Keywords: válvula de alivio de presión, clapeteo, método pressure relief valve, chattering, method vàlvula d'alivi de pressió, clapeteig, mètode

Title in different languages: Comparativa de diferentes métodos para predecir el clapeteo de las válvulas de alivio de presión Comparison of different methods to predict chattering in pressure relief valves Comparativa de diferents mètodes per predir el clapeteig de les vàlvules d'alivi de pressió

Subject areas: Ingeniería química Chemical engineering Enginyeria química

Confidenciality: No

Academic year: 2016-2017

Student: de la Fuente Sánchez, David

Department: Enginyeria Química

Work's public defense date: 2017-02-10

TFM credits: 12

Project director: Basco Montia, Josep

Abstract: Las válvulas de alivio de presión son elementos de seguridad que podemos encontrar en cualquier instalación industrial. Estas válvulas son las encargadas de evitar que los equipos de la instalación superen su presión máxima admisible. Se trata, por lo tanto, de un elemento crítico a la hora de evitar posibles accidentes. En la fase de diseño, debe asegurarse que las válvulas de seguridad operarán de manera estable, es decir, sin clapeteo. Para evitar la inestabilidad, en la normativa API 520 Parte II, se requería con anterioridad limitar las pérdidas de presión en la entrada de la válvula a un máximo del 3% de su presión de tarado. En su última edición (2015), ha indicado que instalaciones con pérdidas de presión en la entrada superiores a un 3% han resultado ser estables durante su funcionamiento. Además, añade el concepto de “análisis de ingeniería” para chequear de una manera sistemática la posibilidad de clapeteo de una válvula de seguridad. Se ha demostrado que muchas de las instalaciones actuales no están diseñadas adecuadamente. Como ejemplo, Otis B., en el año 2011, realizó un estudio de causas de los 25 accidentes debidos al clapeteo registrados en la base de datos de la empresa Shell, en el cual se demuestra que algunos de ellos podrían haberse evitado. Por ejemplo, siete fueron debidos a una mala elección del asiento y uno no tuvo en cuenta los fenómenos acústicos en la fase de diseño. La presente master tesis compara los diferentes métodos de cálculo utilizados por las ingenierías de seguridad de procesos para la validación de las instalaciones donde existen válvulas de seguridad. Se han analizado 6 válvulas de seguridad que incumplen la norma del 3% de unas plantas de polipropileno situadas en Tarragona. Se aplican 3 metodologías de cálculo distintas, dos de ellas utilizan métodos simplificados y una utiliza métodos rigurosos. Se observa que la predicción de estabilidad con los métodos simplificados concuerda con la del método riguroso. El objetivo final es presentar a la comunidad científica una lista de recomendaciones para la validación de la instalación de una válvula de seguridad ante fenómenos de inestabilidad. Como conclusión se recomienda el uso del método de Melhem (simplificado) por su sencillez, siempre y cuando se conozca con precisión el escape (blowdown) de la válvula de seguridad. Pressure relief valves are safety devices that can be found in any industrial facility. These valves are responsible for avoiding that the equipment of the installation exceeds its maximum allowable pressure. It is, therefore, a critical element in avoiding possible accidents. During the design stage, safety valves must be operated stably, most importantly, ensuring that chattering does not take place. In order to avoid instability, API 520 Part II required that that the pressure losses at the valve inlet were limited to a maximum of 3% of its set pressure. API’s latest edition (2015) indicates that some installations with pressure losses in the entrance greater than 3% have worked stably during their operation. Furthermore, it adds the concept of engineering analysis to check in systematically the possibility of chattering of a safety valve. It has been proved that many of the current facilities are not designed properly. As an example, Otis B., in 2011, conducted a case study of the 25 recorded accidents due to the chattering in Shell's database, which shows that some of them could have been avoided. For example, seven were due to wrong seat selection and one did not take into account the acoustic phenomena in the design phase. This master thesis compares the different calculation methods used by process safety engineering for the validation of installations with safety valves. A total of six safety valves of polypropylene plants located in Tarragona that do not comply with the 3% rule have been analyzed. Three different methodologies of calculation have been applied, two of them use simplified methods, and one uses rigorous methods. It is observed that the prediction of stability with the simplified methods matches up with that of the rigorous method. The final goal is to present to the scientific community a list of recommendations for the validation of the installation of a safety valve in the event of instability. In conclusion, it is recommended using the simplified Melhem method given its simplicity, but only if the safety valve’s blowdown is known accurately. Les vàlvules d’alleujament de pressió son elements de seguretat que podem trobar en qualsevol instal·lació industrial. Aquestes vàlvules son les encarregades d’evitar que els equips de la instal·lació superin la seva pressió màxima admissible. Es tracta, per tant, d’un element crític a l’hora d’evitar possibles accidents. A la fase de disseny, s’ha d’assegurar que les vàlvules de seguretat operaran de manera estable, és a dir, sense clapeteig. Per evitar la inestabilitat, a la normativa API 520 Part II, es requeria amb anterioritat limitar les pèrdues de pressió a l’entrada de la vàlvula a un màxim del 3% de la seva pressió de tarat. A la seva última edició (2015), ha indicat que instal·lacions amb pèrdues de pressió a l’entrada superiors a un 3% han resultat ser estables durant el seu funcionament. A més, afegeix el concepte d’ “anàlisi d’ enginyeria” per revisar d’una manera sistemàtica la possibilitat de clapeteig d’una vàlvula de seguretat. S’ha demostrat que moltes de les instal·lacions actuals no estan dissenyades adequadament. Com exemple, Otis B., a l’any 2011, va realitzar un estudi de causes dels 25 accidents deguts al clapeteig registrats a la base de dades de l’empresa Shell, en el qual es demostra que alguns d’ells podrien haver estat evitats. Per exemple, set van ser deguts a una mala elecció del seient i un no va tindre en compte els fenòmens acústics a la fase de disseny. La present màster tesi compara els diferents mètodes de càlcul empleats per les enginyeries de seguretat de processos per la validació de les instal·lacions on existeixen vàlvules de seguretat. S’han analitzat 6 vàlvules de seguretat que incompleixen la norma del 3% d’unes plantes de polipropilè situades a Tarragona. S’apliquen 3 metodologies de càlcul diferents, dos d’elles utilitzen mètodes simplificats i una utilitza mètodes rigorosos. S’observa que la predicció d’estabilitat amb els mètodes simplificats concorda amb la del mètode rigorós. L’objectiu final es presentar a la comunitat científica una llista de recomanacions per la validació de la instal·lació d’ una vàlvula de seguretat davant de fenòmens d’inestabilitat. Com a conclusió es recomana l’ús del mètode de Melhem (simplificat) per la seva senzillesa, sempre que es conegui amb precisió l’escapament (blowdown) de la vàlvula de seguretat.

Subject: Enginyeria química

Entity: Universitat Rovira i Virgili (URV)

Language: Anglès

Education area(s): Enginyeria Industrial

Title in original language: Comparison of different methods to predict chattering in pressure relief valves

Creation date in repository: 2017-10-06