Dispositivos alternativos de protección de planta y terminología

Otros métodos de alivio de sobrepresión explicados; más una sección de terminología útil.

Dispositivos alternativos de protección de planta y terminología

Aunque las válvulas de seguridad son con mucho los dispositivos más comunes usados para protección de planta en sistemas de vapor, hay varios otros dispositivos disponibles para proteger la planta de condiciones de sobrepresión. Mientras que algunos de ellos pueden usarse en lugar de una válvula de seguridad, la mayoría tiene sus propias aplicaciones únicas y de hecho algunos dispositivos, como el disco de ruptura, pueden usarse para complementar la válvula de seguridad.

• Paleta contrapesada - Este es el tipo más simple de dispositivo de protección contra sobrepresión, y se usa en tanques de baja presión y condensadores, para alivio de presión, alivio de vacío o ambos. Se aplica un peso en la parte superior de un disco, manteniéndolo cerrado hasta que la presión que actúa en la parte inferior de la paleta iguala el peso. Debido a los grandes pesos requeridos para mantener una paleta cerrada, este tipo de válvula está diseñada para aplicaciones de baja presión por debajo de 0,1 bar. Para presiones de ajuste más altas, el peso requerido sería prohibitivo y peligroso si ocurriera oscilación de la paleta en la apertura de la válvula.
• Válvula de seguridad contrapesada - Aunque han sido en gran medida superadas por válvulas de seguridad con muelle, todavía se usan a veces para aplicaciones de baja presión. La fuerza de cierre de la válvula de seguridad es proporcionada por un peso en lugar de un muelle. Como la fuerza de cierre es proporcionada por un peso, permanecerá constante y una vez que se alcance la presión de ajuste, la válvula de seguridad se abrirá completamente.
• Válvula de seguridad con carga suplementaria - Una válvula de seguridad con carga suplementaria consiste en una válvula de seguridad convencional proporcionada con una fuerza de sellado adicional que se libera una vez que se alcanza la presión de ajuste. Una de las principales preocupaciones con este tipo de dispositivo es asegurar que la carga se libere adecuadamente cuando se alcanza la presión de ajuste. La norma EN ISO 4126 establece que incluso en caso de falla del mecanismo de liberación, la válvula debe alcanzar su capacidad de descarga certificada dentro del 115% de la presión de ajuste. Las válvulas de seguridad con carga suplementaria tienden a usarse solo donde cualquier fuga del fluido por debajo de la presión de ajuste es inaceptable, o en sistemas de muy alta presión donde mantener un cierre hermético es de otra manera difícil.
• Sistemas de alivio de presión de seguridad controlados (CSPRS) - Estos son sistemas eléctricos o electroneumáticos, que no son autoactuados. Cuando se detecta una situación de sobrepresión, un dispositivo de control actúa para corregir la situación.

Dispositivos de alivio de presión de no recierre

Los dispositivos de no recierre son aquellos que están diseñados para permanecer abiertos después de la operación. Generalmente se proporciona un medio manual de reinicio.

• Discos de ruptura - Consisten en una membrana elastomérica o un disco metálico delgado que reventará a una presión de ajuste, aliviando cualquier sobrepresión. Aunque pueden usarse por sí solos, en muchas aplicaciones se usan en combinación con una válvula de seguridad. Un disco de ruptura puede instalarse ya sea en el lado de entrada o salida de la válvula de seguridad. Si se instala en la entrada, aísla el medio contenido de la válvula de seguridad. Cuando hay una situación de sobrepresión, el disco de ruptura revienta permitiendo que el fluido fluya hacia la válvula de seguridad, que entonces se levantará posteriormente. Esta disposición se usa para proteger los componentes internos de la válvula de seguridad contra fluidos corrosivos. Alternativamente, si la válvula de seguridad descarga a un colector que contiene medios corrosivos, puede instalarse un disco de ruptura en la salida de la válvula de seguridad, previniendo que cualquier fluido del colector contacte los componentes internos de la válvula de seguridad en uso normal. Los discos de ruptura también pueden instalarse junto a una válvula de seguridad como un dispositivo de alivio secundario. Los discos de ruptura son herméticos y de bajo costo, pero requieren reemplazo después de cada operación. La mayoría de las instalaciones de discos de ruptura contienen un mecanismo para indicar cuándo el disco ha reventado y que necesita ser reemplazado. Típicamente, se usa un manómetro (ver Figura 9.6.3b). Los paneles de explosión o discos de ruptura de explosión son similares a los discos de ruptura pero están diseñados para uso con tasas más altas de aumento de presión y para capacidades mayores.
• Dispositivos de tapón fusible - Consisten en un tapón con un punto de fusión más bajo que la temperatura máxima de operación del sistema que debe proteger. En locomotoras de vapor antiguas, este tipo de dispositivo se usaba para vaciar el agua de la caldera sobre el fuego si ocurría sobretemperatura.
• Dispositivos de pasador de ruptura o cizallamiento - Un dispositivo de pasador de ruptura es un dispositivo de alivio de presión de no recierre accionado por presión estática de entrada y diseñado para funcionar por la rotura de una sección portadora de carga de un pasador, que soporta un miembro que contiene presión. La fuerza de la sobrepresión fuerza al pasador a pandearse y la válvula a abrirse. La válvula puede entonces reasentarse después de que se retira la presión y puede instalarse un nuevo pasador. Estos dispositivos generalmente se instalan en aplicaciones de baja presión y sistemas de distribución de gas grandes. Tienen aplicaciones de proceso limitadas.

Terminología

Las siguientes definiciones se toman de DIN 3320 pero debe tenerse en cuenta que muchos de los términos y definiciones asociados usados son universales y aparecen en muchas otras normas. Donde los términos de uso común no están definidos en DIN 3320, se ha usado ASME/ANSI PTC25.3 como fuente de referencia. Esta lista no es exhaustiva y está destinada solo como guía; no debe usarse en lugar de la norma correspondiente vigente: Presión de operación (presión de trabajo) es la presión manométrica que existe en condiciones normales de operación dentro del sistema a proteger. Presión de ajuste es la presión manométrica a la cual, bajo condiciones de operación, las válvulas de seguridad de carga directa comienzan a levantarse. Presión de prueba es la presión manométrica a la cual, bajo condiciones de banco de prueba (contrapresión atmosférica), las válvulas de seguridad de carga directa comienzan a levantarse. Presión de apertura es la presión manométrica a la cual el levantamiento es suficiente para descargar la capacidad de flujo predeterminada. Es igual a la presión de ajuste más la diferencia de presión de apertura. Presión de reasentamiento es la presión manométrica a la cual la válvula de seguridad de carga directa se vuelve a cerrar. Contrapresión acumulada es la presión manométrica acumulada en el lado de salida por el soplado. Contrapresión impuesta es la presión manométrica en el lado de salida de la válvula cerrada. Contrapresión es la presión manométrica acumulada en el lado de salida durante el soplado (contrapresión acumulada + contrapresión impuesta). Acumulación es el aumento de presión sobre la presión manométrica máxima de trabajo permitida del sistema a proteger. Diferencia de presión de apertura es el aumento de presión sobre la presión de ajuste necesario para un levantamiento adecuado para permitir la capacidad de flujo predeterminada. Diferencia de presión de reasentamiento es la diferencia entre la presión de ajuste y la presión de reasentamiento. Diferencia de presión funcional es la suma de la diferencia de presión de apertura y la diferencia de presión de reasentamiento. Diferencia de presión de operación es la diferencia de presión entre la presión de ajuste y la presión de operación. Levantamiento es el recorrido del disco desde la posición cerrada. Inicio de levantamiento (apertura) es el primer movimiento medible del disco o la percepción de ruido de descarga. Área de flujo es el área transversal aguas arriba o aguas abajo del asiento del cuerpo calculada desde el diámetro mínimo que se usa para calcular la capacidad de flujo sin ninguna deducción por obstrucciones. Diámetro de flujo es el diámetro geométrico mínimo aguas arriba o aguas abajo del asiento del cuerpo. Designación de tamaño nominal de una válvula de seguridad es el tamaño nominal de la entrada. Capacidad de flujo teórica es el caudal másico calculado de un orificio que tiene un área transversal igual al área de flujo de la válvula de seguridad sin tener en cuenta las pérdidas de flujo de la válvula. Capacidad de flujo real es la capacidad de flujo determinada por medición. Capacidad de flujo certificada es la capacidad de flujo real reducida en un 10%. Coeficiente de descarga es la relación entre la capacidad de descarga real y la teórica. Coeficiente de descarga certificado es el coeficiente de descarga reducido en un 10% (también conocido como coeficiente de descarga reducido). Los siguientes términos no están definidos en DIN 3320 y se toman de ASME/ANSI PTC25.3: Blowdown (diferencia de presión de reasentamiento) - diferencia entre la presión de apertura real y la presión de reasentamiento real, generalmente expresada como porcentaje de la presión de ajuste o en unidades de presión. Presión diferencial de prueba en frío la presión a la cual se ajusta una válvula en un banco de prueba usando un fluido de prueba a temperatura ambiente. Esta presión de prueba incluye correcciones para condiciones de servicio, por ejemplo, contrapresión o altas temperaturas. Presión de calificación de flujo es la presión estática de entrada a la cual se mide la capacidad de alivio de un dispositivo de alivio de presión. Presión de prueba de fuga es la presión estática de entrada especificada a la cual se realiza una prueba cuantitativa de fuga de asiento de acuerdo con un procedimiento estándar. Capacidad de alivio medida es la capacidad de alivio de un dispositivo de alivio de presión medida a la presión de calificación de flujo. Capacidad de alivio calificada es la porción de la capacidad de alivio medida permitida por el código o regulación aplicable para ser usada como base para la aplicación de un dispositivo de alivio de presión. Sobrepresión es un aumento de presión sobre la presión de ajuste de una válvula de alivio de presión, generalmente expresada como porcentaje de la presión de ajuste. Presión de apertura (popping) es el valor de aumento de la presión estática de entrada de una válvula de alivio de presión a la cual hay un levantamiento medible, o a la cual la descarga se vuelve continua determinada por ver, sentir u oír. Presión de alivio es la presión de ajuste más la sobrepresión. Simmer es la zona de presión entre la presión de ajuste y la presión de apertura. Presión máxima de operación es la presión máxima esperada durante la operación del sistema. Presión máxima de trabajo permitida (MAWP) es la presión manométrica máxima permisible en la parte superior de un recipiente completado en su posición de operación para una temperatura designada. Presión máxima de acumulación permitida (MAAP) es la presión máxima de trabajo permitida más la acumulación según lo establecido por referencia a los códigos aplicables para contingencias de operación o incendio.