Diseño de sistemas de alivio de la presión

Los sistemas de alivio de la presión son vitales en la industria de procesos químicos. Se utilizan para prevenir la presurización por encima de las presiones de diseño; para venteo durante una situación inusual o de emergencia; y para despresurización normal durante las paradas controladas. En algunos casos, como los gases no combustibles entre los que se incluyen vapor, aire y nitrógeno, el venteo a la atmósfera puede ser una opción. En industrias más complejas, como las del sector de los hidrocarburos, pueden requerirse sistemas elaborados para el venteo de gases.

Describimos en este artículo algunas de las causas de sobre-presurización, así como algunas consideraciones de diseño sobre los tipos de válvulas y los discos de ruptura que se utilizan como sistemas de alivio de la presión.

Causas de sobre-presurización:

La sobre-presurización puede provenir de una simple causa o una combinación de eventos. Por ejemplo, un incremento de temperatura producido por un incendio originará un aumento de la presión. La presión puede también elevarse abruptamente ante una expansión térmica que bloquea una tubería u otro equipo cuando se calienta un líquido. La liberación de presión bajo estas situaciones es esencial para prevenir el fallo. También se requiere en sistemas donde un flujo continuo de vapor o líquido puede bloquearse aguas abajo. Otras causas de sobre-presurización son las siguientes: Bloqueo de orificios de salida, fallo de válvula de control, fallo del agua de refrigeración, fallo de potencia, fallo de aire de instrumentación, fallo de tubos de intercambiador de calor, fuego externo, etc.

Válvulas de alivio de seguridad:

Las válvulas de alivio de presión convencionales son susceptibles de contrapresión. Estas válvulas no son recomendables cuando la contrapresión total excede en un 10 % la presión de tara. En presiones cercanas a la atmosférica o inferiores el límite del 10 % raramente se alcanza. Por lo tanto, estas válvulas encuentran aplicación principalmente en sistemas de alta presión, o en sistemas que alivian a la atmósfera (por ejemplo, vapor y aire).

Válvulas reductoras de presión con fuelle de compensación: Estas válvulas se utilizan cuando no pueden usarse válvulas de compensación por lo indicado anteriormente. Tales válvulas no son susceptibles de contrapresiones tan altas como el 50 % de la presión de tara. La apertura de estas válvulas es independiente de la contrapresión. Con contrapresiones elevadas, estas válvulas todavía liberarán en el punto de tara, aunque con reducción en la capacidad. Por lo tanto, se recomienda que si se usan válvulas de alivio de la presión compensadas para actuar a la presión de tara, la contrapresión se limite a alrededor del 50 % de la presión de tara.

Válvulas de alivio accionadas por piloto: En tales válvulas, la válvula de alivio de presión principal abre a través de una válvula por piloto. Estas válvulas se usan en las siguientes condiciones:1) La presión de tara de la válvula de alivio de presión es inferior al 110 % de la presión de operación y 2) cuando son aplicables altas contrapresiones. La apertura de la válvula es independiente de la contrapresión.

Discos de ruptura:

Un disco de ruptura tiene la misma finalidad que las válvulas de alivio de la presión, pero es un dispositivo que se abre y ya no vuelve a cerrarse. Esto significa que el sistema continuará venteando hasta que pare por alguna forma de intervención. Las aplicaciones de los discos de ruptura son las siguientes.

Para acción rápida: Los discos de ruptura actúan muy rápidamente. Por lo tanto, se usan en casos en los que las válvulas de alivio pueden no ser lo bastante rápidas como para prevenir un fallo catastrófico. Algunos ingenieros prefieren usar discos de ruptura para prevenir la ruptura de tubos de un intercambiador de calor ya que están preocupados porque las válvulas de alivio de presión pueden ser demasiado lentas para evitar escenarios de acumulación de presión.

Para prevenir la obturación de las válvulas de alivio: En ciertos procesos, los fluidos contienen partículas sólidas que pueden originar el bloqueo de las válvulas de alivio, volviéndolas inútiles. En tales casos, se usa un disco de ruptura aguas arriba de la válvula de presión.

Manipulación de líquidos altamente viscosos: En sistemas que manejan líquidos altamente viscosos, por ejemplo polímeros, la despresurización a través de las válvulas de alivio puede ser demasiado lenta para una situación dada. En estos sistemas la opción elegida son los discos de ruptura.

Prevención de pérdidas: En sistemas que manejan hidrocarburos de bajo peso molecular, siempre hay probabilidades de que algún material pase a través de la válvula de alivio al sistema de llamas, por lo cual se producen pérdidas de material. En estos casos se recomienda el disco de ruptura aguas arriba de la válvula de presión.

Por motivos económicos: Muchas industrias de proceso utilizan materiales exóticos, tales como el titanio y Hastelloy C. En estos casos, se usa un disco de ruptura aguas arriba de la válvula de alivio.

Bibliografía: Pressure-relief system design. Chemical engineering 2008.

Palabras clave: Chemical preocess industries, balanced bellows