Diseño de sistemas de alivio de presión

Por: Fike Iberica  26/06/2008
Palabras clave: Proteccion y Seguridad, Discos De Ruptura, Valvulas De Seguridad

Uno de los criterios de diseño a tener en cuenta por los ingenieros de proceso es la existencia de condiciones de trabajo 'especiales', como por ejemplo la existencia de contrapresiones, que sin duda pueden afectar las características de funcionamiento y la capacidad de alivio de un sistema de alivio de presión. Uso de sistemas de alivio de presión Un sistema de alivio de presión se usa típicamente como último recurso para evitar que un equipo presurizado exceda su límite en lo que a presión se refiere, previniendo así de posibles situaciones peligrosas que pueden ocasionar daños materiales y humanos. La protección contra sobrepresión se aplica en instalaciones industriales para asegurar que se cumplen los niveles de seguridad exigidos, y además aseguran que sus inversiones estén protegidas contra los efectos de niveles de presión inaceptables. La instalación de sistemas de alivio de presión es muy importante, pero también lo es elegir el sistema oportuno para cada situación. De hecho cada día se producen en la industria problemas en estos sistemas durante la operación normal, debidos a una selección incorrecta del sistema, una instalación incorrecta, falta de mantenimiento o un diseño incorrecto/incompleto.

El papel del análisis y la reducción de riesgos Uno de los pasos más críticos para establecer el rol y la configuración correcta de cada uno de los sistemas anteriormente descritos es realizar la evaluación de riesgos. Los ingenieros de proceso deberán considerar todos los escenarios posibles para seleccionar los sistemas más apropiados. Esto requiere una evaluación de riesgos realista, a través del análisis.

Identificar los peligros potenciales durante la operación debe hacerse de la forma más realista posible. Las siguientes situaciones peligrosas pueden darse: * Errores en las condiciones de operación * Errores humanos * Sobrellenado * Falta de mantenimiento * Características físicas y químicas del fluido (polimerización, cristalización, reacciones exotérmicas, corrosión, toxicidad, estabilidad…) * Condiciones específicas atmosféricas (vibraciones, erosión, fuego externo) * Etc. Todos estos factores pueden provocar que la presión exceda los límites de un equipo. Basado en los resultados de la evaluación de riesgos, el equipo presurizado puede ser diseñado correctamente, y se seleccionará el sistema de seguridad más efectivo para ese equipo en concreto. Durante el diseño del equipo hay que: * Eliminar o reducir los riesgos identificados * Incorporar sistemas de protección si los riesgos no pueden ser eliminados. * Informar al usuario de posibles riesgos residuales. * Indicar las medidas de protección apropiadas. * Prevenir el uso incorrecto de los sistemas de seguridad.

Bajo cualquier circunstancia se dará preferencia a las soluciones intrínsecamente seguras. Como norma general resultará inevitable el uso de sistemas de seguridad, como por ejemplo el uso de sistemas de alivio de presión, en el diseño de los equipos presurizados. La normativa de equipos a presión (en inglés, Pressure Equipment Directive, PED) así lo indica generalmente. Los sistemas de seguridad se diseñarán para poder trabajar independientemente de otras funciones, y deberán ser fiables en cualquiera de las condiciones determinadas en la evaluación de riesgos (puestas en marcha, paradas, mantenimientos...). Medidas para limitar la presión Existen los siguientes tipos de sistemas de alivio de presión para proteger los equipos presurizados:
a) Dispositivos que vuelven a cerrar.
b) Dispositivos que no vuelven a cerrar. c) Combinación de ambos. Elegir la mejor opción dependerá de diferentes parámetros, ya sean técnicos y/o económicos. La mayoría de aplicaciones pueden ser catalogadas como aplicaciones primarias (donde existirá un único sistema de alivio de presión, y como aplicaciones secundarias. En las aplicaciones secundarias pueden existir dudas sobre el sistema de alivio de presión primario, o bien un único sistema no es suficiente para aliviar toda presión en determinadas condiciones especiales. Por ello se instala un segundo sistema de alivio de presión en paralelo con el primero. El tarado del sistema de alivio de presión secundario deberá ser superior al del primario, pero bajo ningún concepto será mayor a la presión de diseño del equipo a proteger.
El uso de dispositivos que no vuelven a cerrar ofrecerán generalmente soluciones más económicas, pero requiere que una vez activados el proceso pare o sea redirigido para que el sistema pueda ser substituido. Así pues, este tipo de dispositivos serán seleccionados únicamente como sistema primario de alivio de presión en aquellos casos donde la pérdida de fluido y las paradas de producción se toleren. El uso de estos sistemas como alivio de presión secundarios está muy extendido en la industria. El uso de dispositivos que vuelven a cerrar permitirán poder seguir trabajando aun incluso cuando se hayan activado. Por lo tanto, este tipo de dispositivos son los preferidos para aplicaciones de alivio de presión primario en equipos donde no se puede permitir que el sistema permanezca abierto durante mucho tiempo. Sin embargo, el riesgo de fugas, de suciedad, de obturación, de hielo, de corrosión, etc. pueden volver estos sistemas ineficientes. Los dispositivos que vuelven a cerrar son generalmente válvulas de seguridad, ya sea de acción mecánica (muelle) o bien pilotadas. Los dispositivos que no vuelven a cerrar más conocidos son los discos de ruptura. La combinación de los dos es una solución cada vez más popular, ya que ofrecen lo mejor de cada una de ellas individualmente; un disco de ruptura delante de la válvula de seguridad. De esta forma el disco de ruptura actúa de sello (tanto de presión como químico) entre el proceso y la válvula de seguridad, reduciendo de esta forma los costes de operación y mantenimiento (corrosión, reparaciones, etc.).

Además aumenta la seguridad del sistema ya que elimina los riesgos de polimerización y obstrucción de la válvula. El uso del disco de ruptura en combinación con una válvula debe considerarse en: * Aquellos casos en los que la corrosión o la suciedad de los elementos internos de la válvula pueda suponer un problema (en este caso el disco se instalaría delante de la válvula). * Aquellos casos en los que la contrapresión aguas debajo de la válvula de seguridad puedan suponer cambios en la presión de tarado de la válvula (en este caso el disco se instalaría detrás de la válvula). En todos los casos donde exista la combinación de discos de ruptura con válvula de seguridad se deben tomar medidas para evitar la acumulación de presión entre los dos elementos. Cualquier aumento de presión en este espacio (debido a cambios de temperatura, fugas menores, etc.) podría provocar cambios incontrolables en la presión de apertura del sistema. El uso de sencillas válvulas de exceso de flujo es la solución. En algunos casos, el alivio de presión no puede aplicarse debido a razones ambientales o de seguridad. En este caso debe contemplarse el uso de Controlled Safety Pressure Relief Systems (CSPRS) o de Safety Related Measurement, Control and Regulating Devices (SRMCR). Estos sistemas interactúan con el proceso para evitar que ocurran situaciones que puedan derivar en alguna condición insegura. Estos sistemas tienen que ser seleccionados muy cuidadosamente, teniendo en cuenta documentos como IEC 61508, IEC 61511 y Ansi/Isa S84.01.

Si ninguno de los sistemas de seguridad disponibles puede ser seleccionados para la aplicación, el equipo debe fabricarse para poder soportar el máximo posible de presión.
Consideraciones de diseño específicas

El diseño de los sistemas de seguridad y la selección del sistema de alivio de presión debe hacerse en función de todas las condiciones de operación que pueden darse durante la vida del equipo presurizado. Uno de los problemas que a menudo se menosprecia y que puede provocar fallos inesperados de un sistema de seguridad es el efecto de la contrapresión en los sistemas de alivio de presión. Diferentes ensayos en laboratorios realizados a diferentes válvulas de seguridad comerciales para comprobar su funcionamiento bajo los efectos de la contrapresión demuestran la diferencia que puede haber entre el tarado indicado por el fabricante y el real. Esta diferencia puede ser tan grande que resulten casos en los que el equipo presurizado trabaje por encima de su presión de diseño. La instalación de un fuelle en la válvula puede ayudar, pero no solucionar el problema. El uso de discos de ruptura aguas abajo de una válvula de seguridad ofrecerá una mayor fiabilidad del sistema por un coste bajo, evitando los efectos indeseados de la contrapresión. La tubería de entrada a los sistemas de alivio de presión deben ser tan cortas y rectas como sea posible, y en el caso de las válvulas de seguridad la pérdida de carga no debe exceder el 3 por ciento de la presión de tarado de la válvula. La pérdida de carga total se calcula usando la capacidad real de la válvula, y debe tener en cuenta cualquier efecto de la combinación con un disco de ruptura u otro componente. Es muy importante también el diseño y configuración de las tuberías de descarga. La descarga de presión y fluido debe hacerse dentro de unos niveles apropiados de seguridad. Se deben tomar medidas de prevención adecuadas para evitar que el flujo conecte de forma no deseada otros equipos (por ejemplo instalaciones en mantenimiento o fuera de servicio). Debe considerarse la instalación de accesos para inspección y/o drenaje. Las tuberías de descarga también tienen que ser lo más cortas y rectas posibles. Finalmente, las tuberías de descarga deben diseñarse de forma que la velocidad de descarga sea subsónica.

Conclusiones

Los conocimientos crecientes en factores de diseño crítico refuerzan el desarrollo de normas para el diseño de sistemas de alivio de presión. Métodos tradicionales y probados de protección se ven reflejados ahora en normas y estándares, asegurando así a los ingenieros de procesos y a las autoridades pertinentes que se han seleccionado e implementado las mejores opciones. Hay que asegurarse que se selecciona el escenario más desfavorable para evitar la existencia de falsa seguridad. La amplia selección de sistemas de alivio de presión ofrece la posibilidad de instalar el nivel de protección necesario para trabajar de forma segura. Debe buscarse consejo experto para el análisis de riesgo, definir el escenario de peor caso y evaluar la mejor opción de diseño del sistema de alivio de presión.

Palabras clave: alivio de presion, Discos De Ruptura, Proteccion y Seguridad, Sistemas De Alivio De Presión, Valvulas De Seguridad