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El sistema de despresurización es utilizado para reducir el potencial de fallas mecánicas en recipientes y tuberías ante los escenarios que implican sobrecalentamiento, como por ejemplo los incendios.

Para disminuir:

- La posibilidad de ruptura del recipiente
- Adición de combustible al incendio, si existiese la ruptura del recipiente.
- Despresurizar la fuente de fuga, lo cual también reduce la duración del incendio
- Permitir la evacuación de un material combustible según el requerimiento del operador.


Cuando la temperatura del metal se incrementa demasiado debido a un incendio o a reacciones exotérmicas de procesos fuera de control, el metal puede llegar a un nivel en el que se ocasione una fractura debido a la tensión, esto puede ser posible a pesar de que la presión del sistema no supere la acumulación máxima permitida. En este caso, la despresurización reduce la presión interna, alargando la vida del recipiente a una temperatura dada. Un objetivo típico es proporcionar un beneficio comparable a la protección contra fuego (diseñado para mantener la integridad del equipo por 2 hr. en un incendio), o mantener la integridad del sistema hasta que los criterios de aceptación para la ruptura se alcancen.

El sistema de despresurización debe tener la capacidad suficiente para permitir la reducción de la tensión interna del recipiente o tuberías a un nivel en el que la rotura por tensión no sea de interés inmediato durante el incendio.

Esto generalmente involucra la reducción de la presión en los equipos a condiciones equivalentes al 50% de la presión de diseño de los recipientes en aproximadamente 15 minutos. Este criterio se basa en la temperatura de pared del recipiente frente al esfuerzo a la rotura y se aplica generalmente a los tanques de acero al carbón con un espesor de pared de 25.4 mm (1 in) o mayor. Los tanques con paredes más delgadas generalmente requieren un cierto tiempo más rápido de despresurización. La velocidad depende del material del recipiente, el espesor, la temperatura de pared inicial del tanque y el flujo de entrada de calor.

La despresurización se supone continuará durante el tiempo que dure la emergencia. Por lo tanto las válvulas deben permanecer operando durante la emergencia y con modo a falla en posición totalmente abierta. Por lo tanto el actuador como la válvula deben ser aprueba de fuego y tratar de localizar estos junto con las señales de control fuera de la zona de incendio para asegurar la operatividad adecuada de la válvula durante el incendio.

La despresurización de emergencia es considerada para escenarios de incendio en equipos que operan a alta presión 1,700 kPa man. (250 psig) o superior y comúnmente se considera reducir su presión a 600 kPa (100 psig) para reducir las consecuencias de fuga y fatiga del recipiente.

Para reducir la presión interna en el equipo involucrado en un incendio, el vapor formado debe ser retirado a una velocidad que compense los siguientes efectos:

a) El vapor generado a partir del líquido por la entrada de calor del fuego.
b) Expansión del vapor durante la reducción de presión.
c) Flasheo o evaporación del líquido debido a la reducción de la presión. (Este factor aplica solo cuando un sistema contiene líquido que está a la temperatura de saturación o cerca de este).

4.0 METODOLOGÍA DE CÁLCULO

La carga total del vapor para un sistema a ser despresurizado se puede expresar como la suma de los sucesos individuales para todos los equipos involucrados. Por lo tanto, en términos de cargas, la masa total es igual a la suma del elemento a) más el elemento b) más elemento c).



a) Vapor generado a partir del líquido por la entrada de calor.

La entrada de calor a un equipo durante un incendio es calculado de acuerdo al punto 5.15.2 del API 521.



Dónde:

Q= Calor absorbido por la superficie mojada, W (Btu/hr)
C1= Constante (es igual a 43,200 en SI o 21,000 en Sistema ingles)
F= Factor de medio ambiente, (ver tabla 6 API 521)
Aws= Es el total del área mojada, m2 (ft2)




b) Cambio de densidad del vapor y el vapor generado por el flasheo del líquido.

El cálculo de la carga de vapor causada por el cambio de densidad y la que resulta del flasheo del líquido no puede ser separado completamente. Para conocer la cantidad de vapor aportado por esta causa es necesario conocer el inventario de líquido y el volumen de vapor del sistema.

Esto incluye todo el líquido y el vapor que se encuentra en las instalaciones conectadas directamente fuera de la zona del fuego que no puedan ser aisladas cuando ocurre el incendio, así como todos los líquidos y vapor contenidos en los equipos situados en el área del incendio.

Después de que el volumen del vapor y del líquido se ha determinado, se pueden estimar las cargas respectivas que contribuyen a la despresurización. Se puede determinar la masa de vapor a ser retirado de un determinado espacio en un recipiente “i”, para compensar la disminución de la densidad del vapor a la presión más baja se utiliza la ecuación siguiente.



El subíndice “a” representa las condiciones a alta presión y “b” las condiciones a baja presión.

Este cálculo se repite para cada recipiente en el sistema con las propiedades del vapor que estén involucradas.

Para determinar la cantidad aproximada de líquido vaporizado, es necesario un diagrama de equilibrio de fases y una solución grafica puede realizarse empleando “n” número de pasos, utilizando:


Dónde:

Cp= El promedio de los calores específicos del líquido, kj/kg K (Btu/lb °R)
L= El promedio del calor latente de vaporización del líquido, kj/kg (Btu/lb)
m= Masa del líquido o del vapor, kg (lb)
ṁ = Flujo másico por unidad de tiempo
M= Peso molecular del vapor
p= Presión absoluta, kPa (psi)
qm= Flujo másico del vapor, kg/hr (lb/hr)
Q= Calor total absorbido para el área mojada, kg/hr (Btu/hr)
T= Temperatura absoluta del líquido o del vapor, K (°R)
t= Intervalo de tiempo de la despresurización, horas (usualmente se asume 0.25 hrs)
V= Volumen disponible para el vapor, m3 (ft3)
w= Fracción masa del líquido inicial en el sistema vaporizado como resultado de la despresurización, adimensional
z= Factor de compresibilidad, adimensional

Subíndices;

a= Condiciones originales al inicio del intervalo de la despresurización, se asume una condición de saturación en el equilibrio liquido vapor con respecto a la temperatura y la presión.
b= Condicion final o al termino del intervalo de la despresurización
d= Se refiere a la variación de la densidad del vapor debido a la reducción de presión
f= Se refiere a la vaporización por fuego
i= Se refiere a la evaluación individual de un recipiente en un sistema si es que mas recipientes estan involucrados y se requiere considerar por sparado debido a que las diferencias en las propiedades de los fluidos, aislamiento, etc.
L= Para referirse a la parte líquida
n= es el enésimo paso en la despresurización de los muchos pasos entre el estado inicial y el estado final a las condiciones de la despresurización.
V= Para referirse a la parte vapor generado por la reducción de presión
x= Es el número total de recipiente involucrados en el sistema de despresurización.


CONDICIONES INICIALES

Las condiciones iniciales de presión y temperaturas para recipientes, líneas y compresores están enmarcadas en el siguiente cuadro.

Sistema Presión inicial Temperatura inicial
Recipientes y/o líneas 90 % de la presión de diseño o de ajuste de la válvula de alivio de presión. Temperatura mínima de operación
Compresión Presión de equilibrio Temperatura de equilibrio


CONDICIONES FINALES

A) Presión:

1.- 50% de la presión de diseño del equipo en 15 minutos
2.- 100 psig en 15 minutos.

Lo que sea menor.

B) Temperatura: La que resulte del cálculo



La BDV está siempre cerrada y activada (abierta) por medio de una señal desde el sistema de paro de emergencia. El orificio de flujo (FO) es el dispositivo que regula el flujo inicial de despresurización.