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EQUIPOS PARA INSTALACIONES DE GLPEQUIPOS PARA INSTALACIONES DE GLP

– – SESION 3. PARTE II –SESION 3. PARTE II –

GERENCIA DE FISCALIZACIÓN DE HIDROCARBUROS LÍQUIDOSDIVISIÓN DE PLANEAMIENTO Y DESARROLLO

UNIDAD DE NORMAS Y PROCEDIMIENTOS

MAYO 2012

CARACTERISTICAS DE COMPRESORES, VAPORIZADORES Y MIXERS PARA GLP

COMPRESORES PARA GLP

COMPRESORES PARA GLPDefinición de Compresor:

Un compresor es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como son los gases y los vapores. Esto se realiza a través de un intercambio de energía entre la máquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es transferido a la sustancia que pasa por él convirtiéndose en energía de flujo, aumentando su presión y energía cinética impulsándola a fluir.

Al igual que las bombas, los compresores también desplazan fluidos, pero a diferencia de las primeras que son máquinas hidráulicas, éstos son máquinas térmicas, ya que su fluido de trabajo es compresible, sufre un cambio apreciable de densidad y, generalmente, también de temperatura; a diferencia de los ventiladores y los sopladores, los cuales impulsan fluidos compresibles, pero no aumentan su presión, densidad o temperatura de manera considerable.

Figura 1. Compresor para GLP

COMPRESORAS PARA GLPDefinición de Compresor (cont.):

Figura 2. Mecanismo de trabajo de un compresor

Tipo de compresores:

Hay dos tipos básicos de compresores: por desplazamiento y dinámicos.


paletas

Tipo de compresores (Cont.):

a.Compresores por desplazamiento:

Estos compresores son los más conocidos y comunes. Para verlos aquí y observar sus diferencias los dividimos en dos tipos diferentes. Los Rotativos (anillo líquido, tornillo y paletas) y los Alternativos (pistones y diafragma).

•Los compresores rotativos de anillo líquido tienen dos rotores simétricos en paralelo sincronizados por engranajes.•Los compresores rotativos de tornillo tienen dos tornillos engranados o entrelazados que rotan paralelamente con un juego o luz mínima, sellado por la mezcla de aire y aceite.•En los compresores rotativos de paletas el eje gira a alta velocidad mientras la fuerza centrifuga lleva las paletas hacia la carcasa (estator) de afuera. Por la carcasa ovalada, continuamente entran y salen por canales en su rotor. Este sistema es parecido a la bomba hidráulica a paletas como la bomba utilizada en la dirección hidráulica del auto.


COMPRESORES PARA GLPTipo de compresores (Cont.):

b.Compresores dinámicos:

Los compresores dinámicos pueden ser Radiales (centrífugos) o de Flujo Axial. Una de las ventajas que tienen es que su flujo es continuo. Estos compresores tienen pocas piezas en movimiento, reduciendo la pérdida de energía con fricción y calentamiento.•Los compresores dinámicos radiales tienen una serie de paletas o aspas en un solo eje que gira, chupando el aire/gas por una entrada amplia y acelerándolo por fuerza centrifuga para botarlo por el otro lado.•Los compresores dinámicos de Flujo Axial contiene una serie de aspas rotativas en forma de abanico que aceleran el gas de un lado al otro, comprimiéndolo. Esta acción es muy similar a una turbina.

COMPRESORES PARA GLPTipos de compresores (Cont.):

Figura 3. Tipos de compresores

COMPRESORES PARA GLPCaracterísticas de los compresores para uso con el GLP:

La NFPA 58 señala lo siguiente:

a)Los compresores deberán ser diseñados para el servicio con GLP.

Se debe tener cuidado en la selección de compresores diseñados para el servicio de GLP. Los compresores diseñados para gases no combustibles pueden no proporcionar la protección requerida para fugas de GLP.Los compresores se utilizan para transferir líquido mediante el bombeo de vapor desde el recipiente de almacenamiento receptor hacia otro recipiente como un camión cisterna que suministra el GLP (Ver Figura 5). El aumento de presión en el espacio de vapor del recipiente de suministro, mientras que al mismo tiempo se reduce la presión en el recipiente de recepción, fuerza al líquido a fluir del tanque de suministro hacia el contenedor de recepción.Este tipo de operación de carga o descarga se recomienda cuando es poco práctico o imposible utilizar bombas de líquido, tales como cuando se descarga de camiones tanque o camiones cisterna.


b) Los compresores deberán ser construidos o deberán ser equipados con accesorios auxiliares para limitar la presión de succión máxima para la cual el compresor haya sido diseñado.

Figura 3. Compresor con dispositivos de protección


c)Los compresores deberán ser construidos o serán equipados con dispositivos auxiliares para prevenir la entrada de GLP líquido en la succión del compresor.

Dado que todos los líquidos, incluyendo los líquidos de GLP, son para todos los propósitos prácticos no compresibles, no se debe permitir que ingrese al interior de un compresor en operación. Si lo hace, probablemente, el compresor se dañe y puede fallar. Un número de compresores fabricados para servicio de GLP incluyen dispositivos de alivio construidos en la cabeza del cilindro para evitar la destrucción del compresor en el caso que puedan ingresar pequeñas cantidades de líquido; no obstante, el funcionamiento continuo de estos dispositivos de alivio, podría a la larga dañar el compresor.


Varios dispositivos de flotador, como se muestra en la Figura 4, están diseñados para impedir que el líquido penetre en el compresor. La trampa de líquido mostrado a la izquierda es una trampa estándar con un conjunto de flotador mecánico y válvula de drenaje. La trampa en el centro muestra una trampa de líquido automática con un interruptor de nivel de líquido NEMA 7 para el cierre del compresor y una válvula de drenaje. La trampa de la derecha es una trampa de líquido automática con estampado del Código ASME con dos interruptores de nivel de líquido NEMA 7 para el cierre del compresor y una alarma. La trampa que se muestra a la derecha está equipada con una válvula de alivio, manómetro, separador de partículas y válvula de drenaje. Algunos fabricantes utilizan estos tipos de trampas de líquido, otros simplemente utilizan un receptor grande como una trampa de líquido en el lado de succión del compresor.

Figura 4. Trampas de líquido del compresor


d)Los compresores portátiles usados con conexiones temporales no deberán requerir de medios para prevenir la entrada de líquido en la succión del compresor.

Los compresores portátiles están exentos de la obligación de evitar que el líquido de GLP ingrese al interior del compresor, ya que las conexiones temporales que se utilizan están vacías en el momento en que están conectados, y por lo tanto generalmente evitan que el líquido entre en el compresor. Además, las unidades portátiles son operadas bajo vigilancia continua por un operador.

2. TRANSFERENCIA DEL GLP

Figura 5. Transferencia de GLP mediante un compresor

El método más flexible para bombear propano líquido es con un compresor, que es un dispositivo diseñado para manipular vapor, y solamente vapor. ¿Cómo se logra esto? Considerando que se puede mover cualquier fluido, ya sea vapor o líquido, si creamos una diferencia de presión entre dos puntos. Podemos utilizar un compresor para crear una diferencia de presión entre los espacios de vapor de dos tanques. Si la sección de líquido de dichos tanques está conectada, la diferencia de presión ejercida por el vapor ocasionará que el líquido comience a fluir desde el tanque de alta presión hacia el de baja presión.

Transferencia del GLP mediante un compresor:

VAPORIZADORES PARA GLP


En muchos casos se utilizan equipos para proporcionar una fuente de calor externa para ayudar en la vaporización del GLP, a fin de ser utilizado como combustible, ya que no se puede quemar el GLP mientras sea un líquido.

Cualquier líquido se vaporiza en su punto de ebullición si se le añade calor. La cantidad de calor necesaria por unidad de GLP se conoce como el calor latente de vaporización. De las propiedades del GLP, para el propano se requiere alrededor de 773 kcal de energía para vaporizar un galón de líquido.

En un sistema típico de distribución de GLP, el calor latente de vaporización es proporcionado por los alrededores del tanque: para tanques sobre tierra, es el aire circundante; para depósitos bajo el suelo, el suelo circundante. Tan pronto como el vapor se elimina del depósito, la presión dentro de las gotas y el líquido contenido en el recipiente empieza a hervir para tratar de lograr el equilibrio entre la presión de vapor del líquido a su temperatura y la presión de vapor en el recipiente. Con el fin de vaporizar, sin embargo, el líquido debe ser provisto de energía térmica. En aquellos lugares donde el aire circundante o el suelo es demasiado frío para proporcionar calor suficiente al líquido a través de las paredes del recipiente a fin de lograr la vaporización del GLP, o donde se requiera un mayor consumo de GLP como combustible (vapor) al que se obtiene naturalmente, se puede utilizar un vaporizador como una fuente externa de calor.

VAPORIZADORES PARA GLPDefinición de Vaporizador

Un vaporizador es un intercambiador de calor que convierte el GLP líquido a vapor, tal como las calderas convierten en agua en vapor. Es decir, un vaporizador transfiere calor desde una fuente externa, tal como una llama o elemento eléctrico de calentamiento por resistencia a los líquidos de GLP a medida que pasa a través del vaporizador. El líquido entra en el vaporizador en un punto, y sale el vapor en otro punto.

En la figura 6 se muestra las características y funcionamiento de una instalación típica de vaporizador. El líquido fluye desde el fondo del tanque en el vaporizador de fuego directo (que se muestra a la izquierda). Un flotador controla el nivel de líquido en el vaporizador. Las llamas proporcionan calor al líquido a través de la carcaza. El vapor viaja desde la parte superior del vaporizador a una T donde va al equipo. El exceso de presión es retornado al tanque a través de la línea de vapor opcional. Si la presión del tanque fuera lo suficientemente alta, suministraría la carga de vapor requerida y ya no se necesitaría que el vaporizador opere.


Figura 6. Instalación típica de un vaporizador

Operación de Vaporizador

VAPORIZADORES PARA GLPTipos de Vaporizadores

1) Vaporizador de Llama Directa: Vaporizador en el cual el calor suministrado por una llama se aplica directamente sobre algún tipo de superficie de intercambio de calor en contacto con el GLP líquido a vaporizar. Esta clasificación incluye a los vaporizadores de combustión sumergida.

2) Vaporizador Eléctrico: Vaporizador que utiliza electricidad como fuente de calor.

a) Vaporizador Eléctrico de Inmersión Directa: Vaporizador en el cual un elemento eléctrico está directamente inmerso en el líquido y vapor del GLP.

b) Vaporizador Eléctrico Indirecto: Vaporizador de inmersión en el cual el elemento eléctrico calienta una solución de interface en la cual el intercambiador de calor de GLP está inmerso, o calienta una pileta de calor intermedia.

VAPORIZADORES PARA GLPTipos de Vaporizadores

3) Vaporizador Indirecto (o a Fuego Indirecto): Vaporizador en el cual el calor suministrado por vapor, agua caliente, el suelo, aire circundante u otro medio de calentamiento, es aplicado a una cámara de vaporización o a una tubería, serpentín u otra superficie de intercambio de calor que contiene al GLP líquido a vaporizar. El calentamiento del medio utilizado se realiza en un punto alejado del vaporizador.

4) Vaporizador en Baño de Agua (o Tipo de Inmersión): Vaporizador en el cual una cámara de vaporización, tuberías, serpentines u otra superficie de intercambio de calor que contiene al GLP líquido a vaporizar, está inmersa en un baño de agua, en una combinación de agua-glicol u otro medio no combustible de transferencia de calor a temperatura controlada, el cual es calentado por un calentador de inmersión que no está en contacto con la superficie de intercambio de calor del GLP.

Figura 7. Vaporizador en Baño de Agua

VAPORIZADORES PARA GLPCaracterísticas de Vaporizadores Indirectos (Según NFPA 58)

•Los vaporizadores indirectos deberán estar construidos en concordancia con los requisitos aplicables del Código ASME para una máxima presión de trabajo admisible de 1,7 Mpa manométrica (250 psig) y deberán estar marcados permanentemente y de modo legible con:

a) El marcado requerido por el Código ASME.b) La máxima presión de trabajo admisible y la temperatura para las cuales fue diseñado.c) El nombre del fabricante.

•Los vaporizadores indirectos que posean un diámetro interno de 152 mm (6 pulg) o menor, se encuentran eximidos del Código ASME y no requerirán ser marcados. Ellos deberán ser construidos para una máxima presión de trabajo admisible de 1,7 MPa manométrica (250 psig).

•Los vaporizadores indirectos deberán estar provistos de medios automáticos adecuados para evitar el paso de líquido a través del vaporizador hacia la tubería de descarga de vapor.

VAPORIZADORES PARA GLPCaracterísticas de Vaporizadores Indirectos (Según NFPA 58)

•Los vaporizadores indirectos, incluidos los vaporizadores de tipo atmosférico que utilicen calor del aire circundante o del suelo, y de más de 0,9 L (un cuarto de galón) de capacidad, deberán estar equipados con una válvula de alivio de presión de resorte cargado, que provea una capacidad de descarga por lo menos del 150 % de la tasa de la capacidad de vaporización. No deberán utilizarse dispositivos del tipo tapón fusible.

VAPORIZADORES PARA GLPCaracterísticas de Vaporizadores a Fuego Directo (Según NFPA 58)

•El diseño y construcción de los vaporizadores a fuego directo deberán estar en concordancia con los requisitos aplicables del Código ASME para las condiciones de trabajo a las cuales será sometido el vaporizador, y deberá estar marcado permanentemente y de modo legible con:a)Las marcas requeridas por el código ASME.b)La capacidad de vaporización máxima en litros por hora (galones por hora)c)La entrada de calor nominal en kW (Btu/h).d)El nombre o símbolo del fabricante.

a)Los vaporizadores a fuego directo deberán estar equipados con una válvula de alivio de presión de resorte cargado, que provea una capacidad de descarga por lo menos del 150 % de la tasa de la capacidad de vaporización.

b)La válvula de alivio de presión deberá estar ubicada de modo de no estar expuesta a temperaturas mayores que 60 ºC (140 ºF). No deberán utilizarse dispositivos de tapón fusible.

Ver Figuras 8 y 9.

VAPORIZADORES PARA GLPCaracterísticas de Vaporizadores a Fuego Directo (Según NFPA 58)

•Los vaporizadores a fuego directo deberán estar provistos con medios automáticos que eviten el pasaje de líquido desde el vaporizador hacia la tubería de descarga de vapor.

•Deberá proveerse un medio manual para cortar el gas del quemador principal y al piloto.

•Los vaporizadores a fuego directo deberán estar equipados con un dispositivo de seguridad automático que corte el flujo de gas hacia el quemador principal si se extingue la llama del piloto.

•Si el flujo del piloto es mayor que 2 MJ/h (2000 Btu/h), el dispositivo de seguridad también deberá cortar el flujo de gas hacia el piloto.

•Los vaporizadores a fuego directo deberán estar equipados con un control de límite que evite que el calentador eleve la presión del producto por encima de la presión de diseño del equipo del vaporizador, y para evitar que la presión interna del recipiente de almacenamiento se eleve por encima de 1,7 MPa manométrica (250 psig) de presión.

Figura 9. Vaporizador a fuego directo operando bajo demanda


Figura 8. Modelo de Vaporizador a fuego directo

MIXERS (MEZCLADORES DE GAS-AIRE) PARA GLP

Definición de Mixer (Mezclador Gas-Aire)

Los Mixers son dispositivos utilizados para "pre-mezclar" aire en GLP para que pueda ser utilizado como un sustituto directo de gas natural. Estos mezcladores se utilizan con mayor frecuencia en sistemas "stand-by" que proporcionan una fuente alternativa de combustible para una instalación cuando la fuente primaria (gas natural) no está disponible.

El concepto de este sistema consiste en mezclar aire con GLP de tal manera que la concentración de la mezcla de GLP-aire se encuentre aún por encima del límite superior de inflamabilidad. La mezcla luego es distribuida a través del sistema de tuberías para el equipo que quema combustible. A medida que la mezcla entra en el aparato, se va mezclando cada vez más con el aire hasta llevarlo dentro del intervalo de inflamabilidad.

MIXERS PARA GLP

Características de los Mixers (Según NFPA 58)

•Los mezcladores gas-aire deberán diseñarse para las presiones de aire, vapor y mezcla a las cuales están sujetos.

•Los mezcladores gas-aire que son capaces de formar una mezcla combustible deberán equiparse con bloqueos de seguridad tanto en la tubería de abastecimiento de gas como en la de aire para apagar el sistema si se aproximan a los límites combustibles.

•En adición a los bloqueos requeridos en el párrafo anterior, deberá proveerse un método para evitar que el aire ingrese accidentalmente en las tuberías de distribución de gas cuando éste no esté presente. Las válvulas del control de mezclado de gas en las tuberías de abastecimiento de GLP y de aire que cierran en caso de falla, al ser accionados por dispositivos de disparo del bloqueo de seguridad, deberán cumplir con este requisito.

•Se deberán instalar válvulas de retención en las tuberías de abastecimiento de aire y de GLP cercanas al mezclador para minimizar la posibilidad de retroceso de gas dentro de las tuberías de abastecimiento de aire o de aire dentro del sistema de GLP. Las válvulas del control de mezclado de gas en las tuberías de abastecimiento de GLP y de aire dispuestas de modo de cerrar en caso de falla, al ser accionados por dispositivos de disparo del bloqueo de seguridad, deberán cumplir con este requisito.

MIXERS PARA GLP

Características de los Mixers (Según NFPA 58)

•Los mezcladores gas-aire que utilicen la energía cinética del vapor de GLP para arrastrar aire desde la atmósfera, y que se encuentren diseñados de modo que la cantidad máxima de aire arrastrado sea menor del 85 % de la mezcla, deberán cumplir con lo siguiente:a) Están eximidos de las exigencias de bloqueo requeridas en los párrafos anteriores.b) Estar equipadas con una válvula de retención en la entrada de aire, para evitar, al cerrar, el escape de gas a la atmósfera.

•Los mezcladores gas-aire de este tipo, que reciban aire desde un soplador, un compresor, o cualquier otra fuente de aire que no sea directamente la atmósfera, deberán incluir algún método para evitar que el aire sin GLP, o las mezclas de aire y GLP dentro del rango de inflamabilidad, ingresen accidentalmente en el sistema de distribución de gas.

MIXERS PARA GLP

Funcionamiento de Mixer

•La Figura 10 muestra un tipo de mezclador gas-aire de orificio variable de alta presión (superior a 3 psig) con trenes de control de entrada de aire y de gas que incluyen reguladores de presión, válvulas check (de retención), válvulas de cierre, válvulas de cierre de emergencia, indicadores de presión y temperatura e interruptores de baja y alta presión.El aire del proceso para la mezcla podrá se proporcionado desde un compresor de aire en un cuarto separado o desde el sistema de aire de la planta. Las presiones de aire y el gas se regulan a presiones iguales en la entrada al mezclador. El orificio variable en la válvula mezcladora se abrirá y cerrará, dependiendo del flujo, para proporcionar un valor constante de BTU. La mezcla GLP-aire luego se distribuye dentro de la tubería de proceso de la planta.

Figura 10. Mezclador gas-aire de orificio de alta presión

MUCHAS GRACIAS