Los equipos de calefacción se utilizan para procesar y calentar sustancias hidrocarburadas. Dada la complejidad de estos sistemas y su relación con sustancias inflamables, la seguridad de los mismos es de vital importancia, lo que implica el uso de una serie de dispositivos de protección para evitar accidentes como sobrecalentamientos, fugas o explosiones. A continuación, se describen los principales dispositivos de seguridad que deben instalarse en equipos de calefacción y otros sistemas relacionados.

El dispositivo de seguridad de temperatura (TSHH) es crucial para monitorizar la temperatura del fluido de proceso en los equipos de calefacción. Este sensor interrumpe el suministro de combustible y el flujo del fluido combustible cuando detecta temperaturas peligrosas. Los intercambiadores de calor indirectos, como los calentadores de baño de agua a presión atmosférica, generalmente no requieren sensores TSHH debido a que el punto de ebullición del agua limita la temperatura máxima del fluido. Sin embargo, en un sistema de transferencia de calor cerrado, el fluido combustible circula a través de una bobina en la cámara de combustión, y en caso de un incendio descontrolado o una fuga del sistema cerrado, el sistema de apagado de emergencia (ESD) y el circuito de tapón fusible deben interrumpir de inmediato el flujo del medio para evitar riesgos.

El dispositivo de seguridad de flujo (FSL y FSV) se utiliza para monitorear la tasa de flujo del fluido combustible en la bobina de la cámara de combustión. Un sensor FSL es esencial para interrumpir el suministro de combustible en caso de que la temperatura del medio alcance niveles peligrosos. Además, el dispositivo de válvula de retención (FSV) debe instalarse en el conducto de salida de la bobina para evitar que el fluido vuelva a entrar en la cámara de combustión en caso de que la bobina se rompa.

El dispositivo de seguridad de presión (PSHH, PSLL y PSV) es otra medida importante para garantizar la seguridad en estos sistemas. Un sensor PSHH debe monitorizar la presión en la tubería de suministro de combustible y cortar el suministro si la presión excede los niveles seguros. Para quemadores de ventilación natural, no se requiere un sensor PSLL debido a la baja presión de entrada. Además, las bobinas de fluido situadas en los intercambiadores de calor deben ser protegidas por una válvula de seguridad de presión (PSV) para evitar la sobrepresión debido a la expansión del fluido.

En cuanto al dispositivo de seguridad contra incendios, se debe instalar un arrestador de llamas en la entrada de aire de un quemador de ventilación natural para evitar que las llamas ingresen a la cámara de combustión. Además, un arrestador de chispas debe instalarse en el conducto de gases de escape para prevenir la salida de chispas del sistema. Estos arrestadores no son necesarios si el equipo de calefacción no maneja materiales combustibles fuera del combustible mismo y está ubicado en un área aislada. Si el fluido calentado es inflamable, o si la presión de escape del quemador es más baja que la presión del fluido, se debe instalar un arrestador de llamas en el conducto de escape.

Un sensor BSLL o TSL debe monitorizar la llama dentro de la cámara de combustión. Si detecta una llama insuficiente, se debe interrumpir inmediatamente el suministro de combustible para evitar posibles riesgos de incendio.

En lo que respecta al bomba impulsora (booster pump), este dispositivo es fundamental para cumplir con los requisitos de presión en los sistemas de producción de petróleo. En este caso, los dispositivos de seguridad se centran principalmente en la protección contra sobrepresión y fugas. Si ocurre una sobrepresión, se debe instalar un sensor PSH que corte el flujo inmediatamente. Si hay una fuga que causa una caída de presión, un sensor PSL debería cerrarla. Para garantizar la protección de la bomba y las tuberías downstream, también se deben instalar válvulas de seguridad PSV y válvulas de retención FSV.

En el caso del deshidratador electrolítico (desalinizador), este dispositivo se utiliza para eliminar el agua emulsionada del petróleo crudo mediante la acción de un campo eléctrico de alta y baja tensión. Aunque estos dispositivos funcionan a presión, deben ser protegidos contra varios eventos inesperados como sobrepresión, baja presión, sobrecarga, fugas y sobrecalentamiento, especialmente si se calientan. La instalación de válvulas y sensores de seguridad adecuados es esencial para garantizar un funcionamiento seguro.

Además de la instalación de dispositivos de seguridad, es crucial que los operadores y el personal técnico sean conscientes de la importancia de realizar mantenimientos preventivos regulares y monitorear los sistemas de calefacción y bombeo de manera continua. La vigilancia constante y el seguimiento de las condiciones operativas aseguran que los sistemas funcionen dentro de los parámetros seguros, minimizando el riesgo de fallos catastróficos.

¿Cómo garantizar una instalación adecuada de la válvula de seguridad en sistemas de presión?

El diseño e instalación de las válvulas de seguridad son procesos cruciales en cualquier sistema de manejo de presión, y es necesario abordar diversos aspectos técnicos que garanticen su correcta funcionalidad. Desde la correcta conexión de las tuberías de entrada y salida hasta las medidas para evitar bloqueos o daños por presión, cada detalle influye directamente en la eficacia de la válvula y en la seguridad general del sistema. A continuación, se detallan los puntos fundamentales que deben ser considerados para asegurar una instalación adecuada y evitar fallos durante la operación.

En primer lugar, la transferencia de datos de simulación al espacio de trabajo es un paso inicial imprescindible para cualquier cálculo relacionado con las válvulas de seguridad. Esto permite que se mapeen los objetos correspondientes en la base de datos de Aspen Basic Engineering, y facilita el proceso de creación de hojas de datos, lo que asegura que toda la información relevante sea transferida y utilizada correctamente. Tras realizar esta transferencia, se confirma que los datos se han transferido con éxito antes de proceder con los cálculos específicos.

Uno de los aspectos más críticos en la instalación de una válvula de seguridad es el diseño de la tubería de entrada. Esta debe ser cuidadosamente planificada para evitar pérdidas de presión innecesarias antes de la válvula, lo cual podría causar problemas durante la operación. El lugar ideal para la instalación es directamente sobre el equipo protegido, minimizando así cualquier pérdida de presión antes de que la válvula entre en acción. El diseño debe evitar que la presión estática en la entrada de la válvula baje demasiado debido a la pérdida de presión dinámica, lo cual podría hacer que la válvula se cierre prematuramente, lo que genera un ciclo repetido de apertura y cierre conocido como "chattering", que puede dañar tanto la válvula como los componentes del sistema.

Para evitar este fenómeno, se debe controlar la caída de presión en la tubería de entrada a un máximo del 3% de la presión de ajuste, tal y como lo recomienda la API Std 520 y las especificaciones de ASME. Si se excede este límite, se pueden tomar medidas correctivas como aumentar el diámetro de la entrada o emplear varias válvulas de seguridad de menor tamaño. Es importante que el diámetro de la entrada no sea inferior al diámetro del flange de la válvula de seguridad y que las tuberías sean lo más cortas posibles. En sistemas con válvulas de seguridad equipadas con una válvula piloto, este problema no se presenta, ya que la válvula piloto tiene un conducto separado para tomar la presión y, por lo tanto, no se ve afectada por las pérdidas en la tubería de entrada.

Otro factor a considerar es la protección contra el bloqueo de las tuberías de entrada o salida. En ciertos sistemas, especialmente aquellos que transportan fluidos corrosivos o de alta viscosidad, es fundamental incorporar medidas para evitar obstrucciones en las válvulas. Esto se puede lograr mediante la implementación de sistemas de purga con vapor o gas, o utilizando técnicas de traza de vapor. Además, se deben tomar precauciones para asegurarse de que las válvulas no entren en contacto directo con materiales que puedan bloquearlas, lo cual puede implicar la reubicación de la válvula a un área más adecuada o la adición de dispositivos de protección como discos de ruptura.

La instalación de un disco de ruptura, por ejemplo, es recomendable cuando se desea evitar la corrosión de la válvula por medios corrosivos o prevenir fugas. En estos casos, se deben cumplir las normativas de seguridad pertinentes, como la ASME BPVC, que exige la instalación de un medidor de presión o un sistema de monitoreo entre la válvula de seguridad y el disco de ruptura para verificar posibles rupturas o fugas.

En cuanto a la instalación de la válvula de seguridad en las tuberías de salida, se debe tener especial cuidado en la correcta disposición de la salida de gas o vapor. En el caso de gases con una masa molecular relativa menor a 80, y que no presenten riesgos de toxicidad o corrosión, la descarga directa a la atmósfera es aceptable, siempre que se sigan los lineamientos establecidos por las autoridades ambientales. La salida debe ser vertical y en una boca cuadrada para facilitar la difusión del gas. Además, la salida debe estar a una altura suficiente para evitar la acumulación de líquidos o impurezas en el conducto de salida, y la velocidad de flujo no debe ser inferior a 60 m/s.

Por último, es fundamental que el diámetro de la tubería de salida sea el adecuado. De no ser así, podrían producirse pérdidas de presión que afecten el funcionamiento de la válvula. El caso de las válvulas de seguridad piloto es diferente, ya que estas no se ven afectadas por las presiones de retroceso. Sin embargo, en sistemas de válvulas convencionales, una presión de salida excesiva puede llevar a un cierre prematuro de la válvula, lo cual podría impedir la liberación efectiva de presión en el sistema. Por esta razón, la instalación debe prever la capacidad de descarga adecuada, considerando los posibles efectos de la presión de retroceso.

En resumen, la instalación de una válvula de seguridad en un sistema de presión requiere un enfoque detallado que contemple tanto el diseño de las tuberías de entrada y salida como las medidas preventivas contra obstrucciones y corrosión. Además, es importante cumplir con las normativas y especificaciones internacionales para asegurar la seguridad y la eficiencia de la válvula a lo largo de su vida útil.

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