Determinación de la presión de diseño y la temperatura de diseño (PDF)

Este documento cubre los requisitos para la determinación de la presión y la temperatura de diseño de equipos como recipientes a presión y tuberías que se utilizan en refinerías de petróleo, plantas petroquímicas y otras plantas similares.

El siguiente resumen de los datos de entrada debe prepararse antes de determinar las condiciones de diseño.

Datos operacionales

  • -Servicio de identificación
  • -Temperatura y presión de funcionamiento en condiciones normales de funcionamiento
  • -Densidad del fluido
  • -Caída de presión de los internos
  • -Cabeza estática para buque y líneas
  • -Presión diferencial de la bomba en condiciones de cierre o de diseño
  • -Condiciones de funcionamiento que no sean el funcionamiento normal, como puesta en marcha, averías, parada, etc.

Datos de construcción

  • -Clase de línea o clasificación general de presión-temperatura de las bridas
  • -Elevación en la entrada y salida del sistema de tuberías
  • -Ubicación de válvulas que provocan condiciones de cierre

Filosofía de diseño del cliente (como parte de ITB)

Datos resultantes:

  • -Presión y temperatura de diseño para los recipientes.
  • -Presión y temperatura de diseño para las líneas de descarga de la bomba
  • -Condición de diseño a corto plazo, si se requiere
  • -Temperatura mínima de diseño

Presión de diseño del recipiente a presión:

La presión de diseño para el recipiente a presión se determina de la siguiente manera,

  • -A menos que se especifique lo contrario, esto indica presión manométrica. Si la presión de diseño es <presión atmosférica, se puede usar la presión absoluta en lugar de la presión manométrica.
  • -La presión de diseño se basará en la caída de presión máxima esperada en la parte superior del recipiente en funcionamiento normal.
  • -Cuando no se puede estimar la presión máxima en funcionamiento normal, la presión de diseño debe determinarse según la tabla (Tabla 1) a continuación.
  • -Cuando el recipiente esté ventilando a la atmósfera, la presión mínima de diseño será “Lleno de agua” o “Lleno de líquido” (la que sea mayor).
  • -Cuando el recipiente esté conectado a una antorcha, la presión mínima de diseño será de 3,5 kg/cm 2 -g.

Estimación de la presión de diseño

Presión operacionalPresión de diseño
La presión de funcionamiento es inferior a 18 kg/cm 2 gPresión de diseño = presión de funcionamiento + 1,8 kg/cm 2 g
Presión de funcionamiento 18-40 kg/cm 2 gPresión de diseño = presión de funcionamiento x 1,1
Presión de trabajo 40-80 kg/cm 2 gPresión de diseño = presión de funcionamiento + 4 kg/cm 2 g
La presión de funcionamiento es superior a 80 kg/cm 2 gPresión de diseño = presión de funcionamiento x 1,05
Tabla-1 Estimación de la presión de diseño
DML Y DDL comando basicos
DML Y DDL comando basicos
  • -La presión de diseño debe indicarse en la especificación como “Presión de diseño en la parte superior”.
  • -La presión máxima en el fondo del recipiente es calculada por el departamento de diseño mecánico para determinar el espesor de pared del recipiente.
  • -Por lo tanto, es necesario representar la altura y la gravedad específica del líquido y también la caída de presión a través de los internos.

Ejemplo 1:

                                                                     Presión de operación Presión de diseño

Presión en la parte superior (kg/cm 2 g) 2 3,8

Caída de presión (kg/cm 2 ) 0,3 0,3

Carga de líquido inferior (kg/cm 2 g) 0,2 0,2

Presión en el fondo (kg/cm 2 g) 2,5 4,3

Como práctica, aunque es probable que ocurra una condición de vacío debido a un mal funcionamiento durante la purga de vapor o el apagado de emergencia de los rehervidores (todos los servicios de vapor condensable), etc., el recipiente debe estar diseñado para soportar el vacío total. Si el diseño de vacío no es una solución económica, se pueden instalar dispositivos de protección contra vacío, como válvulas de ventilación, o utilizar un diseño de vacío, teniendo en cuenta los tipos, la ubicación y el tiempo de respuesta de los dispositivos, el caudal, la disponibilidad de gas inerte y la disponibilidad de gas inerte. debe asegurarse de que los dispositivos funcionen correctamente incluso en condiciones anormales.

Cuando el recipiente esté ubicado en el lado de descarga de las bombas y no esté protegido por dispositivos de alivio, la presión de diseño se determinará como el mayor de los siguientes criterios:

Presión de diseño = Presión diferencial bajo caudal normal + presión de diseño del recipiente de succión + cabeza entre la línea tangencial del recipiente de succión y la línea central del impulsor de la bomba.

Presión de diseño = altura de cierre de la bomba + presión de funcionamiento normal del recipiente de succión + altura entre la línea tangencial del recipiente de succión y la línea central del impulsor de la bomba. La cabeza de cierre de la bomba se puede calcular como Presión máxima de succión + 1,25 x Presión diferencial normal.

Para el compresor centrífugo, la presión de diseño de la descarga del compresor debe ser al menos igual al ajuste de la válvula de alivio especificado; si no se especifica el ajuste de la válvula de alivio, la presión de diseño debe ser al menos 1,25 veces la presión de descarga máxima especificada (consulte API RP 617). Se debe utilizar una válvula de seguridad en la descarga de cada etapa de un compresor alternativo para evitar posibles daños a la máquina por exceso de presión debido a una sobrecarga.

Presión de diseño del intercambiador de calor

La causa de la sobrepresurización del intercambiador de calor debe conocerse antes de determinar la condición de diseño del intercambiador de calor. Las causas son las siguientes,

  • -Entrada bloqueada: expansión térmica del fluido del lado frío
  • -Entrada bloqueada: vaporización del fluido del lado frío
  • -Salida bloqueada: lado caliente o lado frío
  • -Falla del tubo interno: lado de baja presión

Los puntos siguientes son una medida para la protección del intercambiador de calor debido a la sobrepresurización,

  • -Instalar una válvula de seguridad de presión para limitar la sobrepresión
  • -Elevar la presión de diseño para eliminar o mitigar uno o más casos de sobrepresión. Por ejemplo, diseñe el intercambiador para la presión de cierre de la bomba para eliminar el caso de salida bloqueada o diseñe el lado de baja presión para diez trece (10/13) de la presión de diseño del lado de alta presión para mitigar el caso de falla del tubo.

Presión de diseño del equipo

La siguiente tabla (Tabla 2) se puede utilizar para determinar la presión de diseño del recipiente/columnas/reactores.

Presión máxima de funcionamiento (PSIG) Presión de diseño (estándar) PSIGPresión de diseño (adecuada para el propósito) PSIG Presión de diseño (renovación) PSIG
Vacío total o parcial-0.3-0.3-0.3
0-35505050
36-100fregona+15fregona+15fregona+15
101-150fregona+25fregona+25fregona+25
151-250fregona+25fregona+25fregona+25
251-500110% de la MOP110% de la MOP110% de la MOP
501-1000fregona+50fregona+50fregona+50
>1000105% de la MOP105% de la MOP105% de la MOP
Tabla-2 Presión de diseño para recipientes/columnas/reactores

La siguiente tabla (Tabla 3) se puede utilizar para determinar la presión de diseño de la carcasa y la tubería de descarga de un compresor (ref. API RP 617).

Presión máxima de funcionamiento (PSIG) Presión de diseño estándar (PSIG)Presión de diseño adecuada para el propósito (PSIG) Presión de diseño de renovación (PSIG)
Para compresor centrífugo125% de la presión máxima de descarga125% de la presión máxima de descarga125% de la presión máxima de descarga
Compresor alternativo
0-150fregona+15fregona+15fregona+15
151-2500110% de la MOP110% de la MOP110% de la MOP
2501-3500108% de la MOP108% de la MOP108% de la MOP
3501-5000106% de la MOP106% de la MOP106% de la MOP
>500Nota 1Nota 1Nota 1
Tabla-3 Presión de diseño para tubería y carcasa del compresor

Nota 1: Según API RP 617, para compresores alternativos con una presión de descarga nominal superior a 5000 PSIG, la configuración de la válvula de alivio debe ser la acordada por el comprador y el vendedor.

La siguiente tabla (Tabla 4) se puede utilizar para determinar la presión de diseño del intercambiador de calor.

Presión máxima de funcionamiento (PSIG ) EstándarAdecuado para el propósito Modernizar
Vacío total o parcial-0.2-0.3-0.3
0-35755050
36-5075fregona+15fregona+15
51-150fregona+25
151-250fregona+25110% de la MOP110% de la MOP
251-500110% de la MOP110% de la MOP110% de la MOP
501-1000fregona+50fregona+50fregona+50
>1000105% de la MOP105% de la MOP105% de la MOP
Tabla-4 Presión de diseño para intercambiador de calor

La siguiente tabla (Tabla 5) se puede utilizar para determinar la presión de diseño del calentador de fuego

Presión máxima de funcionamiento (PSIG ) EstándarAdecuado para el propósito Modernizar
Vacío total o parcial-0.1-0.1-0.3
0-135150150110% de la MOP
136-1000110% de la MOP110% de la MOP105% de la MOP
>1000fregona+100fregona+100105% de la MOP
Tabla-5 Presión de diseño para calentador de fuego

La siguiente tabla (Tabla 6) se puede utilizar para determinar la presión de diseño para el sistema de alivio y abocardado.

Presión máxima de funcionamiento (PSIG)Presión de diseño (PSIG)Presión de diseño (PSIG)Presión de diseño (PSIG)
 EstándarAdecuado para el propósitoModernizar
Tubería de descarga de PSV a Flare KODMin.100Min.100Min.100
Flare KOD y tubería aguas abajoMin.50Min.50Min.50
Tabla-6: Presión de diseño para el sistema de alivio y antorcha

Temperatura de diseño:

La temperatura de diseño se determina en función de la temperatura de funcionamiento normal máxima y la adición de un margen de diseño. Si se espera una fluctuación de temperatura durante el funcionamiento normal, se debe considerar el valor máximo de la temperatura fluctuante. Si la temperatura de diseño en el fondo de un recipiente a presión es significativamente diferente de la temperatura en la parte superior, se deben especificar ambas temperaturas. La temperatura de diseño se calculará de la siguiente manera,

Temperatura mínima de diseño del metal (MDMT):

Una temperatura mínima del metal de diseño es la temperatura más baja causada por la despresurización. También debe especificarse en la hoja de datos del buque. Para la mayoría de los recipientes, intercambiadores de calor, bombas y compresores, se utiliza el Código de recipientes a presión y calderas de ASME, Sección VIII, División 1 o División 2. El código de división 2 normalmente se usa solo para recipientes de construcción de paredes gruesas, como los reactores en plantas de hidrotratamiento.

La MDT en la División 1 se denomina “Temperatura mínima del metal de diseño” (MDMT), mientras que el término “Temperatura mínima permisible” (MPT) se usa para la División 2.

Temperatura de diseño de salida de vapor

Se recomienda una temperatura de diseño mínima de 120ᵒC para adaptarse a la temperatura de salida del vapor.

Equipo Temperatura de diseño estándarTemperatura de diseño adecuada para el propósitoRenovar la temperatura de diseño
Recipientes/Columnas/ReactoresITV+50ITV+25AGUDEZA
CompresoresITV+50ITV+25AGUDEZA
Intercambiador de calorITV+50ITV+25AGUDEZA
Calentadores de fuegoITV+50ITV+25AGUDEZA
Tanque atmosféricoITV+50ITV+25AGUDEZA
Tanque presurizadoITV+50ITV+25AGUDEZA
Tanque RefrigeradoITV+50ITV+25AGUDEZA
-10ᵒF a temperatura ambienteITV-25ITV-10AGUDEZA
-80ᵒF a -10ᵒFITV-10ITV-5AGUDEZA
<-80ᵒFAGUDEZAAGUDEZAAGUDEZA
TuberíaITV+50ITV+25AGUDEZA
Tabla-7 Temperatura de diseño de equipos y tuberías

Diferencia entre la presión de diseño y la presión de trabajo máxima permitida

La diferencia entre la presión de diseño y la presión de trabajo máxima permitida se puede describir a continuación,

Presión de diseñoPresión de trabajo máxima permitida
Es la presión máxima que enfrenta un sistema y se impone en las partes internas y externas del equipo.Es la presión máxima que se puede definir según el código de diseño y los datos estándar y está relacionada con una temperatura específica que un sistema puede soportar.
La presión de diseño normalmente es menor que la presión de trabajo máxima permitida (MAWP).Normalmente es igual o mayor que la presión de diseño.
El cálculo de la presión de diseño depende de la cantidad de agua, vapor o cualquier líquido en un recipiente.MAWP depende del tamaño, la forma y las propiedades físicas del metal.
Normalmente se calcula durante el diseño del equipo.Se calcula después de la finalización del diseño.
No se puede modificar una vez que se completa la embarcación.Se puede volver a revisar y corregir.
Tabla 8: Presión de diseño frente a MAWP
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