Protección de seguridad en estaciones de medición y drenaje cerrado: diseño y consideraciones clave

En las estaciones de medición de petróleo y gas, los sistemas de protección son fundamentales para garantizar el funcionamiento seguro y eficiente de los equipos involucrados en el proceso de medición y recolección de líquidos. Estos sistemas están diseñados para prevenir sobrepresiones, fugas, sobrecalentamientos y otros riesgos asociados con el proceso. Examinaremos algunos de los dispositivos de seguridad más importantes que se deben instalar en estos sistemas, como los sensores de nivel de líquido, válvulas de control y sistemas de protección contra sobretemperaturas.

Uno de los aspectos clave en el diseño de estas estaciones es la protección contra sobrepresiones y fugas. Por ejemplo, en el caso de los tanques de drenaje cerrado, si no existe una válvula de seguridad que proteja el tanque, se deben implementar dispositivos como sensores de presión o válvulas de seguridad. En los sistemas de medición, si el flujo de gas excede la capacidad del sistema para manejarlo, es esencial instalar dispositivos de estrangulación en la línea de descarga que limitan este flujo y evitan daños en equipos posteriores.

Además, la protección contra sobrecalentamientos es otro componente esencial del sistema. Si el proceso involucra calefacción, es crucial contar con sensores de temperatura que corten el suministro de energía en caso de que el fluido del proceso alcance temperaturas peligrosas. Esto previene el sobrecalentamiento del sistema y asegura que el equipo no sufra daños irreparables, como quemaduras secas en elementos de calefacción sumergidos.

Para el drenaje cerrado, se deben instalar sensores que protejan contra el desbordamiento y las fugas. Los sensores LSH, por ejemplo, deben activar la bomba de drenaje cerrado en caso de que se detecte un posible desbordamiento, asegurando que el líquido no se derrame hacia equipos aguas abajo. Además, el sensor LSL debe cortar el suministro a la bomba si el nivel de líquido se reduce demasiado, evitando que la bomba funcione en seco y sufra daños.

En cuanto a las instalaciones de drenaje cerrado, la posición de los sensores debe ser cuidadosamente seleccionada. El sensor LSH se coloca a una distancia adecuada debajo de la parte superior del tanque para evitar desbordamientos, mientras que el sensor LSL se instala por encima del nivel mínimo de operación para evitar que se descargue demasiado líquido. Estos sensores, generalmente montados fuera del tanque para facilitar su mantenimiento y prueba, deben estar correctamente aislados para evitar interferencias en el sistema y permitir su revisión sin afectar el proceso en marcha.

Otro aspecto a considerar es el sistema de protección contra retrocesos de flujo. Si el equipo aguas abajo no puede manejar el retroceso de líquidos, se debe instalar una válvula de control (FSV) para prevenir daños. Sin embargo, si las condiciones lo permiten y el retroceso de fluido es mínimo, la instalación de estas válvulas puede ser innecesaria.

Es fundamental comprender que estos sistemas de protección no solo se instalan para cumplir con normativas de seguridad, sino también para asegurar el rendimiento operativo a largo plazo de las instalaciones. Las estaciones de medición y drenaje cerrado, al igual que las instalaciones de transferencia de petróleo y gas, deben operar sin interrupciones ni riesgos de fallos que puedan comprometer la seguridad del personal o del entorno. La prevención de sobrecalentamientos, sobrepresiones y fugas es esencial para garantizar la estabilidad y eficiencia operativa de estas instalaciones.

Al implementar estos dispositivos de seguridad y sensores, se minimizan significativamente los riesgos asociados con la operación de estaciones de medición y sistemas de drenaje, proporcionando una infraestructura más robusta y confiable para el manejo de fluidos industriales. Además, es vital realizar mantenimientos periódicos y pruebas de estos sistemas para asegurar que todo el equipo funcione dentro de los parámetros establecidos, sin poner en riesgo la operación general.

¿Cómo afecta la energía cinética en los procesos de reducción de presión y cómo simular estos efectos de manera efectiva?

El impacto de los orificios de restricción de flujo y las válvulas es crucial en este tipo de análisis. Las placas de orificio de restricción de flujo suelen estar hechas de acero inoxidable resistente a bajas temperaturas, lo que asegura que no presenten problemas de fragilidad a bajas temperaturas. Sin embargo, la temperatura más baja del gas se encuentra en la contracción del agujero aguas abajo de la placa de orificio, lo que ocurre a una cierta distancia de la misma.

Las válvulas, que contienen elementos de estrangulación y materiales de sellado, requieren un análisis más exhaustivo con respecto a su capacidad para soportar bajas temperaturas. El material del cuerpo de la válvula debe ser al menos igual en resistencia a bajas temperaturas que el material seleccionado para la tubería aguas abajo. Sin embargo, si el efecto de la energía cinética dentro de la válvula es mayor que en la tubería, la temperatura del gas en el interior de la válvula podría ser más baja que la temperatura en la tubería aguas abajo.

La simulación de la energía cinética es otro aspecto fundamental que debe tenerse en cuenta. HYSYS, un software comúnmente utilizado para simulaciones energéticas, no incluye la energía cinética en su balance energético. Esto puede llevar a predicciones demasiado optimistas de la temperatura del gas aguas abajo de la válvula o del orificio de restricción. Para obtener resultados más precisos, se pueden utilizar herramientas adicionales como el Aspen Flare System Analyzer, que permite incluir el efecto de la energía cinética sobre la temperatura. Los resultados obtenidos en este software pueden ser utilizados para ajustar manualmente las predicciones realizadas en HYSYS Dynamics.

En estos casos, el software Blowdown del Royal Institute of Technology de Londres resulta más adecuado para simular todo el sistema, ya que tiene en cuenta las variaciones de temperatura a través de diferentes partes de la planta. Aunque HYSYS Dynamic puede ser útil para estimar el tiempo de despresurización, especialmente cuando el caudal de gas a través del orificio no es sensible a la temperatura del gas, su uso en sistemas complejos no es recomendable.

El tratamiento de líquidos también juega un papel importante en estos análisis. Los líquidos del sistema se vaporizarán durante el proceso de despresurización, afectando los procesos termodinámicos de las fases gaseosa y líquida. Por ello, en los cálculos de simulación se suele asumir un nivel bajo de líquido en los contenedores, ya que cuanto más bajo sea el nivel del líquido, más baja será la temperatura del fluido durante la despresurización, pero mayor será la temperatura de la pared metálica. Este enfoque conservador se basa en la temperatura mínima del fluido, que generalmente es la que se toma como referencia para el diseño de la temperatura mínima de diseño del contenedor.

La reducción del nivel de líquido en los contenedores es una práctica común durante los procesos de despresurización, especialmente en situaciones de mantenimiento, lo que hace que este método conservador sea una aproximación adecuada en estos casos. Es importante también tener en cuenta que, en sistemas de gases densos o fluidos supercríticos, se debe prestar especial atención a la posible condensación de la fase líquida, un fenómeno que puede alterar los procesos termodinámicos de manera significativa.