.

Si se conecta una VD en una boquilla o tubos horizontales, debe tener un codo de

curvatura larga antes de su boquilla de entrada.

38

En los recipientes horizontales, la VD se conecta en la parte superior; en los verticales,

una conexión lateral debe ser radial.

2.7.3.1 Tubería de entrada y salida

El tamaño mínimo del tubo de entrada a la VD debe ser igual que el diámetro en la

entrada de ella. La resistencia a la circulación del tubo de entrada no debe ser mayor de

2 a 3 % de la presión graduada (50 % de purga). La resistencia excesiva en ese tubo

puede ocasionar traqueteo; las tuberías de entrada deben ser cortas, sencillas y no tener

obstrucciones.

La válvula de desahogo que necesitan mantenimiento frecuente, como las utilizadas con

materiales corrosivos, deben tener válvulas de desahogo con válvulas de cierre para

reserva.

La válvula de cierre debe tener abertura igual al tamaño de la tubería y debe estar fija en

la posición de la abertura total.

El código para recipientes de presión sin fuego incluye un procedimiento muy estricto

para el cierre de la válvula. La válvula de cierre pueden estar interconectadas, para que

cuando se cierra una se abra la otra.

2.7.3.2 Descarga abierta de la válvula de desahogo

La posición de una válvula de desahogo depende de su servicio y de la función de

descarga. Cuando una VD para líquido tiene descarga abierta, se puede colocar en el

espacio para líquido de un recipiente.

39

Las VD para gases y vapores con descarga abierta se suelen colocar en un punto alto del

espacio para vapores en un recipiente o tubería. La descarga se dirige hacia arriba y

termina unos 10 ft encima de la rasante o una plataforma.

Para evitar la acumulación de lluvia, nieve o condensado en el tubo de descarga, se

puede proveer una sección inclinada hacia abajo o un “sombrero”. Un agujero para

“lloro” en el punto más bajo de la tubería dejará salir el condensado de ella.

Las válvulas de seguridad y los respiradores en un edificio suelen descargar a la

atmósfera por medio de una caja de respiración.

Para líquidos subenfriados, el diámetro del tubo de salida puede ser igual que el de la

salida de la VD. Cuando circula un líquido saturado, suele necesitar un aumento de un

tamaño de diámetro de tubo.

La caída total de presión en la tubería de descarga debe ser menor del 10 % de la

presión graduada.

Los gases tóxicos contaminan la atmósfera, un líquido puede tener evaporación

instantánea en una superficie grande.

2.7.3.3 Sistemas con descarga cerrada

Para evitar peligros o se espera grandes cantidades de descarga o si se trata de recuperar

el líquido o el gas, por lo general se utiliza un sistema con descarga cerrada.

Un sistema cerrado consiste en los tubos individuales desde la brida de descarga de la

válvula de desahogo de seguridad hasta el cabezal recolector, en cuya parte superior se

conectan los tubos.

40

La cantidad o combinación de sistemas pueden tener la influencia del usuario,

economía, sistemas generales de desahogo en una planta de procesos químicos y la

capacidad de reserva en los cabezales.

Las razones para la posible separación entre los sistemas de desahogo, además se debe

tener sistemas separados para líquidos y vapores y son:

Temperaturas de fluidos.- Puede haber diferencias en los materiales de

construcción, soportes y eliminación para el manejo de fluidos calientes o

fríos.

Material de tubería.- En algunos sistemas, debido a temperaturas y a la

corrosión, se necesitan tuberías de aleación. Más económico resultaría tener

sistemas separados, en las cuales se pueda utilizar tubos de acero al carbono

Viscosidades.- Las descargas de las válvulas de desahogo para materiales de

viscosidad normal se pueden separar.

Sistemas para gases condensables.- Necesitan descargas para el líquido y

tuberías en pendiente, que no se requiere para gases no condensables. Se

puede diseñar un sistema común con requisitos del sistema para

condensable.

Alta presión.- Cuando se espera carga frecuente a alta presión, es ventajoso

separarlas de otras descargas a baja presión en un sistema cerrado.

2.7.4 Control de la reducción de presiones altas

La reducción de la presión de un fluido puede resultar muy dificultosa, con los gases

puede haber problemas por el ruido y las temperaturas muy bajas.

41

Cuando se maneja vapores se pueden precipitar gotitas dentro de la válvula que pueden

llegar a dañar las superficies contra las cuales choca.

La reducción de la presión de un líquido puede ir acompañada por vaporización

instantánea, cavitación, ruido y posibles daños a las válvulas y a la tubería; si el líquido

es corrosivo, el problema puede ser tan severo que requerirá cambios en las gráficas del

proceso.

2.7.4.1 Gas limpio y seco

Un gas limpio y seco es el fluido más fácil de manejar. El problema de ruido a alta

velocidad, es la principal dificultad en ese servicio, se puede controlar con el empleo de

válvulas de control especiales y dispositivos auxiliares disponibles con los fabricantes

de válvulas.

El tratamiento en la fuente con el empleo de válvulas silenciosas especiales, evita o

atenúa la potencia acústica en la fuente y en la trayectoria atenúa el ruido a lo largo de

su transmisión desde la fuente hasta el oído.

2.7.4.2 Autorrefrigeración

La expansión durante la reducción de la presión puede ocasionar temperaturas muy

bajas por automaterial para el cuerpo de la válvula y los tubos de corriente abajo para

tener en cuenta esas temperaturas.

Cuando un gas circula por una válvula de estrangulación, todo el proceso

termodinámico es isoentálpico, pero desde la entrada hasta el chorro contraído, que es el

42

punto de mínima sección transversal de la corriente, el proceso es casi por completo

isentrópico.

Los materiales de construcción de la válvula se deben seleccionar para soportar la

acción erosiva por la fricción de esa corriente y se deben tomar medidas para abatir el

ruido adicional que puede ocurrir.

2.7.4.3 Formación de sólidos

La autorrefrigeración hace que se formen sólidos en forma de hielo o hidratos durante

la reducción de la presión.

En servicios de purga, en el que se descarga todo el volumen de corriente arriba, se

puede esperar la formación de hielo.

Los hidratos, que son una combinación química de agua y gas, se pueden formar a una

temperatura mucho más alta que el punto de congelación del agua.

Las mezclas secas o sean corrientes de gas que arrastran partículas de sólidos, son otra

complicación en el problema de la reducción de presión por su efecto de “chorro de

arena” en los componentes de la válvula. Hay diseños especiales de válvulas que son

“aerodinámicos” para reducir el choque directo contra el asiento y otros componentes de

las guarniciones.

2.7.4.4 Líquido de vaporización instantánea

La reducción de presión de un líquido se complica por un cambio en su estado físico. Si

la presión de vapor del líquido corriente arriba es mayor, se vaporizará una parte del

líquido; esto puede producir un flujo en fase mixta, a alta velocidad en la tubería de

43

corriente abajo, que ocasiona ruido y erosión. Los hidrocarburos no producen una

vaporización tan violenta como el agua, en parte porque su densidad y su tensión de

superficie son menores que las del agua. Como consecuencia, los “trozos” de líquido

condensado en las tuberías para hidrocarburos que se vaporizan son más ligeros, más

débiles y menos destructores que los que haya en las tuberías para agua.

2.7.4.5 Líquidos que producen cavitación

Un líquido que produce cavitación ocasiona más problemas que uno que se evaporiza.

No hay material que pueda soportar los efectos de cavitación a largo plazo. En este

servicio habrá una fuerte cavitación en las siguientes condiciones, en el supuesto de que

la temperatura del agua sea de 80 °F y que las válvulas estén completamente abiertas. El

problema de cavitación es desconcertante. No se puede predecir con certeza en las

cuales el líquido específico en una válvula específica empezará a producir cavitación.

Las burbujas de vapores en una corriente con cavitación se contraen antes de llegar a

una superficie maciza, no producirá daños en la válvula.

2.7.5 Reducción de presión de pastas aguadas

Si el líquido a presión es una pasta aguada, el diseñador tiene menos opciones que con

líquido limpio. Si el líquido es corrosivo y las partículas sólidas son abrasivas.

Conforme aumenta la velocidad de la corriente, la presión en los vórtices cae menos de

la presión de vapor del líquido y se empiezan a formar cavidades de vapores en los

sitios de nucleación. La forma inusual en que se contraen las burbujas resulta muy

dañina para los materiales de válvulas y tubos.

44

Cuando la presión corriente abajo es menor que la presión de vapor del líquido de

entrada, no se condensan las burbujas y aparecen condiciones denominadas

vaporización instantánea; cuando ocurre, los daños a la tubería se deben a altas

velocidades que se puede alcanzar si no aumenta la sección transversal del tubo para

manejar el volumen de la mezcla de líquido y vapores.

Una válvula estranguladora que se ha utilizado con pastas aguadas con caídas

moderadas de presión (400 psi).

Sus características son:

Un cuerpo amplio que reduce la velocidad de entrada.

Una descarga por orificio en la salida que “apunta” el líquido que produce

cavitación hacia un charco de líquido corriente abajo.

Un asiento de dos piezas que se deforma por el fuerte ángulo de asentamiento

del macho para producir más eficaz y evitar la estrangulación cuando se cierre la

válvula.

Otra válvula de estrangulación para reducción de presión de pastas aguadas y el orificio

es muy semejante al de la válvula estranguladora, por lo general, el orificio y el macho

se hacen con material cerámico duro, como alúmina, que resiste la abrasión y la

corrosión.

Las características de esta válvula incluyen:

Una entrada con curvatura larga para minimizar el desgaste debido al choque de

partículas abrasivas.

Un orificio con entrada redonda y una sección recta y larga para estrangulación

que demora el comienzo de la vaporización.

45

Una salida con orificio con rebajo que forma una cámara amortiguadora que

protege la punta contra el bombardeo con partículas a alta velocidad ocasionado

por la vaporización explosiva de la corriente.

Una descarga que se puede dirigir por ejemplo: hacia un tanque o sección

ampliada de tubo, de gran volumen, para disipar la energía de la corriente.

2.7.6 Sensibilidad de las válvulas de desahogo según la longitud de las tuberías de

entrada y salida

Al diseñar nuevas instalaciones de válvulas de desahogo y examinar las existentes, el

ingeniero debe tener en cuenta la pérdida de presión en las tuberías de entrada y salida,

porque una pérdida excesiva da por resultado falta de protección.

La mayor parte de las válvulas de desahogo están disponibles en ciertas combinaciones

de cuerpo y orificio, los números en el eje horizontal indican los diámetros de la entrada

y salida en el cuerpo de válvulas en donde se monta el orificio.

2.7.6.1 Discos de ruptura para gases y líquidos

Los discos de ruptura se utilizan con frecuencia en las plantas de procesos para proteger

los recipientes contra variaciones en la presión y para separar a las válvulas de

seguridad y desahogo de los fluidos del proceso.

Los códigos tienen reglas precisas para la instalación de los discos de ruptura y la

mayoría de fabricantes garantizarán que su tamaño sea de acuerdo a sus capacidades y

condiciones de funcionamiento indicadas en la orden de compra o en la especificación.

46

2.7.6.2 Discos de ruptura para baja presión de reventamiento

Los discos de ruptura de baja presión se emplean para proteger contra sobrepresiones en

amplia gama de equipos de presión y de vacío. Evitan la corrosión y obstrucción de las

válvulas de desahogo y son un desahogo secundario de apoyo en tanques cerrados en

caso de mal funcionamiento de las válvulas o de los respiraderos durante la carga o la

descarga o durante los cambios de presión debido al calentamiento por el sol y al

enfriamiento nocturno. El disco actúa como neutralizador en caso de una purga súbita y

la consecuente descarga del producto, que es muy acídico.

2.7.6.3 Factores que influyen en los discos de ruptura de baja presión

Cuando hay bajas presiones, hay seis factores importantes por su efecto en la

confiabilidad del disco, según sea el material de construcción. Tres de esos factores se

deben a las membranas sumamente delgadas que se necesitan para bajas presiones. Esa

delgadez aumenta su sensibilidad a la corrosión, la temperatura y la fatiga; los discos de

grafito son la excepción porque no se alteran con la temperatura.

El cuarto factor que se debe considerar para aspectos económicos del equipo y del

proceso es la relación permisible entre la presión de funcionamiento y la especificación

de ruptura (relación P/R), se debe ampliar presiones bajas para contrarrestar efectos

adicionales de la fatiga y deslizamiento.

2.7.6.4 Materiales para disco de ruptura

Tiene dos categorías principales de materiales para discos de ruptura de baja presión:

grafito y metales que pueden tener un revestimiento de plástico.

47

Si se utilizan discos metálicos, tiene las siguientes características:

1. La capacidad de ruptura varía inversamente con la temperatura.

2. La fatiga y escurrimiento del metal limitan su facilidad de funcionamiento y la

duración en servicio

3. Para presiones bajas, las relaciones P/R se deben aumentar más allá del 70 %.

4. Muchos metales no se pueden surtir para los tamaños deseados de la descarga

con bajas presiones de reventamiento.

2.7.6.5 Revestimiento y películas de plásticos

Los revestimientos suelen ser muy porosos para impedir la corrosión del material base

durante un tiempo largo. Los revestimientos de suficiente impermeabilidad en servicios

corrosivos alteran la capacidad nominal a bajas presiones y siempre los debe aplicar el

fabricante del disco.

Para determinar la capacidad de los sistemas con dos materiales, se deben probar con

una sola unidad para que el conjunto cumpla con los requisitos del código.

Cuando más baja sea la capacidad de presión, más delgada debe ser la membrana y más

crítica es la resistencia a la corrosión para la confiabilidad del funcionamiento.

El material base cuando no se puede satisfacer un requisito de resistencia a la corrosión,

ya que los discos metálicos se pueden surtir con diversos protectores que incluyen Kel-

F, Teflón, vinilo plomo, oro y platino.

48

Tabla 2: Características generales, ventajas y desventajas y usos típicos de los

dispositivos de desahogo de presión (Pág. 1)

Tipo General Ventajas Desventajas Servicio

Recomendado

Válvula de

seguridad

Disponible con

semiboquilla

completa. Tiene

resorte

descubierto y

palanca de

elevación.

Bonete abierto

aísla al resorte de

la temperatura del

proceso. Vuelve a

cerrar después de

descargar.

Sólo para vapor de

agua. No las hay

con fuelle

equilibrado; pero no

descarga en

sistemas cerrados.

Calderas y servicios

general con vapor

ASME

Válvula de

desahogo de

seguridad con

boquilla

completa

La boquilla es la

cara realizada de

la brida. Se

emplea con líquidos y

vapores. Tiene

bonete cerrado.

Cuerpo de válvula

aislado del fluido

de proceso

cuando no está descargando.

Disponible con

fuelle equilibrado.

Sólo para

conexiones de cara

realzada. No es

buena para polímeros. Presión

máxima de entrada

unas 10.000 psig.

Recipientes de

presión sin fuego

ASME. Descarga de

bombas y compresores,

Calderas.

Válvula de

desahogo de

seguridad de

semiboquilla

Para líquidos y

vapores. La

boquilla es un

inserto roscado en

la base. Las

conexiones

pueden ser de

brida, extremo

soldado o

roscadas.

Más barata que la

de boquilla

completa.

Disponible con

cara plana para

instalar en bridas

de hierro fundido.

Disponible con

extremos

soldados.

No es buena para

polímeros. Presión

máxima de entrada

unas 1500 psig. No

las hay con fuelle

equilibrado.

Recipientes de

presión sin fuego

ASME. Descarga de

bombas y

compresores,

Calderas.

Válvula de

desahogo con

boquilla en la

base

Boquilla formada

con la base de la

válvula. Tienen

conexiones

roscadas, pero

también con brida

o extremos

soldados.

Disponible en

tamaños

pequeños. Bajo

costo. Vuelve a

cerrar después de

descargar.

Adecuada para

materiales

tóxicos.

No es buena para

polímeros. Presión

máxima de entrada

2000 psig. No las

hay con fuelle. No

es adecuada para

calderas.

Descarga de

bombas. Desahogo

térmico de tubos,

intercambiadores de

calor y calentadores

de agua.

Válvula de

desahogo para

servicio con

cloro

Interior protegido

con dos diafragmas. Un

diafragma aisla la

válvula del

líquido de

proceso; el otro

no permite la

salida a la

atmósfera.

Se puede emplear

en servicios muy corrosivos. El

diafragma de

entrada se

desgarra después

de que se rompe

el pasador de

ruptura. El disco

vuelve a asentar

después de

descargar

No la hay de tipo

equilibrado. Presión máxima de entrada

alrededor de 375

psig.

Servicio con cloro y

otros productos tóxicos y

corrosivos. Carros

tanque y depósitos

49

Características generales, ventajas y desventajas y usos típicos de los dispositivos

de desahogo de presión (Pág. 2)

Tipo General Ventajas Desventajas Servicio

Recomendado

Válvula de

desahogo de

seguridad

operada por

piloto

Consiste en dos válvulas. La

válvula piloto

controla a la

principal.

Puede soportar alta presión de

entrada. Se puede

graduar para

descargar cerca

de la presión de

operación. Puede

tener operación

remota para

descarga manual.

No es buena para temperaturas de más

de 350°F. No se

recomienda para

líquidos sucios,

pastas aguadas y

polímeros.

Recipientes de presión si fuego

ASME, en especial

para servicio con

gas a alta presión.

Para compresores

de gasoductos y

alternativos.

Disco de

Ruptura

Consiste en un

disco rompible

sujeto entre las

bridas de otros

sujetadores. Dos

tipos principales:

preabombado y

combadura

inversa.

No hay piezas

móviles que se

peguen u

obstruyan. Bueno

para pastas

aguadas,

polímeros,

materiales

tóxicos. No hay

fugas. Puede

manejar capacidades

grandes.

Sujetos a fatiga por

esfuerzo. Se

descarga toda la

presión del sistema

cuando se rompe el

disco y hay que

detener la unidad.

Recipientes de

presión si fuego

ASME. Dispositivo

primario de

desahogo para

pastas aguadas o

polímeros o en serie

con válvulas de

desahogo para los

anteriores. Se debe

usar en servicio con válvulas de

desahogo para

sustancias tóxicas.

Respiradero de

Tanque

Suele ser de doble

función, combinada para

presión y vacío.

En general, son

de paleta con

pesos

Se puede graduar

para cerrar a la presión de

operación. Muy

sensible. Se

gradúan en onzas

por in² o fracción.

Sólo para servicio

de baja presión. Los materiales de

construcción pueden

ser problema si se

emplea en servicio

con productos

químicos.

Tanques de petróleo

AP RP 2000 sobre el suelo. Sirve para

cualquier tanque de

almacenamiento a

presión atmosférica.

Válvula de

desahogo tipo atmosférico

Dos tipos básicos:

paleta con pesos

y orificios

múltiples. Es para

servicio con

vapor a baja presión

Gran capacidad

de desahogo a

bajo costo.

Su tipo tan especial

limita sus

aplicaciones a

servicio con vapor a

baja presión.

Condensadores de

superficie en la

salida de turbina de

vapor con

condensación. Suele

ser para servicio con vapor a baja presión

en el que ha que

descargar grandes

cantidades.

Fuente: Dispositivos para desahogo de presión (Green. R)

Elaborado por: Gustavo Falconí.

CAPÍTULO III

50

CAPÍTULO III

3. TERMINAL DE PRODUCTOS LIMPIOS EL BEATERIO

El terminal de productos limpios El Beaterio, inicio sus operaciones en el año 1980,

recibe los combustibles provenientes de los poliductos Esmeraldas - Quito, Santo

Domingo - Beaterio - Ambato y Shushufindi - Quito. De aquí también parte del

poliducto Quito-Ambato.

3.1 LÍNEAS DE RECEPCION Y DESPACHO DE COMBUSTIBLES DE LA

TERMINAL DE PRODUCTOS LIMPIOS EL BEATERIO

Tabla 3: Poliductos

Poliducto Extensión (km) Diámetro (ϕ) Presión entrada

(psi)

Presión Man.

(psi)

Esmeraldas- Sto.

Domingo 164 16” 600 ±750

Shushufindi Quito 304 + 815 6’’y 4” 220 ±230

Fuente: Petrocomercial

Elaborado Por: Gustavo Falconí

3.1.1 Estación reductora

Se reciben los productos limpios a través del Poliducto Esmeraldas-Sto. Domingo-Quito

a ± 900 psi y se reduce la presión hasta ± 80 psi y a través del poliducto Shushufindi-

Quito, para ello cuenta con dos válvulas reductora de presión (Imagen 1), sistema de

filtrado de productos, dos trenes de medición de productos, manifold de distribución,

51

trampa de recepción de equipos de limpieza, tanques de alivio y sumidero, sala de

control de operaciones, oficina de supervisión.

Imagen 1: Válvulas del poliducto Esmeraldas- Quito / poliducto Shushufindi -

Quito

Fuente: Petrocomercial

Fotografiado por: Gustavo Falconí

3.1.2 Estación de bombeo

La estación de Bombeo (Imagen 2) está compuesta por tres equipos de bombeo con

motores de 420 HP y bombas de ocho etapas; se bombean 450 bls/h a través del

Poliducto Quito-Ambato, con una presión de 1200 psi.

Imagen 2: Estación de Bombeo

Fuente: Petrocomercial

Fotografiado por: Gustavo Falconí

52

Manifold de distribución

Este se encuentra subdividido en 3 partes:

Manifold de recepción: Son las primeras válvulas, por las cuales pasan los

productos provenientes de los poliductos; en éste se encuentran las válvulas de

seguridad primarias (Imagen 3) calibradas a 1100 psi, las que van conectadas al

tanque de Alivio, y en caso de sobrepresiónes será el lugar donde se almacene el

producto proveniente de la descarga de las válvulas de alivio.

Manifold de reducción: En este se encuentran las válvulas de Alivio

Secundarias, calibradas a 550 psi.

Manifold de descarga: Las válvulas de alivio que se encuentran en esta área,

están calibradas a 250 psi, donde se manejan presiones de ± 40 a 50 psi.

Imagen 3: Las válvulas de seguridad primarias - secundarias

Fuente: Petrocomercial

Fotografiado por: Gustavo Falconí

53

Por cuestiones de prevención se encuentran instaladas 3 válvulas de alivio, ya sea

necesario liberar rangos mayores de presión o por cuestiones operativas

(mantenimiento). Los tamaños de las válvulas de alivio son: ½; ¾; 2 ½.

Las válvulas de alivio de menor diámetro (Imagen 4), van conectados a una línea que

va dirigida al sumidero, siendo estas de color amarillo, y las descargas de las otras

válvulas de alivio de mayor diámetro, van dirigidas a 4 tanques de alivio (Imagen 5) los

que están en interfase entre sí.

Imagen 4: válvulas de alivio

Fuente: Petrocomercial

Fotografiado por: Gustavo Falconí

54

Imagen 5: Tanques de Alivio YT-1622 / YT-1621

Fuente: Petrocomercial

Fotografiado por: Gustavo Falconí

3.1.3 Área de bombas y Líneas de tanques de almacenamiento

Cuenta con 14 bombas centrífugas horizontales con motor eléctrico, cada bomba está

conectada a una línea que corresponde a un tanque de almacenamiento. (Imagen 6)

Imagen 6: Área de bombas

Fuente: Petrocomercial

Fotografiado por: Gustavo Falconí

55

3.1.4 Cuarto de motor

Desde aquí, se alinean los tanques, para su posterior despacho. Los focos que se

encuentran encendidos, son las bombas que se encuentran operando y despachando el

producto de un determinado tanque de almacenamiento. Como se ilustra en la foto las

bombas que están trabajando son la 11 y 7. (Imagen 7)

Imagen 7: Cuarto de motor

Fuente: Petrocomercial

Fotografiado por: Gustavo Falconí

3.1.5 Área de carga y distribución

Consta de 3 Islas de Carga las que comprenden 19 brazos de carga con sus respectivos

equipos electrónicos de medición, válvulas y accesorios, de donde se procederá a

despachar a los tanqueros, los distintos productos almacenados en la terminal, para su

posterior comercialización. (Imagen 8-9)

56

Imagen 8: Área de carga y distribución

Fuente: Petrocomercial

Fotografiado por: Gustavo Falconí

Imagen 9: Isla de Carga # 3

Fuente: Petrocomercial

Fotografiado por: Gustavo Falconí

57

3.2 TRANSIENTES

Muchas fallas en los oleoductos ocurren por hacer provisiones inadecuadas para

anticipar y manejar las condiciones hidráulicas transientes. La importancia de

comprender estas condiciones o estados inestables del fluido, está dada por la necesidad

de manejar problemas que surgen por los cambios en las condiciones de operación del

oleoducto, tales como llenado de las líneas, cambios en la operación de bombeo, fallas

de potencia, ruptura de líneas y operación de las válvulas.

El término condiciones transientes, describe cualquier condición inestable del fluido

que cambia continuamente con el tiempo o representa una transición entre dos

condiciones de estado estable.

Los transientes en el oleoducto generalmente se presentan, cuando el flujo se desvía de

una operación normal de estado estable. Estas condiciones transientes son llamadas

surgencias, también conocidas como “martillo de agua” son cambios de presión

causados por encendido o apagado de la bomba, apertura o cierre de válvulas o fugas en

la línea.

Las presiones de surgencia también hacen referencia a las condiciones transientes

hidráulicas, flujo inestable o flujo transiente, resonancia, choque hidráulico o martillo de

agua. En aplicaciones de oleoducto, ejemplos de presiones de surgencia incluyen la

pérdida súbita del producto cuando se rompe el oleoducto, o el súbito cambio de presión

cuando las válvulas se abren o se cierran.

Las presiones de surgencia varían en magnitud, por encima o por debajo de la presión

normal del líquido en el oleoducto (estado estable). Hay dos tipos de presiones de

surgencia:

58

Negativa o surgencia hacia abajo

Positiva o surgencia hacia arriba

Surgencia hacia abajo es una presión de surgencia en el oleoducto que es “negativa”

porque su magnitud está por debajo de la presión normal de operación del oleoducto.

Surgencia hacia arriba es una presión de surgencia positiva porque su magnitud está

por encima de la presión normal de operación del oleoducto. La surgencia hacia arriba

es de interés primario en los oleoductos de gran diámetro como aquellos usados para el

transporte del petróleo y sus derivados.

Adicionalmente a las consecuencias anotadas de las presiones de surgencia, se presentan

regularmente otras condiciones llamadas surgencias cíclicas. Las surgencias cíclicas,

son surgencias pequeñas de presión que oscilan en el interior del oleoducto, están

asociadas con el equipo del oleoducto, como bombas reciprocantes y válvulas de

reducción de presión. Este equipo causa pequeñas surgencias de presión que oscilan

hacia atrás y hacia adelante en el interior del oleoducto.

Algunas de las causas más comunes de las presiones de surgencia se incluyen a

continuación:

Apertura, cierre o la oscilación de válvulas

Encendido o apagado de bombas

Cambios en la cabeza de bombeo

Cambios en la velocidad de bombeo

Separación de la columna de líquido

Aire atrapado en el oleoducto

59

Ruptura del tubo y

Llenado inapropiado, limpieza o remoción de aire de los oleoductos.

Algunas consecuencias comunes de las presiones de surgencia en los oleoductos

incluyen las siguientes:

Flujo inestable

Presiones inestables

Separación de columna

Máxima Presión de Operación excesiva

Colapso o ruptura del oleoducto

Apagado de bomba y

Cierre de la válvula de chequeo u oscilación de presión en la válvula de control

3.2.1 Causas de presiones de surgencia o sobrepresiones

El exceso de presión puede ser generada en una serie de situaciones diferentes,

incluyendo:

Un desequilibrio de caudal de líquidos provocados por descuido al abrir o cerrar

las válvulas de aislamiento en un recipiente de proceso.

La falta de un sistema de refrigeración, que permite a vapor o el líquido se

expanda.

De aire comprimido o de fallo de energía eléctrica para el control de

instrumentación.

Los picos de presión transitoria.

A los incendios de la exposición de la planta.

60

Incontrolables reacciones exotérmicas en las plantas químicas.

Los cambios de temperatura ambiente.

Exposición al fuego u otras Fuentes externas de calor.

Calentamiento o enfriamiento del líquido retenido entre las válvulas o alguna

otra sección cerrada del sistema que produce una dilatación hidráulica.

Falla mecánica de los dispositivos normales de seguridad, mal funcionamiento

del equipo de control.

Producción de más vapores de los que puede manejar el sistema, después de una

alteración en el funcionamiento.

Generación inesperada de vapores como resultado de desequilibrio del calor en

el proceso.

Reacción química con generación de calor y producción de gas (vapores) en

exceso de la capacidad del sistema.

Ingreso de un combustible de mayor volatilidad.

Cierre súbito de las salidas.

Falla de controles Automáticos.

61

Tabla 4: Otras causas de presiones de surgencia o sobrepresión

CAUSAS DE SOBREPRESIONES (Pág. 1)

Fenómeno Causas Consideraciones Adicionales

1

Incendio

Externo

Es la situación que requiere un caudal mayor

de alivio debido a la gran cantidad de energía

aportada por transferencia de calor del

incendio.

La energía absorbida por el fluido

contenido en el recipiente, en

principio estará limitada por su

superficie y el tipo de aislamiento

que disponga contra el fuego.

2 Efectos

ambientales

Es la situación que

requiere un caudal

mayor de alivio debido

a la gran cantidad de

energía aportada por

transferencia de calor

del incendio.

Es muy importante

tener en cuenta la

influencia del

aumento de

temperatura sobre la

dilatación de la fase

líquida que

ocasionaría la ruptura

del recipiente.

Para evitar esta situación no se debe

sobrepasar un determinado grado

de llenado con el cual se garantiza

la existencia de un volumen de

vapor encima de la fase líquida y en

una presión de equilibrio en función

de la temperatura.

3 Actuaciones

Incorrectas

Las más corrientes son

debidas a

equivocaciones en la

operación de válvulas.

Un cierre inadvertido

en la salida de un

recipiente o la

apertura de válvula

en la entrada. En un

sistema de bombeo la

presión máxima

alcanzada sería la

presión de la bomba

con la impulsión

cerrada puede crear

el vacío dentro del recipiente.

Un cierre

inadvertido de

las válvulas de

entrada y salida

a la vez puede

dar lugar a

sobrepresión en

el caso en que el

fluido contenido

pueda absorber

energía a través

de serpentines calefactores

internos o de la

pared externa.

Funcionamiento

defectuoso de

una válvula en

derivación de

una válvula de

control.

Adición de una

sustancia

equivocada a un

reactor.

Dosificación

incorrecta. Operación

intermitente a

destiempo como

un purgado o

una regeneración

(depuración).

4

Fallos

de

instrumenta-

ción

El fallo de un

dispositivo de control

automático puede crear

una sobrepresión

procedente de una

fuente de alta presión o alta energía,

Si cierra una válvula

de control de salida o

si abre una válvula de

control de entrada.

Las válvulas de

control se deben diseñar a prueba de

fallos pero no pueden

ser garantizadas en

todas las

circunstancias.

Un fallo de un

control de nivel

puede dejar

pasar un flujo de

gas o vapor a

alta presión hacia un

recipiente

situado aguas

abajo.

En los procesos

controlados por

ordenador se

debe prever la

peor

combinación de actuaciones

simultáneas de

válvulas por

funcionamiento

defectuoso del

ordenador.

62

CAUSAS DE SOBREPRESIONES (Pág. 2)

Fenómeno Causas Consideraciones Adicionales

5 Fallos de

equipos

Entre los fallos típicos

de equipos rotativos

están: los de una bomba

de extracción de fluido

caliente en una

columna de destilación mediante un sistema de

recirculación por

bombeo,

La corrosión interna

o externa es una

causa frecuente de

pérdida de resistencia

de equipos,

especialmente en las soldaduras.

Fallo de un

compresor de

refrigeración de

un tanque de

almacenamiento

a baja temperatura y el

de un ventilador

extractor en un

sistema

equilibrado.

Un fallo típico

de los

intercambiadores

de calor es la

rotura de uno o

más tubos conductores del

fluido térmico.

6

Fallos de los

servicios

generales de

una planta

Energía eléctrica.

Ocasiona la parada de

los equipos accionados

eléctricamente. Ejms

bombas del agua de

refrigeración,

ventiladores del aire de refrigeración,

compresores de

refrigeración.

Del aire de

instrumentación.

Afecta a las válvulas

de control y al

control automático.

Del control por

ordenador.

Ocasiona la

pérdida de

control del

proceso con

movimientos simultáneos de

válvulas.

Del vapor de

agua. Deja fuera

de acción a los

equipos movidos

por turbina,

especialmente a

generadores eléctricos y

equipos de

refrigeración.

7

Del suministro de

combustible. Afecta a

los motores de

combustión y

especialmente turbinas

de gas y motores diesel.

Del gas inerte.

Ocasiona la pérdida

de presión del gas

inerte con las

consecuencias sobre

los equipos que

dependen de este

servicio.

Variación rápida

de la presión:

Ocasionada por

ejemplo por una

parada o

arranque súbito

de una columna

de destilación.

Contaminación

de una sustancia

densa o con un

componente de

punto de

ebullición

inferior. El

régimen de temperatura

normal puede

crear una

vaporización

anormal dando

lugar a una

sobrepresión.

8 Otros efectos

Reacciones químicas

incontroladas o

explosiones internas.

Ocasionadas por la

pérdida de control en un reactor, la admisión

de una mezcla

explosiva, la admisión

de un catalizador o

contaminante o por

contingencias.

Rotación o inversión del fluido en tanques de

almacenamiento refrigerados causada por una

estratificación de temperatura seguida de un movimiento

rápido de convección y vaporización.

Fuente: Loss Prevention in the Process Industries

Elaborado Por: Gustavo Falconí

63

3.2.2 Manejo de la presión de surgencia

Hay dos aspectos distintos del manejo de presión de surgencia:

1. Su control

2. La protección del oleoducto y del equipo

Control de la presión de surgencia. El objetivo del control de una surgencia es limitar

su magnitud para mantenerla en los límites admisibles del sistema (tuberías, bombas, y

válvulas). Un gran número de operaciones influye en el control de las surgencias.

Estas incluyen:

Operaciones de apagado de bombas

Operaciones de encendido de bombas

Operación de la válvula de control de presión

Operación de la válvula de control de flujo

Operación motorizada de la válvula

Cambios en las condiciones de suministro y entrega

Operaciones de inyección o entrega lateral

Controladores dinámicos

Protección del oleoducto y del equipo. El objetivo de la protección del oleoducto y del

equipo es preservar la integridad del sistema y prevenir fallas del mismo cuando ocurren

eventos que están más allá del control de los operadores.

Los operadores deben estar capacitados para proteger el sistema durante cualquiera de

las siguientes condiciones:

Falla de la potencia de la bomba

Falla del motor de la bomba

64

Operaciones de la válvula de emergencia (apagado o cierre)

Falla de la válvula

Accidentes y

Error del operador

Hay cuatro reglas básicas que los operadores deben recordar cuando manejan presiones

de surgencia:

1. Nunca realice tareas con precipitación. Tome su tiempo para comprender la

situación y complete cada tarea con seguridad y apropiadamente.

2. Siempre que sea posible, ejecute las tareas solo, por ejemplo

Iniciar bombas usando control

Apagar bombas usando control

3. Espere lo inesperado. Provea protección para una presión de surgencia ante

cualquier evento posible. Por ejemplo,

Fallas en la potencia de la bomba

Fallas en la válvula

Accidentes

Error del operador

4. Controle la presión de surgencia lo más cerca posible a su origen.

Adicionalmente, minimice la cantidad de equipo y de oleoducto expuesto a surgencias.

3.2.3 Dispositivos para el control de una surgencia

Hay cuatro tipos de dispositivos para manejar la presión de surgencia:

a) Válvulas de alivio de presión

b) Tanques de surgencia presurizados

65

c) Discos de ruptura

d) Controladores proporcionales, integrales y diferenciales.

a) Válvulas de alivio de presión. Son dispositivos mecánicos usados para proteger el

sistema de oleoductos de la excesiva presión. Las válvulas de alivio de presión (PRVS)

son instaladas usualmente en puntos de la línea donde el mantenimiento es fácil y el

acceso a las válvulas es libre.

b) Tanque de surgencia presurizado o “acumulador“. Contiene un gas que absorbe

las presiones de surgencia y previene su transferencia a otras partes del sistema de

oleoducto y actúa más como un absorbedor de choques en un automóvil. Los tanques de

surgencia presurizados son muy precisos y no requieren reparación porque no tienen

partes móviles. Sin embargo, los tanques de surgencia presurizados son usualmente un

poco costosos porque son regulados como vasijas de presión.

Un mantenimiento regular es también requerido para mantener el volumen de gas en el

tanque. Los tanques de surgencia presurizados previenen que los transientes que llegan

a una sección del oleoducto sean transmitidos a otra sección de la línea.

c) Discos de ruptura. Son un dispositivo no mecánico para el manejo de la presión de

surgencia el cual consiste en una membrana diseñada para romperse ante unas

condiciones predeterminadas de temperatura y presión.

d) Controladores proporcionales, integrales y diferenciales (PID)

Los controladores son usados para estabilizar parámetros ajustables rápida y

precisamente, como presión o caudal. Los controladores monitorean continuamente las

66

condiciones actuales, las comparan con las condiciones adecuadas, y ajustan la unidad

de control (válvula). Este monitoreo y control provee un control más rápido y preciso de

los oleoductos en la locación de la unidad de control. Los controladores PID operan

válvulas de control para presión, flujo u otros parámetros

3.3 INSTALACIÓN DE VÁLVULAS DE DESAHOGO 3

La tubería de entrada a las válvulas de desahogo, válvulas de seguridad y válvulas de

desahogo de seguridad deben tener una superficie cuando menos igual a la de la

conexión de entrada de la válvula.

Esto significa que la tubería de entrada debe ser lo bastante grande para asegurar que la

pérdida por fricción sea inferior al 3 % de la presión graduada para evitar movimiento

de la válvula, pues éste reduce mucho la capacidad de la válvula y puede ocasionar un

peligroso exceso de presión en el recipiente protegido.

Muchas válvulas reciben daños cuando se ponen en servicio por primera vez debido a

que no se limpia la conexión de manera apropiada cuando se instalan. Antes de la

instalación se debe proceder a una limpieza exhaustiva de toda suciedad y materias

extrañas de las caras de las bridas o de las conexiones roscadas tanto de la entrada de la

válvula como del recipiente y de la línea a la que esté conectada la válvula. Debido a

que las materias extrañas que pasan al interior y a través de las válvulas de seguridad

pueden dañar el asiento, los sistemas en los que se prueban y finalmente se instalan las

válvulas también se tienen que inspeccionar y limpiar.

A veces se emplea un revestimiento de espuma para proteger el asiento principal de la

válvula durante el transporte. Compruebe si hay algún revestimiento de espuma como el

3 Installation, Maintenance and Adjustment Instruction,www.crosby.com

67

mencionado y extráigalo antes de proceder a la instalación. Las juntas que se usan

deben tener unas dimensiones correctas para las bridas específicas. Los diámetros

interiores deben dejar totalmente libres las aberturas de entrada y salida de la válvula de

seguridad de modo que la junta no restrinja el flujo.

Tabla 5: Consideraciones previas a la instalación de válvulas de alivio y seguridad

Instalación de válvulas de alivio y seguridad (Pág.1)

Consideraciones

de instalación

Aspectos Relevantes

Los dispositivos

de relevo de

presión deben

estar construidos,

localizados e

instalados de tal

forma que sean

accesibles para su inspección y

reparación.

Las válvulas de

relevo de presión y

los dispositivos

carentes de la

posibilidad de

recierre pueden ser

utilizados como

dispositivos de protección

independiente o

combinación con una

válvula de relevo de

presión.

Los dispositivos de

relevo de presión

para aplicaciones de

vapor, deben estar

conectados al

recipiente en el

espacio de vapor, por

encima del líquido, o conectado a la

tubería en el espacio

de vapor del

recipiente que vaya a

proteger.

No es necesario

que los

dispositivos de

protección

requeridos sean

instalados

directamente en

el recipiente

cuando la fuente de presión es

externa al

recipiente y se

encuentra bajo

un buen control.

Conexiones de

entrada y salida

# 1

Los dispositivos

de relevo de

presión deben

estar construidos,

localizados e

instalados de tal forma que sean

accesibles para

su inspección y

reparación.

Las válvulas de

relevo de presión y

los dispositivos

carentes de la

posibilidad de

recierre pueden ser utilizados como

dispositivos de

protección

independiente o

combinación con una

válvula de relevo de

presión.

Los dispositivos de

relevo de presión

para aplicaciones de

vapor, deben estar

conectados al

recipiente en el espacio de vapor, por

encima del líquido, o

conectado a la

tubería en el espacio

de vapor del

recipiente que vaya a

proteger.

No es necesario

que los

dispositivos de

protección

requeridos sean

instalados directamente en

el recipiente

cuando la fuente

de presión es

externa al

recipiente.

68

Instalación de válvulas de alivio y seguridad (Pág.2)

Conexiones de

entrada y salida

# 2

Aspectos Relevantes

Los dispositivos de relevo de

presión deben

estar construidos,

localizados e

instalados de tal

forma que sean

accesibles para

su inspección y

reparación

Las válvulas de relevo de presión y

los dispositivos

carentes de la

posibilidad de

recierre pueden ser

utilizados como

dispositivos de

protección

independiente o

combinación con una

válvula de relevo de presión.

Los dispositivos de relevo de presión

para aplicaciones de

vapor, deben estar

conectados a l

recipiente en el

espacio de vapor, por

encima del líquido, o

conectado a la

tubería en el espacio

de vapor del

recipiente que vaya a proteger.

No es necesario que los

dispositivos de

protección

requeridos sea n

instalados

directamente en

el recipiente

cuando la fuente

de presión es

externa al

recipiente y se encuentra bajo

un buen control

Válvulas de

bloqueo entre el

dispositivo de

relevo de presión

y el recipiente

Un recipiente bajo presión puede tener

una válvula de bloqueo de paso

completo (sin restricciones) entre éste y

su dispositivo de relevo de presión,

exclusivamente por razones de

inspección y reparación.

Un recipiente o sistema en el cual la

presión es generada por una fuente

externa, puede tener un dispositivo de

relevo de presión en cada recipiente;

instalado en cualquier punto de la

tubería que los conecta.

Válvulas de

bloqueo a la

salida del

dispositivo de

relevo de presión

Una válvula de bloqueo de paso completo (sin restricciones de flujo) puede

colocarse en el lado de la descarga del dispositivo de relevo de presión, de tal

forma que el cierre de esta válvula de bloqueo evite el contraflujo de descarga de

cualquier otro recipiente bajo presión conectado más allá de la válvula de bloqueo

ya cerrada.

Pérdida de

presión a la

entrada para

válvulas de

seguridad-alivio y

operadas por

piloto

El tamaño nominal de toda la tubería, válvulas, accesorios y componentes que van

del recipiente a presión hacia su(s) válvula(s) de relevo de presión, ya sea(n) de

seguridad, seguridad-alivio u operadas por piloto, deben ser por lo menos del

mismo tamaño nominal que el de la entrada del dispositivo de relevo, y las

características del flujo, que van del recipiente hacia el dispositivo.

Líneas de

descarga de los

dispositivos de

seguridad

Cuando las líneas de descarga son largas,

o donde la descarga de dos o más

válvulas se encuentre conectada hacia

una línea común, y cuyas presiones de ajuste se encuentran dentro de un

intervalo similar, es necesario considerar

el efecto de la contrapresión que se

genera dentro del sistema al momento en

que las válvulas operen.

Donde sea factible,

es recomendable el

uso de una tubería

vertical corta o elevador de descarga,

conectado a un codo

de radio amplio

(bastón de descarga

corto) para cada

dispositivo de relevo

de presión, y que

vaya dirigido

directamente hacia la

atmósfera.

Toda línea de

descarga debe

correr tan

directamente como sea posible

hacia el punto de

descarga final.

69

Instalación de válvulas de alivio y seguridad Pág.3)

Instalación de

válvulas de relevo

de presión

Aspectos Relevantes

Deben ser

instaladas con el

vástago en posición vertical,

teniendo en

cuenta que:

El drenado en el lado

de descarga del

cuerpo de la válvula y la tubería de salida,

sea adecuado.

El diseño de la

válvula sea

satisfactorio en esa posición

El medio (fluido)

sea tal, que no se

acumule en la entrada de la

válvula.

Fuente: Relief Systems Handbook

Elaborado Por: Gustavo Falconí

3.3.1 Sugerencias para instalación

Para considerar el tamaño de la tubería en contra del tamaño de la válvula hay que tener

en cuenta la resistencia física de la válvula en relación con la de la tubería contigua. Las

dos reglas empíricas que se suelen utilizar para ello son: tamaño de la válvula no menor

que la mitad del tamaño de la tubería y tamaño de válvula no menor de dos tamaños

menos que el de la tubería. Se puede aplicar cualquiera de las reglas sin menoscabo de

la seguridad. A menudo, se instalan las válvulas de control sin dar mucha importancia a

la forma en que la disposición de la tubería contigua a la válvula puede influir en su

funcionamiento. Los ingenieros de control de proceso determinan con cuidado el

tamaño de cada válvula y especifican las características del macho; pero después, la

distribución física de la instalación la hacen diseñadores de tubería que quizá no tengan

muy en cuenta las funciones de control de la válvula.

Con frecuencia se descuida la caída de presión en las válvulas de cierre y tubería

contiguas. Sería lamentable que en muchos casos el cuidado para especificar las

válvulas en la etapa de ingeniería del proyecto y los esfuerzos del fabricante por proveer

características y capacidades precisas de las válvulas quede anulado con métodos

70

deficientes para instalación. Las siguientes recomendaciones ayudarán a obtener el

mejor rendimiento posible de las válvulas de control.

1. Evítense instalaciones que puedan constituir un efecto de boquilla en la

entrada a la válvula de control, pues perjudicarán las características de la válvula.

2. Evítense las válvulas de cierre de admisión muy cercanas entre sí porque

influyen en las características y en la capacidad.

3. Si hay que utilizar válvula de cierre y derivación con una válvula de control,

es preferible colocarla en una sección rectilínea. Hay que evitar los tubos múltiples

sinuosos que a veces se utilizan con las válvulas de control para tener acceso. Pueden

ocasionar problemas con la característica la capacidad de la válvula.

4. Evítense dobleces agudos cerca de la entrada de la válvula. Las secciones

rectas de entrada y salida de la válvula de control deben simular con la mayor

aproximación posible, la tubería que se utilizó para establecer originalmente la

capacidad de flujo y la característica. Los datos de estas pruebas se basan en secciones

rectas de alrededor de 5 diámetros nominales de tubo corriente abajo de la válvula y 12

diámetros corriente arriba para reductores y expansores de 13 diámetros de tubo

corriente arriba hasta la salida de un tanque; de 18 diámetros de tubo corriente arriba

para codos orientados en el mismo plano y de 30 diámetros de tubo corriente arriba para

codos orientados en un plano diferente.

Aunque estas recomendaciones suelen ser para casos ideales, si se aplican y se tiene

cuidado al seleccionar la disposición de la tubería en torno a la válvula de control

pueden ayudar a obtener el mejor rendimiento posible con la válvula seleccionada.

71

3.4 OPERACIÓN Y PUESTA EN MARCHA DE LAS VÁLVULAS DE

SEGURIDAD. 4

Entrega: Compruebe si dispone de todas las piezas que componen el albarán de

entrega. (Válvula completa, Albarán de entrega, Sus componentes, Manual de

instrucciones).

Desembalaje: Limpiar la válvula o sus partes de posibles restos de embalaje.

• Inspeccionar la válvula o las partes que la forman, acerca de posibles daños

recibidos durante el transporte

Identificación: El comprador o el usuario se responsabilizarán del montaje, instalación,

puesta en marcha y funcionamiento de la válvula.

Emplazamiento: Colocar la válvula de manera que pueda facilitar las inspecciones y

revisiones. Dejar suficiente espacio alrededor de la válvula para una adecuada revisión,

separación y mantenimiento.

Sentido del flujo: La válvula de alivio está diseñada para ir instalada según el sentido del

flujo indicado. (Fig.12)

Figura 12: Sentido de flujo en las válvulas

Fuente: www.inoxpa.com

Elaborado Por: Inoxpa

4 www.inoxpa.com

72

Posición de la válvula de alivio: La válvula de alivio está diseñada para ir instalada en

cualquier posición, aunque no es recomendable montarla boca abajo. (Fig.13)

Figura 13: Posición de la válvula de alivio

Fuente: www.inoxpa.com

Elaborado Por: Inoxpa

Montaje: Una vez definido el emplazamiento de la válvula se puede unir a la tubería

soldando el cuerpo o mediante accesorios. La válvula de alivio está diseñada para ir

instalada en cualquier posición, aunque no es recomendable montarla boca abajo.

Durante el montaje de las válvulas hay que evitar excesivas tensiones y prestar especial

atención a: Las vibraciones que se puedan producir en la instalación, Las dilataciones

que pueden sufrir las tuberías al circular líquidos calientes, Al peso que puedan soportar

las tuberías, La excesiva intensidad de soldadura.

Comprobación y revisión

Realizar comprobaciones antes de su uso:

Comprobar que la abrazadera y las tuercas de regulación están bien apretados.

En caso de llevar maneta, maniobrarla varias veces para comprobar su

funcionamiento. (El asiento de la válvula debe levantarse y bajar)

73

Soldadura: Los trabajos de soldadura sólo los podrán realizar personas calificadas,

formadas, y equipadas con los medios necesarios para realizar dichos trabajos. Antes de

empezar los trabajos de soldadura, desmontar la válvula.

Puesta en marcha.

Antes de poner la válvula en marcha deberá tenerse en cuenta:

Verificar que la tubería y la válvula están completamente limpias de posibles

restos de soldadura u otras partículas extrañas. Proceder a la limpieza del

sistema si es necesario.

Comprobar el movimiento suave de la válvula. Si fuera necesario, lubricar con

grasa especial o agua jabonosa.

Controlar las posibles fugas, verificar que todas las tuberías y sus conexiones

sean herméticas y sin fugas

Accionar la válvula.

Tarado de la válvula.

La válvula de alivio puede enviarse tarada de fábrica, si con anterioridad se ha

solicitado por escrito en el pedido. El tarado de la válvula de alivio se realiza mediante

un montaje tipo by-pass (recirculación del flujo). Para realizar el tarado, es necesario

disponer de una bomba, un manómetro (para medir la presión), una válvula de cierre y

de la válvula de alivio.

Poner en funcionamiento la bomba, con la válvula de cierre en posición cerrada. El flujo

hará el by-pass (recirculación) pasando por la válvula de alivio. Apretar la tuerca

superior (aflojando previamente la contratuerca) de la válvula de alivio hasta que el

manómetro indique la presión máxima de trabajo de la bomba. La válvula de alivio

74

quedará tarada a la presión indicada en el manómetro; si se superara esta presión, la

válvula de alivio se abriría y haría recircular el flujo impidiendo que se pudiera dañar la

instalación.

Tabla 6: Consideraciones para la operación de válvulas de alivio y seguridad

Operación de válvulas de alivio y seguridad (Pág.1)

1. La capacidad

total de los

dispositivos de

relevo de presión

debe ser suficiente

para descargar la

cantidad máxima

generada o

suministrada al

equipo, sin permitir

que se incremente la presión por encima

de la máxima

presión de trabajo

permisible, cuando

los dispositivos de

relevo estén

descargando.

2. Los recipientes

interconectados con un

adecuado sistema de

tubería que no

contengan válvulas

que puedan aislarlos,

se pueden considerar

como una unidad

independiente para

determinar la

capacidad de descarga requerida del

dispositivo de relevo

de presión.

3. Los

intercambiado-

res de calor y

recipientes

similares, deben

estar protegidos

con un dispositivo

de relevo que

desfogue una

capacidad

suficiente para evitar

sobrepresión en

caso de una falla

interna.

4. La

capacidad del

dispositivo de

seguridad de

relevo de

presión debe

estar marcada

en el mismo.

5. Cuando se

utiliza un solo

dispositivo de

relevo de presión,

éste debe ser

ajustado para

operar a una

presión que no

exceda la máxima

presión de trabajo

permisible del recipiente.

6. Cuando la

capacidad requerida

es abarcada por más

de un dispositivo de

relevo de presión, sólo se necesita

ajustar un

dispositivo a una

presión igual o

menor de la máxima

presión de trabajo

permisible, y los

dispositivos

adicionales pueden

ser ajustados para

operar a presiones mayores, pero en

ningún caso a una

presión del 5% por

encima de la

máxima presión de

trabajo permisible

7. Los dispositivos de

presión usados como

protección en contra

de la presión excesiva

causada por estar expuesto a incendio

(fuego directo) o

alguna otra fuente de

calor, deben estar

ajustados para operar a

una presión no mayor

del 10% por encima de

la máxima presión de

trabajo permisible del

recipiente.

8. En general

para tener una

operación segura,

la presión de

operación debe ser por lo menos

de un 10% por

debajo de la

máxima presión

de operación

permisible.

Se sugiere que

la diferencia

entre la presión

de operación y

la máxima presión

permisible de

trabajo (que es

la máxima

presión a la

cual se ajusta la

válvula para

actuar), se

mantenga tan

grande como

sea posible, con el objeto de

tener un marge

n suficiente

para evitar el

accionamiento

indeseable del

dispositivo de

relevo de

presión

9. Cuando

el servicio de la

válvula de relevo

es a alta

temperatura, los fabricantes deben

aplicar factores de

corrección por

temperatura.

Estos factores de

corrección dan

una aproximación

muy cercana a las

condiciones reales

del servicio,

dentro de las tolerancias

establecidas para

cada tipo de

válvula.

75

Operación de válvulas de alivio y seguridad (Pág.2)

10. Los

dispositivos de relevo de presión

sean capaces de

prevenir que la

presión se

incremente más del

20% por encima de

la máxima presión

de trabajo

permisible del

recipiente;

11. La presión de

ajuste de estos dispositivos no debe

exceder la máxima

presión de trabajo

permisible del

recipiente;

12. Los

dispositivos de relevo de presión

tengan suficiente

espacio para

evitar la

posibilidad de que

el recipiente se

encuentre

completamente

lleno de líquido;

13. La

máxima presión de trabajo

permisible del

recipiente en

donde los

dispositivos de

presión son

instalados, sea

mayor que la

presión del gas

licuado

comprimido a la máxima

temperatura

esperada4 que

alcanza el gas

bajo las

condiciones

atmosféricas.

14. La

capacidad y características de

la presión

diferencial de

cierre, debe

considerarse al

seleccionar una

válvula que le sea

compatible y al

adoptar el margen

de operación.

15. La presión

diferencial de cierre

típica para una

válvula de

seguridad o seguridad alivio en

un proceso en

general es de

alrededor del 10%.

En una válvula de

seguridad en una

caldera de

generación de

vapor, el diferencial

de cierre no debe

ser mayor de 4%.

En una válvula de alivio, el diferencial

de presión es difícil

de controlar, por

muchos aspectos,

pero el valor típico

es de alrededor del

25%.

16. A pesar de las

aparentes ventajas de

las válvulas operadas

por piloto, se debe

estar prevenido de que estas válvulas no

deben ser empleadas

en servicios abrasivos

o sucios, en

aplicaciones donde se

producen cenizas,

polimerización, donde

la corrosión de las

partes húmedas del

piloto pueda ocurrir,

donde exista

congelamiento del fluido o condensación

de los fluidos a

temperatura ambiente.

17. La capacidad de sello

(hermeticidad) afecta la selección

de una válvula, sea ésta operada por

resorte u operada por piloto. Este

factor varía dependiendo de la necesidad de usar asientos metal-

metal o blandos, así como también

de la temperatura y corrosión. El

sello que se requiera junto con el

método de prueba del mismo deben

ser especificados; el sello debe ser

verificado a una presión tal que no

esté por debajo de la presión normal

de operación.

18. El

comportamiento

de las válvulas

permite

tolerancias (+ o -) en la presión de

ajuste, la cual

varía según sea el

nivel de presión

que se maneje.

Las condiciones

de operación,

tales como

contrapresión,

variaciones de

presión y

vibración, influyen en la

selección de

diseños especiales

de válvulas e

incrementan la

presión

diferencial.

Fuente: Relief Systems Handbook

Elaborado Por: Gustavo Falconí

76

3.5 MANTENIMIENTO 5

Como un objetivo básico, el mantenimiento procura contribuir por todos los medios

disponibles a reducir, en lo posible, el costo final de la operación de la planta. De este se

desprende un objetivo técnico por el que se trata de conservar en condiciones de

funcionamiento seguro y eficiente todo el equipo, maquinaria y estructuras de

tratamiento.

El personal de mantenimiento tiene dos puntos de vista para cumplir estos objetivos: el

aspecto humano y el técnico. El evitar los accidentes previene pérdidas humanas y de

grandes responsabilidades. Por el lado técnico, la maquinaria, las instalaciones y los

equipos bien mantenidos no provocarán pérdidas económicas y facilitarán la producción

continua y eficiente de la planta.

3.5.1 Definiciones generales

Es necesario aclarar algunos conceptos respecto al verdadero significado de

mantenimiento. Generalmente no se hace distinción entre las diferentes clases de

mantenimiento. Popularmente, se conocen solamente dos tipos: el correctivo y el

preventivo. Puede decirse que la diferencia entre ambos es la misma que existe entre

“tener” que hacer una actividad de reparación y el realizarla “cuando esta se desea”.

Sobre la base de esta diferencia, se define:

5 ALPÍZAR .V Emilio, Mantenimiento, CAPRE/GTZ, Capítulo 5, Pág. 193-246

77

3.5.1.1 Mantenimiento preventivo

Es el conjunto de actividades que se llevan a cabo en un equipo, instrumento o

estructura, con el propósito de que opere a su máxima eficiencia, evitando que se

produzcan paradas forzadas o imprevistas. Este sistema requiere un alto grado de

conocimiento y una organización muy eficiente. Implica la elaboración de un plan de

inspecciones para los distintos equipos de la planta, a través de una buena planificación,

programación, control y ejecución de actividades a fin de descubrir y corregir

deficiencias que posteriormente puedan ser causa de daños más graves.

3.5.1.2 Mantenimiento correctivo

Es el conjunto de actividades que se deben llevar a cabo cuando un equipo, instrumento

o estructura ha tenido una parada forzada o imprevista. Este es el sistema más

generalizado, por ser el que menos conocimiento y organización requiere.

Cuando se hace mantenimiento preventivo dentro de un sistema correctivo, se le llama

mantenimiento rutinario. Cuando se hace mantenimiento correctivo en un sistema

preventivo, se le llama corrección de falla. En la práctica, no es posible diferenciar

totalmente ambos sistemas.

Para la segura y confiable operación de las válvulas de seguridad es necesario

practicarles un buen servicio y hacer reparaciones adecuadas. Aunque no es necesario

desmontar las válvulas del sistema para su mantenimiento, lo habitual es que se limite a

lapear los asientos y ocasionalmente reemplazar el disco. Las herramientas

recomendadas para el trabajo de lapeado son las siguientes:

1. Placa o plataforma para lapear

2. Lubricante resistente a altas temperaturas

3. Dos aros para lapear por tamaño y tipo de válvula

78

4. Compuesto o pasta para lapear

Aunque los puntos más delicados del lapeado, pulido, esmerilado o bruñido pueden ser

considerados como un arte de la mecánica, una persona suficientemente especializada

puede lograr una buena reparación de los asientos con alguna práctica. Conviene decir

que no existe un procedimiento exacto que englobe todos los casos posibles, dado que

diferentes personas pueden conseguir los mismos resultados utilizando sus propias

técnicas. Así la operación de lapeado se realiza con un movimiento oscilante en varias

direcciones, mientras se mantiene el aro de lapear libremente en los dedos y permitiendo

que repose en la superficie del asiento. Hay que controlar el movimiento del aro para

evitar que los bordes interior y exterior del mismo crucen el asiento. Si los bordes tocan

la superficie del asiento, éste puede rayarse o redondearse.

Antes de lapear los asientos del disco y tobera, el resalto o los bordes de los asientos

deben ser limpiados cuidadosamente utilizando un papel de lija de grano fino. El

propósito de esto es eliminar cualquier pequeña partícula de metal adherida a las

superficies. Una vez realizado el lapeado se inspeccionará cualquier rastro de defectos

como áreas grises o ralladuras, ya que requerirá la repetición de un lapeado completo

hasta alcanzar el acabado deseado.

Como criterio general, no limitativo, la inspección visual y el mantenimiento preventivo

de las válvulas debe ser practicado por lo menos dos veces al año, ajustándose a las

políticas internas de cada planta o sistema. Junto con ello se debe llevar una bitácora

que reúna todos los datos donde se incluyan aspectos tales como: Marca, Tamaño de

entrada y salida, Orificio, Presión de ajuste, Contrapresión, Servicio (fluido y estado),

79

Línea o equipo en la que está instalada, Número de identificación de la planta, Número

de serie de la válvula, Capacidad de descarga y Temperatura (operación/relevo).

El fabricante debe proveer al usuario o comprador de un manual de mantenimiento que

incluya los siguientes temas: Inspección visual, Desensamble, Mantenimiento de partes

internas, Lapeado de asientos, Reacondicionamiento de partes, Reensamble, Pruebas,

Ajustes, Solución de problemas más comunes.

Es obligatorio que el usuario siga las instrucciones de los manuales editados por los

fabricantes, los trabajos que se efectúen sobre estos equipos de seguridad deben ser

realizados exclusivamente por personal que demuestre haber recibido un riguroso

programa de capacitación (preferentemente por el fabricante) sobre el producto, ya que

la responsabilidad del reacondicionamiento será responsabilidad del usuario.

Tabla 7: Aspectos importantes del mantenimiento de válvulas en el campo

Mantenimiento de válvulas en el campo (Pág. 1)

Debido a la variedad de circunstancias y condiciones en que las operaciones de inspección y

mantenimiento se realizan sobre las válvulas de relevo de presión; a las posibles consecuencias, y a la

imposibilidad de evaluar todas las condiciones que puedan provocar daño al personal e instalaciones, se

dan las siguientes recomendaciones de seguridad sólo como una asistencia.

1.- Nunca se sitúe en el lado de la descarga de la válvula de relevo cuando se realicen pruebas o cuando

este en operación.

2.- Se deben utilizar tapones auditivos al realizar pruebas a las válvulas cuando se encuentren éstas en

operación.

3.- Extreme las precauciones cuando examine la fuga visible de la válvula de relevo.

4.- Nunca instale una válvula de relevo en otra posición que no sea la vertical. El diseño interno de las

válvulas de relevo está hecho para trabajar verticalmente, cuando es instalada en forma horizontal el

desalineamiento y fricción que se produce puede afectar el funcionamiento de la válvula.

80

Mantenimiento de válvulas en el campo (Pág. 2)

5.- El drene del cuerpo debe estar conectado y dirigido a una área que no represente riesgo si se deja

tapado este drene, los condensados se acumularán dentro del cuerpo; si se deja abierto, los fluidos

calientes y/o corrosivos que escapan representan un peligro para el personal o equipo que se encuentre

alrededor de la válvula.

6.- Las válvulas de relevo deben ser montadas proporcionando un acceso adecuado de 360º alrededor de

la válvula, así como por arriba de la misma, facilitando con esto su desensamble y mantenimiento.

7.- Cuando se va a desmontar la válvula de su instalación, limpie el lugar y utilice ropa de seguridad

para prevenirse de las salpicaduras de cualquier corrosivo que pudiera contenerse dentro de la misma, y

asegúrese de que la válvula está aislada del sistema de presión antes de desmontarla.

8.- Siempre amordace la válvula de relevo antes de ajustar el anillo, y asegúrese de quitar la mordaza

cuando haya concluido con los ajustes.

9.- Cuando la válvula esté equipada con palanca, ésta debe estar colocada de manera que no permita

contacto con otro instrumento o personal, que pueda causar que la palanca sea accionada

accidentalmente.

Fuente: Relief Systems Handbook

Elaborado Por: Gustavo Falconí

81

3.5.2 Procesamiento para el mantenimiento de válvulas de seguridad (Psv’s)

1. Recepción de la Válvula: La válvula es traída al taller de mantenimiento junto con

el formato MSDS "Hoja de Datos de Seguridad de Materiales, para tomar las

precauciones necesarias y Hoja de Datos de Proceso (Data Sheet) correspondiente.

1.1.- Se le asigna un Número de Trabajo, una Hoja de Registro de Inspección

PSV"s para su identificación y una caja (Tote Box) con el número de trabajo asignado.

1.2.- Dependiendo del sistema de registro para válvulas de seguridad que se

utilice en la Petrocomercial, se realizará Pre-test.

Si aplica Pre-test:

1.3.- Se lleva la válvula al banco de pruebas y se utiliza el medio de prueba de

acuerdo con el tipo de fluido que maneja (si el servicio es gas/vapor se utiliza aire o

nitrógeno, si el servicio es para líquidos se utiliza agua).

1.3.1.- Se ancla la válvula al banco de pruebas, se introduce aire / agua

lentamente para verificar el punto de disparo de la válvula y así verificar si se encuentra

calibrada, este procedimiento se realiza en presencia del Inspector de Confiabilidad y el

resultado es anotado en la Hoja de Registro de Inspección PSV s.

1.3.2.- Se realiza prueba de apriete de asientos (Seat tightness test for Pressure

Relief Valves, API Std. 527), introduciendo presión lentamente hasta alcanzar el 90%

del Punto de Ajuste para válvulas con asientos metal-metal y 95% para válvulas con

asientos blandos (O-ring, teflón, poliuretano, etc.) siempre que la válvula al haber sido

disparada se encuentre calibrada satisfactoriamente.

82

Para válvulas en servicio de gas/vapor se verifica en la brida de salida, formando una

película con agua jabonosa la cual se expandirá si existe fuga y para válvulas para

servicio de líquidos se observa que en la brida de salida no haya flujo continuo, ni goteo

de agua.

La válvula es trasladada al área designada como zona de desensamble para la respectiva

inspección visual, desarme, limpieza e identificación de las partes con el número de

trabajo asignado.

2.1.- Se verifica la hoja de datos de seguridad de materiales (MSDS) para

verificar condiciones de servicio y tomar precauciones apropiadas. Todas las piezas de

la válvula son colocadas en la caja.

2.2.- Se realiza limpieza de las partes con un solvente desengrasante

biodegradable y puede ser aplicado con aspersores o trapo empapado. Los discos y

toberas serán removidos cuidadosamente y protegidos en las áreas de asientos.

2.3.- Se desarma el resto de la válvula hasta sus más pequeños componentes.

2.4.- Se limpian las partes internas con solvente biodegradable luego son

sopladas.

3.- Inspección de las partes: Se realiza una inspección visual de los componentes

internos y externos para verificar desgaste, corrosión, picaduras, etc

3.1.- Se miden las dimensiones críticas en discos y boquillas, para verificar si

éstos se encuentran dentro de las tolerancias establecida por el fabricante (ver manuales

técnicos para cada fabricante) y se anotan las medidas en la Hoja de Registro de

Inspección PSV's.

3.2.- Se chequean las bridas de entrada y de salida para su integridad.

83

3.3.- Se solicitan los repuestos (kit de empacaduras, partes a ser reemplazadas) al

almacén de materiales y las válvulas que queden en período de espera por repuestos

serán llevadas al área asignada de espera.

4.- Lapeado, maquinado y soldadura:

Técnicas de lapeado y pulido de asientos (Disco y Tobera):

4.1.-Lapeado manual: En este procedimiento se utilizan bloques de Lapeo y

compuesto abrasivo usando de dos (02) a tres (03) grados de este compuesto. Cada

compuesto abrasivo usado es de un grado mas fino que el anterior. Generalmente, los

grados de compuestos mas utilizados son 400, 600, 1200. El número del compuesto

abrasivo a utilizarse al comienzo depende del material y el estado de la superficie de la

pieza a ser lapeada. Si la pieza a lapear presenta rayas profundas se debe comenzar con

un compuesto de grado 400, hasta eliminar las rayas profundas. Las rayas superficiales

que queden serán eliminadas con un compuesto de menor grado, luego la pieza será

pulida en una tabla de pulir, hasta alcanzar un acabado tipo espejo.

Para el lapeado manual:

4.1.1.- Se coloca la pieza sobre el bloque de lapeo, al cual se le agrega una

pequeña película de compuesto abrasivo y se presiona le cara de asiento suavemente

haciendo una figura ocho (8) lentamente hasta eliminar las rayas. Para cambiar el grado

de compuesto abrasivo, primero se debe eliminar completamente del bloque y la pieza

el compuesto anterior.

84

5.- Re-ensamble de la Válvula: Antes de iniciar el reensamble de la válvula, se

verifica que todos los componentes estén completos dentro de la caja, identificados,

limpios, con los asientos (Disco y tobera) debidamente pulidos y kit de empacaduras

nuevas.

5.1.-Se asegura a una prensa el cuerpo de la válvula en posición vertical,

sujetándola por la brida de salida, sin pellizcar la cara saliente (Raised Face), la tobera

es lubricada (Grasa anti-seize) roscada al cuerpo y luego apretada usando un llave de

tubos.

5.2.- Se coloca el anillo de purga por la parte superior del cuerpo y se rosca a la

tobera por debajo del área del asiento.

5.3.- Se coloca una empacadura nueva al tornillo de bloqueo de anillo de purga,

se aplica lubricante a las roscas y se introduce el tornillo en su orificio sin apretarlo.

Esto bloqueará el anillo de purga en su lugar.

5.4.- Aplicar lubricante en el punto de rodamiento del disco colocarlo dentro del

portadisco.

5.5.- Se coloca la guía deslizante, introduciendo el vástago a través de la misma,

quedando el tope más largo tocando el portadisco Aplicar lubricante al tope del

portadisco y al tope inferior del vástago en la junta tipo pivote.

5.6.- Aplicar lubricante a la empacadura del cuerpo y ubicarla dentro del

mismo.

5.7.- Instalar cuidadosamente el conjunto portadisco, guía deslizante y vástago

dentro de la válvula. Aplicar lubricante a la superficie superior de la guía deslizante,

instalar empacadura y aplicar lubricante al tope de la empacadura.

5.8.- Instalar el resorte ensamblado dentro del vástago.

85

5.9.- Instalar el bonete en la válvula, introduciendo el vástago por tornillo de ajuste

abierto en el tope del bonete cuando se ubique en la válvula. Alinear guía del bonete con

la brida de descarga.

6.- Calibración y Pruebas de la Válvula6 : En esta fase la válvula es probada de

acuerdo con los procedimientos instrucciones recomendados por el fabricante y se

realizan las siguientes pruebas:

6.1.- Ajuste de presión (Set Pressure Test): se verifica por medio de la Hoja de

Datos (Data Sheet) la presión de ajuste de la válvula, el medio de prueba dependiendo

del servicio que presta (Gas/vapor liquido) y si se deben realizar correcciones por contra

presión compensación por temperatura.

La válvula es llevada al banco de pruebas y anclada a la mesa de pruebas que contiene

unos brazos de anclaje que se manejan con presión hidráulica o apernada a una brida de

pruebas dependiendo del tipo de anclaje del banco de pruebas. La presión de ancla

deberá superar la presión al cual será ajustada la válvula por razones de seguridad, pero

no podrá ser apretada excesivamente para no sobrepasar la presión de torsión de las

bridas a la entrada de válvula.

Correcciones en el ajuste de presión:

Por contrapresión: Ésta se realiza cuando en la hoja de datos de proceso se indica un

valor de contrapresión constante la cual será restada al valor de presión de ajuste (para

válvulas de alivio convencionales únicamente).

6 Calibración y Pruebas de válvulas, Código ASME sección VIII, División I,(Calderas y Recipientes a

Presión)

86

Por temperatura: Ésta se realiza cuando en la hoja de datos de proceso se indica que

el valor de temperatura de operación de la válvula sobrepasa 150 °F y éste se suma al

valor de ajuste de presión. Los ajustes de presión se realizan tomando en cuenta las

tolerancias de ajuste de presión emitidas por ASME, Sección VIII, Div I.

6.1.2.- Ajuste de la válvula para servicio de líquido: Se llena el banco de

pruebas con aceite hidráulico hasta que comience a fluir por el orificio ubicado en la

mesa de pruebas.

Una vez alcanzado el ajuste satisfactorio:

6.1.3.- Se aprieta la tuerca de bloqueo del tornillo de compresión de resorte para

fijarlo en ese lugar.

6.1.4.- Se procede a realizar el ajuste del anillo de purga aflojando en tornillo de

bloqueo del mismo hasta que permita que el anillo gire llevándolo hacia arriba hasta que

haga tope con el portadisco, se toma como referencia una ranura y se baja contando

tantas ranuras como lo especifique el manual del fabricante. Se ajusta nuevamente el

tornillo de bloqueo del anillo de purga y se aprieta. También si lubrica, se coloca y

aprieta la tapa con su empacadura sobre el bonete.

Al igual que en las válvulas para servicio de gas/vapor se realizan las mismas

correcciones por contrapresión y compensación por temperatura

6.2.- Prueba de Apriete de Asientos (Seat tightness test):

6.2.1.- Se realiza prueba de apriete de asientos (Seat tightness test) introduciendo

presión lentamente hasta alcanzar el 90% del Punto de Ajuste para válvulas con asientos

metal-metal y 95% para válvulas con asientos blandos(O-ring, teflón, poliuretano, etc.).

87

En válvulas para servicio de gas/vapor se verifica en la brida de salida formando una

película con agua jabonosa la cual se expandirá si existe fuga.

6.3.- Prueba de contra presión (Back Pressure test): Ésta se realiza

introduciendo presión (30 psig) a la válvula por la brida de salida.

6.3.1.- Se verifica que no existan fugas en la juntas de la válvula aplicando agua

jabonosa. En válvulas cuya hoja de datos de proceso (indique una contrapresión

constante superior a 30 psig., la prueba se realizará introduciendo la presión indicada.

Este procedimiento se realiza en presencia del Inspector de Confiabilidad y los

resultados serán anotados en la Hoja de Registro de Inspección PSV's.

7.- Colocación de precintos, Placa de Calibración (Tagging): Habiendo culminado

las pruebas requeridas, se procede a la colocación de una placa de identificación, la cual

debe contener los siguientes datos:

Tag de la Válvula,

Presión de ajuste,

Contra presión (Si aplica),

Corrección por temperatura (Si aplica),

CDTP (Presión de ajuste en banco después de las correcciones) si aplica,

Fecha de calibración.

7.1. Se coloca la placa colgada a un alambre de acero inoxidable o cualquier otro

material resistente a la corrosión, que va desde la tapa a un punto del bonete el cual no

permite que se pueda girar la tapa para quitarla y se pueda realizar alguna modificación

al ajuste de presión.

88

7.2.- Se bloquean las puntas del alambre con un plomo prensado.

Al encontrarse roto este precinto, automáticamente la válvula pierde su certificado de

calibración. También .se coloca otro- precinto que va desde el tornillo de bloqueo... del

anillo de purga hasta un punto del cuerpo, el cual protege al anillo de purga contra

cualquier modificación en su ajuste.

8.- Pintura7 : La válvula es pintada según las especificaciones del Sistema de

recubrimiento para superficies metálicas utilizado en Petrocomercial.

8.1.- La válvula es anclada a una paleta o patín de madera en posición vertical y

atornillada por la brida de entrada. Se colocan tapas plásticas a la brida de salida y se

enmascara la placa de identificación, luego se lleva al área de pintura, donde se le

aplicarán las capas exigidas en el Sistema de recubrimientos para superficies metálicas

utilizado en Petrocomercial

9.- Despacho: La válvula es despachada en la paleta o patín de madera, lista para ser

instalada en la línea/recipiente nuevamente.

7 Pintura, Código ASME sección VIII, División I,(Calderas y Recipientes a Presión)

CAPÍTULO IV

89

CAPÍTULO IV

4. LIMITACIONES DE LAS VÁLVULAS DE SEGURIDAD

Las válvulas de seguridad normalmente se utilizan en servicios generales de aire y

vapor en refinerías. La tubería de descarga cuando se usan este tipo de válvulas

generalmente tienen un sistema seccionado con codo y charola para recolección de

condensados.

Las válvulas de seguridad no deben ser usadas en servicios corrosivos en refinerías, en

servicios con contrapresión, en donde la descarga deba ir conectada a un lugar remoto,

en donde no se desea el escape del fluido alrededor de la válvula, en servicios de

líquidos o como controladora de presión o como válvulas de derivación.

4.1. Mal funcionamiento de las válvulas de seguridad 8

Los síntomas, causas y correcciones de las fallas comunes son:

1. Fugas o escurrimientos

2. Traqueteo

3. Disparo prematuro

4. Erosión, Corrosión

5. Cavitación

8 Mal funcionamiento de las válvulas de Seguridad, Greene Richard , Araiza Arredondo Manuel, Weaver

David H, Válvulas- Selección, uso y mantenimiento: Sistemas y procedimientos; 1999; Pág. 128-131

90

Procedimiento para determinar fallas en las válvulas de desahogo: Entre las fallas

más comunes tenemos:

4.1.1 Fugas o Escurrimiento

Compruébese la presión de funcionamiento. Una causa de las fugas por las

válvulas de desahogo de seguridad es el esfuerzo por maximizar la eficiencia del

proceso. Las presiones de funcionamiento pueden aumentar hasta que son casi

iguales a la graduación de las válvulas o a la presión máxima permisible de

funcionamiento del recipiente.

Verifíquese si hay corrosión o erosión. En una planta, las fugas ocurrieron por

un pequeñísimo cambio en el proceso, en el cual se utilizaba inicialmente

cloruro; de hidrógeno seco para el cual eran satisfactorias las guarniciones de

acero inoxidable. Más tarde, la humedad agregada lo convirtió en ácido

clorhídrico (HCI), muy corrosivo, que produjo la corrosión de las guarniciones.

La corrección fue emplear una válvula con guarniciones de Monel.

Compruébense tolerancias para disparo. Cuando 1a presión de

funcionamiento es bastante elevada; un borboteo de presión puede levantar el

disco y permitir fugas.

Véase si hay partículas de sólidos entre el asiento y el disco, En una

instalación de bombeo con válvulas de desahogo de seguridad el fluido

arrastraba cloruro de polivinilo (PVC) en polvo. Estas partículas eran lo bastante

duras cuando quedaban atrapadas entre el asiento y el disco de acero inoxidable

para rayar el asiento y permitir fugas. Un disco y asiento más duros no

corregirían la fuga, pues seguiría el problema de las partículas de polvo.

91

Véase si hay tubería de salida sin soportes. Una válvula de desahogo de

seguridad de 6, 8 o 10 pulgadas puede parecer muy fuerte, pero la tubería de

salida sin soportar puede alterar la alineación interna y ocasionar fugas (como se

menciona antes). La corrección es obvia: soportar la tubería.

Compruébese si hay esfuerzos térmicos en la tubería de salida. Los esfuerzos

térmicos pueden alterar también la alineación de los componentes internos de la

válvula de desahogo y permitir fugas. La corrección incluye el uso de soportes

flexibles y de bucles o juntas de expansión.

Véase si hay vibración de la tubería del recipiente protegido. Cuando la

presión de funcionamiento del sistema es casi igual que la de graduación de la

válvula, la vibración puede ocasionar fugas y disparo prematuro de la válvula. '

Compruébese si la válvula está instalada en forma vertical. Otra causa de

fugas es la instalación de la válvula de desahogo fuera de la vertical, quizá por

las limitaciones del espacio o la configuración de la tubería.

Compruébese si está bien armada. Puede parecer que una válvula está trabada

o pegada abierta, cuando en realidad está mal ajustada, para permitir una purga

de larga duración. Esto es lo que puede ocurrir si se la arma en forma incorrecta

después del mantenimiento o reparación.

Compruébese el pulimento correcto de los asientos. Si se han pulido con

pasta abrasiva el asiento y el disco durante el reacondicionamiento y la válvula

tiene fugas, la causa puede ser el asentamiento incorrecto.

Determínese la naturaleza de los fluidos del proceso. Cuando se trata de

fluidos ligeros, difíciles de retener, como el hidrógeno, pueden ocurrir fugas si

los asientos son de metal con metal.

92

Verifíquese si hubo errores u omisiones durante las pruebas. Aunque la

válvula haya sido probada en la fábrica antes de embarcarla, se debe probar otra

vez antes de instalarla; nunca se deben instalar tal como se reciben.

La vibración o el manejo brusco durante el transporte pueden producir

desalineación. Se calcula que de 2 a 3% de las válvulas que se embarcan se

desalinean.

4.1.2 Traqueteo

Compruébese si la válvula de tamaño es muy grande.- Una causa de

traqueteo es el tamaño muy grande de la válvula de desahogo de seguridad. Si el

volumen es menor del 15 % de la capacidad nominal, habrá tendencia al

traqueteo.

Compruébese si hay caída excesiva de presión en la tubería hasta la entrada

de la válvula.- Las pérdidas de entrada son importantes, en particular cuando el

diámetro del orificio es grande por comparación con el tamaño de la tubería de

entrada.

Compruébese si hay variaciones en la presión.- Las variaciones pueden actuar

en la descarga o en la entrada de la válvula de seguridad y ocasionar traqueteo,

lo mismo que la contrapresión variable o las ondas del choque en un cabezal

común de descarga.

4.1.3 Disparo prematuro

No se hagan ajustes internos cuando hay presión debajo del disco de la

válvula.- El disparo prematuro puede ocurrir cuando se realizan ajustes internos,

93

como subir o bajar el disco de purga, cuando la presión debajo del disco es casi

la presión graduada.

Corríjase la temperatura al guardar en frío.- Cuando de gradúa la válvula ala

temperatura ambiente pero se utiliza en servicio alta temperatura, la dilatación

del bonete y el cuerpo combinada con la reducción en la carga de resorte,

ocasionada por alta temperatura, hacen que se reduzca la presión graduada y se

tenga un disparo prematuro.

Compruébese si hay manómetros inexactos.- Si el manómetro utilizado para

graduar la válvula tiene lectura baja, por daños o desgaste, habrá disparo

prematuro. Si tiene lectura alta, la presión puede ser mayor que los límites del

recipiente.

4.1.4 Erosión

La erosión se localiza siempre en puntos en los que la velocidad de impacto es alta. El

daño producido por la erosión puede reducirse seleccionando la válvula adecuada para

cada servicio, con:

Sección de paso grande y sin estrangulamientos

Sección de paso lisa, con pocas irregularidades

Los mínimos giros del fluido posibles

La superficie del asiento y del obturador endurecido

En algunos casos, el daño más grave puede reducirse variando las condiciones de

operación, por ejemplo cambiando una bomba impulsora si está provocando altas

94

presiones de forma innecesaria. Para combatir la erosión más fuerte (especialmente

debida a fangos), las válvulas de diafragma y las de apriete son las más indicadas.

4.1.5 Corrosión

La corrosión, generalmente ocasionada por el ataque de una sustancia química o

impurezas, puede ser general o local. La corrosión general suele dar un deterioro

bastante uniforme de toda la superficie, en cambio, la corrosión local implica un daño

poco generalizado pero un ataque local severo, normalmente en puntos de la superficie

con imperfecciones o con fatiga.

La mejor forma de evitarla es seleccionar para la válvula la aleación más resistente o, en

casos extremos, instalarla de cerámica, revestida de vidrio o con cuerpo entero de

plástico. En cualquier caso, el material del que se construya la válvula debe resistir al

agente corrosivo particular.

Las tablas de corrosión son útiles para una visión general de posibles materiales de

construcción pero no aseguran una correcta selección para una aplicación particular. La

resistencia a la corrosión de cualquier material puede estar afectada por trazas de

diferentes sustancias, por eso el mejor método para escoger el material de la válvula es

la toma de datos experimentales con muestras expuestas a los fluidos que realmente

serán manejados bajo las condiciones de operación previstas.

Existen numerosas razones por las que una válvula puede inutilizarse por corrosión al

contener un fluido; un caso habitual es que el flujo de un gas esté previsto que sea seco

y en cambio contenga pequeñas cantidades de líquido que causan la corrosión; también

95

puede suceder que por un almacenaje inadecuado se dañen las válvulas, quedando los

efectos escondidos hasta que la válvula se expone a las condiciones de operación.

Cuando el daño no es grave es posible reparar el cuerpo de la válvula, al menos

provisionalmente, con una soldadura de metal o, para bajas presiones y temperaturas,

con resinas.

4.1.6 Cavitación

La cavitación es un fenómeno que puede afectar a la eficiencia de las válvulas y que,

dependiendo de su severidad, puede causar erosión, ruido excesivo o vibraciones

peligrosas. Este fenómeno consiste en la formación y colapso de cavidades de vapor en

un flujo de líquido. La cavidad de vapor puede formarse en cualquier lugar del flujo

donde la presión local se reduce a la presión de vapor del líquido a la temperatura del

líquido. En estos puntos una parte del líquido vaporiza y se forman burbujas o cavidades

de vapor. El colapso de las burbujas empieza cuando se desplazan hacia regiones donde

la presión local es mayor que la presión de vapor. Como ningún material puede resistir

el continuo golpeo de las burbujas que implosionan, la solución es evitar la formación

del vapor de cavitación o bien, prevenir su implosión. Para ello, las características que

debería tener la válvula son:

Capacidad de recuperación de baja presión

Un camino de descarga en el orificio que suponga la implosión del vapor de cavitación

en medio de la corriente de flujo en lugar de hacerlo contra los límites de la conducción.

Una abertura preparada para la libre descarga a un tanque u otro contenedor de líquido

96

Una forma que permita la aspiración de gas no condensable y su mezcla con las

burbujas de vapor, para la prevención de implosiones súbitas

De los tipos de válvula estándar, la válvula de globo con orificio de paso en forma de V

permite la recuperación de presión más baja y es la menos susceptible a sufrir

cavitación.

Las válvulas de mariposa y esféricas tienen una recuperación de presión

desfavorablemente alta en largas aperturas, pero algunas tienen pasos de caudal que

confinan las cavitaciones leves al centro de la corriente.

Las válvulas especiales anticavitación se caracterizan por múltiples y pequeños canales

de flujo y pasos tortuosos.

97

4.2 UNIDAD DE MANTENIMIENTO DE LA TERMINAL DE PRODUCTOS

LIMPIOS EL BEATERIO

Se encarga de la programación y ejecución del mantenimiento de todos los equipos

rotativos (motores eléctricos, bombas, dosificadores, generadores, medidores, etc.),

equipos estáticos (válvulas de seguridad, de compuerta, de bola, etc.), tanques de

almacenamiento y líneas de flujo de los diferentes sistemas existentes en las terminales

y depósitos de la Gerencia Regional Norte de acuerdo a una programa anual preventivo,

así también como correctivo y de taller.

4.2.1 Mantenimiento preventivo de las válvulas de alivio de presión 9

Este tipo de mantenimiento surge de la necesidad de rebajar el correctivo y todo lo que

representa. Pretende reducir la reparación mediante una rutina de inspecciones

periódicas y la renovación de los elementos dañados, si la segunda y tercera no se

realizan, la cuarta es inevitable.

En la Unidad de Mantenimiento de la Terminal de Productos Limpios El Beaterio

(Imagen 10), el periodo de operación de las válvulas de alivio es durante 3 meses,

posterior a éste, se realiza una inspección de las válvulas, para verificar si se encuentran

calibradas o poseen fugas; en el caso de haber alguna falla, será reemplazada y enviada

al taller para recibir mantenimiento.

9 Terminal de Productos Limpios El Beaterio

98

Imagen 10: Unidad de Mantenimiento de la Terminal de Productos Limpios El

Beaterio

Fuente: Petrocomercial

Fotografiado por: Gustavo Falconí

Las válvulas de alivio utilizadas en las líneas de recepción y despacho de combustible

son las Anderson-Greenwood (Imagen 11), donde el fabricante recomienda, para un

óptimo funcionamiento las siguientes consideraciones en su mantenimiento:

1. Desmonte la válvula de la línea, realice la prueba hidrostática para determinar el

tipo de fuga y desármela según las instrucciones.

2. Remover el tornillo de ajuste del sello, y retire el primer o-ring. (Imagen 12)

3. Sacar el disco deslizable y sustituir el segundo o-ring localizado en el interior de

la misma y obtener el resorte contenido en el cuerpo de la válvula.

4. Limpiar de todos los componentes usando trapos limpios y un desengrasante a

base de agua, no use solventes.

5. Después de limpiar, revise cuidadosamente cada componente para asegurarse

que las partes metálicas movibles y las superficies de sellado no estén dañadas.

99

6. Reemplace los componentes dañados, colocando o-ring’s (Imagen 13) nuevos

en el tornillo de ajuste de la cápsula, en el disco deslizable y en la junta del

tornillo de ajuste y el cuerpo de la válvula.

Imagen 11: Válvula de alivio anderson

Fuente: Anderson- Petrocomercial

Elaborado Por: Gustavo Falconí

100

Imagen 12: Reparación de una válvula de alivio anderson

Fuente: Petrocomercial

Fotografiado por: Gustavo Falconí

Imagen 13: O-ring’s de teflón

Fuente: Petrocomercial

Fotografiado por: Gustavo Falconí

101

4.2.1.1 Limpieza

Una vez que ha sido desmantelada completamente la válvula, los asientos en la boquilla

y disco de inserción, deben ser examinados para determinar cuán dañados están.

Cualquier daño grave puede hacer aconsejable para reemplazar las piezas. (Imagen 14)

Partes externas, tales como el cilindro y la capucha, se pueden limpiar por inmersión

en un baño, con una solución caliente.

Partes Internas, se pueden limpiar con acetona, alcohol desnaturalizado o cualquier

otro disolvente adecuado. Limpieza mecánica de partes internas, excepto los asientos, se

puede realizar mediante la lija fina o paño de esmeril.

Imagen 14: Partes internas y externas de las válvulas anderson.

Fuente: Petrocomercial

Fotografiado por: Gustavo Falconí

102

4.2.1.2 Calibración 10

Una vez reemplazados los elementos desgastados, es necesario calibrar las válvulas a la

presión de apertura deseada, en el caso de la terminal El Beaterio, se manejan presiones

de 35 a 40 psi, pero las válvulas son calibradas a 100 psi, debido a efectos ambientales

se podrían superar las presiones del sistema.

El instrumento empleado para la calibración de las válvulas de alivio se llama

Calibrador de Bomba Manual (Imagen 15). Consiste en una bomba manual,

manómetro, válvula de aguja.

Imagen 15: Calibrador de Bomba Manual

Fuente: Petrocomercial

Fotografiado por: Gustavo Falconí

10 www.tycoflowcontrol-na.com/ld/CROMC-0294-US.pdf

103

El procedimiento para la calibración consiste en: bombear manualmente con la bomba,

el fluido hidráulico hacia el manómetro y válvula de alivio. La presión de ajuste o

calibración se identifica cuando se perciba y se escuche la apertura de la válvula por

medio de un disparo súbito o detonación violenta de la misma. En la mayoría de las

ocasiones se escucha o percibe un escape de fluido previo al disparo, que es lo que se

conoce como "siseo o preapertura de la válvula", pero esto no debe confundirse con la

presión de ajuste, ya que el siseo es necesario para que se produzca el "disparo".

En el momento de escuchar el disparo, se debe observar el manómetro de prueba, para

registrar el dato que debe encontrarse dentro de las tolerancias permitidas. También

debe registrarse el punto de cierre después del disparo para determinar el dato de la

presión diferencial de cierre.

Imagen 16: Tornillo y contra tuerca de calibración de la válvula

Fuente: Petrocomercial

Fotografiado por: Gustavo Falconí

104

Si cualquier dato registrado se encuentra fuera de los parámetros antes indicados, es

causa de rechazo de la prueba y será necesario modificar la posición del tornillo de la

válvula (Imagen 16). Una vez que se consiga la presión deseada, la contratuerca del

tornillo de calibración debe ser ajustada en la posición deseada para mantener la

presión.

Todas las válvulas deben drenarse y sopletearse después de verificar las pruebas de

funcionamiento, para asegurar que no queden residuos de ningún tipo que pueda

afectarlas.

4.3 Recomendaciones previas a la instalación, operación y mantenimiento de

válvulas de desahogo.

Que se necesita conocer para el mantenimiento de estas válvulas: Al igual que en

todos los mantenimientos de válvulas, es necesario conocer su funcionamiento,

aplicabilidad y los materiales de los componentes de la válvula y sobre todo los valores

con os que está operando o tiene que operar.

Condición de la válvula de desahogo: Las válvulas están bajo carga de resorte, salvo

que operen con un piloto del tipo de falla sin peligro, y si se utilizan para vapor o aire,

tienen una palanca para abrir la válvula si la presión del recipiente no es mayor del 75%

de la presión de desahogo.

105

Porqué lubricar una válvula de desahogo: La lubricación es parte del mantenimiento

de una válvula, en las válvulas de alivio de presión (desahogo), la lubricación es

importante por cuanto mantiene en óptimas condiciones el funcionamiento de la misma.

No seguir las instrucciones de instalación y mantenimiento de estos equipos podría

producir una explosión, un incendio y/o contaminación química que ocasionaría daños a

la propiedad y lesiones personales o la muerte.

Cuando usted lubrica una válvula de desahogo: La lubricación de las válvulas de

desahogo se realiza durante el mantenimiento o calibración de la misma, previa su

instalación, toda válvula que se haya abierto (estallado) debe revisarse para determinar

si está dentro de los parámetros de presión permitidos de comienzo de descarga.

Cómo lubricar una válvula de desahogo: La lubricación se realiza como parte de la

calibración de la misma o aplicando los tipos de lubricantes recomendados por el

fabricante o proveedor.

CAPÍTULO V

106

CAPÍTULO V

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1 Conclusiones

Llevar a cabo una inspección sistemática de todas las instalaciones, con

intervalos de control para detectar oportunamente cualquier desgaste o rotura,

manteniendo los registros adecuados.

Por un mal mantenimiento de las válvulas de alivio o seguridad, se presenta

escapes continuos de combustibles, vapor, condensados, aire comprimido, con

su respectiva pérdida de energía; por lo cual su operatividad se reduce,

induciendo pérdidas.

La calibración de una válvula de desahogo es bastante compleja, debido a que

debe existir gran precisión del operario; porque si existe una falla del mismo, la

calibración será errónea e inexacta.

Al existir deformación o desgaste de los O-ring de teflón, ubicados en el interior

de las válvulas de alivio, existirá una fuga de producto a través de estas, ya que

no se producirá el sello hermético deseado.

Las válvulas de seguridad actuadas por resorte, válvulas de alivio actuadas por

resorte, válvula de protección presión/vacío, en comparación con los discos de

ruptura, pin de ruptura, posee grandes ventajas debido a su operabilidad y

costos, el utilizar válvulas con discos de ruptura, representa un continuo

mantenimiento para sustituir los discos rotos y eleva los costos por operación.

107

5.2 RECOMENDACIONES

La grasa y otros materiales puestos en las cámaras de salida de las válvulas de

alivio pueden endurecer la válvula de alivio e impedir su apertura o afectar los

materiales de los discos de goma, lo que produce fugas prematuras o posibles

rupturas del tanque.

La inspección visual y el mantenimiento preventivo de las válvulas deben ser

practicados por lo menos dos veces al año, ajustándose a las políticas internas de

cada planta o sistema. Junto con ello se debe llevar una bitácora que reúna todos

los datos donde se incluyan aspectos tales como: Marca, Tamaño de entrada y

salida, Orificio, Presión de ajuste, Contrapresión, Servicio (fluido y estado),

Número de identificación de la planta, Número de serie de la válvula, Capacidad

de descarga y Temperatura (operación/relevo).

El o-ring de teflón que va colocado en la cápsula, debe ser colocado de manera

cuidadosa ya que si se ajusta demasiado el tornillo donde se localiza, existirá

una deformación del o-ring, permitiendo así el paso de fluido a través de la

cápsula.

Después de cierto tiempo de operación de las válvulas de alivio, es necesario

reemplazar los tres o-ring’s usados, por un kit de o-ring’s nuevo, ya que estos

sufren desgaste y deformaciones, propiciando deficiente funcionamiento de la

válvula.

Una vez sustituidos los O-rings de la válvula de alivio, se debe considerar que

pueden existir acumulaciones de sólidos, pintura o incrustaciones en el interior

de los componentes de la válvula, se debe realizar una limpieza integra de cada

una de las partes, para evitar posibles fallas.

108

BIBLIOGRAFÍA

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Selección, uso y mantenimiento: Sistemas y procedimientos; 1999

2. LEES, F.P; Loss Prevention in the Process Industries; Oxford,

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Chemical Engineers, 1992

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ario%20de%20Aut/trabajos/Trabajos%202005/Valvulas/Paginas/Fallas.htm

109

GLOSARIO

1. Capacidad de descarga: La capacidad de descarga es la cantidad de flujo

mensurable a un porcentaje de sobrepresión permitida, para ser usada como base

para la utilización de una válvula de seguridad en una aplicación. Se expresa en

unidades de flujo másico o volumétrico.

2. Acumulación: La acumulación es la presión en el recipiente que se incrementa

por encima de la máxima presión de operación permisible del mismo durante la

descarga a través de la válvula de seguridad. Se expresa en porcentaje de la

presión de ajuste o en unidades de presión.

3. Contrapresión: La contrapresión es la presión estática que existe en el lado de

la descarga de la válvula de seguridad, provocada por la presión del sistema de

descarga.

La contrapresión se clasifica como sigue:

Constante.- Se especifica como una contrapresión simple y que relativamente no tiene

variaciones.

Variable.- Se especifica con un intervalo, dando límites máximos y mínimo, debido a

que esta contrapresión cambia de un momento a otro. Ejemplo: 0 a 1,4 kPa.

4. Contrapresión generada: La contrapresión generada es la presión que se

desarrolla en la salida de la válvula como resultado del flujo que existe después

de que la válvula ha abierto.

5. Contrapresión sobrepuesta: La contrapresión sobrepuesta es la presión que

existe en el lado de la descarga de la válvula antes de que ésta abra.

110

6. Fuego; incendio: Término que describe el caso de falla por exposición al calor,

de la cual resulta un incremento de presión dentro de un recipiente o sistema,

debido a la radiación de calor exterior, por ejemplo, en un incendio.

7. Máxima presión de trabajo permisible; máxima presión de operación

permisible: Es la máxima presión manométrica permisible a la que un

recipiente puede operar, a la temperatura designada. El recipiente no debe ser

operado por encima de esta presión. Esta presión se basa en los cálculos de cada

componente del recipiente utilizando el espesor nominal empleado en el

componente, excluyendo las tolerancias para la corrosión y espesores requeridos

para cargas diferentes de la presión interna.

8. Presión absoluta: Es la suma de la presión manométrica más la presión

atmosférica (barométrica). Se expresa en unidades de presión seguidas de una

extensión en minúsculas (ejemplo: bar a, kPa abs.).

9. Presión de apertura: La presión de apertura es la presión a la entrada de la

válvula de seguridad a la cual se puede medir el levantamiento, o a la cual se

puede determinar una descarga continua ya sea por observación, porque se siente

o por el ruido que genere.

10. Presión de cierre: La presión de cierre es el valor de la presión a la entrada de

la válvula, al cual el disco restablece el contacto con el asiento de la tobera,

obturando nuevamente el pasaje de flujo, y el valor del levantamiento es cero.

11. Presión de disparo; detonación: Es el valor de presión estática ascendente y a

la cual el disco se mueve en dirección de apertura a una velocidad muy superior

comparada con la correspondiente velocidad a la que lo hará a presiones

inferiores o superiores. Se presenta después del siseo, a la presión de calibración

111

de la válvula, de manera audible en forma de súbito y violento disparo o

detonación.

12. Presión de operación: La presión de operación es la presión manométrica a la

cual normalmente trabaja el recipiente, debiendo existir un margen dado entre la

presión de operación y la máxima presión de trabajo permisible.

13. Presión de primer escape o de primera fuga; presión de primeras burbujas:

La presión de primer escape es el valor de presión estática creciente que entra en

la válvula, y a la cual se percibe la primera burbuja cuando se está probando una

válvula de seguridad-alivio con asiento blando por medio de aire, y a través de

un sello de agua creado en el lado de la salida de la válvula.

14. Presión de prueba de hermeticidad; presión de prueba para fuga: La

presión de prueba para fuga es la presión inducida a la entrada de la válvula a la

cual se realiza la cuantificación del burbujeo (fuga) entre los asientos, de

acuerdo al procedimiento de prueba para determinar la hermeticidad o fuga que

exista entre los asientos.

15. Presión de prueba en frío: Es la presión estática a la cual se ajusta la válvula

para operar estando montada en un banco de pruebas, y que incluye factores de

corrección para compensar las diferencias del medio de prueba, la temperatura

y/o la contrapresión.

16. Presión de relevo: Es la suma de la presión de ajuste más la sobrepresión.

17. Presión diferencial de cierre; diferencial de cierre: El diferencial de cierre es

la diferencia entre la presión de ajuste y la presión de cierre de la válvula de

seguridad, después de que ésta ha estado en operación. Se expresa en porcentaje

de la presión de ajuste o en unidades de presión.

112

18. Presión manométrica: Es la presión medida por un manómetro, y representa la

diferencia entre la presión absoluta y la presión atmosférica (barométrica). Se

expresa en unidades de presión seguida de la abreviación "man" (manométrica).

Ejemplo: bar man, kPa man,…).

19. Purga: es la diferencia entre la presión graduada y la de nuevo asentamiento

automático de una válvula de desahogo, expresada como porcentaje de la

presión graduada o en psi y suele ser de 4 % menos que la presión graduada.

20. Siseo; preapertura; advertencia: El siseo aplica a válvulas de seguridad o

seguridad-alivio en fluidos compresibles únicamente. El siseo es el indicador

audible de escape de fluido de entre los asientos de la válvula, a una presión

estática ligeramente por debajo de la presión de disparo (apertura súbita) de la

misma. Se expresa en porcentaje de la presión de ajuste o en unidades de

presión.

21. Sobrepresión: La sobrepresión es la presión que se incrementa por encima de la

presión de ajuste del dispositivo de relevo al estar descargando. Normalmente se

expresa como un porcentaje de la presión de ajuste. La sobrepresión puede ser

igual a la acumulación, cuando la válvula está ajustada a la máxima presión de

operación permisible del recipiente

22. Traqueteo: Movimientos rápidos oscilatorios sin control del disco durante la

descarga de una válvula de seguridad, caracterizada por el sonido violento que

produce el disco al hacer contacto con el asiento de la tobera. Dichos

movimientos se consideran anormales.

23. Zona de presión primaria: La zona de presión primaria es la existente a la

entrada de la válvula de seguridad, seguridad-alivio o alivio, y por lo tanto, la

113

zona de presión primaria estará constituida por las partes que formen la entrada

de la válvula, es decir, la tobera (o semitobera-cuerpo) y el disco.

24. Zona de presión secundaria: La zona de presión secundaria es la existente en

la cavidad que se encuentra entre el área de descarga y la salida de la válvula de

seguridad, seguridad-alivio o alivio y, por lo tanto, la zona de presión primaria

está constituida por las partes que forman la salida de la válvula, es decir,

cuerpo, bonete y capucha.

25. Presión de tarado: Es la presión a la cual abre la válvula.

26. Presión de cierre: Es aquella presión a la cual se cierra la válvula una vez

desaparecida la causa que motivó su apertura.

27. Blowdown: La diferencia entre la presión de capacidad real de una válvula de

alivio de presión y reales de la presión reseating expresada como un porcentaje

de presión conjunto o en la presión de blowdown unidades de presión - el valor

de la disminución de la presión estática de entrada en el que no se detecta la

aprobación de la gestión a la salida de una válvula de alivio de presión después

de que la válvula ha sido sometida a una presión igual o superior a la capacidad

de presión.

28. Estado Estable: es un estado o condición del sistema (oleoducto) que no

cambia en el tiempo.

29. Condiciones Transientes: es cualquier condición inestable (cambiante) del

flujo que cambia continuamente con el tiempo. Un estado transitorio puede

también referirse a una transición entre dos condiciones de estado.

114

30. Surgencia: es un cambio en la presión producida por condiciones como

encendido o apagado de la bomba, apertura o cierre de válvulas y fugas en la

línea.

31. Tanque de Surgencia Presurizado: es también llamado acumulador, previene

la transferencia de presiones de surgencia a otras partes del sistema de

oleoducto.

32. Surgencias Cíclicas: son pequeñas presión de surgencia que oscilan en el

interior del oleoducto. Las oleadas cíclicas están asociadas con los equipos del

oleoducto, tales como bombas reciprocantes y válvulas de reducción de presión.

33. Transiente de Presión: un cambio en la energía que añade o remueve energía

de un oleoducto.

34. Surgencia hacia abajo: es la presión de surgencia del oleoducto que es

negativa porque su magnitud está por debajo de la presión de operación normal

del oleoducto.

35. Surgencia hacia arriba: es la presión de surgencia en el oleoducto que es

positiva porque su magnitud está por encima de la presión de operación normal.

36. Transientes de Velocidad: también conocida como transientes de presión, son

ondas de presión que se presentan cuando hay un cambio en el manejo del

caudal generado por un cambio en la energía del fluido en el oleoducto.

ANEXOS

115

ANEXOS

ASME sección VIII, División 1 Apéndice M, Edición 1992 I / Instalación y

Operación

M-2 Corrosión: (a) los recipientes sujetos a la corrosión externo deberán instalarse

donde haya suficiente acceso a todas las partes del exterior para permitir la inspección

adecuada del exterior, a menos que se proporciona una protección adecuada contra la

corrosión o a menos que el recipiente es de tal tamaño y por lo tanto está conectado que

puede quitarse fácilmente desde su ubicación permanente para la inspección.

(b) recipientes con hoyo de inspección o placas de cubierta para permitir la inspección

del interior deberán instalarse de manera que estas aperturas sean accesibles.

(c) en recipientes cilíndricos verticales sujeta a la corrosión, para asegurar el drenaje

completo, la cabeza de la parte inferior, si es fuerte, preferiblemente debe ser cóncava a

presión.

M-5 Parar las válvulas entre dispositivos de alivio y recipientes

(a) un recipiente, en el que se puede generar presión debido a las condiciones de

servicio, puede tener una válvula de parada completo-área entre ella y su dispositivo de

alivio de presión para fines sólo de inspección y reparación. Cuando se proporciona una

parada de la válvula, puede ser bloqueado o sellado y apertura; y no deberá ser cerrada

excepto por una persona autorizada que permanecerá allí durante ese período de

operación del recipiente en el que la válvula permanece cerrada, y que deberá volver a

bloquear o sellar la válvula de parada en la posición abierta antes de salir de la estación.

116

(b) un recipiente o sistema para que la presión proveniente de una fuente externa

exclusivamente puede tener dispositivos de alivio de presión individual en cada

recipiente, o conectado a cualquier punto en la tubería de conexión, o en cualquiera de

los recipientes a ser protegidos. En virtud de un acuerdo de este tipo, puede haber una

válvula de parada entre cualquier recipiente y los dispositivos para aliviar la presión.

M-11. Diferenciales de presión para las válvulas de seguridad

Debido a la variedad de condiciones de servicio y diseño que existen de las válvulas de

seguridad y seguridad-alivio solo se darán recomendaciones generales que sirvan de

guía con respecto a la diferencia entre la presión de ajuste de la válvula y la presión de

operación del recipiente. Las dificultades en operación serán minimizadas procurando

un diferencial adecuado según el caso.

Margen de Operación: Con objeto de establecer el margen de operación que será

utilizado se deben hacer consideraciones acerca de las características del proceso. Para

minimizar los problemas de operación, es imperativo que el usuario tome en cuenta, no

solo las condiciones normales de los fluidos (presión y temperatura) sino también los

arranques y paros de planta, problemas del proceso, condiciones ambientales, tiempo

de respuesta de los instrumentos, fluctuaciones de la presión debidas al súbito cierre de

una válvula, etc.

Cuando estas condiciones no son consideradas en cuenta, el dispositivo de alivio de

presión se convertirá en un controlador de presión, tarea para la cual no fue diseñado,

Consideraciones adicionales se deben hacer para la descarga de fluidos peligrosos o

117

contaminantes. Mayores diferenciales son apropiados para fluidos tóxicos, corrosivos o

excepcionalmente valiosos.

Consideraciones acerca de las características de las válvulas de seguridad-

alivio:

La capacidad y características del BLOW-DOWN, es la primera consideración al

seleccionar una válvula que le sea compatible, y al adoptar el margen de operación.

Después de que la válvula por sus propios medios reduce la presión, deberá ser capaz de

cerrar por encima de la presión normal de operación, por ejemplo: Si una válvula se

ajusta con 100 psig con un BLOW-DOWN de 7% cerrará a 93 psig. Por tanto, la

presión normal de operación deberá mantenerse por debajo de 93 psig con el objetivo de

prever fugas o flujos de una válvula parcialmente abierta.

Los usuarios deberán procurar mayor cuidado al ajuste el BLOW-DOWN de válvulas

grandes. Las instalaciones para pruebas sean estas propiedad del fabricante, talleres de

reparación o de los usuarios, generalmente no tienen la capacidad para verificar con

exactitud el ajuste del BLOW-DOWN en consecuencia, los ajustes no pueden ser

considerados como exactos a menos que se realicen en campo, estando la válvula

instalada..

La capacidad de sello, es otro factor que afecta la selección de una válvula, sea esta

operada por resorte u operada por piloto. Este factor varía dependiendo de la necesidad

de usar asientos metal-metal o blandos, así como también de la temperatura y corrosión.

El sello que se requiera junto con el método de prueba del mismo deberán ser

especificados; el sello deberá ser verificado a una presión normal de operación. Es

118

necesario recordar que cualquier grado de sello obtenido, no deberá ser considerado

como permanente. La operación de la válvula invariablemente reduce el grado de sello.

El comportamiento anticipado de las válvulas permite tolerancias (+ ó -) en la presión

de ajuste, la cual varía según el nivel de presión que se maneje.

Las condiciones en operación, tales como contrapresión, variaciones de presión y

vibración influyen en la selección de diseños especiales de válvulas e incrementan la

presión diferencial.

Consideraciones Generales

Se recomienda adoptar las siguientes diferenciales de presión a menos que la válvula de

seguridad o seguridad-alivio haya sido diseñada o probada en un fluido específico o

similar, y que las recomendaciones hechas por el fabricante indiquen menores

diferenciales.

Para presiones de ajuste hasta de 70 psi un diferencial mínimo de 5 psi es recomendado.

En esta categoría las tolerancias de la presión de ajuste es de ± 2 psi y para la prueba de

sello será de 10% ó 5 psi lo que sea mayor.

Para presiones de ajuste de 71 psi a 1000 psi, un diferencial mínimo de 10% es

recomendado. En esta categoría la tolerancia en la presión de ajuste es de ± 3% y el

diferencial para la prueba de sello de 10%. Para presiones mayores de 1000psi se

recomienda un diferencial mínimo de 7% en esta categoría las tolerancias de la presión

de ajuste es de ± 3% y el diferencial para la prueba de sello deberá ser de 5%.

M-12. Instalación de válvulas de seguridad-alivio

Las válvulas de seguridad y seguridad-alivio cuya carga es proporcionada por el resorte,

deberán ser instaladas con el vástago en posición vertical.

119

Donde el espacio o las tuberías impiden la instalación vertical, la válvula podrá ser

instalada en otra posición, teniendo en cuenta:

1. que el diseño de la válvula sea satisfactorio en posición

2. que el medio (fluido) sea tal que no se acumule en la entrada de la válvula

3. que el drenado en el lado de descarga del cuerpo de la válvula y la tubería de

salida, sea adecuado.

M-13. Fuerza de reacción y Cargas aplicadas externamente

a) Reacción Forzada: La descarga de una válvula de seguridad provoca fuerzas de

reacción, debidas al flujo sobre la misma válvula y su correspondiente tubería.

El diseño de la instalación, requerirá del cálculo de momentos flexionantes y esfuerzos

sobre la tubería y la tobera del recipiente. Existen efectos por mementos flexionantes y

efectos por presión en un estado de flujo constante; así como transitorias cargas

dinámicas causadas por la apertura.

b) Cargas Externas: La válvula puede sufrir la aplicación de fuerzas mecánicas a

través de la tubería de descarga como resultado de la expansión térmica, movimientos

fuera de sus anclas y el peso de alguna tubería que no tenga soportes independientes.

Los momentos flexionantes aplicado a una válvula de seguridad cerrada, pueden

ocasionar fugas y excesivos esfuerzos en la tubería de entrada. Por lo tanto el diseño de

la instalación deberá considerar estas posibilidades.

120

NORMA API- RP 520 PARTE II INSTALACIÓN DE VÁLVULAS

a) Relación entre la presión de ajuste y la presión de operación

Efecto de la presión diferencial en el funcionamiento de la válvula

A la presión de ajuste, la fuerza que actúa contra el disco de la válvula debida a la

presión del sistema, solamente es suficiente para equilibrar la carga del resorte más el

peso de las partes móviles. Por lo tanto, no existe una fuerza a la presión de ajuste, que

mantenga a la válvula sellada herméticamente. Para asegurarnos de que esta situación

no exista en condiciones normales de trabajo, se sugiere que la presión diferencial entre

la presión normal de operación y la presión de ajuste sea tan grande como sea posible,

considerando la economía del diseño tanto del recipiente como de otros equipos, la

operación del sistema, y las características del funcionamiento de los dispositivos de

alivio de presión.

Consideraciones de las características de presión en servicio.

La diferencia entre la presión de operación y la presión de ajuste de la válvula es de

mucha mayor importancia cuando la presión de sistema no es estable. Estas condiciones

de presión inestable pueden presentar severas fluctuaciones, como por ejemplo en la

línea de descarga de una bomba reciprocante o donde existan compresores. En todos los

casos, un mayor diferencial dará como resultado menos reparaciones.

121

b) Instalación múltiple de válvulas de seguridad con ajuste escalonado

Ventajas de una instalación múltiple contra una simple.

En muchas ocasiones, las válvulas son calculadas para manejar la cantidad total del

fluido resultante de una situación de máxima emergencia; sin embargo, durante

trastornos pocos severos del sistema, solamente una pequeña fracción de esa cantidad es

descargada a través de la válvula. Si el volumen del fluido a la entrada de la válvula es

insuficiente para mantener el flujo, la operación de la válvula será cíclica resultando un

funcionamiento deficiente, y por otro lado la habilidad de la válvula para hacer un

recierre hermético puede ser afectada. Este tipo de condiciones de servicio pueden

existir en una estación reductora al fallar, pero bajo condiciones de menor flujo, la

válvula de seguridad sólo descargará una porción de su capacidad total. Cuando en la

operación normal se enfrenten situaciones como las anteriores, se recomienda el uso de

varias válvulas de menor tamaño calibradas en forma escalonada, de tal manera que la

válvula de menor calibración manejará pequeñas capacidades de descarga y el resto de

las válvulas entrarán en operación cuando los requerimientos de capacidad se

incrementen.

c) Manejo previo a su instalación y pruebas

Almacenamiento y manejo de válvulas de seguridad-alivio

Debido a que la limpieza es esencial para un funcionamiento y sello satisfactorio de la

válvula, se deberán tomar todas las precauciones necesarias para impedir la entrada de

cualquier material ajeno. Las válvulas que no sean instaladas de inmediato, después de

haberse recibido ya sea del fabricante o del taller de preparación, deberán ser tapadas

122

adecuadamente por ambas bridas (entrada y salida), particularmente se debe cuidar que

la entrada de la válvula se mantenga absolutamente limpia.

Las válvulas deberán almacenarse cerradas o donde la suciedad, polvo u otras formas de

contaminación sean mínimas. No permita que las válvulas (con sus bridas tapadas o

desprotegidas), sean arrojadas a una pila o colocadas promiscuamente directamente

sobre el suelo en espera de su instalación. Las válvulas deberán ser manejadas con

mucho cuidado, evitando someterlas a fuertes golpes, la omisión del punto anterior

causara considerables daños internos o desalineamientos, con lo que el sello de los

asientos se verá afectado.

Inspección de válvulas previa a su instalación

Antes de su instalación todas las válvulas deberán someterse a una minuciosa

inspección visual (para verificar que la válvula este en buen estado) antes de ser

instalada. Los manuales de mantenimiento de los fabricantes deberán ser consultados

para detalles referentes a válvulas específicas. Es necesario asegurarse de que el

material protector de las bridas así como cualquier material extraño que esté dentro del

cuerpo o la tobera haya sido removido, de lo contrario, el material extraño que se

encuentra adherido dentro de la tobera, será soplado a través de los asientos cuando la

válvula entre en operación, y por consiguiente algunas de estas basuras podrían dañar

los asientos o quedar atrapadas entre los mismos, ocasionando fugas.

123

Calibración de válvulas de desahogo

1. Objetivos

General:

Comprobar si las válvulas de desahogo se encuentran calibradas,

utilizando como instrumento, un calibrador de peso muerto.

Específicos:

Verificar si los manómetros de vaselina y seco se encuentran en buen

estado y calibrados.

Observar la presión a la que la válvula tiene apertura,

Calibrar la válvula de desahogo, usando como referencia los datos del

fabricante.

Calibrar dos válvulas de desahogo utilizando 3 manómetros.

2. Teoría

Las válvulas de desahogo de presión evitan la sobre presión en el equipo y tuberías de

procesos. Estas válvulas funcionan automáticamente a una presión predeterminada para

descargar el fluido y reducir la sobre presión.

Las válvulas de desahogo para líquidos empiezan a abrir cuando la presión interna llega

al valor de la presión graduada y tendrá un aumento hasta que sea de 10 a 33% mayor

que la graduada, según el tipo de servicio. La válvula llega a su plena capacidad con una

sobrepresión de 25%. La presión de desahogo se define como la presión graduada más

la sobrepresión.

En las válvulas para gas y vapores, la presión estática abre el disco y lo mantiene abierto

una fuerza dinámica. Esta fuerza la produce la velocidad creciente del flujo en la

124

boquilla cónica debajo del disco y en la parte inferior acampanada del disco, llamada

cámara de presión. La cámara de acumuladora desvía el flujo del fluido.

Calibrador de Peso Muerto

A presiones superiores a las que se consideran prácticas para el estándar de tipos de tipo

columna líquida, el probador de medidor de peso muerto, constituye un instrumento de

gran utilidad. Estos probadores utilizan un pistón en el que se colocan pesos para ejercer

una presión sobre un fluido hidráulico que sirve para activar el medidor de presión que

se está calibrando.

Estos probadores se pueden utilizar presiones superiores a 5 lb/plg² en el rango de 6 a

2500 lb/plg² y sobre 30 lb/plg² en el rango de 30 a 12000 lb/plg². La presión mínima es

la ejercida por el peso del pistón y por sus aditamentos de sujeción para el probador

particular que está usando; esto puede ser desde 30 hasta 250 lb/plg². En todas las

mediciones, el peso debe estar libre para flotar y se hace girar lentamente, con el fin de

minimizar los efectos de fricción.

Los medidores de peso muerto son capaces de alcanzar una precisión en la lectura de

0,01%, con una resolución de 5ppm a carga completa, disminuyendo a 50ppm sin

ninguna carga o peso mínimo. En los rangos inferiores, estos probadores tienen

incrementos tan bajos que llegan hasta 0,1 lb/plg² y, en los rangos más altos,

incrementos de 0,5 lb/plg².

Una bomba manual, aplica una presión al sistema líquido, inyectado a través de una

válvula de aguja por un depósito o tanque de fluido a presión. La presión se aplica

mediante esta bomba manual hasta que todo el sistema se encuentre en equilibrio

hidráulico con el pitón que porta los pesos de calibración que flotan con el cilindro.

125

Los medidores de peso muerto se pueden emplear cuando el manómetro que se calibra

está sometido directamente a la presión del fluido hidráulico en el medidor de peso

muerto, o bien, pueden servir para calibrar manómetros con una unidad auxiliar en la

que dos presiones se comparan por medio de in indicador de presión diferencial. Este

último método se emplea cuando el gas, agua u otro líquido normalmente en contacto

con el medidor en calibración no son compatibles con el fluido hidráulico que se usa en

el medidor de peso muerto.

3. Procedimiento:

Fase Esquema Procedimiento

1

126

2

3

4

5

6

7

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5.- Equipos y materiales:

5.1.- Equipos: Calibrador de peso muerto, 2 Manómetros de vaselina, 1

Manómetro seco, 4 Válvulas de desahogo, Llave pico de loro, Llave de agua

5.3.- Materiales: Teflón, Periódico, Acople macho y hembra, Franela, ¼ Aceite

hidráulico

6.- Datos experimentales:

1.- Válvula de Desahogo (Anderson - Greenwood & Co)

Presión Estándar Servicio Capacidad Presión de Apertura

100 Psi Gas 91 SCFM AIR 120 PSI

2.- Válvula de Desahogo #1 (TAYLOR TOOLS)

Presión Estándar Rango Capacidad Presión de Apertura Estado de la Válvula

600 Psi 450-900 psi 750 – SCFM 320 PSI Descalibrada

3.- Válvula de Desahogo #2 (TAYLOR TOOLS)

Presión Estándar Rango Capacidad Presión de Apertura Estado de la Válvula

50 PSI 20-75 psi 77 - SCFM 50 PSI Calibrada

7.- Resultados:

La válvula de desahogo, no estaba calibrada, ya que la presión que soporta dicha

válvula es de 100 psi, y cuando realizamos la práctica exploto en 120psi.

El manómetro de vaselina estaba mal encerado, ya que tenía que encontrarse en

0 psi y se encontraba en 20 psi.

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Las válvulas de 100 y 600 PSI se encontraban descalibradas para lo cual se

necesito la regulación de las tuercas de ajuste y tuerca del tornillo para la

calibración de las mismas.

8.- Discusión:

En primera instancia de la practica existió diversidad de criterios con respecto al

funcionamiento del equipo, todos teníamos la idea de lo que queríamos hacer, pero la

equivocación de todos fue el nunca averiguamos cuál era la forma de hacerlo, para lo

que debíamos haber contado con el conocimiento y luego de esto poder realizar la

práctica satisfactoriamente.

Conclusiones:

La calibración de una válvula de desahogo es bastante compleja, debido a que

debe existir gran precisión del operador; debido a que si existe una falla del

mismo, la calibración será errónea e inexacta.

El manómetro de vaselina no se encontraba encerado y empezaba a marcar

desde 20 psi lo cuál genero un error en la precisión de la lectura de presión, de

apertura de las válvulas.

La placa de la válvula de desahogo el fabricante daba una presión máxima de

100 psi. Y en la práctica el manómetro seco marco 120psi. En relación al

manómetro de vaselina que marco 140 psi, la variación se dio debido al estado

del manómetro y a la calibración de la válvula.

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Recomendaciones:

Cerciorarse que todos los elementos estructurales del equipo se encuentren bien

ajustados y sellados para evitar posibles fugas.

Investigar sobre el tema a tratar en la práctica, para tener una noción clara de lo

que se va a realizar y como se lo va hacer.

Siempre tener en cuenta sobre las especificaciones que da el fabricante para

cerciorarnos de la exactitud de los equipos, ya que estas servirán de guía al

suscitarse un mal funcionamiento del equipo y así utilizar dichos datos en la

compostura del mismo.

Bibliografía:

RICHARD W, Green, VALVULAS, SELECCIÓN USO Y

MANTENIMIENTO, Mc Graw_Hill, 1987

HAROLD E. SOISSON, INSTRUMENTACIÓN INSDUSTRIAL, LIMUSA-

NORIEGA EDITORES, MEXICO*ESPAÑA*VENEZUELA*COLOMBIA.