TEAS - CONCEPTOS BASICOS Y PARAMETROS DE SELECCIÓN
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S A E T
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
1. 2. 3. 3.1 3.2 4. 4.1 4.2 4.3 5. 5.1 5.2 5.3 6.
OBJETIVOS CONCEPTOS BÁSICOS TIPOS DE TEAS Teas elevadas Teas a nivel de piso SISTEMAS DE IGNICIÓN Sistema de ignición FFG Sistema de ignición HEI Pilotos ACCESORIOS Sello de velocidad Sello molecular Sello líquido PARAMETROS DE SELECCIÓN
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
S A E T
Mencionar la importancia importancia y función de los sistemas de teas .
Describir los principales tipos de teas.
Especificar los principales sistemas de control control de ignición.
Determinar los principales factores factores de diseño de un sistema de tea.
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
S A E T
S O C I S Á B S O T P E C N O C
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
AIRE ESTEQUIOMETRICO: Relación químicamente correcta entre combustible y aire, que por ejemplo, en una mezcla es capaz de una combustión perfecta en la que no se tiene aire o combustible sin usar.
ANTORCHA ó TEA: Sistema o dispositivo usado para disponer de forma segura de gases de alivio de un proceso, en una forma amigable con el medio ambiente, a través del uso de la combustión.
CAPACIDAD DE HUMO: Máximo flujo de un sistema de tea que puede ser quemado sin humo. Normalmente expresado en kg/h (lb/h) para una composición especifica de gas, temperatura y presión.
EFICIENCIA DE DESTRUCCIÓN: Porcentaje en peso del vapor de un fluido que puede ser oxidado que es por lo menos parcialmente oxidado. En el caso de hidrocarburos, es el porcentaje en peso de carbono en el vapor del fluido que se oxida a CO ó CO2
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S O C I S Á B S O T P E C N O C
EXCESO DE AIRE: Aire provisto a la llama en exceso del requerimiento estequiométrico.
GAS DE PURGA: Gas combustible o no condensable inerte inyectado en el cabezal de la tea para mitigar el ingreso de aire, y evitar la generación de retrollama (flashback).
INTENSIDAD DE RADIACIÓN: Rata de transferencia de calor local desde la llama de la tea. Usualmente considerada como una escala y expresada en kilovatios por metro cuadrado (BTU por pie cuadrado).
KNOCK OUT DRUM: Recipiente instalado cerca de la base de la tea, sirve para recuperar hidrocarburos líquidos, prevenir flujos de líquido y remover partículas liquidas de las corrientes de gas liberadas del sistema de alivio.
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
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NUMERO DE RINGELMANN: Escala usada para definir los niveles de blanco, gris o negro, donde blanco es cero, negro 5 y del 1 al 4 incrementa el nivel de gris. Usado frecuentemente para describir la intensidad del humo.
NUMERO DE MACH: Relación entre la velocidad del fluido (medido con relación a algún obstáculo o figura geométrica) dividida por la velocidad a la cual las ondas de sonido se propagan el fluido.
PILOTO: Quemador pequeño de funcionamiento continúo que provee la energía de ignición para encender los gases a quemar.
PUNTA DE LA TEA: Parte de la tea donde el aire y combustible son mezclados a velocidades, turbulencia y concentraciones requeridas para establecer y mantener la apropiado ignición y la combustión estable.
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API-521/537 – Norma industrial:
Sistema o dispositivo usado para disponer de forma segura de gases de alivio de un proceso, en una forma amigable con el medio ambiente, a través del uso de la combustión.
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
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LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
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LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE (API) •
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API RP 520 Sizing, Selection, and Installation of Pressure-relieving devices in Refineries. API STD 521 Pressure-relieving and Depressuring Systems. API STD 537 Flare Details for General Refinery and Petrochemical Service. API STD 673 Centrifugal Fans for Petroleum, Chemical and Gas for Industry Services. API RP 500 Recommended Practice for Classification of Locations for Electrical Installations at Petroleum Facilities Classified as Class I, Division I and Division 2. API RP 540 Electrical Installations in Petroleum Processing Plants.
AMERICAN SOCIETY ENGINEERS (ASME) • •
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OF
MECHANICAL
S O C ASME Boiler and Pressure Vessel Code I S Section II Material specification Á B Section V Non-destructive examination Section VIII, Division 1 Rules for S O construction of pressure vessels T Section VIII, Division 1 Rules for P E construction of pressure vessels C N Section IX Welding and brazing O qualifications C
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
S A E T E D S O P I T
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
Por estructura:
Por tipo de punta:
Autosoportadas
No
Soportadas
por cables
Sónicas
Soportadas
por
Asistidas
por aire
Asistidas
con vapor
estructura (derrick)
asistidas
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S A E T E D S O P I T
Altura hasta 300 ft (92 m)
Costo medio de capital
Costo moderado de instalación
Requerimiento de espacio reducido
No tiene limites de temperatura de proceso
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S A E T E D S O P I T
Altura hasta 600 ft (183 m)
Bajo costo de capital
Bajo costo de instalación
Alto requerimiento de espacio
Limites con respecto a temperatura de proceso
Requerimientos de mantenimiento
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S A E T E D S O P I T
Alturas hasta 655 ft (200 m)
Puede ser tipo desmontable
Alto costo de capital
Alto costo de instalacion
Requerimientos de espacio reducido
No hay limites de temperatura de proceso
Posibilidad de usar multiples chimeneas
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S A E T E D S O P I T
S A E T E D S O P I T
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
Bajo costo de capital Tamáños desde 2” hasta 120” No posee partes moviles 310SS en zonas de alto calor Mínimo consumo de servicios a tea Alta estabilidad de llama / Confiabilidad desde la velocidad de purga hasta la sónica Gases de alta o baja presion Gases de bajo BTU MINIMO 98.5% eficiencia de destrucción de hidrocarburos
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S A E T E D S O P I T
Inyección de aire para control de humo
Varios diseños de puntas disponibles para lograr requerimientos de quema sin humo.
Varios tipos de sopladores disponibles para lograr requerimientos de quema sin humo
Diferentes configuracion de sopladores y sistemas de control.
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S A E T E D S O P I T
Costos de operacion mas bajos Diametros desde 2 inch hasta 120 inch No tiene partes moviles 310SS en zonas de alto calor Alta estabilidad de llama / Confiabilidad desde la velocidad del gas de purga hasta la sonica Gases de alta o baja presión Eficiencia de destrucción de hidrocarburos mínimo 98.5% Alto rango de quema libre sin humo Combustión libre de humo de una amplia variedad de gases Se usa en ambientes articos donde el vapor podria congelarse Se usa en ambientes deserticos donde el agua es escasa
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
S A E T E D S O P I T
El gas fluye por el tubo de subida interno Aire fluye por el tubo de subida externo Mezclado en la salida de la punta Llama mas corta en comparación con la producida en puntas convencionales Vida util de punta de tea mas larga debido al enfriamiento ocasionado por el flujo forzado de aire Sopladores de velocidad variable pueden ser usados Se us an donde se requiere quema libre de humo y no hay disponibilidad de vapor o gas de asistencia Radiación mas baja debido a una llama mas aireada Ruido mas bajo
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
S A E T E D S O P I T
Inyección de vapor para control de humo Dos tipos de puntas de boquilla simple & Un tipo de punta para boquilla multiple Diferentes niveles de generación de ruido Diferentes eficiencias de inyección de vapor
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
S A E T E D S O P I T
Costo de capital mas bajo comparado con otros sistemas de asistencia Tamaños de 2” hasta 120 “ No hay partes moviles 310SS en zonas de alto calor Alta estabilidad de llama / Confiable desde la velocidad de purga hasta la de emergencia Gases de baja o alta presión Eficiencia de destrucción de hidrocarburos mínima es de 98,5% Alto rango de eficiencia libre de humo Combustion libre de humo de una amplia variedad de gases de residuo
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
S A E T E D S O P I T
Boquillas tipo Jet patentadas patentadas
Acción tipo jet arrastra arrastra aire para combustión libre de humo
Presiones recomendadas >14 PSIG
Alta capacidad
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
S A E T E D S O P I T
Inyección de gas a alta presion para control de humo
Dos tipos de puntas de boquilla sencilla y otro multi-boquilla disponibles
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
S A E T E D S O P I T
S A E T E D S O P I T
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
Consiste en hileras de multiples quemadores
Amplios rangos de presión
Baja radiación
Alta rangeabilidad
Amplia variedad de gases
Puede ser usada en conjunto con teas elevadas
Alta eficiencia de destrucción
Alta confiabilidad
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
S A E T E D S O P I T
S A E T E D S O P I T
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
Amplio rango de presiones
Radiación termica muy baja
Alta rangeabilidad
Amplia variedad de gases sin llama visible
Bajo ruido
Alta eficiencia de destrucción
Alta confiabilidad
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
O S O F O P I T S A E T
O S O F O P I T S A E T
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
Eliminación de flujo bifásico, gases y líquidos, o solo líquidos.
El líquido se recolecta dentro de un foso
Son sistemas smokeless normalmente
O S O F O P I T S A E T
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
N Ó I C I N G I E D S A M E T S I S
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
Flame Front Generator (FFG)
High-Energy Electronic Spark (HEI)
Continuous / Sparks Every Time (SETZ)
Piezo-Eléctricos
Capacidad de cumplir con todas las áreas de clasificación.
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
N Ó I C I N G I E D S A M E T S I S
N Ó I C I N G I E D S A M E T S I S
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
Requiere suministro continuo de gas
Requiere suministro de gas y aire durante la secuencia de ignición
Puede ser ofrecido con modo manual, automático o combinado (Auto/Manual)
Puede cumplir cualquier clasificación de area peligrosa
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
N Ó I C I N G I E D S A M E T S I S
Requiere suministro continuo de gas
Está compuesto por el modulo HEI y sensor de ignición en el piloto
Confiable / Ignición directa a prueba de fallos
Puede cumplir cualquier clasificación de area peligrosa
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
N Ó I C I N G I E D S A M E T S I S
S O T O L I P
HSLF (High-stability, Low Fuel Consumption) Series
CFP Series
Pilotos retráctiles
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
65,000 BTU/hr
Alta estabilidad con gases de alto MW o gases de alto % de H2
Flame Front Generator y / o Electric Ignition
1 o 2 Termopares
Termopar retractil
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
S O T O L I P
250,000 BTU/hr
Alta estabilidad con gases de alto MW o gases de alto % de H2
Flame Front Generator y / o Electric Ignition
1 o 2 Termopares
Termopar retractil
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
S O T O L I P
S O T O L I P
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
N Ó I C C E L E S E D S O R T E M A R A P
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
Parte integral ubicada dentro de la punta de la tea
NO requiere una linea de drenaje dedicada
Niveles de O2 no alcanzan mas de 68% por debajo del sello de velocidad
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
S O I R O S E C C A
Pieza separada de equipo ubicada por debajo de la punta de la tea
Requiere linea de drenaje dedicada
Asegura que nivel de O2 no llega al 0% por debajo del sello de gas
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
S O I R O S E C C A
Se usan para aumentar la retropresión aguas abajo del sistema de tea en el cabezal.
Pueden recolectar líquidos arrastrados en la corriente de gas
Actuan como una barrera de protección contra la retrollama que se presenta entre la tea y el cabezal.
Pueden ser separados / independientes (Horizontal o Vertical) orIntegral en la base de la tea (Vertical)
Podrian ser diseñados como tipo sello profundo o para uso con sistema de recuperacion.
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S O I R O S E C C A
Se emplean para recolectar cualquier líquido en la corriente de entrada hacia la tea
Si se dimensionan mal podrian llevar a la presencia de líquido en la punta de la tea
Tipos:
•
•
Separado / independiente (horizontal) Vertical) o integral en la base de la chimenea (vertical)
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
S O I R O S E C C A
S O I R O S E C C A
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
Tipo retractil
Requiere un pequeño cabrestante para extender / retraer el pescante
Construcción en acero al carbono con escudo de calor en acero inoxidable
Permite bajar / elevar la punta de la tea desde la base de la chimenea
Se requiere un cabrestante montado en la base de la tea.
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
S O I R O S E C C A
S O I R O S E C C A
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
S O I R O S E C C A
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
N Ó I C C E L E S E D S O R T E M A R A P
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
CAUDAL DEL GAS
COMPOSICION DEL GAS
TEMPERATURA DEL GAS
PRESION DEL GAS DISPONIBLE
COSTO Y DISPONIBILIDAD DE SERVICIOS INDUSTRIALES
REQUERIMIENTOS AMBIENTALES
REQUERIMIENTOS DE SEGURIDAD
REQUERIMIENTOS SOCIALES
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
N Ó I C C E L E S E D S O R T E M A R A P
N
Normalmente el diseñador del sistema de tea emplea el dato del caudal Ó I C suministrado por la ingeniería de proceso. Si el dato es sobrestimado el sistema de C tea será mas costoso y puede conducir a vida de servicio mas corta. Si se subestima puede conducir a sistemas no seguros.
Afecta directamente el tamaño mecánico de la tea
A mayor flujo la radiación térmica se incrementa, lo cual tiene impacto directo sobre la altura y localización del sistema de tea.
La velocidad de gas debe estar alrededor de 150 – 300 ft/seg
API RP 521 recomienda Mach entre 0.2 y 0.5 Numero de Mach = Vgas en el tubo / V sonido en gas
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
E L E S E D S O R T E M A R A P
N
Los productos de la combustión dependen de la composición del gas de entrada, Ó I
C conociendo dicha composición se puede predecir las características y composición C E L E del gas de chimenea. S E D La compañía de diseño puede predecir mediante la relación de carbón a hidrogeno S O R la tendencia de generación de humo del gas. T E M Gases como el H2S requieren metalurgia especial. A R A P
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
N
Tiene impacto directo sobre la expansión térmica, volumen del gas y Ó I requerimientos de materiales de tubería y recipientes.
Otro factor es la tendencia a condensarse de los gases, la condensación de flujo bifásico ocasiona una mayor tendencia a formación de humo y la posibilidad de lluvia de fuego. Esto puede evitarse con la adición del KO DRUM en el diseño.
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
C C E L E S E D S O R T E M A R A P
N
Se determina mediante el análisis hidráulico de todo el sistema de alivio desde los Ó I
C equipos de alivio de presión (válvulas de seguridad, discos de ruptura, venteos, C E L E etc.) S E D Es un criterio de diseño para la quema sin humo de la tea, algunos diseñadores S O han encontrado que se puede incrementar la quema “smokeless” al usar la presión R T E disponible a la entrada. M A R A mayor caída de presión a través de la tea se reduce el volumen de gas, lo que A P
conduce a un cabezal de tea mas pequeño y reducciones en el consumo del gas de purga.
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
N
Para alcanzar quema sin humo, es necesario usar un gas de asistencia para Ó I
C C incrementar la turbulencia en el punto de quema. E L E Se puede usar aire, vapor o gas. Aire con blowers (35% del aire estequiometrico). S E D Vapor en relación de 0.2 lb por lb de gas. Gas en presiones superiores a los 25 psig. S O R Otros servicios son el gas de piloto y el gas de purga. La cantidad requerida T E M depende del tamaño del sistema de tea. La cantidad del gas de purga depende de Á R A la composición de este gas. P
El gas de piloto esta afectado por las características de combustión de los gases a usar: gas natural (15 psig) o LPG (10 psig). Por lo general se pueden usar gases residuales siempre que su LHV sea superior a 300 BTU/FT3.
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
El requerimiento ambiental básico es que exista quema sin humo para proteger el ambiente de la polución.
Usualmente se emplea el número de Ringlemann como escala para determinar si el
nivel de emisiones de humos esta dentro de los limites permitidos.
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
N Ó I C C E L S E D S O R T E M A R A P
Al usar teas asistidas se aumenta el nivel de ruido, máximo nivel de ruido no debe N Ó I superar 85 dB C
Instalación de tea, preferiblemente y cuando sea técnicamente viable en altura para la quema del gas. Si las condiciones lo permiten, la línea debe estar provista de facilidades para separación de líquidos, los cuales se retornarán por tubería a tanques.
Utilización, cuando sea técnicamente recomendable (P.e. crudos livianos) y económicamente factible, de tanques de almacenamiento con techo o membrana flotante. En caso contrario, se tratará de que los venteos de tanques se conecten a la línea de teas.
La generación de calor y su contribución al deterioro de la calidad del aire ambiente se relaciona especialmente con las quemas de gas, Las medidas de manejo son en este caso de prevención, teniendo como alternativas la selección de la localización considerando carga máxima del sistema o condiciones extremas.
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
C E L E S E D S O R T E M A R A P
El
principal
seguridad
esta
requerimiento
de
relacionado
con
problemas de radiación térmica.
Prever
zonas
de
aislamiento
alrededor de las teas para evitar los efectos de la radiación. Estas serán establecidas en función de la energía radiante emitida y de los receptores sensibles presentes en la zona de exposición, tal como lo estipulan las normas de seguridad.
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
N Ó I C C E L E S E D S O R T E M A R A P
N
Aunque la tea cumpla con requerimientos ambientales, puede no cumplir con las Ó I expectativas de los vecinos de la planta. Pueden surgir reclamaciones por luz o ruido.
La tea será instalada a 200 metros del borde de la propiedad del vecino o del recipiente con hidrocarburo mas cercano (EXXON ).
Presencia de comunidades indígenas en la zona
Presencia de animales o cultivos en la zona
Presencia de aeropuertos o puertos en la zona
LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA
C C E L E S E D S O R T E M A R A P
N
La velocidad del viento normal y máxima en la zona define el tipo de soporte a Ó I utilizar y la estabilidad de la llama.
El factor de importancia define el tipo de estructura según la norma ASCE 7-05.
Disponibilidad de área
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