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Instrumentación, Control y
Sistemas de protección para gas
Calentadores
PRÁCTICA RECOMENDADA API 556
SEGUNDA EDICIÓN, ABRIL 2011
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Segmento aguas abajo
PRÁCTICA RECOMENDADA API 556
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Prefacio
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otro modo, para la fabricación, venta o uso de cualquier método, aparato o producto cubierto por cartas de patente. Tampoco debe
interpretarse que nada de lo contenido en la publicación asegura a nadie contra la responsabilidad por infracción de las letras de patente.
Este documento se elaboró conforme a los procedimientos de estandarización de API que garantizan la notificación y la participación
adecuadas en el proceso de desarrollo y está designado como un estándar de API. Las preguntas relacionadas con la interpretación del
contenido de esta publicación o los comentarios y las preguntas relacionadas con los procedimientos bajo los cuales se desarrolló esta
publicación deben dirigirse por escrito al Director of Standards, American Petroleum Institute, 1220 L Street, NW, Washington, DC 20005.
Solicitudes para obtener permiso para reproducir o traducir todo o parte del material publicado en este documento también debe dirigirse
al director.
En general, los estándares API se revisan y revisan, reafirman o retiran al menos cada cinco años. Se puede agregar una prórroga única
de hasta dos años a este ciclo de revisión. El estado de la publicación se puede averiguar en el Departamento de Normas API, teléfono
(202) 682­8000. API publica anualmente un catálogo de publicaciones y materiales de API, 1220 L Street, NW, Washington, DC 20005.
Las revisiones sugeridas están invitadas y deben enviarse al Departamento de Estándares, API, 1220 L Street, NW, Washington, DC
20005, standards@api.org.
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iii
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Contenido
Página
1 Alcance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1
Propósito. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2
Generalidades. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2 Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2.1
Referencias normativas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2.2 Otras
referencias. . . . . . . . . . . . . . . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 Calentadores a Fuego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
3.1 Generalidades. . . . . . . . . .3.2
. . .Medición
. . . . . . . .del
. . .proceso.
. . . . . . . .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .3. . . . . . . . . . . . .
3 3.3 Control de Procesos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 3.4 Sistemas de
...............................
protección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Figuras
1 Calentador de tiro forzado—Lado de combustible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2 Calentador de tiro natural: lado del combustible. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3
Calentador de tiro natural—Lado del proceso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Tablas
1 Tabla resumen de alarmas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 2 Tabla
de estado seguro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .causas
. . . . . . y. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3 Tabla de
efectos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 4 Secuencia de arranque,
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
calentadores de tiro natural . . . . . . . . . . .
­`
5 Secuencia de arranque, calentadores de tiro forzado y tiro balanceado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Anexo A (normativo) Consideraciones sobre ruptura de tubos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
en
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Sistemas de instrumentación, control y protección para calentadores a gas
1 Alcance
1.1 Propósito
1.1.1 Esta práctica recomendada (RP) proporciona pautas que se aplican específicamente a las instalaciones de instrumentos, control y sistemas de protección
para calentadores a gas en plantas de producción de petróleo, refinerías, petroquímicas y químicas.
1.1.2 Un calentador de servicio general a gas definido en esta práctica libera calor mediante la combustión de gas combustible y este calor se transfiere a
líquidos y/o gases en serpentines tubulares, todos contenidos dentro de un recinto aislado internamente.
1.1.3 No están contemplados en esta RP los siguientes:
— calefactores de aceite y combinados;
— calderas acuotubulares que constan de uno o varios quemadores y están diseñadas para el funcionamiento de servicios públicos o donde el
el propósito principal es la generación de vapor (cubierto por NFPA 85);
— generadores de vapor de combustión utilizados para recuperar calor de turbinas de combustión [es decir, generadores de vapor de recuperación de calor
(HSRG)];
— horno y hornos utilizados con el propósito principal de incineración, oxidación, reducción o destrucción del medio del proceso (cubierto por NFPA 86);
— calentadores de fuego indirecto con baño de agua o baño de aceite (cubiertos por API 12K);
— Calderas de CO, hornos de pirólisis (por ejemplo, reformadores de etileno e hidrógeno) y otros calentadores especiales.
1.1.4 Este RP incluye instrumentos primarios de medición y activación, controles, alarmas y sistemas de protección que se aplican a los calentadores a fuego.
Para una revisión adicional del tema, consulte los estándares de referencia o de la industria.
1.2 Generalidades
1.2.1 Las aplicaciones de instrumentación y control incorporan sistemas y dispositivos para satisfacer los requisitos específicos del equipo. Los requisitos
específicos del equipo incluyen seguridad, control de procesos, recopilación de datos, informes ambientales y otras aplicaciones locales.
1.2.2 Se debe proporcionar documentación que incluya cronogramas, dibujos, croquis, especificaciones y otros datos para instalar el equipo de la manera
deseada y para que los usuarios mantengan, inspeccionen, prueben y operen el sistema de manera segura.
1.2.3 Se seguirán los diversos códigos y estándares de la industria, así como las leyes y normas de los organismos reguladores locales, cuando corresponda.
­`
1.2.4 Aunque no reemplaza la experiencia y la competencia en estos campos, este documento tiene por objeto ayudar a los usuarios a lograr dicha experiencia
y competencia. Debido a la falta de uniformidad en el diseño y requisitos de los procesos, se debe estudiar el sistema completo de instrumentación y control
para determinar si permitirá que la unidad sea puesta en marcha, operada y apagada de manera satisfactoria y segura.
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PRÁCTICA RECOMENDADA API 556
2 Referencias
2.1 Referencias normativas
Los siguientes documentos referenciados son indispensables para la aplicación de este documento. Para las referencias con fecha, sólo se aplica la edición citada.
Para las referencias sin fecha, se aplica la última edición del documento de referencia (incluidas las modificaciones).
Especificación API 6FA, Especificación para prueba de fuego para válvulas
Especificación API 12K, calentadores de campo petrolífero de tipo indirecto
Práctica recomendada API 534, Generadores de vapor de recuperación de calor
Práctica recomendada API 535, Quemadores para calentadores encendidos en servicios generales de refinería
Práctica recomendada API 551, Instrumentación de medición de procesos
Práctica recomendada API 553, válvulas de control de refinería
Práctica recomendada API 554, Sistemas de control de procesos, Parte 1 a 3
Práctica recomendada API 555, analizadores de procesos
Norma API 560/ISO 13705, calentadores a fuego para servicios generales de refinería
Práctica recomendada API 573, Inspección de calderas y calentadores encendidos
Norma API 598, Inspección y prueba de válvulas
Norma API 607, Prueba de fuego para válvulas de cuarto de vuelta y válvulas equipadas con asientos no metálicos
ANSI/ISA 84.00.01­2004 (IEC 61511­Mod) 1, Seguridad funcional: Sistemas instrumentados de seguridad para el sector de la industria de procesos
NFPA 325 2, Guía de propiedades de riesgo de incendio de líquidos, gases y sólidos volátiles inflamables, edición de 1994.
2.2 Otras referencias
Ciertos sistemas no están cubiertos en este documento debido a su naturaleza especializada y uso limitado en refinerías de petróleo, plantas de procesamiento de
hidrocarburos, petroquímicas y químicas. Cuando uno de estos sistemas obtenga un uso generalizado y la instalación alcance un cierto grado de estandarización,
este documento se revisará para proporcionar información adicional.
Los siguientes documentos no se aplican directamente a los calentadores de refinería. Estos se mencionan, ya que pueden ser citados por los organismos
reguladores.
ANSI/FCI 70­2 3, Fuga de la válvula de control
ASME, CSD­1 4, Dispositivos de control y seguridad para calderas de encendido automático
1 Instituto Nacional Estadounidense de Estándares, 25 West 43rd Street, 4th Floor, New York, New York 10036, www.ansi.org.
2 Asociación Nacional de Protección contra Incendios, 1 Batterymarch Park, Quincy, Massachusetts 02169­7471, www.nfpa.org.
3 Fluid Components International, 1755 La Costa Meadows Drive, San Marcos, California, www.fluidcomponents.com.
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SISTEMAS DE INSTRUMENTACIÓN, CONTROL Y PROTECCIÓN PARA CALENTADORES A GAS
3
EN 746­2 5, Equipos de procesamiento térmico industrial, Parte 2, Requisitos de seguridad para sistemas de combustión y manejo de combustible.
ISA TR.84.00.05 6, La aplicación de ANSI/ISA 84.00.01­2004 (IEC 61511) para funciones instrumentadas de seguridad (SIF) en sistemas de gestión
de quemadores
NFPA 85, Código de riesgos de calderas y sistemas de combustión
NFPA 86, Normas para hornos y calentadores
3 calentadores de fuego
3.1 Generalidades
API 560 contiene requisitos de instrumentación para calentadores a fuego y sus auxiliares.
3.2 Medición del proceso
La instalación de instrumentación debe considerar la accesibilidad para un mantenimiento eficiente y para una buena operación. Los elementos de
caudal, las válvulas de control, los transmisores, los termopozos, los indicadores de nivel y los controladores locales, así como los puntos de muestreo
del analizador, por lo general deben ser fácilmente accesibles desde el nivel o desde plataformas permanentes o escaleras fijas. En este documento,
se presta especial atención a la ubicación, accesibilidad y legibilidad de los elementos. Consulte API 551 para obtener detalles de instalación.
3.2.1 Temperatura
La medición continua de temperatura en aplicaciones de calentadores a fuego generalmente utiliza termopares.
3.2.1.1 Temperatura de la pared del puente
La temperatura de la pared del puente es la temperatura de los gases de combustión que salen de la sección radiante. Cada calentador y cada celda
de un calentador debe tener un termopar de temperatura de pared de puente ubicado al menos a dos pies en la cámara de combustión y justo aguas
arriba de la sección de convección. Esta temperatura se utiliza para determinar la tendencia de la temperatura aproximada de los gases de combustión.
La medición de temperatura de alta precisión aquí no es necesaria para los calentadores de servicio de refinería normales.
— Las cámaras de combustión largas/grandes pueden requerir varias mediciones de temperatura de la pared del puente a lo largo de la caja.
Estas medidas pueden ser útiles para evaluar la uniformidad de la distribución del calor a lo largo de la cámara de combustión.
— Los termopares en la sección radiante deben instalarse con pozos u otros dispositivos de protección. El punto de medición no debe tener impacto
de llama. Los termopares deben extenderse más allá de la sombra del tubo y deben colocarse para evitar puntos muertos.
— Se recomienda un puerto de muestra junto a la ubicación del termopozo para permitir la verificación de la temperatura.
— Los materiales del termopozo deben ser adecuados para las temperaturas y la atmósfera de la cámara de combustión. Los aceros inoxidables tipo
446 y 347 del American Iron and Steel Institute (AISI) son generalmente materiales aceptables. Para algunos servicios severos, se han utilizado
termopozos de acero inoxidable 310, aleación de níquel cromo hierro, cerámica o revestidos de cerámica.
4 ASME International, 3 Park Avenue, Nueva York, Nueva York 10016­5990, www.asme.org.
5
Comité Europeo de Normalización, Avenue Marnix 17, B­1000, Bruselas, Bélgica, www.cen.eu.
6 Sociedad Internacional de Automatización, 67 Alexander Drive, Research Triangle Park, Carolina del Norte, 22709, www.isa.org.
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PRÁCTICA RECOMENDADA API 556
3.2.1.2 Temperatura de los humos del suelo radiante
Se puede considerar una medición de la temperatura de los gases de combustión del piso para detectar condiciones de operación que pueden conducir a una
condición de llama inestable en algunos quemadores de bajo NOx montados en el piso radiante con gases de combustión recirculados internamente,
especialmente a niveles bajos de oxígeno en los gases de combustión. Para obtener más información, consulte API 535 y analice las inquietudes específicas
de la envolvente operativa del quemador con el fabricante del quemador. Consulte 3.2.1.1 para obtener orientación adicional sobre la medición de la temperatura
de la cámara de combustión.
3.2.1.3 Temperatura de la sección de convección
La medición de la temperatura de los gases de combustión dentro de la sección de convección puede ser útil cuando hay múltiples servicios ubicados allí. Los
termopares de gases de combustión se pueden ubicar entre los diferentes servicios para verificar sus funciones de absorción de calor.
3.2.1.4 Temperatura de chimenea
La medición de la temperatura de la chimenea es útil tanto para monitorear la condición del calentador (tendencia de operación típica) como un componente
usado para monitorear la eficiencia. La temperatura de la pila generalmente se agrupa con otras variables operativas (es decir, oxígeno de la pila, etc.) para
lograr estos resultados.
— Se debe instalar un termopar en un termopozo en la pila. La parte de la recámara donde se instala el termopar puede no ser representativa del gas de
combustión completamente mezclado en la chimenea. Algunas áreas de las recámaras pueden estar en zonas de bajo flujo y no ser representativas de
los gases de combustión completamente mezclados en la chimenea.
— Los calentadores de múltiples chimeneas deben medir la temperatura de los gases de combustión en cada chimenea.
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— Si se usa una chimenea común con varios calentadores, cada calentador debe tener una medición de temperatura en los conductos a la chimenea común.
La chimenea común aún debe tener un punto de medición de temperatura para monitorear la eficiencia del calentador y el desempeño ambiental. La
medición común de la temperatura de la pila también será útil para detectar la postcombustión.
— En secciones de convección con conductos múltiples, se debe considerar una medición de temperatura de chimenea común en cada conducto. Esto podría
hacerse con un termopozo de prueba o en línea para ayudar a monitorear la mala distribución.
— El dispositivo de medición de la temperatura de la chimenea debe ubicarse lo suficientemente cerca de la entrada de la chimenea para que las pérdidas
externas de calor no hayan reducido la temperatura de los gases de combustión. Debe colocarse lo suficientemente lejos de la entrada para permitir que
el flujo se mezcle y desarrolle por completo.
— La longitud de inserción del termopozo debe ser suficiente para minimizar los efectos de medición de la pared de la chimenea y la pérdida de calor de la
parte del pozo expuesta a las condiciones ambientales. Debe evitarse una longitud excesiva, ya que la vibración de frecuencia del termopozo inducida
por el gas de chimenea se amplifica con la longitud del termopozo.
3.2.1.5 Temperaturas de entrada y salida del proceso
Todos los calentadores deben tener mediciones de temperatura en la salida y su entrada común. Por lo general, se instala un termopar con un termopozo en
las siguientes áreas, excepto en muchos calentadores monofásicos con una gran multiplicidad de pasos (es decir, muchos calentadores de reformado catalítico):
— la entrada común al calentador,
— el paso de la sección de convección a la sección radiante para cada pasada,
— salida del calentador para cada paso,
— la salida combinada del calentador.
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5
Los termopozos deben ubicarse de manera que estén expuestos a la corriente y no estén en un lugar estancado ni donde puedan estar aislados por
depósitos de coque. Si se instalan en un codo, deben instalarse de modo que el extremo del pozo mire hacia la carga que fluye. Esta posición ayuda a
mantener la punta limpia y garantiza una mejor respuesta. También se reduce la erosión por flujo y la consecuente vibración que podría conducir a la
fatiga del pozo. Los termopozos deben ser removibles para raspaduras o descarbonización, según corresponda.
3.2.1.6 Termopares de piel de tubo
Los termopares de piel de tubo se utilizan para monitorear la temperatura del metal del tubo.
— El número y la posición de los termopares de revestimiento del tubo dependen de consideraciones como la geometría del serpentín del tubo, la
orientación del quemador y la posibilidad de sobrecalentamiento debido a la coquización del proceso. El objetivo es monitorear las ubicaciones de
los tubos más calientes en funcionamiento normal y las ubicaciones que tienen un potencial de sobrecalentamiento.
— Cuando se consideran termopares de revestimiento de tubo, el mínimo recomendado es de dos termopares de revestimiento de tubo por
aprobar.
— La colocación de termopares de piel de tubo debe realizarse en conjunto con un especialista en calentadores a fuego
experimentado con la aplicación específica.
— El termopar y los cables deben poder soportar el ambiente severo dentro del calentador. Para lograr una duración de servicio satisfactoria, considere
el uso de un material de cubierta con resistencia a altas temperaturas. Los termopares de la piel del calentador alimentados son servicios severos
y se debe considerar el reemplazo de estos elementos después de cada intervalo de mantenimiento del calentador.
— Es esencial proteger el elemento del termopar, a través del blindaje, y el cable conductor, a través del enrutamiento, de la llama y de la atmósfera
corrosiva de la cámara de combustión. El elemento del termopar debe estar en el lado del fuego del tubo. El enrutamiento del cable conductor no
debe exponerse a la llama. La flexibilidad debe ser adecuada para adaptarse a la expansión del tubo del calentador. El material de la cubierta debe
resistir tanto la corrosión como la fragilización.
— El conjunto de termopar de piel debe estar en contacto directo con el tubo. El accesorio de termopar protegido debe soldarse al tubo en la cara caliente,
hacia los quemadores y no hacia el refractario para una disposición de tubo de un solo fuego. Cualquier espacio entre el tubo y el accesorio del
termopar provocará una lectura erróneamente alta porque el termopar leerá la temperatura de la cámara de combustión, no la temperatura del tubo.
Los procedimientos de instalación del fabricante, junto con el cumplimiento estricto del control de calidad aprobado, son muy importantes para
garantizar el funcionamiento adecuado del termopar.
3.2.1.7 Temperatura del gas combustible
Históricamente, los colectores de gas combustible han estado en condiciones ambientales. Sin embargo, para mejorar la confiabilidad del quemador, se
implementa el tratamiento del gas combustible. Este tratamiento incluye el calentamiento del gas combustible para evitar la condensación y precipitación
de contaminantes en los quemadores. Cuando se utiliza la medición del flujo de gas combustible basada en placa de orificio y la compensación de
temperatura, la temperatura del gas combustible debe medirse cerca de la placa de orificio pero sin interferir con los requisitos de recorrido recto del
recorrido del medidor. Ver 3.2.3.1 para el flujo de gas combustible.
3.2.1.8 Temperatura del precalentador de aire de combustión
Cuando se utiliza un precalentador de aire de combustión, se requieren múltiples mediciones de temperatura para evaluar el rendimiento del precalentador.
Estos deben estar ubicados en los siguientes puntos.
— Proporcione múltiples termopares para monitorear la temperatura del metal más frío en contacto con los gases de combustión. Suele estar cerca de la
salida de gases de combustión cerca de la entrada de aire, pero se debe evaluar cada diseño para determinar la mejor ubicación.
Durante el funcionamiento, el aire de combustión debe desviarse alrededor del precalentador de aire de combustión según sea necesario para
mantener la temperatura de la superficie metálica por encima del punto de rocío del ácido.
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— Entrada de humos al precalentador de aire comburente.
— Entrada del ventilador de tiro inducido (ID) (descarga de gases de combustión del precalentador de aire de combustión, suficientemente aguas abajo del aire
precalentador para permitir que el flujo se mezcle completamente).
— Temperatura del aire al precalentador de aire de combustión (la lectura ambiental es suficiente si el aire de combustión no se calienta
antes del precalentador de aire comburente).
— Salida del precalentador de aire de tiro forzado (aguas arriba del conducto de derivación de aire), pero suficientemente aguas abajo del precalentador de aire para
permitir que el flujo se mezcle por completo.
— Aire de combustión a los quemadores (aguas abajo del conducto de derivación de aire).
3.2.2 Calado y Presión
3.2.2.1 Borrador
3.2.2.1.1 Definiciones
A los efectos de este documento, se aplican las siguientes definiciones.
— Cuando la presión diferencial entre la presión interior del calentador y la presión atmosférica a la misma altura es inferior a cero, se denomina tiro. Cuando este
valor es positivo, se denomina presión positiva.
— Un valor de tiro positivo indica que la presión de los gases de combustión dentro del calentador encendido es menor que la presión de la atmósfera fuera del
calentador a una altura dada (es decir, el lado de los gases de combustión del calentador encendido está bajo un ligero vacío). Por ejemplo, una corriente de
0,1 pulg. H2O (2,5 mm H2O) de columna de agua equivale a decir que la presión de los gases de combustión es 0,1 pulg. H2O (2,5 mm H2O) menor que la
presión del aire a la misma altura.
— Tiro bajo se refiere al caso en que la presión de los gases de combustión dentro del calentador es mayor de lo normal. A medida que la presión de los gases de
combustión se acerca a la presión de la atmósfera fuera del calentador a una altura dada, el tiro a esa altura se acerca a cero.
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— Es posible que la presión de los gases de combustión exceda la presión de la atmósfera fuera del calentador a una altura dada. Cuando esto sucede, el calado a
esa altura es negativo. Alto tiro se refiere al caso donde la presión de los gases de combustión dentro del calentador es menor de lo normal (es decir, la
cantidad de vacío es mayor de lo normal).
3.2.2.1.2 Discusión
El calado generalmente se mide en las siguientes ubicaciones (consulte API 560 para obtener información adicional):
— cerca del suelo utilizando un indicador o transmisor;
— en la pared del puente utilizando tanto un transmisor como un indicador;
— debajo de la compuerta de chimenea, utilizando un manómetro o transmisor.
El tiro en varios puntos de un calentador generalmente se muestra en un panel a nivel. La pared del puente es la ubicación preferida para monitorear y controlar la
corriente de aire dentro del calentador.
Los grifos de presión y la instrumentación utilizada para el control y cierre deben ser independientes. Para garantizar la precisión de la medición en el calado objetivo
de la pared del puente de 0,1 pulg. H2O (2,5 mm H2O) [– 0,1 pulg. H2O (– 2,5 mm H2O) de presión diferencial], haga coincidir el rango de la celda del transmisor
con el rango de medición lo más cerca posible. Una celda tipica
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el rango para el tiro de gas de combustión es de – 3 a + 3 pulg. H20 (– 75 a + 75 mm H2O) 30:1 de reducción. Es posible que un rango de celdas más alto no
tenga la sensibilidad deseada en el borrador objetivo.
Las condiciones climáticas pueden causar problemas con la medición del calado y requieren la vigilancia del operador durante cambios significativos en la presión
atmosférica. La conexión al calentador debe tener un drenaje libre hacia el calentador para mitigar los efectos de la condensación. El tramo de referencia expuesto
a la atmósfera deberá tener drenaje libre y estar protegido del viento, los insectos, la lluvia y la condensación.
NOTA 1 El tiro en la pared del puente o el arco normalmente se controla entre 0,05 y 0,2 pulg. H2O (1 a 5 mm H2O).
NOTA 2 Cuando se reduce el tiro en el arco, el tiro en el quemador se reduce aproximadamente en la misma cantidad.
NOTA 3 Para un quemador de tiro natural con presión ambiental en la entrada de aire, el tiro en la salida del quemador/baldosa es igual a la caída de presión del lado del aire
en el quemador.
NOTA 4 El flujo de aire a través del quemador es proporcional a la raíz cuadrada de la caída de presión del lado del aire.
NOTA 5 Los cambios en el tiro tienen un mayor impacto en el flujo de aire de combustión de los calentadores de tiro natural más cortos que en los calentadores más altos.
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3.2.2.1.3 Cambios en el calado de Bridgewall—Ejemplos de impacto en la estequiometría
Los ejemplos enumerados a continuación pretenden demostrar que un cambio de paso en el tiro en la pared del puente puede generar condiciones
subestequiométricas en el quemador. Especialmente para el caso de tiro alto, es posible hacer un gran cambio en el tiro, no llegar a una alarma de tiro bajo y aun
así mover el flujo de aire a condiciones subestequiométricas.
Para cada ejemplo, se aplican las siguientes suposiciones:
— quemadores de tiro natural sin premezcla, de piso;
— 0,01 pulg. H2O por pie (0,1 mm H2O por m) de altura de la cámara de combustión;
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— los registros del quemador se ajustan para lograr el % de flujo de aire estequiométrico antes del cambio de tiro;
— el tiro se cambia moviendo el amortiguador de chimenea, los registros de aire del quemador no se mueven durante el cambio;
— alarma de calado 0 en la pared del puente.
EJEMPLO 1 Cámara de combustión de 30 pies (10 m) de altura, calado en el objetivo antes de un pequeño cambio de calado, el flujo de aire se mueve a estequiométrico:
Variable medida
Unidades de medida
Antes del cambio de borrador
Después del cambio de borrador
115
flujo de aire
% estequiométrico
calado en la pared del puente
pulg. H2O (mm H2O)
0,1 (2,5)
borrador en el piso
pulg. H2O (mm H2O)
0.4 (10)
99.6
0 (0)
0,3 (7,5)
Flujo de aire después del cambio = 115 % * SQRT(0.3 / 0.4) = 99.6 % estequiométrico
7 Estos son solo ejemplos con fines ilustrativos únicamente. Cada empresa debe desarrollar su propio enfoque. No deben considerarse de carácter exclusivo o exhaustivo. API
no ofrece garantías, expresas o implícitas, por la dependencia o cualquier omisión de la información contenida en este documento.
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EJEMPLO 2 7 Cámara de combustión de 30 pies (10 m) de altura, tiro alto antes del cambio de tiro medio, el flujo de aire es subestequiométrico:
Variable medida
Unidades de medida
Antes del cambio de borrador
Después del cambio de borrador
115
89.1
pulg. H2O (mm H2O)
0.2 (5)
0 (0)
pulg. H2O (mm H2O)
0,5 (12,5)
flujo de aire
% estequiométrico
calado en la pared del puente
borrador en el piso
0,3 (7,5)
Flujo de aire después del cambio = 115 % * SQRT(0.3 / 0.5) = 89.1 % estequiométrico
EJEMPLO 3 7 Cámara de combustión de 60 pies (20 m) de altura, calado en el objetivo antes del cambio de calado medio, el flujo de aire se mantiene por encima
de la estequiométrica:
Variable medida
Unidades de medida
Antes del cambio de borrador
115
Después del cambio de borrador
106.4
flujo de aire
% estequiométrico
calado en la pared del puente
pulg. H2O (mm H2O)
0,1 (2,5)
0 (0)
borrador en el piso
pulg. H2O (mm H2O)
0,7 (17,5)
0.6 (15)
Flujo de aire después del cambio = 115 % * SQRT(0.6 / 0.7) = 106.4 % estequiométrico
EJEMPLO 4 7 Cámara de combustión de 60 pies (20 m) de altura, tiro alto antes de un cambio de tiro grande, el flujo de aire se mueve a subestequiométrico, alarma
de tiro bajo no activada:
Variable medida
Unidades de medida
Antes del cambio de borrador
115
Después del cambio de borrador
91.7
flujo de aire
% estequiométrico
calado en la pared del puente
pulg. H2O (mm H2O)
0,5 (12,5)
0,1 (2,5)
borrador en el piso
pulg. H2O (mm H2O)
1.1( 27.5)
0,7 (17,5)
Flujo de aire después del cambio = 115 % * SQRT(0.7 / 1.1) = 91.7 % estequiométrico
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3.2.2.2 Presión del aire de combustión
En general, la presión del aire de combustión se mide en los siguientes lugares para calentadores con conductos de aire (consulte API 560 para obtener información
adicional):
— la entrada del ventilador mediante un manómetro,
— la salida del ventilador mediante un manómetro,
— aguas abajo de todas las compuertas de aire de combustión y del precalentador mediante un transmisor.
El transmisor se debe ubicar aguas abajo de las compuertas de control y el precalentador, pero lo suficientemente lejos aguas arriba de los quemadores para que la
presión del aire de combustión en el punto de medición produzca una presión suficientemente alta incluso con caudales de aire de combustión reducidos. De lo
contrario, el calentador puede estar sujeto a disparos espurios con baja presión de aire de combustión.
Como alternativa, coloque el transmisor aguas arriba de la compuerta de aire de combustión con un tope mecánico de flujo mínimo en la compuerta configurada
para requisitos de flujo de aire mínimo.
Por lo general, se recomienda que el punto de ajuste de disparo no esté por debajo del intervalo mínimo del rango de la celda del transmisor. Por ejemplo, el intervalo
mínimo para un rango de celda típico de 3 pulg. H2O (75 mm H2O) es de 0,1 pulg. H2O (2,5 mm H2O). El intervalo mínimo para un rango de celda típico de 25 pulg.
H2O (625 mm H2O) es de 0,5 pulg. H2O (12,5 mm H2O). Es posible que un rango de celda más alto no tenga la sensibilidad deseada en el punto de ajuste de
disparo objetivo.
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La ubicación recomendada para la presión del aire de combustión suele ser en el área transversal más pequeña de la cámara impelente de aire de entrada aguas abajo
de las compuertas de control y el precalentador que produce la presión estática más alta. Sin embargo, debido al tamaño de los conductos, la presión en el punto de
ajuste de disparo del flujo de aire deseado puede ser muy baja.
3.2.2.3 Presión de gases de combustión
3.2.2.3.1 Conducto de gases de combustión aguas arriba y aguas abajo de un ventilador de tiro inducido (ID)
En general, el tiro se mide en conductos de gas de combustión en las siguientes ubicaciones (consulte API 560 para obtener información adicional):
— entrada del ventilador de tiro inducido mediante un transmisor (para detectar la pérdida de ID del ventilador),
— salida del ventilador de tiro inducido mediante un manómetro.
3.2.2.3.2 Sistemas de precalentamiento del aire de combustión
Para ayudar en la evaluación del rendimiento de un precalentador de aire de combustión, agregue tomas de presión en la entrada y salida de los lados de aire y gas de
combustión del intercambiador. Se recomienda un manómetro diferencial para el lado de los gases de combustión.
3.2.2.4 Presión de gas combustible
La presión del suministro de gas combustible debe medirse aguas arriba de las válvulas de control de gas combustible y aguas abajo del sistema de preparación de gas
combustible. La presión del quemador debe medirse aguas abajo de la válvula de control de gas combustible y a una distancia mínima del cabezal de distribución.
La presión del quemador de gas combustible debe medirse aguas abajo de la válvula de control de presión de gas combustible. La caída de presión de la tubería desde
el punto de medición de la presión hasta el quemador debe diseñarse para no más de 1/2 psi en la máxima liberación de calor para todas las composiciones de gas
combustible previstas. En general, se recomienda que un punto de ajuste de disparo no esté por debajo del intervalo mínimo del rango de la celda del transmisor. Por lo
tanto, se pueden requerir transmisores separados para medir la alarma baja y alta y los puntos de disparo dependiendo del rango de celda seleccionado y la capacidad
de reducción del transmisor.
3.2.2.5 Presión de proceso
La medición de presión de los pasos de flujo debe ubicarse aguas abajo de la válvula de control de paso. Debe tenerse en cuenta en los servicios de coquización y/o
ensuciamiento para la resolución de problemas.
Para servicios de vaporización, especialmente en calentadores de vacío, una medición de la presión del proceso debe acompañar a la medición de la temperatura en la
línea combinada de salida/transferencia.
3.2.3 Flujo
3.2.3.1 Flujo de combustible
Se debe instalar un medidor de flujo en la línea principal de combustible ubicada aguas arriba de la válvula de control de combustible donde la presión es relativamente
constante. Para compensar los cambios en la composición del gas combustible, el contenido de calor puede medirse mediante análisis o deducirse de la gravedad
específica del gas combustible. Hay analizadores disponibles para medir la densidad de flujo y compensar la temperatura y la presión de la muestra para determinar la
gravedad específica. La gravedad específica del gas es la relación entre el peso molecular de la mezcla dividido por el peso molecular del aire. Sin embargo, si la
composición del gas combustible contiene una cantidad variable de compuestos inertes (como dióxido de carbono o nitrógeno), se recomienda un medidor de índice de
Wobbe o un medidor de calor de combustión para aquellas aplicaciones en las que los grandes cambios en el contenido de calor pueden afectar negativamente el control
de la combustión. Véase 3.2.5 para el poder calorífico del gas combustible.
Dado que el poder calorífico de las mezclas de gases de hidrocarburos livianos, sin cantidades variables de gases inertes, se correlaciona más con el flujo másico que
con el flujo volumétrico, se recomienda controlar el flujo másico de gas combustible al calentador. Esto minimiza la
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impacto en el proceso debido a cambios en la composición del gas combustible. Si se utilizan medidores de flujo de placa de orificio para medir el flujo
másico de gas combustible, la medición puede compensarse con la densidad de flujo del gas combustible medida a la misma temperatura y presión
que la placa de orificio. La presión diferencial del orificio multiplicada por la densidad de flujo es proporcional al cuadrado del flujo másico.
Alternativamente, se puede usar un medidor Coriolis para medir directamente el caudal másico sin compensación.
3.2.3.2 Flujo de carga
La medición de flujo y la(s) válvula(s) de control de flujo deben estar ubicadas aguas arriba del serpentín del calentador.
— Si la carga se divide en dos o más corrientes a través del calentador, el flujo en cada paso debe medirse en servicios líquidos. Esta medida se utiliza
para equilibrar las pasadas, lo que a su vez ayuda a evitar la coquización y el taponamiento de cada pasada.
— El caudal se puede dividir con válvulas de accionamiento manual si tiende a permanecer estable. Si el fluido calentado se vaporiza parcialmente en
el calentador, el sistema puede ser inestable y puede requerir controladores de flujo para mantener constante la división.
— Si la carga en el punto de medición es de flujo bifásico, será necesario determinar la división por algún método que no sea la medición de flujo ya
que los métodos convencionales de medición de flujo no son confiables en el servicio bifásico. El flujo de dos fases no se puede medir de manera
confiable, por lo tanto, los flujos de fase líquida y de vapor deben controlarse individualmente para cada paso. Cuando los flujos de fase líquida y
de vapor se combinan aguas arriba del calentador, se pueden usar placas de orificio con una medición de presión diferencial en cada paso para
ayudar con el equilibrio del flujo (ver 3.3.2).
— Las lecturas de presión aguas abajo de las válvulas divisoras de flujo o la presión diferencial a través de la válvula en cada entrada pueden ser
valiosas para inferir el flujo. Sin embargo, debe recordarse que esta lectura puede ser engañosa si la coquización, la vaporización o los bloqueos
de los tubos varían en cada paso.
— Para los calentadores cargados con vapor, normalmente no se requiere la medición del flujo de paso individual cuando las tuberías simétricas
proporcionan un flujo equilibrado.
— Cuando se utilicen controladores de paso de flujo, válvulas de control de falla abierta con un tope mecánico de flujo mínimo para prohibir
Se recomienda un cierre completo para evitar la pérdida de flujo de paso.
— Para servicios pesados de coquización (crudo, resid, asfalto), la medición a menudo es especializada y puede requerir vórtice,
medidores tipo coriolis, ultrasónicos o de cuña.
3.2.3.3 Flujo de aire de combustión
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El flujo de aire en calentadores de tiro forzado o de tiro balanceado a menudo es difícil de obtener. Los métodos directos o inferidos para obtener esta
medida incluyen los siguientes ejemplos.
— Elementos de flujo ubicados en el sistema de conductos de tiro forzado (por ejemplo, venturi, tubos de Pitot promediadores y masa térmica). Es
posible que esta medición no funcione durante el modo de operación de tiro natural. El tramo recto limitado del conducto de aire y la proximidad
a las compuertas pueden afectar significativamente la precisión y la calidad de las mediciones del flujo de aire. Para aplicaciones con un tramo
recto de conducto insuficiente, las matrices de masa térmica multipunto pueden generar una mejora significativa en la precisión de la medición y
la reducción. Los elementos de flujo promedio, los anillos de flujo o las rejillas también se pueden aplicar para medir el flujo de aire en conductos
cortos.
— El flujo de aire inferido al medir la presión diferencial a través del precalentador de aire no es confiable debido a los cambios en la presión y la
temperatura. Se debe prestar atención adicional a la posible fuga de aire o al efecto soplador de hollín si la medición se realiza en el lado de los
gases de combustión.
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— Por lo general, se recomienda que el punto de ajuste de disparo no esté por debajo del intervalo mínimo del rango de la celda del transmisor. Por ejemplo, el
intervalo mínimo para un rango de celda típico de 3 pulg. H2O (75 mm H2O) es de 0,1 pulg. H2O (2,5 mm H2O). El intervalo mínimo para un rango de celda
típico de 25 pulg. H2O (625 mm H2O) es de 0,5 pulg. H2O (12,5 mm H2O). Es posible que un rango de celda más alto no tenga la sensibilidad deseada en el
punto de ajuste de disparo objetivo.
3.2.4 Análisis de gases de combustión
Para conocer las prácticas específicas de instalación y selección del tipo de analizador, consulte API 555 y los requisitos reglamentarios locales.
3.2.4.1 Generalidades
Los analizadores de gases de combustión se utilizan para monitorear la seguridad y la eficiencia del proceso de combustión y para monitorear e informar las emisiones
de gases de combustión. Estas dos funciones suelen ser independientes y tienen una base de medición diferente (p. ej., húmedo o seco), precisión, tiempo de
respuesta y requisitos de mantenimiento. La identificación de los componentes medidos y la selección de las ubicaciones de las muestras están determinadas por el
control del proceso, la seguridad del proceso o los requisitos reglamentarios.
Los métodos inferenciales también pueden ser una técnica aceptable para cumplir con estos requisitos, sujeto a la aprobación regulatoria.
La cantidad de analizadores y ubicaciones de muestras se basan en muchas consideraciones, entre ellas: tipo de calentador, estrategia de control del calentador,
cantidad de secciones (celdas) y pilas, configuración de las secciones radiante y de convección, ubicaciones de amortiguadores, control de amortiguadores y
composición del gas combustible. En general, los puntos de muestreo deben ubicarse en la pared del puente o en la chimenea.
La ubicación del punto de muestreo dentro de la corriente de gases de combustión es importante para obtener una muestra representativa. Para los analizadores
ubicados en la pared del puente, las sondas de muestra pueden penetrar en el horno 24 in. (600 mm) o más desde la pared interior. Hay disponibles longitudes de
sonda personalizadas para garantizar que la muestra tomada sea representativa de la mayoría de los gases de combustión que salen. de la sección radiante.
Para los analizadores de chimenea, la fuga de aire (aire atrapado) en el calentador encendido aguas arriba del punto de muestra afectará la concentración del gas de
muestra que se analiza. Los puntos de muestreo deben seleccionarse para minimizar este efecto.
Se recomienda la verificación periódica del rendimiento del analizador para confirmar la capacidad de satisfacer los requisitos de control y seguridad del proceso. Para
cumplir con estos criterios, es importante tener en cuenta que los proveedores de analizadores pueden publicar la respuesta del sensor de manera diferente. Mientras
que algunos publican la respuesta más rápida al gas de calibración, otros publican una respuesta más útil a T63 o T90, es decir, 63 % o 90 % del valor final a un
cambio de etapa del proceso. Se recomienda medir el tiempo de respuesta a un cambio de etapa del proceso (no al gas de calibración) para cumplir con los requisitos
de control y seguridad.
— Cuando sea posible, primero aísle la respuesta del sensor del analizador a un cambio de etapa del proceso. Para sistemas extractivos de acoplamiento cerrado,
haga retroceder la sonda de muestra o el tubo de transporte con aire de instrumentación, nitrógeno o gas de calibración.
Una vez que el sensor se haya estabilizado, regrese el sistema a su funcionamiento normal. El tiempo de respuesta para volver al 63 % o al 90 % del valor final
puede compararse con los tiempos de respuesta publicados por el proveedor. Esta técnica aísla los problemas de respuesta asociados con el analizador. Una
respuesta lenta puede indicar que el aspirador, los parallamas o la sonda de muestra necesitan limpieza o que es necesario cambiar un sensor.
— Al evaluar el tiempo de respuesta del proceso, mantenga un margen operativo seguro por encima de la penetración de combustibles.
Se requiere cuidado, especialmente durante los cambios de paso en la tasa de encendido, para evitar una combustión rica en combustible durante la prueba del
analizador. Como ejemplo, esto se puede hacer a través de una pequeña reducción de cambio de paso en la tasa de disparo (en modo manual) mientras se
monitorea el cambio correspondiente en el exceso de aire en el analizador de O2 .
— Una vez que se haya validado la respuesta del sensor del analizador, pruebe la respuesta del proceso del analizador a un cambio radical en la composición de los
gases de combustión. El objetivo es medir la respuesta del proceso, no la respuesta del sistema de control en modo automático. Una vez que se ha determinado
el tiempo de respuesta del proceso, se puede configurar una tasa de rampa en el controlador de la relación aire/combustible o del gas combustible para
garantizar que se pueda detectar un cambio de paso del proceso dentro del total.
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tiempo de respuesta del lazo de control. Una respuesta lenta del proceso puede indicar que la sonda de muestra no está tomando muestras del
cuerpo principal del patrón de flujo de gases de combustión debido a la longitud de la sonda y/o la ubicación de la muestra incorrectas.
Los requisitos reglamentarios suelen especificar la medición de muestras de chimeneas en base seca con corrección de diluyente mediante
sistemas de control continuo de emisiones (CEMS). La ubicación de la muestra de pila también está especificada por el reglamento. Las mediciones
de CEMS generalmente se realizan utilizando un sistema de acondicionamiento de muestras de analizador extractivo y deben ser independientes
de los analizadores utilizados para el control de procesos. Estas mediciones pueden incluir una combinación de NOx, SOx, CO y los diluyentes
oxígeno y/o CO2.
Por lo general, no se permite combinar dos calentadores en un CEMS. Verifique los requisitos reglamentarios y de permisos antes de combinar varios
calentadores en un solo analizador CEMS.
3.2.4.2 Oxígeno
Se debe proporcionar un analizador de oxígeno para cada zona de combustión del calentador independiente. Para zonas de combustión grandes, se
recomienda un analizador por cada 10 m (30 pies) de longitud de la cámara de combustión debido a las faltas de uniformidad en la circulación de los
gases de combustión de la cámara de combustión y para facilitar el equilibrio de los quemadores. Las mediciones de oxígeno deben tomarse lo más
cerca posible del punto donde se completa la combustión, normalmente a la salida de la sección radiante y antes de la transición a la sección de
convección para evitar el aire atrapado. Para minimizar el impacto de la entrada de aire, se deben evitar las mediciones de las concentraciones de
oxígeno en chimeneas cuando sea posible. Si se utiliza una muestra de chimenea, se debe usar un analizador de oxígeno portátil para probar la
integridad del calentador (sin fugas de aire) correlacionando directamente la medición de la chimenea con la concentración de oxígeno que sale de la
sección radiante. La medición de chimenea para el control es solo una opción si el calentador está correctamente sellado.
Tenga en cuenta que la medición del porcentaje de oxígeno es una variable de control del proceso que se puede utilizar para mejorar la eficiencia del
calentador y mantener un funcionamiento seguro del calentador. El porcentaje de exceso de aire de combustión no debe confundirse con la medición
del porcentaje de oxígeno.
Los sensores de ZrO2 son analizadores de "oxígeno neto" que se calientan y utilizan electrodos de platino con propiedades catalíticas y quemarán
cualquier compuesto combustible con potencial de oxidación, como hidrocarburos, CO, hidrógeno y altas concentraciones de dióxido de azufre. El
analizador leerá el oxígeno resultante después de esta combustión, normalmente un valor más bajo.
— Durante la irrupción de los combustibles, el H2 y el CO suelen ser los componentes combustibles más grandes. La relación de consumo de H2 y
CO a oxígeno en un sensor de ZrO2 calentado es de aproximadamente 2:1. Como ejemplo, una muestra con 2000 ppm (0,2 %) de H2 y CO
tiene el potencial de consumir 0,1 % de oxígeno en el sensor. Asimismo, una muestra con 10 000 ppm (1,0 %) de H2 y CO tiene el potencial de
consumir un 0,5 % de oxígeno en el sensor. Por lo tanto, a bajos niveles de oxígeno, es posible que altas concentraciones de H2 y CO
enmascaren (mal funcionamiento bajo) la verdadera concentración de oxígeno en el sensor.
— Tras la pérdida completa de la llama, el metano puede ser el componente más grande. La relación de consumo de metano a oxígeno en un sensor
de ZrO2 calentado es de aproximadamente 1:2. Como ejemplo, una muestra con un 1 % de metano tiene el potencial de consumir un 2 % de
oxígeno en el sensor. Asimismo, una muestra con un 5 % de metano tiene el potencial de consumir un 10 % de oxígeno en el sensor. Por lo
tanto, en un ambiente rico en combustible, es posible que una alta concentración de metano enmascare (mal funcionamiento bajo) la verdadera
concentración de oxígeno en el sensor.
El respaldo de nitrógeno al sistema de aire del instrumento tiene el potencial de crear un mal funcionamiento del analizador de oxígeno alto. Los
sensores de ZrO2 realizan su medición en función de la diferencia en la presión parcial de oxígeno entre un gas de referencia y una muestra de
proceso. Normalmente, el gas de referencia es el aire ambiente; sin embargo, se puede usar aire de instrumentación ya que está fácilmente disponible
en la mayoría de las instalaciones industriales. Cuando el aire del instrumento está respaldado por nitrógeno, se producirá un cambio en la
concentración de oxígeno del gas de referencia y el analizador generará lecturas falsas. En el caso de un suministro de aire de instrumentación que
se haya cambiado a nitrógeno, la concentración de oxígeno derivada por el analizador será
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superior a la concentración real en el lugar de muestreo. Si todo el aire del instrumento se reemplaza completamente por nitrógeno, el analizador leerá el
100 % de la escala completa, lo que es una condición de falla obvia.
— Un analizador de oxígeno con sensor ZrO2 calentado es una fuente potencial de ignición durante el ciclo de purga. Las opciones de mitigación incluyen
un enclavamiento de purga para desconectar la alimentación del sensor, flujo inverso de sistemas extractivos de acoplamiento cerrado o parallamas.
Ver 3.4.7.1 para consideraciones adicionales.
— Para los sistemas de sonda in situ y extractivos de acoplamiento cerrado, se pueden especificar parallamas para evitar la propagación de la llama a los
gases de combustión debido a la ignición de los gases por el sensor calentado; sin embargo, agregan tiempo de retraso (estimado de 5 segundos a
10 segundos extractivos y 1 minuto para sistemas de sonda in situ). Debido a la adición del tiempo de retardo, los apagallamas no se recomiendan
para aplicaciones de control de procesos o seguridad de procesos donde el tiempo de respuesta es crítico.
Una técnica alternativa para evitar la propagación de la llama al gas de combustión sin agregar tiempo de retardo es hacer retroceder el aire del
instrumento utilizado para el aspirador al gas de combustión a través de la sonda de muestra durante el ciclo de purga.
— Para aquellos sensores de ZrO2 de alta temperatura que derivan su calentamiento del sensor del gas de combustión, es importante tener en cuenta
que no funcionan correctamente hasta que la temperatura de los gases de combustión aumenta hasta el punto en que el sensor de ZrO2 se activa,
generalmente de 1000 °F a 3000 °F (500 °C a 1650 °C). Por lo tanto, se debe considerar el impacto de tasas de disparo reducidas en la precisión
de la medición.
La tecnología basada en láser para el control de la combustión (regulación de oxígeno a aire o controlador de relación aire/combustible) es una
consideración de diseño para aplicaciones de calentadores donde un solo punto de muestra no proporcionará una muestra representativa. Tiene un tiempo
de respuesta de ≤ 5 segundos y puede medir a través de una sección radiante de hasta 100 pies (30 m). No es una fuente de ignición para los gases de
combustión y no requiere aire de referencia.
— Dado que la medición láser de línea de visión promedia inherentemente la concentración a lo largo de la longitud total de la ruta del gas de combustión,
no proporcionará una indicación de la fuente de variabilidad del oxígeno en el gas de combustión como ocurre con las mediciones de múltiples
puntos. Sin embargo, la medición del “camino promedio” inherentemente toma muestras de una sección transversal mucho más grande del gas de
combustión, lo que aumenta la probabilidad de una medición representativa. La sección transversal más grande de la muestra también puede
mejorar las posibilidades de detectar la penetración de CO de los quemadores individuales.
— La medición láser de oxígeno no requiere aire de referencia para el rendimiento del sensor, pero normalmente se requiere aire de purga para evitar el
contacto directo entre los gases de combustión del proceso y la óptica del instrumento, y el daño resultante por la suciedad y el calor.
— La alineación óptica es crítica y puede cambiar a medida que el calentador se calienta. Por lo tanto, la alineación debe realizarse a temperaturas
normales de funcionamiento del calentador. Algunos diseños de láser de diodo sintonizable (TDL) tienen ópticas diseñadas para longitudes de
trayectoria largas. El rayo láser diverge proporcionando un diámetro creciente a medida que aumenta la longitud de la trayectoria; esto mejora la
estabilidad de la alineación y permite realizar la alineación a la temperatura de arranque mientras se mantiene la alineación en todo el rango de
temperatura del calentador. Esto ha sido probado en el campo en longitudes de camino de hasta 100 pies (30 m).
— La Agencia Federal de Protección Ambiental de los Estados Unidos (USEPA) no ha aprobado los sistemas basados en láser de línea de visión para su
uso en aplicaciones CEMS, ya que no se pueden calibrar en línea con un gas de calibración. Algunos analizadores se pueden validar en línea a
través de "spiking dinámico", un método al que hace referencia la USEPA (consulte EPA PPS 001). Algunos estados han aceptado TDL para
mediciones CEMS en hornos y oxidadores térmicos. Por lo general, los analizadores de control de combustión no se utilizan para los informes de
CEMS, ya que la medición de control de combustión ideal se encuentra en la sección radiante o cruzada. Los niveles de oxígeno y CO serán
considerablemente diferentes a los de la chimenea (salida del calentador). El oxígeno aumentará entre la sección radiante y la chimenea debido a la
entrada de aire (aire atrapado), y el CO disminuirá entre la sección radiante y la chimenea debido a la postcombustión [si la sección radiante está
por encima de 1300 °F (700 °C)].
Cuando el oxígeno se mide como requisito reglamentario (como diluyente), se mide independientemente de los analizadores utilizados para el control del
proceso. Este analizador de oxígeno es parte del CEMS y utiliza el sistema de muestreo y el mecanismo de informes de CEMS de acuerdo con las
reglamentaciones y los requisitos de permisos federales, estatales y locales.
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3.2.4.3 Combustibles
La medición de combustibles puede utilizarse para detectar el inicio de una combustión incompleta. Estos analizadores se fabrican normalmente como
analizadores combinados in situ o de oxígeno/combustibles extractivos de acoplamiento cerrado. Cuando se utilice, se debe proporcionar un analizador de
combustibles para cada celda del calentador. Para celdas grandes, debido a la falta de uniformidad en la circulación de los gases de combustión de la
cámara de combustión y para facilitar el equilibrio de los quemadores, se recomienda un analizador por cada 10 m (30 pies) de longitud de la cámara de
combustión. Las mediciones de combustibles deben tomarse lo más cerca posible del punto donde debe completarse la combustión, normalmente en la
pared del puente. Los combustibles no deben medirse en la chimenea debido al potencial de poscombustión en la sección de convección.
Los altos niveles de combustibles en el gas de combustión pueden ser una indicación de que la punta del quemador está obstruida o de un funcionamiento inadecuado del quemador o
de un cambio en el poder calorífico del gas combustible.
Dado que la tecnología de perlas catalíticas o hilo caliente requiere la presencia de oxígeno para la detección de combustibles, algunos sensores pueden
informar valores de combustible inferiores a los reales en concentraciones bajas de oxígeno. A medida que la concentración de oxígeno medida se acerca
al 0 %, algunos analizadores llevarán automáticamente (mediante software) la medición de combustibles a escala completa. Otros analizadores suministran
al sensor de CO y/o combustibles aire “auxiliar, suplementario o de dilución” de origen independiente para permitir la medición de combustibles en condiciones
de bajo nivel de oxígeno. En última instancia, el usuario debe asegurarse de que se proporcione un mecanismo a prueba de fallas para este escenario de
peligro para garantizar la operación segura del calentador.
Un analizador de combustibles (perla catalítica) normalmente detectará CO, hidrógeno y otros combustibles (excepto metano). Dado que la molécula de
metano se rompe a alta temperatura, la detección de metano generalmente requiere un sensor separado. Por lo tanto, el término "combustibles" puede
malinterpretarse fácilmente y, posteriormente, aplicarse incorrectamente.
Un analizador de combustibles con un sensor catalítico calentado es una fuente potencial de ignición durante el ciclo de purga. Las opciones de mitigación
incluyen un enclavamiento de purga para desconectar la alimentación del sensor, flujo inverso de sistemas extractivos de acoplamiento cerrado o parallamas.
Ver 3.4.7.1 para consideraciones adicionales.
3.2.4.4 Monóxido de Carbono (CO)
3.2.4.4.1 Control de CO
Al controlar la relación aire/combustible de un calentador encendido cerca del punto de penetración de CO, se recomienda una medición específica de CO
basada en infrarrojos o láser. En un sistema diseñado adecuadamente, el control de oxígeno a niveles < 1 % puede ser aceptable.
Sin embargo, los elementos de control final (por ejemplo, amortiguadores de chimenea, registros de quemadores automatizados y/o amortiguadores de aire
de combustión) deben tener suficiente precisión, reducción y repetibilidad para mantener el calentador en una región de operación segura.
Para el control de procesos, se recomienda la tecnología de analizador basada en infrarrojos o láser con un tiempo de respuesta ≤ 5 segundos.
Aunque el CO es detectable con un sensor de combustibles de perla catalítica típico, tiene un tiempo de respuesta de 20 segundos a 25 segundos a T90.
Como se indicó en 3.2.4.2, el láser y el infrarrojo son típicamente mediciones de "línea de visión" que promedian inherentemente a lo largo de la trayectoria
total de los gases de combustión. Esta lectura promediada requiere solo un instrumento, pero no indicará la fuente de la variabilidad del CO en los gases de
combustión, como sucede con las mediciones de puntos múltiples.
Para minimizar los problemas de tiempo de retraso y evitar complicaciones asociadas con la posibilidad de postcombustión, la medición de CO debe tomarse
lo más cerca posible del punto donde debe completarse la combustión (p. ej., en la parte superior de la sección radiante). Sin embargo, algunos calentadores
a fuego con una medición infrarroja de CO en la chimenea pueden controlarse con éxito cuando la temperatura del gas de combustión que ingresa a la
sección de convección se reduce rápidamente por debajo de 1200 °F (600 °C) para minimizar la tasa de poscombustión de CO. Si la temperatura de los
gases de combustión no se reduce rápidamente por debajo de 1200 °F (600 °C) al ingresar a la sección de convección, la medición de la chimenea puede
volverse menos representativa de los gases de combustión que salen de la sección radiante. La tasa de postcombustión de CO aumenta con temperaturas
más altas en la sección de convección.
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Cuando se utiliza una tecnología basada en láser para el control de CO, no se detectarán el metano ni el hidrógeno. La tecnología actual basada en láser no detectará
simultáneamente múltiples combustibles en un solo rayo láser. El hidrógeno no se puede detectar con tecnología láser. Si lo desea, el metano requerirá una medición
independiente.
3.2.4.4.2 Sistemas CEMS
A veces se utiliza una medida específica de CO para satisfacer un requisito reglamentario. Cuando el CO se mide como un requisito reglamentario, se informa sobre una
base seca y es independiente de las mediciones analíticas para el control del proceso. Como parte del CEMS, el analizador de CO utiliza el sistema de muestreo y el
mecanismo de informes de CEMS de acuerdo con las reglamentaciones federales y estatales y los requisitos de permisos. Para los sistemas CEMS, el analizador de CO
se basa en tecnología infrarroja y no se ve afectado por la presencia de otros gases de combustión, como hidrocarburos no quemados, CO2 o hidrógeno.
Se pueden utilizar sistemas extractivos o in situ para la medición de CO.
— Los sistemas extractivos requieren una sonda de muestra, una línea de muestra y un sistema de acondicionamiento de muestra con enfriadores para eliminar
humedad para proporcionar una medida de base seca.
— Un analizador in situ requiere acceso al punto de inserción. Tenga en cuenta que si se permite un analizador in situ, se debe lograr una determinación satisfactoria del
contenido de agua del gas de chimenea para la correlación de base seca, generalmente mediante una muestra aleatoria y un análisis de laboratorio durante las
pruebas de chimenea. Para los sistemas CEMS in situ basados en infrarrojos, el contenido de humedad puede medirse directamente.
3.2.4.5 Óxidos de azufre (SOx)
Los analizadores de óxido de azufre, específicamente la medición de dióxido de azufre, pueden ser requeridos por las agencias reguladoras. Con un colector de gas
combustible común, el azufre en el gas combustible generalmente se mide en la salida del tambor de gas combustible con mediciones de flujo asociadas como una
alternativa a la instalación de analizadores en cada pila de calentadores.
Si la agencia reguladora requiere el monitoreo de emisiones de chimenea, el tipo de analizador depende de los requisitos de la agencia. El monitoreo y la generación de
informes de SOx en seco se logra mediante el uso de un sistema de acondicionamiento de muestra extractivo para eliminar el componente de agua. Se prefiere el tipo
extractivo para eliminar la mayor cantidad de humedad posible, debido a la solubilidad de las bajas concentraciones de SO2 en el agua. Tenga en cuenta que si se permite
un analizador de SOx in situ , se debe lograr una determinación satisfactoria del contenido de agua del gas de chimenea para la correlación de base seca, generalmente
mediante una muestra aleatoria y un análisis de laboratorio durante las pruebas de chimenea. La mayoría de los analizadores de SOx utilizados en el análisis de gases de
combustión se basan en tecnología ultravioleta o infrarroja.
3.2.4.6 Óxidos de nitrógeno (NOx)
Las agencias reguladoras a menudo requieren la medición de óxido de nitrógeno. Consulte API 535 para ver gráficos que muestran la relación de NOx con el exceso de
oxígeno, la temperatura de la cámara de combustión, la temperatura del aire de combustión y el contenido de hidrógeno en el gas combustible.
Si la agencia reguladora requiere el monitoreo de emisiones de chimenea, el tipo de analizador depende de los requisitos de la agencia. El control y la notificación de NOx
en seco se logran mediante el uso de un sistema de acondicionamiento de muestra extractivo para eliminar el componente de agua. Tenga en cuenta que si se permite un
analizador in situ, se debe lograr una determinación satisfactoria del contenido de agua del gas de la chimenea para la correlación de base seca, generalmente mediante
una muestra al azar y un análisis de laboratorio durante las pruebas de la chimenea. La mayoría de los analizadores de NOx utilizados en el análisis de gases de combustión
se basan en tecnología de quimioluminiscencia, ultravioleta o infrarrojos.
3.2.5 Poder calorífico del gas combustible
Para pequeñas variaciones en la composición del gas combustible y el poder calorífico, el control de compensación de oxígeno puede ser efectivo.
Cuando las variaciones en la composición del gas combustible y el poder calorífico afecten el control de la combustión, se recomienda compensar la medición del flujo de
gas combustible (ver 3.2.3.1). Con una cantidad insignificante de compuestos inertes en el combustible.
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dieciséis
gas, se puede inferir un cambio en el poder calorífico a partir de un cambio en la densidad del gas combustible (por ejemplo, medición de flujo másico o analizador de densidad
de gas).
Con una cantidad variable de compuestos inertes en el gas combustible (p. ej., dióxido de carbono o nitrógeno) y donde las amplias variaciones en el poder calorífico pueden
afectar negativamente al control de la combustión, se recomienda un medidor de índice Wobbe o un medidor de calor de combustión. Esta medición generalmente se realiza
en el sistema de gas combustible de la planta en lugar de calentadores individuales.
Los calorímetros y los cromatógrafos de gases proporcionan mediciones analíticas directas para determinar el poder calorífico. Los cromatógrafos de gases y los calorímetros
son complejos y requieren más mantenimiento que los densitómetros; sin embargo, las mediciones de densidad no son adecuadas para inferir el poder calorífico del gas
combustible cuando hay concentraciones significativas y variables de gases inertes en el gas combustible.
Los tiempos típicos de respuesta del análisis del poder calorífico del gas combustible son los siguientes:
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— analizador de poder calorífico de respuesta rápida (medición de oxígeno residual): respuesta de 5 segundos al 90 %;
— transmisor de poder calorífico (termopila)—respuesta de 45 segundos al 99 %;
— cromatógrafos de gases—3 minutos a 5 minutos.
3.2.6 Supervisión de llama
El monitoreo de llama en aplicaciones de calentadores de refinería con calentadores complejos que tienen múltiples quemadores y características de combustible variables
ha resultado en experiencias variadas con el rendimiento y la confiabilidad. Hay muchos detalles de diseño e instalación que deben resolverse antes de considerar el uso de
monitores de llama.
El control de llama se puede utilizar para detectar la pérdida de llama en uno o más quemadores. Los factores a considerar al implementar un sistema de monitoreo de llama
incluyen:
— diseño del quemador,
— número de quemadores,
— tipos de combustibles quemados,
— tipos de combustibles quemados simultáneamente,
— variaciones en la composición del combustible,
— geometría del calentador,
— cantidad y tipo de capas de protección de seguridad del proceso.
3.2.6.1 Diseño de aplicaciones de monitoreo de llamas
Cuando se considere el monitoreo de llamas, los siguientes elementos pueden afectar la ubicación, el número y la orientación de los monitores.
— Capacidad para monitorear la llama del piloto solamente, si se desea, cuando los quemadores principales están en servicio.
— Capacidad para monitorear la llama del quemador principal solo cuando se usan pilotos de servicio continuo. La llama piloto no debe ser
permitido indicar falsamente la presencia de la llama principal.
— Número de quemadores, geometría de la cámara de combustión y capacidad para discriminar entre quemadores.
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— Luminosidad de llama y radiación de fondo en cámara de combustión.
— Forma de la llama en todo el rango de carga del calentador encendido, mezcla de combustible y carga del quemador.
— Posible interferencia de llamas en otros quemadores.
— La posibilidad de que sea necesario ajustar la observación para lograr una detección y discriminación adecuadas.
— Capacidad para distinguir entre la llama supervisada y otras fuentes de radiación.
— Capacidad para distinguir llamas individuales durante el funcionamiento de varios quemadores.
— Resistencia a fuentes de energía externas como la radiación gamma y la radiación de rayos X.
— Operación a prueba de fallas.
— Redundancia según se requiera para la confiabilidad.
3.2.6.2 Tecnologías de monitor de llama
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La tecnología de varilla de ionización de llama contacta directamente con la llama para monitorear los iones. Los escáneres de llama detectan diferencias entre la llama y
el entorno (otros quemadores y cámara de combustión). La varilla de inonización de llama requiere un reemplazo periódico, mientras que el escáner de llama requiere
una utilidad continua para la purga. El reconocimiento de video inteligente de las llamas, aunque no es común en la industria de la refinación, se debe considerar para
minimizar las inspecciones visuales del operador en el calentador.
3.2.6.2.1 Varillas de ionización de llama
Las siguientes consideraciones se aplican a las varillas de ionización de llama.
— La varilla de ionización de llama es consumible y requiere reemplazo periódico.
— La varilla de ionización de llama generalmente se usa solo para detectar la llama piloto.
— La varilla de llama de la más alta calidad puede no durar mucho si se usa en la llama principal.
3.2.6.2.2 Escáneres de llama
Según el tipo de combustible utilizado, los detectores de llama se pueden comprar como:
— escáneres de llama infrarrojos (IR),
— escáneres de llama ultravioleta (UV),
— escáneres de llama UV/IR simultáneos.
La detección IR no se recomienda para el gas combustible, ya que generalmente responde a los cambios refractarios de fondo. La intensidad de la señal es mejor con
los detectores UV cuando se dispara gas combustible. Se puede recomendar la combinación (IR/UV) para mejorar la confiabilidad.
La capacidad de discriminar la llama dentro de un quemador puede ser un problema de aplicación. Por ejemplo, con un quemador de gas combustible por etapas, el
escáner de llama puede detectar la presencia de llamas en las puntas principales y no detectar la pérdida de llama en las puntas de gas secundarias.
Con una gran cantidad de quemadores, establecer la lógica de votación del disparo del escáner de llama puede ser difícil de resolver.
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Los escáneres de llama requieren diagnósticos de autocomprobación para reducir la probabilidad de una indicación de llama falsa.
Antes de usar los escáneres de llama, se debe considerar lo siguiente: problemas de mantenimiento, variaciones en el color de la llama, composición del gas
combustible y poder calorífico, obstrucción del quemador (patrón de llama), fluctuaciones de intensidad y dificultad para ver la llama.
3.2.6.3 Diseño de la aplicación de monitoreo de llama—Instalación
Se deben considerar los siguientes elementos para las instalaciones de detectores de llama.
eléctrico, la temperatura máxima de funcionamiento y las recomendaciones de los fabricantes del quemador piloto y de la varilla de llama.
— Escáneres de llama.
— Ambas opciones son el montaje de detectores de llama en la placa base del quemador para quemadores encendidos verticalmente o a través de la
cámara de combustión. La instalación vertical debe tener en cuenta la acumulación de residuos en el detector y la dificultad de limpiar la punta del
quemador debido a la interferencia mecánica del escáner con el quemador. La observación a través de la cámara de combustión debe considerar la
distancia entre la llama y el monitor y el diseño del tubo que puede oscurecer la llama.
— La base de montaje del detector de llama debe diseñarse con un soporte giratorio para que el ángulo de detección de llama
puede ser ajustado.
— El tubo de observación en los escáneres de llama debe purgarse con aire para mantener el detector limpio, la temperatura del detector dentro de límites
seguros y la trayectoria de la vista libre de polvo u otras partículas. El detector debe ubicarse de modo que se minimicen las obstrucciones de polvo,
otras partículas u humedad en la lente del sensor o en la mirilla.
— La radiografía local de las tuberías de la planta puede provocar el apagado de los escáneres UV de autoverificación.
— Se debe tener cuidado de seguir las recomendaciones del fabricante en cuanto al tipo de cable y los requisitos de distancia. El cable no debe enrutarse
con ningún cableado de alto voltaje utilizado para los encendedores (si se proporciona).
— Para mejorar la integridad del sistema, se requieren detectores de llama con funciones dinámicas de autocomprobación.
Aunque toda la instrumentación de la refinería debe instalarse con energía de respaldo a través de una fuente de alimentación uniinterrumpible (UPS), vale la pena
mencionar que la energía del monitor de llama debe provenir de UPS, ya que estos dispositivos generalmente no pueden alimentarse directamente desde el
sistema de control o el sistema de apagado.
3.2.6.4 Otras consideraciones de diseño
Se debe dar una consideración de diseño adicional a los siguientes elementos.
— Algunos diseños utilizan la detección de llama piloto como un permiso para permitir que se abran las válvulas de gas combustible.
— Cuando corresponda, se pueden aplicar arreglos de votación para el viaje, como la pérdida de 2 de 6 quemadores, o cuando
cualquiera de los dos quemadores adyacentes falla.
— Integración con válvulas de cierre automáticas opcionales en quemadores individuales, como cuando se requiere una gestión de quemadores.
se aplica el sistema.
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— La instalación de la varilla de ionización de llama debe tener en cuenta la metalurgia, la facilidad de extracción (en línea o no), la posibilidad de cortocircuito
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19
3.3 Control de procesos
El objetivo principal del sistema de control de procesos es mantener automáticamente un funcionamiento estable, seguro y respetuoso con el medio ambiente y cumplir con el
trabajo del calentador requerido.
3.3.1 Control del encendido del calentador
La temperatura del proceso de salida se usa típicamente para controlar el encendido del calentador.
— Este control es a menudo un control en cascada de la temperatura al flujo de gas combustible y proporciona una selección constante del punto de ajuste de la temperatura de
salida. Se pueden agregar anulaciones de presión de quemador alta y/o baja al controlador de flujo de gas combustible. Para suavizar la transición entre los controladores,
el controlador no seleccionado debe incluir antirreinicio o seguimiento de salida.
— Una alternativa es utilizar el control en cascada de la presión del gas combustible, lo que permite configurar restricciones de presión baja y alta. Estas restricciones en la presión
del gas combustible al quemador no solo protegen contra los peligros, sino que también ayudan a minimizar los viajes donde se configuran los puntos de ajuste de apagado
por baja y alta presión. El control de la presión del gas combustible también proporciona un funcionamiento más estable cuando se producen cambios de carga.
Los dos modos en cascada responden de manera muy diferente al agregar o quitar quemadores.
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— Al agregar (o quitar) quemadores con la cascada de temperatura a caudal, el controlador de caudal redistribuirá la
gas combustible a los quemadores en servicio, lo que resulta en una disminución (o aumento) en la presión del quemador.
— Al agregar (o quitar) quemadores con la cascada de temperatura a presión, el controlador de presión mantendrá la presión del quemador en los quemadores en servicio, lo que
resultará en un aumento (o disminución) en el flujo de gas combustible.
Una opción es encender el calentador en cascada de temperatura a presión y luego cambiar a cascada de temperatura a flujo una vez que se alcanza una temperatura establecida
en la cámara de combustión o en la salida del proceso.
Cuando la válvula de control tiene suficiente regulación para encender el primer quemador en el arranque, las consideraciones para mantener la presión de encendido deseada
pueden incluir:
— un límite de punto de referencia de baja presión en el controlador de gas combustible,
— una parada suave de flujo mínimo en un posicionador de válvula inteligente en la válvula de control de gas combustible,
— un tope mecánico de caudal mínimo en la válvula de control del gas combustible.
Cuando la válvula de control carece de suficiente regulación para encender el primer quemador en el arranque, las consideraciones alternativas para mantener la presión de
encendido deseada pueden incluir un orificio de flujo mínimo o un regulador de fuego mínimo. Cada dispositivo de puesta en marcha normalmente está dimensionado para encender
los primeros quemadores hasta que la válvula de control esté dentro del rango de control. Cada uno debe instalarse en paralelo con la válvula de control de gas combustible.
Tampoco está permitido eludir las válvulas de cierre de seguridad.
Las consideraciones adicionales al usar un regulador de fuego mínimo son las siguientes.
— Se puede colocar un regulador de fuego mínimo en servicio continuo para evitar un disparo por baja presión si la válvula de control de gas combustible se mueve a su posición
completamente cerrada. Sin embargo, el gas combustible de refinería es corrosivo y los reguladores de arranque normalmente se bloquean después del arranque para
proteger el regulador.
— La instalación incorrecta de un regulador de fuego mínimo puede impedir el arranque normal del calentador. Los síntomas incluyen capacidad de flujo reducida y/o inestabilidad
del control de presión. La capacidad reducida transportará menos quemadores, lo que producirá un disparo a baja presión cuando la demanda de flujo exceda la capacidad
de flujo. Ajustar el resorte de control con inestabilidad en el control de presión puede hacer que el regulador se abra demasiado rápido y se dispare por alta presión.
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— Las tomas de detección del regulador no deben instalarse en áreas de inestabilidad de flujo y presión, como codos de tuberías.
Consulte las referencias técnicas del proveedor para una instalación adecuada.
— Para los reguladores de fuego mínimo, es deseable que la caída de presión sea insignificante entre la llave sensora del regulador y la(s) llave(s) para el(los)
transmisor(es) de presión del quemador al sistema de seguridad. De lo contrario, el tiempo de respuesta puede ser insuficiente para evitar un disparo.
Si la presión del suministro de gas combustible puede exceder la presión máxima permitida del quemador para los quemadores de premezcla (llama estable sin
interferencia con el mínimo de oxígeno), se debe usar un regulador o controlador de presión de gas combustible para limitar la presión del suministro de gas combustible
a fin de evitar un exceso de presión. disparo y apagado. Muchos diseños de quemadores de gas crudo no tienen esta limitación de alta presión.
3.3.2 Controles de flujo de carga
Se aplican controles de flujo de carga para cada uno de los siguientes casos.
— El control de flujo total se usa para flujos de procesos que no son de coquización donde no se requiere balanceo de paso.
— El control de flujo de paso individual se usa cuando la tubería simétrica es insuficiente para distribuir el flujo uniformemente en los pasos del calentador. Se utiliza
cuando se procesan corrientes de vaporización y cuando existe la posibilidad de coquización. El balanceo de pases se usa para minimizar la posibilidad de
coquización en un pase de calentador ajustando los flujos.
— El flujo bifásico no se puede medir de manera confiable, por lo tanto, los flujos de fase líquida y vapor deben controlarse individualmente para cada paso.
— Diseñar válvulas de control de flujo de paso para que se abran en caso de falla y aplicar límites suaves (restricciones) o paradas duras para evitar el cierre de la
válvula ayuda a prevenir el daño del tubo o la coquización debido al cierre involuntario de la válvula.
3.3.3 Control de la relación aire/combustible
Si no se controla correctamente la relación aire/combustible, se puede producir el impacto de la llama, postcombustión, extinción de llamas o una explosión.
— Debe haber suficiente oxígeno disponible en todo momento para asegurar una combustión completa y condiciones de funcionamiento seguras (es decir, una llama
bien definida sin impacto de llama) incluso con fluctuaciones en la composición del combustible. La medición continua del contenido de oxígeno y combustibles
en los gases de combustión proporciona una guía para ajustar la relación aire/combustible.
— El control de la relación aire/combustible se puede mejorar si se dispone de medición del flujo de aire de combustión.
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— En la Figura 1 se muestra un método típico para controlar el gas combustible y el flujo de aire en un calentador de tiro forzado. En este sistema de control de
combustión de límite cruzado típico, el flujo de combustible y el flujo de aire se controlan en paralelo con las señales de control interconectadas a través de
selectores de señales. para que siempre se mantenga el exceso de aire durante los cambios de carga. La acción combinada de los selectores de señal hace
que el aire lleve el combustible al aumentar los cambios de carga y que el aire retrase al combustible al disminuir los cambios de carga.
En la Figura 2 se muestra un método típico para controlar la combustión de gas combustible en un calentador de tiro natural (es decir, cascada de temperatura de
salida del proceso para control de flujo de gas combustible). Otro método consiste en controlar las compuertas de aire de entrada para mantener los valores de oxígeno
adecuados y usar la compuerta de chimenea para controlar el tiro.
— Cuando se utiliza un analizador de oxígeno para el control del asiento, deberían implementarse límites de salida en el controlador de oxígeno o límites de punto de
referencia en el controlador de relación aire/combustible o aire. Si el analizador de oxígeno funciona mal, este límite evita que el controlador de oxígeno lleve al
calentador a una condición de oxígeno bajo inaceptable.
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21
3.3.4 Control de tiro de la caja de fuego
Cuando corresponda, se recomienda un sistema de control de tiro del calentador encendido para mantener el tiro de la cámara de combustión dentro de su
rango operativo deseado.
— Para calentadores de tiro natural o forzado, el tiro de la caja de fuego debe ser controlado por el amortiguador de chimenea como se muestra en la Figura
3. Para calentadores de tiro inducido o de tiro balanceado, el tiro de la caja de fuego también puede ser controlado por el amortiguador del ventilador de
tiro inducido o el tiro inducido. velocidad del ventilador.
Si se produce un mal funcionamiento del precalentador de aire de combustión, la compuerta del ventilador de tiro inducido o el ventilador de tiro inducido, o si
el precalentador de aire de combustión se pone fuera de servicio, se debe cambiar el control de tiro, ya sea de forma automática o manual. Cuando el ventilador
de tiro inducido no esté funcionando, abra su compuerta de derivación si el calentador está configurado para operar en modo de tiro natural.
Use el amortiguador de chimenea para controlar el tiro. Cuando el precalentador de aire no esté funcionando, abra su(s) compuerta(s) de derivación si el
calentador está configurado para funcionar en modo de tiro natural. Si el calentador no está configurado para operar en modo de tiro natural o el sistema de
gases de combustión tiene un módulo de reducción catalítica selectiva (SCR), una opción posible puede ser apagar el calentador para permanecer dentro de
los límites de la regulación ambiental.
— En el caso de que el transmisor de tiro funcione mal para crear una condición de tiro bajo (presión alta en la cámara de combustión), se puede considerar
una anulación de oxígeno bajo como una acción independiente para abrir la compuerta de chimenea o reducir la tasa de encendido.
La tasa de cambio del controlador de anulación debe ajustarse de modo que se pueda detectar un cambio de paso del proceso dentro del tiempo de
respuesta general del lazo de control. Por ejemplo, un analizador de oxígeno ubicado en la parte superior de la sección radiante puede tener un retraso
de proceso inherente del orden de 60 segundos a 90 segundos hasta T90.
3.4 Sistemas de protección
El propósito de los sistemas de protección es mantener una operación segura o lograr un estado seguro en respuesta a desviaciones inaceptables del proceso.
Las acciones de protección incluyen lo siguiente.
­­
```,```,,`,`,,,``,,`,,````­
`­
`,,`,,`,`,,`­­­
— Acción del sistema básico de control de procesos (BPCS): anula el control independientemente de la causa iniciadora.
— Acción del operador: respuesta del operador a las alarmas, incluida la respuesta de emergencia.
— Acción SIS: autorizaciones de arranque y enclavamientos, cierre de válvulas de cierre de seguridad, compuertas abiertas.
Las funciones de protección incluyen los siguientes componentes.
— Dispositivos de entrada: mediciones de procesos (p. ej., sensores analíticos, transmisores analógicos o interruptores discretos), dispositivos de entrada
manual (p. ej., interruptores/pulsadores manuales duros o suaves) e indicaciones de estado (p. ej., transmisores de posición o interruptores de límite).
— Solucionador lógico: sistemas electrónicos programables, relés cableados, sistemas de estado sólido.
— Dispositivos de salida: interfaz de solenoide o relé a los elementos finales (p. ej., válvulas de cierre de seguridad, amortiguadores de aire de combustión,
amortiguador de chimenea o puertas de descarga de tiro natural) e indicadores de estado/alarma (p. ej., luces del panel o gráficos de pantalla de interfaz
hombre­máquina (HMI) ).
La diversidad en el diseño de calentadores a fuego requiere que cada calentador se evalúe de forma independiente para garantizar que cada escenario de
peligro se mitigue de manera efectiva. Dado que cada calentador puede tener características o modos operativos únicos, es sumamente importante que los
responsables de evaluar la disponibilidad y confiabilidad de una función de protección comprendan todos los posibles modos de falla del equipo y el impacto
potencial para la unidad operativa y el personal.
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PRÁCTICA RECOMENDADA API 556
Funciones típicas de instrumentación de proceso e instrumentación de protección
Salida del calentador
Calentador
Controlador de salida
m = masa
del calentador
MFC = Computadora de flujo másico
PV = Variable de proceso
SP = Punto de ajuste remoto
= Selector de señal baja
>
= Selector de señal alta
X
= multiplicar
= dividir
ÉL
m de aire/h
B
FIC
Apagador
m Gas/hora
= raíz cuadrada
<
SP
fotovoltaica
Aire/Combustible
m
de
aire/
h
Relación
ESTE
m
Gas/
h
m Gas/hora
m Gas/h
DE
ÉL
A
­­
```,```,,`,`,,,``,,`,,````­
`­
`,,`,,`,`,,`­­­
SER
m de aire/h
Compensación de
cambiar
temperatura
m Gas/h
m
Gas/
h
MI
SER
SP
CMF
fotovoltaica
PIE
FIC
Pi
m Gas/h
Señal de
densidad de
gas combustible
SIS
de
Aire
combustion
SER
SIS
FOTO
SIS
S
S
Fuel gas
R
ZSC
PT
ZSC
PIE
PT
Combustible
gas
Gas piloto (nota 4)
Pi
SIS ZSC
1. Todas las E/S del SIS se transmitirán en serie desde el
ZSC
SIS al BPCS para su supervisión y registro en el diario.
SIS
SIS
SIS
propósitos
2. No se muestra la redundancia ni la votación de la
S
ZSC
SIS
instrumentación del proceso. Los requisitos de
S
redundancia y votación deben determinarse utilizando la
ZSC
PT
frecuencia de prueba de disponibilidad deseada y los
objetivos de confiabilidad establecidos para el PIF.
3. No se muestran los analizadores de monitoreo
Gas piloto
(nota 4)
continuo de emisiones (CEM). Los analizadores CEM se
proporcionan según lo dictan los requisitos normativos o
SIS
ZSC
ZSC
SIS
de permisos locales.
4. Se proporcionarán quemadores piloto en cada
quemador a menos que el propietario indique lo contrario.
Figura 1—Calentador de tiro forzado—Lado de combustible
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SISTEMAS DE INSTRUMENTACIÓN, CONTROL Y PROTECCIÓN PARA CALENTADORES A GAS
Funciones típicas de instrumentación de proceso e instrumentación de protección
Salida del calentador
Calentador
Controlador de salida
m = Masa
del calentador
MFC = Computadora de flujo másico
PV = Variable de proceso
SP = Punto de ajuste remoto
= raíz cuadrada
= Selector de señal baja
>
= Selector de señal alta
X
= multiplicar
= dividir
de
Aire
combustion
<
­`
m
Gas/
h
SER
Cambiar
m Gas/h
MI
SP
CMF
FIC
fotovoltaica
Pi
m Gas/h
Señal de
densidad de
gas combustible
SIS
SER
SIS
FOTO
SIS
S
S
Fuel gas
R
ZSC
PT
ZSC
PIE
PT
Combustible
gas
Gas piloto (nota 4)
Pi
ZSC
ZSC
1. Todas las E/S del SIS se transmitirán en serie desde el SIS al
SIS
BPCS para su supervisión y registro en el diario.
SIS
propósitos
SIS
SIS
S
SIS
2. No se muestra la redundancia ni la votación de la
instrumentación del proceso. Los requisitos de redundancia y
S
votación deben determinarse utilizando la frecuencia de prueba
ZSC
PT
ZSC
de disponibilidad deseada y los objetivos de confiabilidad
establecidos para el PIF.
3. No se muestran los analizadores de monitoreo
continuo de emisiones (CEM). Los analizadores CEM se
Gas piloto
(nota 4)
SIS
proporcionan según lo dictan los requisitos normativos o de
permisos locales.
ZSC
ZSC
SIS
4. Se proporcionarán quemadores piloto en cada quemador a
menos que el propietario indique lo contrario.
Figura 2—Calentador de tiro natural—Lado del combustible
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PRÁCTICA RECOMENDADA API 556
Funciones típicas de instrumentación de proceso e instrumentación de protección
AI
Oxígeno
AI
CO
DE
FO
EN
FOTO
DE
PT
Calentador
de tiro
natural típico
DE
DE
DE
DE
SER
FIC
DE
TIC
A la figura 2
Calentador
Disparo
DE
PIE
TT
TT
PIE
(TI opcionales en
Proceso
NOTA 5
cada pase)
FO
PIE
PIE
1. Todas las E/S del SIS se transmitirán en serie desde el SIS al BPCS con
(Opcional dependiendo del
análisis de riesgo)
SIS
SIS
SER
fines de supervisión y registro.
2. No se muestran los diagnósticos, la redundancia ni la votación de la
instrumentación del proceso. Los requisitos para estos deben determinarse
utilizando la frecuencia de prueba de disponibilidad deseada y los objetivos de
confiabilidad establecidos para el PIF.
SER
3. No se muestran los analizadores de monitoreo continuo de emisiones (CEM).
Los analizadores CEM se proporcionan según lo dictan los requisitos normativos
o de permisos locales.
CHA
SIS
SA
4. Todos los ajustes de disparo y alarma deben ser definidos por el usuario final.
5. Parada mínima opcional.
Emergencia
Cerrar
Figura 3—Calentador de tiro natural—Lado del proceso
­­```,```,,`,`,,,``,,`,,````­`­`,,`,,`,`,,`­­­
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La diversidad de problemas que pueden afectar los requisitos de la función de protección incluyen:
— tipo de proceso, temperatura y presión de funcionamiento;
— tipo y tamaño del calentador;
— tipo y número de quemadores;
— tipo y fiabilidad de los pilotos;
— requisitos de cobertura;
— criterios de funcionamiento y seguridad del fabricante del quemador;
— variabilidad en la composición del gas combustible y la presión de suministro;
— requisitos de filtración y fiabilidad del suministro de combustible;
— longitud y área de la sección transversal de los conductos de aire (velocidad, turbulencia, acondicionamiento del flujo);
— la integridad mecánica de las compuertas del aire de combustión y de los gases de combustión;
— ubicación de los grifos para la medición del proceso;
— tamaño de la línea y caída de presión en el colector de gas combustible a los quemadores;
— requisitos de redundancia para disponibilidad y fiabilidad;
— interrupción programada o intervalos de respuesta.
Las consideraciones adicionales para las funciones de protección incluyen lo siguiente.
— Modos de funcionamiento: se deben tener en cuenta todos los modos de funcionamiento del equipo (p. ej., operaciones de arranque, cambio de proceso,
encendido mínimo y apagado) para garantizar que haya una protección adecuada en todos estos modos.
Condiciones como la sulfuración, el barrido de hidrógeno, el descarbonizado, el desconchado, la regeneración del catalizador y el cambio de operaciones
de tiro forzado a tiro natural son ejemplos de operaciones de cambio de proceso.
— Independencia—Se recomienda como práctica mantener la separación entre los sistemas de control y protección.
— Pérdida de servicio: cuando se produce una pérdida de energía eléctrica o de aire de instrumentación, es esencial que los elementos finales estén diseñados
a prueba de fallas. Por ejemplo, los solenoides deben desactivarse para que se disparen y los resortes de las válvulas de cierre de seguridad deben fallar
en la dirección requerida para lograr un estado seguro.
— Fuente de energía confiable: se recomienda que toda la instrumentación de protección se alimente de una fuente de energía confiable.
fuente, por ejemplo, fuente de alimentación ininterrumpida (UPS) según API 554.
— Restablecimiento del sistema: una vez activado, el SIS debe mantener el proceso en estado seguro hasta que se solucione la condición insegura.
corregido y el SIS se reinicia manualmente.
— Registro de eventos: se recomienda que los sistemas de protección se implementen con sistemas de alarma/registro capaces de capturar las primeras alarmas
y la secuencia de eventos.
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­­
```,```,,`,`,,,``,,`,,````­
`­
`,,`,,`,`,,`­­­
Por ejemplo, un dispositivo de control que funciona mal para crear una desviación inaceptable del proceso ya no está disponible para detectar o mitigar el
peligro del proceso que ha creado.
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PRÁCTICA RECOMENDADA API 556
Se puede aplicar una función instrumentada de protección (PIF) al lado del proceso (tubo) y al lado de combustión de los calentadores. Los PIF se implementan para
detectar condiciones peligrosas y lograr o mantener un estado seguro. Cuando se implementa un PIF para prevenir un evento peligroso que podría resultar en lesiones
o muerte del personal, el PIF se clasifica como una función instrumentada de seguridad (SIF).
Un SIF al que se le asigne un nivel de integridad de seguridad (SIL) de 1, 2, 3 o 4 deberá cumplir con los requisitos de ANSI/ISA 84.00.01­2004 (IEC­61511 MOD).
Aunque esta norma es una buena práctica de ingeniería aceptada y se recomienda para la protección del personal y del medio ambiente, el proceso de trabajo puede
aplicarse a la protección de activos. Si bien estos PIF pueden tener un nivel de integridad (IL) asignado, deben identificarse claramente como aplicaciones que no son
de seguridad.
3.4.1 Consideraciones sobre el tiempo de respuesta
Cada función de protección tiene un tiempo máximo permisible para la acción correctiva para mitigar un evento peligroso.
­­
```,```,,`,`,,,``,,`,,````­
`­
`,,`,,`,`,,`­­­
3.4.1.1 Tiempo de seguridad del proceso
El tiempo de seguridad del proceso es el intervalo entre el evento iniciador que conduce a una desviación inaceptable del proceso y el evento peligroso.
3.4.1.2 Tiempo de respuesta del proceso
El tiempo de respuesta del proceso (tiempo muerto, tiempo de retraso o tiempo de demora) es el tiempo requerido para que una variable de proceso comience a
cambiar después de un evento iniciador.
Por ejemplo, es posible que un analizador de oxígeno no detecte por completo la magnitud de un cambio en la relación aire/combustible durante varias decenas de
segundos, incluso si la medición de oxígeno en la parte superior de la cámara de combustión es instantánea.
También puede haber un tiempo de respuesta del proceso entre la acción correctiva al estado seguro y el momento en que se alcanza el estado seguro.
3.4.1.3 Tiempo de retardo de medición
El tiempo de retraso de la medición es el tiempo requerido para que un instrumento proporcione retroalimentación al sistema de control o seguridad en respuesta a un
cambio en una variable de proceso.
Los tiempos de retraso de la medición suelen estar asociados con la temperatura y las mediciones analíticas.
Los tiempos de respuesta para las mediciones analíticas se representan con frecuencia como un porcentaje del valor final a un cambio de etapa del proceso. Por
ejemplo, T90 < 10 segundos representa una respuesta del sensor al 90 % del valor final de la desviación del proceso en menos de 10 segundos.
3.4.1.4 Retrasos de tiempo
Los retrasos de tiempo de entrada se implementan con frecuencia para minimizar los viajes causados por condiciones transitorias que no crean un peligro en el proceso.
Debido a la capacidad de escaneo rápido de los PLC y otros solucionadores lógicos, se pueden detectar pequeñas variaciones o impulsos de proceso a corto plazo que
pueden provocar un disparo cuando no existen condiciones peligrosas. Por lo tanto, un retardo de tiempo de entrada de 0,5 segundos a 1,0 segundo se implementa con
frecuencia como filtro de entrada.
Se pueden usar temporizadores de disparo con demora para confirmar la presencia de una condición peligrosa durante un período prolongado antes de activar un
disparo; sin embargo, se requiere un conocimiento profundo del tiempo de seguridad del proceso y del tiempo hasta el estado seguro.
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3.4.1.5 Tiempo hasta el estado seguro
El tiempo hasta el estado seguro es la diferencia de tiempo entre la activación del punto de ajuste de alarma o disparo y el tiempo requerido para lograr un estado
seguro. Los puntos de ajuste deben seleccionarse para detectar la desviación inaceptable del proceso lo antes posible en el cronograma de peligros del proceso.
Para que una función de protección sea efectiva, el estado seguro debe alcanzarse dentro del tiempo de seguridad del proceso.
— Para la respuesta del operador a una alarma, esto incluye el tiempo de diagnóstico, el tiempo de viaje de campo, el tiempo de acción correctiva y el
tiempo de respuesta del proceso para lograr un estado seguro.
— Para una función de protección automatizada, esto incluye temporizadores de retardo de disparo en el solucionador lógico, tiempo de carrera para seguridad
válvula(s) de cierre o amortiguadores, y el tiempo de respuesta del proceso para lograr un estado seguro.
3.4.1.6 Respuesta del operador a las alarmas
Las alarmas se pueden configurar para notificar al operador sobre condiciones anormales del proceso, lo que le permite tomar medidas correctivas antes de una
respuesta automática del sistema de apagado de seguridad.
— La base para los puntos de ajuste de alarma, las acciones correctas del operador en respuesta a las alarmas y los requisitos de tiempo de respuesta al estado
seguro deben documentarse durante la fase de diseño. Deben evitarse las alarmas que no tienen una respuesta clara del operador. Es importante identificar
qué alarmas requieren una respuesta inmediata para asignarles una prioridad adecuada. La respuesta del operador a cada alarma debe definirse en los
procedimientos operativos de la unidad de proceso.
Ver 3.4.8 y la Tabla 1 para el resumen de alarmas.
3.4.2 Anulaciones y límites
Una anulación de arranque es una derivación automática de una condición de disparo de arranque que se habilita automáticamente en la secuencia de arranque
cuando la condición de disparo ya no está presente. Si las funciones de protección deben anularse temporalmente para poner en marcha un calentador, se debe
proporcionar al operador una indicación visual y/o alarma de que la función de protección está anulada. Se recomienda que los dispositivos que son anulados
automáticamente por la lógica (aunque se inicien manualmente) vuelvan automáticamente al servicio (bloqueados o activados) cuando se borre la condición de
disparo de arranque. Se recomienda que las anulaciones de inicio se diseñen como parte de la lógica para evitar dejar inadvertidamente una omisión de inicio activa
después del inicio.
— Como ejemplo, generalmente se requiere una anulación de arranque del disparo por baja presión del quemador de gas combustible para permitir la apertura de
las válvulas de bloqueo de gas combustible. De lo contrario, la condición de baja presión en el arranque por debajo del punto de ajuste de disparo no permitiría
abrir secuencialmente las válvulas de bloqueo. Una vez que se confirma que la presión del quemador está por encima del punto de ajuste de disparo por baja
presión durante un intervalo de tiempo fijo, el solucionador lógico normalmente activará la función de protección por baja presión.
— Se deben proporcionar indicaciones de estado y alarma de anulación de arranque en la interfaz del operador.
Una anulación de control no pasa por alto una función de protección. En cambio, una anulación de control está diseñada para mantener el calentador dentro de los
límites operativos y evitar un disparo (cuando corresponda). Una anulación de control permite que un controlador tome el control de la salida de señal de otro
controlador. La salida de dos o más controladores generalmente se combina en un selector alto o bajo, y la salida del selector controla la salida de la señal al
elemento final.
­`
— Como ejemplo, si el controlador de gas combustible está en cascada de temperatura a flujo. Se puede configurar un controlador de presión de gas combustible
para controlar la presión del quemador. En el límite del punto de referencia bajo (o alto), el controlador de presión puede anular el controlador de flujo para
mantener el calentador en una región de operación segura y evitar un disparo con presión baja (o alta) del quemador. Una vez que la presión del quemador
está dentro de los límites del punto de ajuste del controlador de presión, el control regresa automáticamente al controlador de flujo a través del selector alto o
bajo.
— Considere un contador para realizar un seguimiento de la frecuencia con la que se invoca una anulación de control.
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PRÁCTICA RECOMENDADA API 556
Un punto de ajuste o límite(s) de salida son opciones configurables en el controlador para mantener el calentador dentro de los límites operativos y evitar
un disparo (cuando corresponda).
— A modo de ejemplo, si el controlador de gas combustible está en cascada de temperatura a presión, se pueden configurar límites en el controlador de
presión para evitar un disparo por baja (o alta) presión del quemador. Aunque generalmente se lo conoce como anulación de control, la salida del
controlador no se controla externamente a través de un selector alto o bajo. En su lugar, se configura una abrazadera suave en el controlador.
— Los límites de punto de referencia o de salida normalmente no se anuncian en la interfaz del operador.
3.4.3 Bypasses y Permisivos
Una omisión se refiere a una acción iniciada manualmente para omitir los dispositivos de entrada de una función de protección y, por lo general, implica
una omisión con clave u otra iniciación manual. Una función de protección que se anula no está disponible para dispararse hasta que la derivación se
elimine manualmente y la función de protección se vuelva a poner en servicio.
— Durante el funcionamiento normal, se permite derivar temporalmente un dispositivo de medición de entrada para realizar tareas de mantenimiento,
calibración y prueba cuando lo rija personal capacitado, procedimientos operativos y de mantenimiento aplicables y cualquier procedimiento de
respuesta de emergencia relevante para la medición en derivación. La alarma del sistema de control asociado para la variable de proceso medida
no se puede omitir al mismo tiempo que el dispositivo de protección.
— Se deben proporcionar indicaciones de estado y alarma de derivación a la interfaz del operador.
— Se recomienda que una omisión de inicio se gestione a través de una anulación de inicio.
Los permisivos son condiciones que deben cumplirse para avanzar al siguiente paso en una secuencia.
— A modo de ejemplo, la presión del colector de gas combustible por encima de una presión mínima de encendido puede permitir que se abran las
válvulas de cierre de seguridad del gas combustible y/o del gas piloto. Una vez que la secuencia ha progresado al siguiente paso, un permisivo
normalmente no se dispara. Por ejemplo, la presión del colector de gas combustible (no la presión del quemador) puede caer por debajo de los
límites permisivos sin acción de disparo una vez que los pilotos y/o los quemadores están en servicio. En este punto de la secuencia, la baja presión
del colector de gas combustible generalmente solo generará una alarma.
— El estado de los permisos generalmente se indica en la interfaz del operador.
3.4.4 Protección contra riesgos de proceso
Las funciones de protección recomendadas para los riesgos del proceso relacionados con los calentadores a fuego se proporcionan a continuación. Estas
funciones de protección consisten en una medida y una acción, generalmente accionando válvulas, amortiguadores o motores. Cada desviación del
proceso enumera los peligros del proceso, las consideraciones, las anulaciones de control, las alarmas y las funciones de protección.
En cada caso, se debe considerar la redundancia requerida, tanto desde la perspectiva de la disponibilidad como de la confiabilidad. También se debe
revisar la accesibilidad para mantener y probar en línea. Para mediciones de proceso redundantes, se deben evaluar las ubicaciones de las tomas de
proceso y la posibilidad de falla del modo común debido a taponamiento o medición comprometida.
3.4.4.1 Acumulación de combustibles dentro de la cámara de combustión (pérdida de llama, combustión subestequiométrica,
o fugas de tubo)
3.4.4.1.1 Peligros del proceso
La pérdida de llama, la combustión subestequiométrica o las fugas en los tubos pueden provocar la acumulación de combustibles dentro del calentador
encendido.
­­```,```,,`,`,,,``,,`,,````­`­`,,`,,`,`,,`­­­
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Los posibles eventos peligrosos incluyen:
— postcombustión en las secciones radiante, de convección o chimenea que puede resultar en el sobrecalentamiento y falla de los tubos,
soportes de tubos y/o sistemas refractarios;
— una explosión que puede resultar en la destrucción parcial o total del calentador encendido y que puede ser peligrosa para el personal en el área de operación.
Estos eventos peligrosos pueden desarrollarse si ocurre lo siguiente:
— se acumula material combustible en el calentador encendido;
— el oxígeno está presente antes de la acumulación de materiales combustibles o el oxígeno se reintroduce después de la
acumulación de materiales combustibles;
— pasa suficiente tiempo para permitir que el material combustible y el oxígeno se encuentren y se mezclen y, por lo tanto, alcancen un
condición de mezcla inflamable;
— la mezcla inflamable está lo suficientemente caliente como para autoencenderse o se encuentra con una fuente de ignición, como una sección de
refractario caliente, un sensor/celda de analizador calentado, un piloto en funcionamiento o un quemador en funcionamiento.
3.4.4.1.2 Consideraciones
­­
``
`­
`,
Se debe dar una consideración de diseño adicional a los siguientes elementos. Consulte el Anexo A para obtener más información sobre la ruptura del tubo.
a) El peligro asociado con una concentración específica de combustibles en la cámara de combustión mezclándose con aire fresco y encendiéndose puede estimarse
usando cálculos termodinámicos. El nivel de severidad planteado por tal evento depende de la cantidad de energía liberada como presión8.
b) En las condiciones de arranque, no se debe permitir que la acumulación de combustibles dentro de la caja de fuego exceda el 25% del límite inferior de explosión
(LEL) antes de que se inicie la acción correctiva. El LEL se puede calcular en condiciones de laboratorio utilizando la fórmula de Le Chatelier y los datos de LEL
para componentes puros como se enumeran en NFPA 325, Guía de propiedades de peligro de incendio de líquidos, gases y sólidos volátiles inflamables, edición
de 1994.
c) En condiciones de funcionamiento, es posible que un calentador acumule combustibles a temperaturas de la cámara de combustión superiores a la temperatura de
autoignición si no hay suficiente aire para consumir todo el combustible. La combustión rica en combustible produce gases de combustión calientes con
combustibles residuales que pueden explotar si se mezclan con aire fresco demasiado rápido. Esto es más probable que ocurra cuando un horno pasa
repentinamente de una combustión rica a una combustión pobre9.
d) Las desviaciones del proceso que preceden al apagado están típicamente asociadas con límites operativos. Acercarse o exceder los límites operativos puede
conducir a una rápida acumulación de combustibles dentro de la cámara de combustión. Por ejemplo, la pérdida de llama puede resultar en la rápida acumulación
de combustibles a un nivel de riesgo inaceptable en menos de 10 segundos. Las desviaciones del proceso que preceden al apagado de la llama incluyen:
— baja presión del quemador de gas combustible (véase 3.4.4.2);
— alta presión del quemador de gas combustible (véase 3.4.4.3);
— bajo flujo de aire de combustión (ver 3.4.4.4);
— falla en la apertura de las puertas de salida (ver 3.4.4.5);
8
Hawryluk, A., “Hazardous Flue Gas Mixtures in Furnaces Due to Fuel­Rich Combustion”, Conferencia de productores de etileno, 8 de
abril de 2008.
9 Hawryluk, A., ibíd.
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— tiro bajo (presión alta en la cámara de combustión) (ver 3.4.4.6);
— falla en la apertura del amortiguador de chimenea (ver 3.4.4.7);
— cambio rápido en la composición del gas combustible con flujo de combustible no compensado (ver 3.2.3.1);
— gota de líquido en el sistema de gas combustible que provoca la pérdida de la llama.
e) Las desviaciones del proceso que ocurren dentro de los límites operativos pueden conducir a una combustión subestequiométrica y a una combustión gradual.
acumulación de combustibles dentro de la cámara de combustión. Estas desviaciones del proceso incluyen:
— una pequeña fuga del tubo de hidrógeno y/o hidrocarburo en la cámara de combustión;
— un aumento del caudal de gas combustible a los quemadores sin el correspondiente aumento del caudal de aire de combustión
a los quemadores;
— una disminución del caudal de aire de combustión o de la posición de la compuerta de gases de combustión en el control automático (por ejemplo, debido al mal
funcionamiento de un analizador de oxígeno o al fallo de un transmisor de tiro) sin la correspondiente disminución del flujo de gas combustible a los quemadores;
— la punta del quemador se tapa en uno o más quemadores;
— cierre parcial de una válvula de bloqueo en una línea de gas combustible a un quemador individual en un calentador de múltiples quemadores;
— cierre total o parcial del registro de aire de un quemador individual en un calentador de quemadores múltiples;
— cambios en las condiciones ambientales;
— cambios en la composición del gas combustible;
— una reducción de la temperatura de la cámara de combustión (véase 3.4.4.8);
f) La combustión excesivamente pobre en combustible con baja temperatura en la cámara de combustión puede conducir a una acumulación gradual de combustibles.
dentro de la caja de fuego.
3.4.4.1.3 Anulaciones de control
Considere las siguientes anulaciones de control adicionales para mantener el calentador dentro de los límites operativos y evitar un disparo (cuando corresponda).
— Anulación de baja presión del quemador de gas combustible al controlador de gas combustible (ver 3.4.4.2).
­­
`
— Anulación de alta presión del quemador de gas combustible al controlador de gas combustible (ver 3.4.4.3).
— Reducir la tasa de disparo a la condición de reducción establecida durante la transición de tiro balanceado o forzado a tiro natural
calado (ver 3.4.4.5).
— Anulación de tiro bajo (presión alta en la cámara de combustión) (ver 3.4.4.6).
— Anulación de oxígeno bajo al controlador de gas combustible (ver 3.4.4.9).
— Anulación de combustibles altos.
a) Para calentadores de tiro forzado o balanceado, la medición de combustibles se puede usar como anulación del control para aumentar el flujo de aire de combustión si
los niveles de combustibles están por debajo de un umbral específico, típicamente 500 ppm. Por encima de ese umbral especificado, el flujo de gas combustible debe
reducirse antes de que aumente el flujo de aire de combustión.
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31
b) Para calentadores de tiro natural, la medición de combustibles se puede utilizar como anulación de la medición de gas combustible.
controlador para reducir el flujo de gas combustible si los niveles de combustibles están por encima de un umbral especificado.
— Una consideración de diseño es ajustar la velocidad de cambio de la salida del controlador a la válvula de control de gas combustible o al amortiguador de chimenea de
modo que se pueda detectar un cambio de paso del proceso dentro del tiempo de respuesta general del circuito de control.
Por ejemplo, un analizador de oxígeno ubicado en la parte superior de la sección radiante puede tener un retraso de proceso inherente del orden de 60 segundos a
90 segundos hasta T90.
— Para que sean eficaces, las anulaciones de control deben:
a) ser independiente de la causa iniciadora (p. ej., mal funcionamiento del circuito de control) del escenario de peligro;
b) operar continuamente en respuesta a la desviación del proceso que crea el escenario de peligro.
3.4.4.1.4 Alarmas
­­
```,```,,`,`,,,``,,`,,````­
`­
`,,`,,`,`,,`­­­
Se pueden usar múltiples alarmas para ayudar a los operadores. Estas alarmas vienen en dos categorías diferentes.
a) Se pueden configurar alarmas para alertar a los operadores sobre condiciones anormales del proceso que se acercan a los límites operativos, lo que puede provocar un
apagado del fuego y la rápida acumulación de combustibles dentro de la cámara de combustión. Las alarmas pueden activarse por lo siguiente:
— baja presión del quemador de gas combustible (véase 3.4.4.2);
— alta presión del quemador de gas combustible (véase 3.4.4.3);
— bajo flujo de aire de combustión (ver 3.4.4.4);
— tiro bajo (presión alta en la cámara de combustión) (ver 3.4.4.6);
— baja temperatura de la cámara de combustión (ver 3.4.4.8);
— alto nivel de líquido en un tambor de gas combustible aguas arriba.
b) Se pueden configurar alarmas para alertar a los operadores sobre condiciones de proceso anormales que ocurren dentro de los límites operativos que pueden conducir
a una combustión subestequiométrica y una acumulación gradual de combustibles dentro de la cámara de combustión. Las alarmas pueden activarse por lo siguiente:
— oxígeno bajo (ver 3.4.4.9);
— alto contenido de CO/combustibles;
— pérdida parcial de llama (pérdida de uno o más quemadores con suficiente liberación de calor y aire de los quemadores en línea
para mantener la combustión en la caja de fuego);
— alarma de inundación (una caída en la temperatura del serpentín de salida del proceso con un aumento asociado en la velocidad de disparo cuando está en
modo cascada de temperatura).
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PRÁCTICA RECOMENDADA API 556
3.4.4.1.5 Funciones de protección
Se pueden usar múltiples funciones de protección para mitigar los peligros del proceso asociados con la acumulación de combustibles en la cámara de combustión.
Estas funciones protectoras se encuentran en dos categorías diferentes.
a) Para mitigar las desviaciones del proceso en los límites operativos que preceden al apagado, cierre las válvulas de cierre de gas combustible en
respuesta a:
— baja presión del quemador de gas combustible (véase 3.4.4.2);
— alta presión del quemador de gas combustible (cuando corresponda, véase 3.4.4.3);
— flujo de aire de combustión bajo (si procede, véase 3.4.4.4);
— falta de apertura de las puertas de salida (cuando corresponda, véase 3.4.4.5);
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```,```,,`,`,,,``,,`,,````­
`­
`,,`,,`,`,,`­­­
— tiro bajo (alta presión en la cámara de combustión) (cuando corresponda, véase 3.4.4.6);
— falla en la apertura del amortiguador de chimenea (cuando corresponda, véase 3.4.4.7);
— alto nivel de líquido en un bidón de gas combustible aguas arriba (opcional).
NOTA La base para el disparo en respuesta a las desviaciones del proceso que preceden al apagado es evitar un escenario de acumulación
rápida. Una vez que se inicia un evento de acumulación rápida, puede ser un desafío lograr un estado seguro dentro del tiempo de seguridad del
proceso.
b) Considere las siguientes opciones en respuesta a las desviaciones del proceso que ocurren dentro de los límites operativos que pueden conducir a una
combustión subestequiométrica y una acumulación gradual de combustibles dentro de la cámara de combustión.
Opción 1: Respuesta del operador a un entorno rico en combustible: esta es la opción tradicional para los calentadores de proceso de refinería donde los operadores
están capacitados para reconocer los signos de combustión subestequiométrica, tales como:
— alarmas,
— un sonido de resoplido asociado con pulsaciones de presión en el horno,
— temperaturas elevadas de la sección de convección o de la chimenea debido a la postcombustión,
— humo en los gases de combustión que salen de la chimenea,
— olor a combustible sin quemar.
Mientras se mantenga la combustión, los operadores deben despejar el área de personal y reducir lentamente el flujo de gas combustible para evitar
una situación peligrosa. Por ejemplo, si un operador responde a un horno rico en combustible cerrando completamente el combustible, entonces el
aire fresco se mezclará con los combustibles dentro de la cámara de combustión y puede encenderse. Incluso un cambio repentino del 90 % de aire
al 110 % de aire (10 % de exceso de aire) podría ser demasiado para que el calefactor lo siga de manera segura. La comprensión del tiempo de
residencia es útil para establecer una tasa de rampa segura10.
Ventaja potencial: esta opción reduce la cantidad de veces que se apaga un calentador encendido en respuesta a una combustión subestequiométrica. Algunas
instalaciones tienen experiencia operativa que indica que es más probable que ocurran explosiones del calentador durante el encendido, debido a una purga
inadecuada o un encendido retardado, que durante la combustión subestequiométrica11. Para esas instalaciones, reducir la cantidad de reinicios puede ser una
consideración importante.
10 Hawryluk, A., ibíd.
11 Ostroot, G. (1972), “Explosiones en hornos de gas o petróleo”, Loss Prevention, 6, 112
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Desventaja potencial: la secuencia de eventos puede progresar más rápidamente, desde la combustión subestequiométrica hasta la pérdida mayoritaria
de la llama, de lo que el operador puede manejar con eficacia. Ante la pérdida de la llama, el operador debe cerrar las válvulas de cierre del gas
combustible. Las consideraciones adicionales en un entorno rico en combustible incluyen las siguientes.
— Para los calentadores con válvulas de vapor de extinción automatizadas o válvulas de vapor de extinción ubicadas a una distancia segura del
calentador, introduzca vapor de extinción en la cámara de combustión junto con el cierre de las válvulas de cierre de gas combustible. Con el
vapor como fuerza motriz, considere reducir el flujo de aire de combustión o detener el ventilador de tiro forzado (FD) (cuando corresponda).
— Para calentadores de tiro balanceado, tenga en cuenta que los precalentadores de aire a menudo están corroídos. Para evitar un incendio en el aire.
precalentador, considere apagar el ventilador de ID y abrir parcialmente la compuerta de chimenea.
— Considere la posibilidad de eliminar posibles fuentes de ignición (p. ej., pilotos continuos y la alimentación del sensor del analizador).
Opción 2: Respuesta automatizada antes de acumular una mezcla de gases peligrosos—Cierre las válvulas de cierre de gas combustible al comienzo
de la penetración de combustibles utilizando analizadores de combinación de oxígeno/combustibles convencionales o tecnología basada en láser.
— Analizador de oxígeno (ZrO2): la respuesta final del 90 % a un cambio radical en la composición del gas de combustión se logra normalmente en
menos de 10 segundos.
— Analizador de combustibles (perlas catalíticas): la respuesta final del 90 % a un cambio radical en la composición de los gases de combustión se
logra normalmente en un plazo de 20 a 25 segundos.
— La tecnología basada en láser es capaz de detectar oxígeno o CO con una respuesta final del 100 % a un cambio radical en la composición del gas
de combustión en 5 segundos.
Ventaja potencial: para el caso de acumulación gradual, esta opción brinda la oportunidad de tomar medidas correctivas para un estado seguro al
principio de la línea de tiempo del peligro del proceso. Algunas instalaciones tienen experiencia operativa que indica que es más probable que ocurran
explosiones de calentadores como resultado de una respuesta inadecuada a un entorno rico en combustible que durante el encendido.
Para esas instalaciones, reducir la probabilidad de acumular una mezcla de gases peligrosos puede ser una consideración importante.
Desventaja potencial: si un evento de acumulación gradual progresa demasiado rápido, los analizadores pueden ser incapaces de detectar una mezcla
de gases peligrosos antes de alcanzar niveles peligrosos. Por lo tanto, limitar la(s) tasa(s) de rampa del controlador de modo que se pueda detectar un
cambio de paso del proceso dentro del tiempo de respuesta general del lazo de control y mantener un margen operativo suficiente entre el punto de
ajuste de oxígeno y la penetración de combustibles son consideraciones importantes.
NOTA Idealmente, la base para seleccionar puntos de ajuste de disparo analítico al inicio de la penetración de combustibles (p. ej., 1200 ppm a 1500 ppm CO)
es mitigar la acumulación de una mezcla de gases peligrosos antes de la pérdida de la llama. Sin embargo, un evento de acumulación gradual debe tener
suficiente retraso en el proceso para facilitar la detección de combustibles residuales de la combustión rica en combustible antes de alcanzar niveles peligrosos.
En la práctica, la detección de niveles bajos de oxígeno y/o combustibles altos antes de la pérdida de la llama puede verse afectada por:
— Retraso inherente del proceso para lograr una muestra representativa en la ubicación del sensor (p. ej., en la parte superior de la sección radiante).
— Retraso de la medición debido a la respuesta del sensor: las especificaciones T90 típicas publicadas de los sensores de película y perlas catalíticas pueden
oscilar entre < 20 segundos y 30 segundos. Estas especificaciones del fabricante a menudo no definen el cambio de paso de concentración en el que se
aplica el T90, lo que puede tener un impacto significativo en la respuesta de T90 (normalmente tiempos de T90 más largos para cambios de paso de
concentración más bajos). Los datos de prueba del sensor analítico pueden indicar que el verdadero tiempo de respuesta del T90 a un cambio de paso de
concentración de 0 ppm a 1000 ppm y de 1000 ppm a 5000 ppm de CO puede ser > 2 minutos. El verdadero tiempo de respuesta del sensor puede
determinarse realizando las pruebas descritas en 3.2.4.1.
Opción 3: Respuesta automatizada ante la pérdida de llama: cierre las válvulas de cierre de gas combustible ante la pérdida de llama en uno o más
quemadores detectados mediante escáneres de llama. Los escáneres de llama tienen un temporizador de apagado de retardo configurable que
normalmente se configura de 0 segundos a 4 segundos como máximo para el solucionador lógico.
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Ventaja potencial: esta opción proporciona el tiempo de respuesta más rápido para detectar la pérdida de llama en uno o más quemadores.
Desventaja potencial: complejidad y confiabilidad. A medida que aumenta el número de quemadores, resolver la lógica de votación de viaje correcta puede ser
un problema complejo de resolver a diferentes tasas de encendido. Por ejemplo, la pérdida de unos cuantos quemadores a altas tasas de combustión puede
permitir una combustión sostenida a temperaturas más altas en la cámara de combustión, pero es posible que no ocurra lo mismo con tasas de combustión más
bajas. Además, los escáneres de llama pueden ser costosos en relación con otras capas de protección y pueden presentar problemas de visualización y
discriminación entre múltiples quemadores.
3.4.4.2 Presión baja del quemador de gas combustible
3.4.4.2.1 Peligro del proceso
La presión del quemador de gas combustible por debajo de la requerida para un funcionamiento estable de la llama puede provocar la acumulación de
combustibles dentro del calentador encendido. Ver 3.4.4.1 para una descripción de los eventos peligrosos que pueden ocurrir.
3.4.4.2.2 Consideraciones
Existen múltiples consideraciones relacionadas con la baja presión del gas combustible.
a) El punto de ajuste de disparo por baja presión debe determinarse con base en los datos de prueba del quemador para el rango esperado de composiciones
de gas combustible, temperaturas del aire de combustión, temperaturas de la cámara de combustión y relaciones aire/combustible. Alternativamente, la
configuración de disparo por baja presión puede basarse en la curva de liberación de calor del fabricante del quemador.
— Los quemadores de premezcla pueden apagarse a presiones inferiores a 3 psi(g) [0,2 kg/cm2(g)].
­­
``
`
— Los quemadores de gas crudo, de bajo y ultra bajo NOx pueden funcionar a presiones tan bajas como 0,5 psi(g) [0,035 kg/
cm2(g)].
— Las presiones reales varían según la composición del combustible y el diseño del quemador.
b) El modo de arranque tiene una mayor probabilidad de crear el peligro del proceso asociado con el quemador de gas de bajo combustible.
presión. Para mejorar las condiciones de encendido seguro de los primeros quemadores, ver 3.3.1.
c) Deben evitarse los grifos de gas de estrangulación. Anula efectivamente el disparo por baja presión y aumenta la probabilidad de crear el riesgo de proceso
indicado.
d) Sin pilotos continuos, una demora de tiempo de entrada del orden de 0,5 segundos puede ser aceptable para minimizar el número de viajes causados por
una caída transitoria en la presión del gas combustible por debajo del punto de ajuste de viaje por baja presión del gas combustible. En condiciones de baja
velocidad de encendido, es posible que apenas haya suficiente calor en la loseta u otros componentes para volver a encender los quemadores una vez que
se apagan. Es posible que no se vuelva a encender si se permite que los componentes del quemador se enfríen durante más de 0,5 segundos.
e) Con pilotos continuos, puede ser aceptable un temporizador de viaje con demora del orden de 3 segundos a 5 segundos para minimizar el número de viajes
causados por una caída momentánea en la presión del gas combustible por debajo del punto de ajuste de viaje por baja presión del gas combustible.
Además, el temporizador de retardo de disparo debe ser lo suficientemente corto como para que los pilotos vuelvan a encender los quemadores sin causar
una onda de presión significativa dentro de la cámara de combustión.
3.4.4.2.3 Anulaciones de control
Considere implementar una anulación de baja presión del quemador de gas combustible en el controlador de presión de gas combustible para mantener el
calentador dentro de los límites operativos y evitar un disparo (cuando corresponda). Esto se puede lograr configurando un límite de salida o punto de ajuste en
el controlador de presión de gas combustible o una anulación de baja presión en el controlador de flujo de gas combustible.
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3.4.4.2.4 Alarma
La presión baja del quemador de gas combustible debe activarse para alertar a los operadores antes de que se disparen las válvulas de cierre de gas combustible.
3.4.4.2.5 Funciones de protección
Existen múltiples funciones de protección relacionadas con la baja presión del gas combustible.
a) Las válvulas de cierre de gas combustible se cerrarán en el punto de ajuste de disparo de baja presión de gas combustible.
b) El punto de ajuste de disparo de baja presión del quemador de gas combustible debe configurarse para preceder al apagado (ver 3.4.4.1.2).
c) Para quemadores con suministros independientes de gas combustible, cada suministro debe dispararse independientemente en el respectivo punto de ajuste de disparo
por baja presión. Dado que la relación aire/combustible aumentará cuando ocurra tal apagado, los detalles de cómo funcionará el quemador cuando se someta
repentinamente a un alto exceso de aire deben ser proporcionados por el proveedor del quemador o determinados por pruebas previas del quemador.
d) Cuando ocurra el disparo automático de las válvulas principales de cierre de seguridad del gas combustible, todos los combustibles residuales que requieran el encendido del gas
combustible principal para su estabilidad también deberán dispararse automáticamente.
3.4.4.3 Alta presión del quemador de gas combustible
3.4.4.3.1 Peligros del proceso
La presión del quemador de gas combustible por encima de la requerida para un funcionamiento estable de la llama puede provocar la acumulación de combustibles dentro
del calentador encendido. La alta presión del quemador de gas combustible también puede provocar el impacto de la llama en uno o más tubos. Ver 3.4.4.1 y 3.4.4.14 para
una descripción de los eventos peligrosos que pueden ocurrir.
3.4.4.3.2 Consideraciones
El punto de referencia del disparo por alta presión debe determinarse en función de los datos de prueba del quemador para el rango esperado de composiciones de gas
combustible, temperaturas del aire de combustión, temperaturas de la cámara de combustión y relaciones aire/combustible. Alternativamente, el ajuste de disparo por alta
presión puede basarse en la curva de liberación de calor del fabricante del quemador.
Los pilotos normalmente no brindan protección adicional para mitigar la pérdida de llama debido a la alta presión del quemador. El piloto está diseñado para encender el
quemador principal en las condiciones de arranque (liberación de calor del fuego reducida y flujo de aire reducido). La mayoría de los pilotos para calentadores de proceso
son encendedores de Clase 3 (< 4 % de la liberación máxima de calor del quemador) y están diseñados para encender el quemador solo en condiciones mínimas de fuego.
Pocos pilotos son encendedores de Clase 2 (del 4 % al 10 % de la liberación máxima de calor del quemador) y están diseñados para encender el quemador en condiciones
mínimas de fuego con soporte de encendido incremental más allá del fuego mínimo a medida que la energía de encendido aumenta hacia el 10 %, acercándose a ese de un
encendedor Clase 1. Consulte con el fabricante del quemador para obtener información adicional.
3.4.4.3.3 Anulaciones de control
Considere implementar uno de los siguientes:
a) Una presión alta del quemador de gas combustible anula el controlador de gas combustible para mantener el calentador dentro de los límites operativos y evitar un disparo
(cuando corresponda). Esto se puede lograr configurando un límite de salida o punto de ajuste en el controlador de presión de gas combustible o una anulación de alta
presión en el controlador de flujo de gas combustible.
b) El BPCS puede reducir la tasa de encendido al mínimo para mantener el calentador dentro de los límites operativos y evitar un disparo (cuando corresponda). Para aquellos
calentadores sin pilotos continuos, esto proporciona una capacidad de reinicio en caliente con fuego mínimo.
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3.4.4.3.4 Alarmas
La presión alta del quemador de gas combustible debe activarse para alertar a los operadores antes de que se disparen las válvulas de cierre de gas combustible.
3.4.4.3.5 Funciones de protección
Existen múltiples funciones de protección relacionadas con la alta presión del gas combustible.
a) Las válvulas de cierre de gas combustible deben cerrarse en el punto de ajuste de disparo de presión de gas combustible alta. Las técnicas alternativas para mitigar la
alta presión del quemador de gas combustible pueden incluir:
— utilizando un controlador de presión del colector de gas combustible aguas arriba con un límite de presión alto;
— tope de carrera máxima en la válvula de control de presión de gas combustible.
b) El punto de ajuste de disparo de alta presión del quemador de gas combustible debe configurarse para preceder al apagado (ver 3.4.4.1.2).
c) Para quemadores con suministros de gas combustible independientes, cada suministro debe dispararse independientemente en el punto de ajuste de disparo de alta
presión respectivo. Dado que la relación aire/combustible aumentará cuando ocurra tal apagado, los detalles de cómo funcionará el quemador cuando se someta
repentinamente a un alto exceso de aire deben ser proporcionados por el proveedor del quemador o determinados por pruebas previas del quemador.
d) Cuando ocurra el disparo automático de las válvulas principales de cierre de seguridad del gas combustible, todos los combustibles residuales que requieran el encendido del gas
combustible principal para su estabilidad también deberán dispararse automáticamente.
3.4.4.4 Flujo de aire de combustión bajo
3.4.4.4.1 Peligro del proceso
El flujo de aire de combustión por debajo del necesario para un funcionamiento estable de la llama puede provocar la acumulación de combustibles dentro del calentador
encendido. Ver 3.4.4.1 para una descripción de los eventos peligrosos que pueden ocurrir.
3.4.4.4.2 Consideraciones
Se debe dar una consideración de diseño adicional a los siguientes elementos.
a) El control del flujo de aire de combustión normalmente no se lleva a cabo en calentadores de tiro natural. Esta sección está destinada a aplicarse a calentadores a fuego
equipados con ventiladores de tiro forzado.
b) Si la función de protección está configurada para permitir diferentes modos de operación, la alarma de flujo de aire de combustión bajo y
Los puntos de ajuste de disparo para los dos modos de operación considerados con mayor frecuencia se pueden configurar de la siguiente manera:
— Operación de arranque—Por debajo del flujo de aire de combustión requerido con todos los quemadores operando a su calor de combustión mínimo
liberar.
— Operación normal—Por debajo del flujo de aire de combustión requerido en condiciones de reducción con algún margen adicional
para tener en cuenta la inestabilidad de la medición.
c) Cuando la medición del flujo de aire no sea práctica para los diseños de conductos de aire existentes, la medición de la presión del conducto de aire es una
opción aguas abajo de compuertas y precalentadores (ver 3.2.2.1).
d) El monitoreo del estado de funcionamiento del motor del ventilador de tiro forzado, la potencia del motor o los amperios del motor se usa con frecuencia como un indicador
principal de la pérdida de aire de combustión. El tiempo de respuesta se mejora tomando medidas correctivas en caso de pérdida del ventilador en lugar de esperar el
punto de ajuste de disparo por flujo bajo.
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e) Muchos calentadores de proceso equipados con precalentamiento de aire de combustión no pueden operar a velocidad completa cuando se cambia de tiro balanceado
a tiro natural a menos que los quemadores y el sistema de aire fresco estén dimensionados para la velocidad completa durante la operación de tiro natural.
3.4.4.4.3 Anulaciones de control
Para mantener el calentador dentro de los límites operativos y evitar un disparo (cuando corresponda), considere implementar:
— Controles de limitación cruzada de la relación aire/combustible (véase 3.3.3).
— Una anulación de oxígeno bajo al controlador de gas combustible (ver 3.4.4.9). Esto puede lograrse reduciendo la tasa de combustión del gas combustible en
condiciones de bajo oxígeno para mantener el gas de combustión por encima de la concentración de oxígeno mínima deseada.
3.4.4.4.4 Alarmas
Se deben incluir las siguientes alarmas para alertar a los operadores antes de que se disparen las válvulas de cierre de gas combustible:
— bajo flujo de aire de combustión,
— baja presión en el conducto de aire (si se mide),
­`
— pérdida del ventilador de tiro forzado,
— baja velocidad del ventilador de tiro forzado (si se mide),
— alta vibración del ventilador (si se mide),
— amperaje alto del motor (si se mide),
— presión diferencial alta y baja a través del ventilador de tiro forzado (si se mide).
3.4.4.4.5 Funciones de protección
Las siguientes funciones de protección están asociadas con la mitigación de riesgos del proceso de aire de combustión.
a) Uno de los siguientes debe ocurrir en el punto de ajuste de disparo de flujo de aire de combustión bajo:
Opción 1—Las válvulas de cierre de gas combustible deberán estar cerradas.
Opción 2—Se abrirá(n) la(s) puerta(s) de salida en el conducto de aire de combustión.
— Las puertas deberán abrirse dentro de un marco de tiempo permitido (ver 3.4.4.5).
— La tasa de disparo debe reducirse automáticamente (según sea necesario) a una configuración de modo de tiro natural predeterminada.
b) El punto de ajuste de disparo por flujo de aire de combustión bajo debe configurarse para preceder al apagado (ver 3.4.4.1.2).
c) En instalaciones con precalentadores de aire (especialmente tiro balanceado), puede ser necesario puentear el precalentador (trip
el ventilador de ID y abra la compuerta de chimenea) para evitar dañar el precalentador de aire.
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3.4.4.5 Fallo en la apertura de las puertas de caída
3.4.4.5.1 Peligro del proceso
El hecho de que las puertas de apertura no se abran ante la pérdida del ventilador FD o el bajo flujo de aire de combustión puede provocar la acumulación de
combustibles dentro del calentador encendido. Ver 3.4.4.1 para una descripción de los eventos peligrosos que pueden ocurrir.
3.4.4.5.2 Consideraciones
Se debe dar una consideración de diseño adicional a los siguientes elementos.
a) Para la pérdida del ventilador FD, el estado de funcionamiento del motor se usa con frecuencia como un indicador principal en la línea de tiempo de peligro del
proceso para que se pueda lograr la acción correctiva al estado seguro (por ejemplo, la apertura de las puertas de apertura) dentro del tiempo de seguridad del proceso.
El estado de ejecución producirá más tiempo de reacción para hacer la transición de la fuente de aire de combustión a tiro natural a través de las puertas de salida.
b) Abrir las puertas/la compuerta con más de 70° de rotación no proporciona un flujo de aire adicional significativo. Por lo tanto, no es obligatorio confirmar que las
puertas de aire estén abiertas al 100 % (p. ej., a través del interruptor de límite), pero sí lo suficiente (p. ej., a través del transmisor de posición) para permitir el
flujo de aire necesario hacia el calentador.
3.4.4.5.3 Anulaciones de control
Considere implementar una tasa de encendido reducida a la condición de reducción establecida durante la transición de tiro balanceado o forzado a tiro natural para
mantener el calentador dentro de los límites operativos y evitar un disparo (cuando corresponda).
3.4.4.5.4 Alarmas
Deben incluirse alarmas para las desviaciones de posición cerrada y abierta de la posición comandada de cada puerta de apertura.
3.4.4.5.5 Funciones de protección
Ante la pérdida del ventilador FD o bajo flujo de aire de combustión, las puertas de salida pueden abrirse para proporcionar una fuente alternativa de aire de combustión.
Si las puertas de apertura no se abren dentro del marco de tiempo permitido (normalmente entre 5 y 10 segundos), se cerrarán las válvulas de cierre del gas combustible.
3.4.4.6 Tiro bajo/alto (presión alta/baja de la cámara de combustión)
3.4.4.6.1 Peligros del proceso
Para los calentadores de tiro natural y tiro inducido, el tiro bajo o la presión positiva pueden crear una condición en la que se suministra aire de combustión insuficiente
a los quemadores. Un tiro alto puede crear una condición en la que se suministre demasiado aire a los quemadores y se apague la combustión. Cualquiera de las dos
condiciones puede conducir a la acumulación de combustibles dentro del calentador encendido. Ver 3.4.4.1 para una descripción de los eventos peligrosos que pueden
ocurrir.
Los peligros adicionales para la presión positiva incluyen:
— exposición del personal a gases de combustión calientes que pueden salir por las aberturas de la cámara de combustión y/o las mirillas;
— reflujo de llamas a través de los registros de aire del quemador y/o llamas que salen de la cámara de combustión a través de las mirillas abiertas.
Los peligros adicionales para tiro alto incluyen el alargamiento de las llamas que conducen al impacto de las llamas y/o postcombustión en las secciones radiantes, de
convección o de chimenea, lo que puede resultar en el sobrecalentamiento y la falla de los sistemas refractarios, soportes de tubos y/o tubos.
Los problemas instantáneos de integridad estructural generalmente no se consideran riesgos de proceso creíbles para condiciones de tiro alto o bajo. Sin embargo, la
operación a largo plazo a presión positiva puede provocar el ataque del ácido de los gases de combustión y/o la exposición a altas temperaturas que causen daños
estructurales en la carcasa del calentador encendido y/o en el acero estructural.
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39
3.4.4.6.2 Consideraciones
Se debe dar una consideración de diseño adicional a los siguientes elementos.
a) Ver 3.2.2.1 para una definición de los términos de calado y presión como se usan en este documento.
b) Para los calentadores de tiro natural e inducido, el flujo de aire de combustión no se mide normalmente, pero se puede deducir de la medición del tiro. Para estos tipos de
calentadores, una condición de tiro bajo (alta presión en la cámara de combustión) tiene el potencial de producir una pérdida de llama al evitar un suministro suficiente
de aire de combustión en el(los) quemador(es). Por lo tanto, se debe instalar una alarma de tiro bajo para alertar a los operadores de la posible falta de aire de
combustión. En el caso de calentadores de tiro natural, se debe considerar desconectar el suministro de gas combustible al calentador para quemadores de NOx ultra
bajo con problemas conocidos de estabilidad de llama. Hay casos en los que el desarrollo de una presión suficientemente positiva dentro de la cámara de combustión
ha provocado una inversión del flujo. La necesidad de dicho disparo y el punto de referencia deben determinarse durante la prueba del quemador.
c) Para calentadores de tiro forzado, el disparo de tiro bajo (alta presión en la cámara de combustión) es opcional cuando el ventilador de tiro forzado está funcionando y
El flujo de aire de combustión se mide directamente con un transmisor de flujo.
d) No se requiere un viaje de tiro bajo (alta presión en la cámara de combustión) cuando se usan quemadores de premezcla con capacidad para autoinspirar suficiente aire
de combustión para mantener la estabilidad de la llama.
e) Para los calentadores de tiro forzado y de tiro natural, se usa un tope mínimo de compuerta de chimenea o un espacio anular alrededor de la compuerta para evitar una
condición en la que la compuerta esté completamente cerrada y potencialmente atascada. Para los calentadores de tiro natural, esto también minimiza la posibilidad de
alcanzar una condición de tiro bajo (presión positiva). La configuración de parada mínima depende del combustible, el tipo de calentador, el diámetro de la pila y el tipo
de amortiguador.
— Las restricciones típicas están en el rango del 10 % al 25 %.
— La restricción puede configurarse en el sistema de control, aplicarse como una parada mínima estricta en la compuerta o recortando físicamente parte de la hoja de
la compuerta. Se debe tener cuidado para garantizar que el equilibrio del amortiguador no se vea afectado negativamente.
f) El monitoreo del estado de funcionamiento del motor del ventilador de tiro inducido, la potencia del motor o los amperios del motor se usa con frecuencia como indicador
principal de pérdida de tiro. El tiempo de respuesta se mejora al tomar medidas correctivas en caso de pérdida del ventilador en lugar de esperar el punto de ajuste de
disparo de tiro bajo (presión alta en la cámara de combustión) (cuando corresponda).
3.4.4.6.3 Anulaciones de control
Para calentadores de tiro forzado y de tiro natural, considere implementar anulaciones para tiro bajo (presión alta en la cámara de combustión) en el siguiente orden para
mantener el calentador dentro de los límites operativos y evitar un disparo (cuando corresponda):
— compuerta de chimenea parcialmente abierta;
— disminuir el controlador de gas combustible.
Para calentadores de tiro inducido, considere implementar anulaciones para tiro bajo (presión alta en la cámara de combustión) en el siguiente orden para mantener el
calentador dentro de los límites operativos y evitar un disparo (cuando corresponda):
— abrir parcialmente la compuerta de tiro de entrada (ventilador de una sola velocidad) o aumentar la velocidad del ventilador [cuando está equipado con ventilador de frecuencia variable]
unidad (VFD)];
— compuerta de chimenea parcialmente abierta;
— disminuir el controlador de gas combustible.
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PRÁCTICA RECOMENDADA API 556
3.4.4.6.4 Alarmas
Se pueden usar múltiples alarmas para ayudar a los operadores.
a) Se activa una alarma de tiro bajo (presión alta en la cámara de combustión) en el arco de aproximadamente cero pulgadas de columna de agua.
recomendado para alertar al personal de posibles gases de combustión calientes y/o llamas que se escapan del calentador.
b) Se recomienda una alarma de tiro alto para una o más de las siguientes situaciones:
— Alerte a los operadores sobre una condición de funcionamiento que puede resultar en la entrada excesiva de aire atrapado en el calentador a través de
fugas en la carcasa.
— Cuando se implementa un disparo de tiro bajo (presión alta en la cámara de combustión) (consulte 3.2.2.1 para obtener información sobre la relación entre el
flujo de aire de combustión y el tiro).
— Para calentadores de tiro natural, balanceado o inducido cuando exista la preocupación de que un aumento en el tiro, sin una disminución correspondiente en
los ajustes del registro del quemador, pueda resultar en una tasa de flujo de aire de combustión lo suficientemente alta como para crear inestabilidad en la
llama.
c) Debido a la posibilidad de dificultad en la medición (es decir, señales ruidosas) y/o control (es decir, condición o sintonización del amortiguador), un filtro de retardo
de 1 segundo a 3 segundos configurado en el BPCS o sistema de seguridad (no en el transmisor) puede considerarse para las alarmas de tiro alto y bajo.
d) Para calentadores de tiro inducido, se recomiendan las siguientes alarmas:
— pérdida del ventilador de tiro inducido;
— baja velocidad del ventilador de tiro inducido (si se mide);
— presión diferencial alta y baja a través del ventilador de tiro inducido (si se mide);
— alta temperatura de entrada del ventilador de tiro inducido.
3.4.4.6.5 Funciones de protección
Ante la pérdida del ventilador de diámetro interior o tiro bajo (alta presión en la cámara de combustión), para el modo de tiro inducido o balanceado, la compuerta de
chimenea se puede abrir para aliviar la presión alta de la cámara de combustión. Si la compuerta de la chimenea no se abre o la presión de la cámara de combustión
no se libera dentro de los límites de tiempo (ver 3.4.4.7), las válvulas de cierre del gas combustible se deben cerrar.
Para el modo de tiro natural, las válvulas de cierre de gas combustible deben cerrarse cuando una condición de tiro bajo (presión alta en la cámara de combustión)
probablemente provoque una pérdida de llama debido a un tiro insuficiente de aire de combustión o reflujo de gas de combustión en la cámara impelente. El punto de
ajuste de disparo debe establecerse para preceder al apagado.
3.4.4.7 Falla de apertura del amortiguador de chimenea
3.4.4.7.1 Peligro del proceso
Para los calentadores que funcionan en modo de tiro inducido, si la compuerta de chimenea no se abre ante la pérdida del ventilador de tiro inducido, se producirá una
presión alta en la cámara de combustión (ver 3.4.4.6).
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3.4.4.7.2 Consideraciones
Se debe dar una consideración de diseño adicional a los siguientes elementos.
a) La pérdida de la llama, debido a una corriente insuficiente de aire de combustión o al reflujo de los gases de combustión hacia la cámara de aire, puede provocar la acumulación
rápida de combustibles hasta un nivel de riesgo inaceptable en menos de 10 segundos. Para permitir la acción correctiva dentro del tiempo de seguridad del proceso disponible,
la compuerta de chimenea debe abrirse lo más rápido posible y verificar que esté abierta dentro de los 5 a 10 segundos. Es posible que se requiera una consideración adicional
para reducir la velocidad de rotación de los conjuntos amortiguadores grandes para evitar que la fuerza aplicada en los topes de carrera dañe los componentes del calentador.
Por ejemplo, se puede instalar un orificio de restricción en la ventilación del solenoide para reducir la rotación del amortiguador.
b) El monitoreo del estado de funcionamiento del motor del ventilador de tiro inducido, la potencia del motor o los amperios del motor se usa con frecuencia como indicador principal
de pérdida de tiro. El tiempo de respuesta se mejora al tomar medidas correctivas en caso de pérdida del ventilador en lugar de esperar el punto de ajuste de disparo de tiro
bajo (presión alta en la cámara de combustión) (cuando corresponda).
c) Abrir la compuerta de chimenea más de 70° de rotación no proporciona un flujo de gas de combustión adicional significativo. Por lo tanto, no es obligatorio confirmar que la
compuerta de chimenea esté abierta al 100 % (p. ej., a través del interruptor de límite), pero sí lo suficiente (p. ej., a través del transmisor de posición) para permitir que el gas
de combustión salga del calentador.
3.4.4.7.3 Alarmas
Cuando el amortiguador de chimenea está modulando, un transmisor de posición puede proporcionar una alarma de diagnóstico para una indicación temprana de que el amortiguador
de chimenea se está atascando. Esto generalmente se implementa comparando la posición comandada con la posición de retroalimentación dentro de 5 segundos a 10 segundos.
3.4.4.7.4 Funciones de protección
Ante la pérdida del ventilador de diámetro interior o tiro bajo (alta presión en la cámara de combustión), se puede abrir la compuerta de chimenea para aliviar la presión. Si la
compuerta de chimenea no se abre o la presión de la cámara de combustión no se alivia dentro de los límites de tiempo, las válvulas de cierre de gas combustible deben cerrarse.
3.4.4.8 Temperatura de la chimenea y chimenea
3.4.4.8.1 Peligros del proceso
Múltiples peligros de proceso están asociados con la cámara de combustión y la temperatura de la chimenea.
a) Una temperatura alta en la pared del puente puede indicar un sobreencendido general, un sobreencendido localizado, problemas relacionados con quemadores individuales,
cambios en el proceso, etc. El funcionamiento con una temperatura alta en la pared del puente puede conducir eventualmente a una disminución de la confiabilidad.
b) Una temperatura baja de los gases de combustión del piso radiante puede conducir a una condición de llama inestable en algunos pisos radiantes montados,
Quemadores de bajo nivel de NOx con gases de combustión recirculados internamente, especialmente con niveles bajos de oxígeno en los gases de combustión.
c) Una temperatura alta de los gases de combustión de la chimenea es una indicación de sobrecalentamiento potencial, transferencia de calor reducida en la sección de convección,
fugas en los tubos del calentador, postcombustión o incendio.
d) Aunque no es un peligro para el proceso, una temperatura baja de los gases de combustión indica un funcionamiento anormal y la posibilidad
para condensar la corrosión ácida en la chimenea durante largos períodos de tiempo.
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PRÁCTICA RECOMENDADA API 556
3.4.4.8.2 Consideraciones
Aunque no es un peligro del proceso, una temperatura de chimenea baja indica la posibilidad de:
­ combustión incompleta,
— corrosión de chimenea sin revestimiento,
— formación de sales de sulfato/bisulfato de amonio en el catalizador de reducción catalítica selectiva,
— dañar los sensores/células del analizador,
— condensación y formación de sales en las líneas de muestreo,
— picaduras y desbalanceo de las aspas del ventilador ID,
— ensuciamiento y corrosión de los elementos del precalentador de aire,
— ensuciamiento y picaduras de tubos de proceso en frío en la sección de convección,
— corrosión del amortiguador de chimenea,
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— condensación de ácido en equipos cercanos,
— formación de penacho visible.
Una temperatura de chimenea alta indica potencial para:
— falla del amortiguador de chimenea (oxidación, expansión térmica y/o deformación);
— falla mecánica de la pila;
— debilitamiento de la estructura sin revestimiento en la parte superior de la sección de convección;
— sobrecalentamiento de los elementos del precalentador de aire;
— sobrecalentamiento del ventilador de tiro inducido;
— sinterización del catalizador de reducción catalítica selectiva (SCR).
3.4.4.8.3 Alarmas
Se pueden usar múltiples alarmas para ayudar a los operadores.
a) Se recomienda una alarma de temperatura alta en la pared del puente.
b) Para aplicaciones de quemadores de ultra bajo NOx donde el rendimiento de la estabilidad de la llama es una preocupación, considere una pared de puente baja
Alarma de temperatura y/o baja temperatura del suelo.
c) Se recomienda una alarma de temperatura alta por encima de la sección de convección en la chimenea para advertir sobre una chimenea alta.
temperatura de los gases de combustión.
d) Se debe considerar una visualización de la tendencia de la temperatura baja de los gases de combustión para advertir sobre la condensación del punto de rocío ácido. Un
la alarma podría configurarse para alertar al operador si esta condición existe durante un período de tiempo más largo.
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43
3.4.4.8.4 Funciones de protección
No se recomiendan funciones protectoras.
3.4.4.9 Oxígeno bajo
3.4.4.9.1 Peligro del proceso
El oxígeno bajo en el gas de combustión puede ser una indicación de que el flujo de aire de combustión está por debajo del necesario para un funcionamiento
estable de la llama, lo que a su vez puede provocar la acumulación de combustibles dentro del calentador encendido. Ver 3.4.4.1 para una descripción de los
eventos peligrosos que pueden ocurrir.
3.4.4.9.2 Consideraciones
Se debe dar una consideración de diseño adicional a los siguientes elementos.
a) Se recomienda la prueba de ruptura de combustibles para establecer la concentración de oxígeno cuando ocurre la ruptura de combustibles. La irrupción de
combustibles normalmente se produce entre el 0,5 % y el 2,5 % de oxígeno, según el caudal de aire atrapado, el estado de los quemadores, la composición
del gas combustible y la temperatura de la pared del puente.
b) El margen operativo entre el punto de ajuste de %O2 y el avance debe ser suficiente para permitir un paso del proceso
cambio para ser detectado dentro del tiempo de respuesta global del lazo de control (ver 3.4.4.1.3).
c) Los calentadores deben operarse a un punto de referencia de %O2 que proporcione un margen operativo suficiente por encima de los combustibles.
gran avance para adaptarse a los cambios previstos en la composición del gas combustible.
d) El margen operativo seguro para el %O2 por encima de la penetración de combustibles está directamente relacionado con la infraestructura de control. Por
ejemplo, muchos calentadores de tiro natural con amortiguadores de chimenea controlados manualmente (sin control de tiro) han funcionado de manera
segura durante muchos años a 3 %O2 (es decir, al menos 2 %O2 por encima del punto de penetración).
e) Se deben considerar los siguientes aspectos, especialmente cuando se reduce el margen operativo a menos del 2 % entre el punto de ajuste de %O2 y la
penetración de combustibles.
— Tiempo de seguridad del proceso calculado o probado con una precisión razonable para definir el tiempo de respuesta
requisitos para los controles de protección.
— Cualquier requisito adicional de precisión, reducción y repetibilidad en la medición y el control final
elementos para mantener el calentador en una región de operación segura.
— Límites de la instrumentación de protección para responder eficazmente dentro del tiempo de seguridad del proceso disponible, p.
tiempo de respuesta del analizador de oxígeno a un cambio de etapa del proceso (ver 3.2.4.2).
— Inexactitud o variabilidad en los controles de tiro y encendido, y el impacto potencial de una caída repentina en los niveles de O2 debido a un mal
funcionamiento del circuito de control.
— Procedimientos de respuesta de emergencia a un mal funcionamiento del lazo de control o error del operador que podría resultar en aire de combustión
insuficiente (bajo O2), apagado y la rápida acumulación de gas combustible sin quemar en el calentador.
f) En un sistema diseñado adecuadamente con mediciones de O2/CO basadas en láser o infrarrojos de respuesta rápida , el control de oxígeno a menos del 1
% puede ser aceptable (ver 3.2.4.4). Los elementos de control finales (p. ej., amortiguadores de chimenea, registros de quemadores automáticos y/o
amortiguadores de aire de combustión) deben tener suficiente precisión, reducción y repetibilidad para mantener el calentador en una región de operación
segura.
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PRÁCTICA RECOMENDADA API 556
3.4.4.9.3 Anulaciones de control
Considere implementar una anulación de oxígeno bajo en el controlador de gas combustible para mantener el calentador dentro de los límites operativos y
evitar un disparo (cuando corresponda). Esto puede lograrse reduciendo la tasa de combustión del gas combustible en condiciones de bajo oxígeno para
mantener el gas de combustión por encima de la concentración de oxígeno mínima deseada.
Cuando se utiliza un analizador de oxígeno para el control de compensación, se deben implementar límites de salida en el controlador de oxígeno o límites
de punto de ajuste en el controlador de relación aire/combustible. Si el analizador de oxígeno funciona mal, este límite evita que el controlador de oxígeno
lleve al calentador a una condición de oxígeno bajo inaceptable. Para mantener el calentador dentro de los límites operativos, no se debe permitir que el
controlador de compensación de oxígeno cambie el flujo de aire más que el margen operativo entre el punto de ajuste de %O2 y la penetración de
combustibles. Por ejemplo, cuando el margen operativo entre el punto de ajuste de %O2 y la penetración de combustibles se ha seleccionado en 2 %, el
controlador de compensación de oxígeno no debe cambiar el flujo de aire en más de 10 % (es decir, donde 1 %O2 se estima en 5 % de exceso de aire) .
3.4.4.9.4 Alarmas
Se recomienda una alarma de oxígeno bajo para alertar al personal de una posible situación de flujo de aire de combustión bajo.
Una vez que se apaga el fuego en uno o más quemadores, la indicación de oxígeno finalmente aumentará. En este punto, una alarma de oxígeno bajo no
es efectiva para detectar problemas de combustión.
3.4.4.9.5 Funciones de protección
No se recomiendan funciones protectoras.
3.4.4.10 Presión de gas piloto baja
3.4.4.10.1 Peligro del proceso
La baja presión del gas piloto es un peligro para el proceso cuando se usa sin el funcionamiento del quemador principal (p. ej., durante el arranque, los
períodos de secado del refractario o después de un viaje de gas combustible principal con pilotos continuos). En el modo de solo piloto, la presión del gas
piloto por debajo de la necesaria para un funcionamiento estable de la llama puede provocar la acumulación de combustibles dentro del calentador
­­
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`,
encendido. Ver 3.4.4.1 para una descripción de los eventos peligrosos que pueden ocurrir.
3.4.4.10.2 Consideraciones
Se debe dar una consideración de diseño adicional a los siguientes elementos.
a) Cuando se utilicen pilotos, deberían ser monitoreados visual o electrónicamente para asegurar una alta disponibilidad. Cuando se detecta la pérdida de
la llama piloto, el piloto apagado debe aislarse inmediatamente o volver a encenderse para evitar una acumulación de gas piloto sin quemar en la
cámara de combustión en caso de que se dispare el gas combustible principal.
b) Los pilotos a menudo tienen un rango operativo limitado de composición de combustible. Disparar un combustible de gas de piloto fuera del rango
recomendado puede hacer que el piloto se vuelva inestable, explote o retroceda. El alto contenido de hidrógeno o las bajas presiones de gas del
quemador piloto pueden causar retroceso de llama y petardeo.
c) Cuando se utilizan pilotos, el gas piloto debe ser fiable y limpio. Para reducir el potencial de falla de modo común por baja presión del colector de gas
combustible tanto en los pilotos como en los quemadores, se recomienda conectar los pilotos por separado aguas arriba del controlador de gas
combustible y las válvulas de cierre de seguridad a los quemadores principales. Dado que el gas de refinería a menudo contiene gases inertes, aminas,
productos de corrosión, sales u otras partículas que pueden obstruir los quemadores piloto, considere una fuente independiente de gas natural de
tubería o compre gas.
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d) Para reducir el potencial de fallas por causa común por bajo nivel de aire de combustión en los pilotos y quemadores principales, una consideración frecuente
es ubicar el inspirador de aire del piloto completamente fuera del calentador; sin embargo, esto no debe hacerse a expensas de la estabilidad o confiabilidad
de la llama del piloto.
e) El piloto está destinado a encender el quemador principal en las condiciones de arranque (mínima liberación de calor del fuego y mínima liberación de aire).
fluir). En general, los pilotos no están diseñados ni destinados a brindar estabilidad a la llama del quemador principal.
3.4.4.10.3 Alarmas
La alarma de baja presión del gas piloto debe configurarse por encima de la presión mínima requerida para mantener una llama piloto estable.
3.4.4.10.4 Funciones de protección
Se recomienda un disparo automático de las válvulas de cierre del gas piloto si la presión del gas piloto disminuye por debajo de la requerida para una llama
estable. Esto es especialmente importante durante la operación de solo piloto, cuando los quemadores principales no están en uso.
3.4.4.11 Alta presión de gas piloto
3.4.4.11.1 Peligro del proceso
La alta presión del gas piloto es un peligro para el proceso cuando se usa sin el funcionamiento del quemador principal (por ejemplo, durante el arranque, los
períodos de secado del refractario o después de un viaje de gas combustible principal con pilotos continuos). En el modo de solo piloto, la presión del gas piloto
por encima de la necesaria para un funcionamiento estable de la llama puede provocar la acumulación de combustibles dentro del calentador encendido. Ver
3.4.4.1 para una descripción de los eventos peligrosos que pueden ocurrir.
3.4.4.11.2 Consideraciones
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Se debe dar una consideración de diseño adicional a los siguientes elementos.
a) Cuando se utilicen pilotos, deberían ser monitoreados visual o electrónicamente para asegurar una alta disponibilidad. Cuando se detecta la pérdida de la
llama piloto, el piloto apagado debe aislarse inmediatamente o volver a encenderse para evitar una acumulación de gas piloto sin quemar en la cámara de
combustión en caso de que se produzca un viaje al gas combustible principal.
b) Los pilotos a menudo tienen un rango operativo limitado de composición de combustible. Disparar un combustible de gas de piloto fuera del rango recomendado
puede hacer que el piloto se vuelva inestable, explote o retroceda.
c) Cuando se usan pilotos, el gas piloto debe ser limpio y confiable. Dado que el gas de refinería a menudo contiene gases inertes, aminas, productos de
corrosión, sales u otras partículas que pueden obstruir los quemadores piloto, considere una fuente independiente de gas natural de tubería o compre gas.
d) Para reducir el potencial de fallas por causa común por bajo nivel de aire de combustión en los pilotos y quemadores principales, una consideración frecuente
es ubicar el inspirador de aire del piloto completamente fuera del calentador; sin embargo, esto no debe hacerse a expensas de la estabilidad o confiabilidad
de la llama del piloto.
e) Como los pilotos son principalmente quemadores de premezcla, son susceptibles de despegarse de la llama a presiones de gas superiores a los niveles
recomendados por el proveedor. La presión de despegue es una función de la composición del gas, la perforación de la punta y el tamaño del orificio.
3.4.4.11.3 Alarmas
La alarma de alta presión del gas piloto debe configurarse por debajo de la presión máxima requerida para mantener una llama piloto estable.
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PRÁCTICA RECOMENDADA API 556
3.4.4.11.4 Funciones de protección
Se recomienda un disparo automático de las válvulas de cierre del gas piloto si la presión del gas piloto aumenta por encima de la requerida para una llama
estable. Esto es especialmente importante durante la operación de solo piloto, cuando los quemadores principales no están en uso.
3.4.4.12 Carga baja o flujo de alimentación
3.4.4.12.1 Peligro del proceso
Un flujo de proceso bajo puede causar sobrecalentamiento en los tubos del calentador. Esto acelerará la coquización (en servicios de tipo coquización) y
acortará la vida útil del tubo o provocará fallas en el tubo.
3.4.4.12.2 Consideraciones
Se debe dar una consideración de diseño adicional a los siguientes elementos.
a) Los servicios de calor residual (p. ej., generación de vapor o economizadores de agua de alimentación de calderas) que están diseñados específicamente
(o se ha realizado una revisión del diseño) para operar sin flujo no necesitan alarmas de flujo de proceso bajo o paradas.
b) Para calentadores de celdas múltiples, con equipo común (p. ej., sección de convección compartida), puede ser necesario enviar gas combustible a todas
las celdas con un flujo de proceso bajo en un servicio.
c) Las restricciones mínimas de flujo (mecánicas, parada suave en el posicionador de válvula, o límite de salida o punto de ajuste del controlador) se consideran
con frecuencia para las válvulas de control de flujo de paso. Las paradas mecánicas de flujo mínimo reducen la frecuencia de las condiciones sin flujo
debido a fallas en el circuito de control de flujo de paso.
d) Cuando el flujo alcanza un punto en el que se producirá una coquización acelerada o los tubos corren peligro de sufrir daños considerables, se debe reducir
el calor. Una alternativa en algunos servicios es inyectar vapor en el serpentín en flujo de paso bajo. Para algunos servicios de alto ensuciamiento, como
las unidades de coquización, el flujo de paso bajo puede resultar en la coquización de los tubos del calentador. El usuario debe considerar si se debe
inyectar vapor automáticamente a un flujo de proceso bajo para mantener una velocidad mínima para evitar la coquización.
3.4.4.12.3 Anulaciones de control
Considere una anulación para reducir la velocidad de disparo en respuesta a una condición singular de flujo de paso bajo. Alternativamente, considere una
anulación para reducir la velocidad de disparo al mínimo. La base es minimizar el daño del tubo durante un evento de flujo de proceso bajo.
Una alternativa, en algunos servicios, es inyectar suficiente vapor en el serpentín (ver 3.3.2) para mantener la velocidad y mantenerlo frío, en respuesta a una
alarma de flujo de proceso bajo.
3.4.4.12.4 Alarmas
Se recomienda una alarma de flujo bajo en la alimentación total al calentador donde no se mide el flujo a través de cada paso.
En calentadores de paso paralelo en servicios de coquización, se recomiendan controles de flujo de paso individuales con alarmas de flujo bajo individuales
para cada paso.
Para aplicaciones de hidroprocesamiento o similares donde el hidrógeno y el aceite se miden por separado, se debe realizar una evaluación para cada
aplicación de hidrógeno o aceite de flujo bajo. Se debe considerar una alarma para cada medidor de flujo individual.
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3.4.4.12.5 Funciones de protección
Las siguientes funciones de protección están asociadas con la mitigación del riesgo de flujo de alimentación o carga baja.
a) Un flujo de carga bajo en la alimentación total al calentador debe causar un disparo de gas combustible principal o una operación mínima de encendido.
donde no se mide el flujo a través de cada paso y el taponamiento del paso es mínimo.
b) Un flujo de carga bajo en cualquier paso individual debería causar un disparo de gas combustible principal o una operación mínima de encendido para los calentadores
de paso paralelo que tienen controles de flujo de paso individuales y una alta probabilidad de coquización o taponamiento.
c) La pérdida de flujo de carga (p. ej., pérdida de la bomba de carga) debe provocar un disparo de gas combustible principal. Se permite una excepción para los
calentadores con tubos de proceso diseñados para soportar una liberación de calor de fuego mínima con flujo de proceso cero. En este caso, se puede especificar
una parada por fuego bajo (operación por fuego mínimo) en lugar de una parada principal de gas combustible.
3.4.4.13 Alta temperatura de salida del proceso
3.4.4.13.1 Peligros del proceso
Esta condición puede resultar en una vida útil más corta del tubo debido a sobrecalentamiento, operaciones de proceso fuera de las especificaciones, posible coquización
para ciertos tipos de procesos, sobrecalentamiento de las líneas de transferencia e indica relaciones de flujo de calentamiento a serpentín inadecuadas.
3.4.4.13.2 Consideraciones
Se debe dar una consideración de diseño adicional a los siguientes elementos.
a) La medición de la temperatura de salida del proceso no es eficaz para detectar la pérdida de flujo de carga. Por lo tanto, las restricciones mínimas de flujo (mecánicas,
parada suave en el posicionador de la válvula, o límites de salida o punto de ajuste del controlador) se consideran con frecuencia para las válvulas de control de flujo
de paso. Las paradas mecánicas de flujo mínimo reducen la frecuencia de las condiciones sin flujo debido a fallas en el circuito de control de flujo de paso.
b) Cuando cada paso tiene su propio controlador de flujo, un transmisor de flujo de paso individual puede funcionar mal en alto, enmascarando la alarma de flujo bajo,
para cerrar la válvula de control de flujo de paso a su tope mecánico de flujo mínimo (cuando corresponda).
Esto producirá una alta temperatura de salida del proceso con un flujo bajo en el paso individual.
c) Idealmente, todos los calentadores deben controlarse equilibrando los flujos de paso. El uso de cascada de temperatura para válvulas de control de flujo de paso
individuales puede no ser recomendable para algunos servicios de coquización. La posible secuencia de eventos indeseables es la siguiente:
1) depósitos de coque en un pase,
2) se inhibe la transferencia de calor al paso,
3) la temperatura de salida del paso disminuye,
4) el controlador de temperatura responde reduciendo el flujo al paso,
5) el aumento resultante en el tiempo de residencia del aceite en el paso y la disminución resultante en el esfuerzo cortante en la pared del tubo acelera la tasa de
formación de coque en ese paso.
Puede ocurrir una secuencia similar de eventos indeseables si el termopozo de salida de paso individual está aislado por depósitos de coque.
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3.4.4.13.3 Anulaciones de control
Normalmente se utiliza una temperatura de proceso de salida combinada para controlar el encendido del calentador. Sin embargo, para calentadores
de paso múltiple con control de flujo en pases individuales, considere una anulación para reducir la tasa de encendido en respuesta a una temperatura
de paso de salida alta singular. Alternativamente, considere una anulación para reducir la velocidad de disparo al mínimo. La base es proteger un tubo
individual cuando un controlador de flujo no funciona correctamente para cerrar una válvula de control a su tope mecánico de flujo mínimo (cuando
corresponda).
3.4.4.13.4 Alarmas
Se debe considerar una alarma de temperatura alta en cada paso del calentador en el servicio de coquización o cuando cada paso tiene su propio
controlador de flujo.
En el caso de una temperatura de salida combinada, el termopozo debe instalarse donde todos los flujos de paso estén bien mezclados para dar una
temperatura representativa de la corriente de salida combinada.
3.4.4.13.5 Funciones de protección
No se recomiendan funciones protectoras.
3.4.4.14 Alta temperatura superficial del tubo
3.4.4.14.1 Peligro del proceso
Las altas temperaturas de la piel del tubo pueden provocar una reducción de la vida útil del tubo o una falla del mismo.
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3.4.4.14.2 Consideración
Se debe dar una consideración de diseño adicional a los siguientes elementos.
a) Las altas temperaturas de la piel del tubo pueden deberse a:
— depósitos de coquización o corrosión dentro de los tubos,
— flujo bajo a uno o más pases,
— alta velocidad de disparo en relación con el caudal a través de los tubos,
— mala distribución del calor,
— impacto de la llama en uno o más tubos.
b) El monitoreo infrarrojo (IR) se puede usar para complementar los instrumentos en línea de la piel del tubo, pero las lecturas de medición IR también
pueden verse influenciadas por varias variables, como la escala de óxido en el diámetro exterior del tubo, la atmósfera del gas de combustión, el
ángulo de incidencia del monitor IR. al tubo medido, al monitor IR específico y a la emisividad del tubo.
c) Debería estar disponible una vista adecuada de todos los tubos radiantes y de choque.
3.4.4.14.3 Alarmas
Cuando corresponda, los termopares de revestimiento de tubo deben tener una alarma de temperatura alta.
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3.4.4.14.4 Funciones de protección
No se recomiendan funciones protectoras.
3.4.4.15 Mal funcionamiento del precalentador de aire
3.4.4.15.1 Peligro del proceso
Para muchos diseños, las temperaturas altas y bajas pueden provocar problemas de integridad mecánica (p. ej., corrosión por punto de rocío, fugas y ensuciamiento
consiguientes). Para los diseños de precalentadores regenerativos (rueda giratoria), se puede producir un sobrecalentamiento rápido y fallas localizadas.
3.4.4.15.2 Consideraciones
Se debe dar una consideración de diseño adicional a los siguientes elementos.
a) Considere conectar termopares a los componentes más fríos de los precalentadores de aire recuperativos. Cuando el azufre está presente en el gas combustible,
el ácido sulfúrico acuoso se condensará en los componentes que están en el punto de rocío del gas de combustión o por debajo de él. Esto puede provocar
corrosión y ensuciamiento del extremo frío del intercambiador.
b) Cuando se conectan termopares a los componentes más fríos de los precalentadores de aire recuperativos, considere proporcionar un medio para desviar parte
del aire de combustión alrededor del precalentador de aire. La temperatura del elemento frío se puede controlar alterando el flujo a través de la derivación de
aire de combustión.
3.4.4.15.3 Alarmas
Se pueden usar múltiples alarmas para ayudar a los operadores.
a) En su caso, proporcionar una alarma sobre la pérdida de rotación del precalentador regenerativo (rueda giratoria).
b) Se debe proporcionar una alarma de temperatura de gas de combustión alta y temperatura de gas de combustión baja entre el precalentador de aire
y ventilador de identificación.
c) Cuando corresponda, los termopares conectados a los componentes más fríos de los precalentadores de aire recuperativo deben tener una alarma de temperatura
baja.
3.4.4.15.4 Funciones de protección
Para los diseños de precalentador regenerativo (rueda giratoria), se recomienda una acción correctiva automatizada para evitar daños mecánicos. La acción
correctiva depende del equipo. Una derivación es típica junto con un disparo del ventilador de ID y la apertura de la compuerta de chimenea.
3.4.5 Disparo Manual (Parada de Emergencia)
Se debe proporcionar un viaje manual para aislar todas las fuentes de combustible.
No se puede prescribir una sola acción para los ventiladores, los amortiguadores, las puertas de apertura y el vapor de extinción para los diferentes escenarios de
peligro. Por lo tanto, los peligros deben evaluarse antes de tomar medidas correctivas para un estado seguro. Para maximizar las opciones disponibles, considere lo
siguiente.
— Proporcionar un pulsador de disparo manual adicional solo para gas combustible y gas residual (dejar los pilotos en funcionamiento, cuando
aplicable).
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— Para calentadores de tiro natural, aísle todas las fuentes de combustible y mantenga el amortiguador de chimenea en la última posición.
— Para calentadores con ventiladores FD, aísle todas las fuentes de combustible y haga la transición a un flujo de aire de combustión mínimo:
Opción 1: apague el ventilador FD y abra las puertas de salida de tiro natural. Para calentadores de tiro forzado, sostenga el amortiguador de chimenea en la última
posición. Para calentadores de tiro balanceado, apague el ventilador ID y abra la compuerta de chimenea a una posición predeterminada.
Opción 2: reducir el caudal de aire comburente al mínimo. Para calentadores de tiro forzado, sostenga el amortiguador de chimenea en la última posición. Para
calentadores de tiro balanceado, abra la derivación de aire de combustión alrededor del precalentador de aire, apague el ventilador de interior y abra la compuerta
de chimenea a una posición predeterminada.
— Para facilitar la respuesta a la ruptura de un tubo, aísle todas las fuentes de combustible (proceso y combustibles), apague el ventilador FD, mantenga cerradas las puertas
de descarga de tiro natural e inicie la extracción de vapor. Estas acciones no son prescriptivas; sin embargo, el objetivo es minimizar el peligro y la mejor manera de
manejarlas es manteniendo el fuego de ruptura del tubo ardiendo en algunos escenarios. Para calentadores de tiro forzado, sostenga el amortiguador de chimenea en la
última posición. Para calentadores de tiro balanceado, apague el ventilador ID y abra la compuerta de chimenea a una posición predeterminada.
Las consideraciones adicionales incluyen:
— La mayoría de los disparos manuales están programados para interrumpir la alimentación de los dispositivos de campo. Algunos solucionadores lógicos programables con
certificación de seguridad tienen una certificación especial que permite que los botones pulsadores de disparo manual se conecten directamente a la entrada del
solucionador lógico, y el solucionador lógico interrumpe la alimentación a los dispositivos de campo. Consulte el manual de seguridad del proveedor.
— Cuando se integre en un solucionador lógico programable, la lógica del sistema de protección no deberá tener una lógica diseñada para evitar que ocurra el apagado manual,
por ejemplo, independientemente del estado lógico, los estados de alarma, las mediciones del proceso, etc.
— El disparo manual deberá utilizar la lógica de enclavamiento. Un interruptor de tirar para disparar es una consideración de diseño para minimizar la iniciación accidental. Se
debe aplicar uniformemente una política de tirar o empujar para disparar en toda la instalación, y la acción requerida debe estar claramente etiquetada y visible para el
operador.
— Los viajes manuales deberán estar claramente designados e identificados.
— Se recomienda un viaje manual local. El disparo manual local debe ubicarse a una distancia visible del calentador para permitir un acceso y una salida seguros durante una
situación de emergencia, por ejemplo, si se apaga el fuego u otro evento peligroso mientras el quemador está apagado. Las ubicaciones típicas son los paneles de campo.
— Cuando los paneles de campo existentes no permitan un acceso y una salida seguros durante una situación de emergencia, o cuando el calor radiante del fuego de un
calentador pueda prohibir el acceso, se recomienda tener un disparo manual secundario fuera de una zona de 50 pies (16 m). . Una consideración de diseño es instalar
una válvula de cierre hermética manual de un cuarto de vuelta fuera de los límites de la batería [> 50 pies (> 16 m)] claramente marcada para aislamiento de emergencia.
Se recomienda un mínimo de dos ubicaciones de parada de emergencia. Por lo tanto, si una ubicación de disparo manual fuera de una zona de 50 pies (16 m) no está
disponible, es posible que se requiera un disparo manual remoto desde una ubicación con personal continuo (siempre recomendado), como una sala de control central (por
ejemplo, disparo remoto DCS) .
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3.4.6 Válvulas de derivación y cierre de seguridad
3.4.6.1 Válvulas de cierre de seguridad
Los siguientes elementos se aplican a las válvulas de cierre utilizadas en funciones instrumentadas de seguridad.
— Las válvulas de cierre de seguridad se utilizan para aislar las fuentes de combustible (gas combustible, gas piloto o gas de calor de desecho) a un calentador después del inicio
de cualquiera de las funciones de protección, incluido el apagado manual.
— Las válvulas de cierre de seguridad deben ser a prueba de fallas (cierre de falla de retorno por resorte) y deben permanecer cerradas hasta que se cumplan las condiciones de seguridad.
están presentes (es decir, restablecimiento manual).
— Las válvulas de cierre de seguridad no deben tener volantes.
— Las válvulas operadas por solenoide no deben permitir forzarlas o restablecerlas a la posición normal cuando están desenergizadas.
— Las válvulas operadas por solenoide deben instalarse desenergizadas para dispararse y requieren reinicio manual.
— La reapertura después de un viaje requerirá la intervención manual localmente en el calentador después de que se cumplan todos los permisos.
Esta intervención manual puede adoptar la forma de un pulsador o interruptor de rearme manual, o de electroválvulas de rearme manual.
— Las válvulas de cierre de seguridad deben proporcionar un cierre hermético, según ANSI/FCI 70­2 Clase V o VI o a prueba de burbujas según API 598.
El cierre hermético no es un criterio de rendimiento para lograr un estado seguro. En su lugar, se especifica un cierre hermético para asegurar que el gas combustible no
se acumule en el calentador durante un apagado prolongado. El propietario/operador debe determinar los criterios para resolver las tasas de fuga inaceptables del asiento
(p. ej., con sistemas de prueba de válvulas) y los intervalos de mantenimiento de las válvulas.
— No se deben usar válvulas de cierre de seguridad en lugar de válvulas manuales de aislamiento y/o ciegos para un cierre prolongado.
períodos.
— Las válvulas de cierre de seguridad deben ser a prueba de incendios según API 607 o API 6FA o estar ubicadas en un área a prueba de incendios.
— A menos que se indique lo contrario en las Especificaciones de requisitos de seguridad, las válvulas de cierre de seguridad deben tener un máximo
tiempo de viaje como se indica a continuación:
— Hasta 4 pulg. < 3 segundos,
— 6 pulg. a 8 pulg. < 4 segundos,
— 8 pulg. a 12 pulg. < 5 segundos.
Dado que el estado seguro debe lograrse dentro del tiempo de seguridad del proceso disponible de 5 segundos a 10 segundos (ver 3.4.4.1.2), las Especificaciones de requisitos
de seguridad pueden prescribir que el tiempo hasta el estado seguro no exceda los 5 segundos. Esto puede requerir conexiones de actuador más grandes (≥ 1/2 pulg. NPT) y
válvulas de escape rápido (≥ 1/2 pulg. orificio) para acelerar el cierre de la válvula
tiempo.
Se recomienda utilizar dos válvulas en serie para aislar el gas combustible. Esto puede tomar la forma de válvulas de seguridad de doble bloqueo (encendido/apagado) o una
válvula de cierre de seguridad utilizada junto con una válvula de control de cierre hermético.
— Cuando se utiliza como válvula de cierre de seguridad, la válvula de control no puede tener un paro mínimo, ni utilizar una válvula de derivación del regulador de presión de
arranque o disparo mínimo.
— Si la válvula de control se usa como una válvula de cierre de seguridad, la válvula de derivación de arranque debe estar sellada (o bloqueada) cerrada y no se puede usar para
operación mínima de incendio. Debido a la dificultad de probar la carrera completa de una válvula de control
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en línea, se debe usar una válvula de control como válvula de cierre de seguridad solo cuando el intervalo de prueba de calidad es mayor o igual que el intervalo de
respuesta para facilitar la prueba fuera de línea.
— Una disposición de válvula de bloqueo doble (encendido/apagado), para votación uno de dos (1oo2), permite un mayor rendimiento (SIL)
nominales y requiere menos pruebas de comprobación que una válvula de un solo bloque.
En muchas aplicaciones de calentadores a fuego, se ha descontinuado el uso de una válvula de purga entre dos válvulas de bloqueo automáticas debido a las
implicaciones ambientales y de seguridad de la liberación de gas combustible a la atmósfera. En ausencia de una válvula de purga, puede haber una mayor preocupación
por la fuga de gas combustible en el asiento del calentador. Dado que las válvulas de bloqueo automáticas deben mantener requisitos de cierre estrictos, el ciclo de purga
y el olfateo de una cámara de combustión fría con un analizador portátil de combustibles antes de encenderse minimizan el riesgo del proceso. Si el propietario/operador
elige implementar un sistema de prueba de válvulas para verificar la integridad del asiento, se recomienda probar las válvulas de bloqueo automático en la parada
programada en lugar de esperar hasta la secuencia de arranque. Esto facilita la prueba y reparación de válvulas de una manera más práctica y oportuna. La base para las
tasas de flujo de fuga del asiento a la presión de prueba, los puntos de ajuste de presión correspondientes y los temporizadores de retardo que definen los criterios de
aprobación/rechazo deben documentarse durante la fase de diseño del proyecto.
Las válvulas de cierre de seguridad deben contar con una indicación de prueba de cierre para la verificación del cierre y la secuencia de arranque.
— Se recomienda una alarma de diagnóstico de válvula de prueba de cierre si una válvula de cierre de seguridad no se cierra dentro del
requisitos de tiempo prescritos (por ejemplo, de 5 segundos a 10 segundos o el doble del tiempo de carrera de la válvula).
— Si ambas válvulas de cierre de seguridad no se cierran, el operador debe asumir la pérdida de la llama, despejar el área de personal y aislar el gas combustible fuera
de los límites de la batería antes de acercarse al calentador.
Los actuadores de la válvula de cierre deben dimensionarse con un factor de seguridad de 25 % a 40 % más de potencia además de las consideraciones típicas de la
presión de aire mínima del instrumento, las condiciones de funcionamiento y la fuerza de arranque o el par necesarios para mover la válvula.
3.4.6.2 Válvulas de derivación (alrededor de válvulas de cierre de seguridad)
Los siguientes elementos se aplican a las derivaciones de válvulas de cierre utilizadas en funciones instrumentadas de seguridad.
— Los bloques dobles manuales, o un arreglo de bloque doble y persiana, pueden instalarse en paralelo con la seguridad
válvulas de cierre para facilitar la prueba en línea de carrera completa de válvulas de seguridad.
— Las válvulas de derivación no deben usarse para derivar condiciones de proceso inseguras.
— Las válvulas de derivación deben ser a prueba de incendios según API 607 o API 6FA o estar ubicadas en un área a prueba de incendios.
— Las válvulas de derivación deben estar provistas de una alarma de estado de prueba de cierre en una ubicación con personal o en una cabina cerrada herméticamente.
(o bloqueado) cuando no esté en uso.
— Se requerirá una política formal, un procedimiento de permisos y una autorización firmada antes de abrir las válvulas de derivación. Para las instalaciones que tienen
reservas con control administrativo de las válvulas de derivación, se puede considerar una prueba automatizada de carrera parcial de las válvulas de cierre de
seguridad para cumplir con los requisitos de prueba sin válvulas de derivación de cierre de seguridad.
— Se recomiendan válvulas manuales de un cuarto de vuelta o de giro rápido que puedan cerrarse rápidamente en caso de emergencia.
— Las válvulas de derivación no se deben utilizar como derivación de arranque.
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3.4.7 Ciclo de purga de preencendido
Antes de cada puesta en marcha del calefactor encendido, se deben tomar medidas para eliminar los gases combustibles que puedan haber entrado en el calefactor
durante el período de parada. Se repetirá un ciclo de purga de preencendido cronometrado después de cada apagado de todas las fuentes de combustible (gas
combustible principal, gas residual y gas piloto).
Antes de iniciar una purga, se deben tomar precauciones para evitar completar el triángulo aire­combustible­ignición. Al eliminar cualquier componente del triángulo, la
probabilidad de una deflagración durante el ciclo de purga se reduce significativamente.
Si los combustibles se acumulan en la cámara de combustión hasta un nivel de riesgo inaceptable (ver 3.4.4.1.2) antes de un viaje, se deben tomar precauciones para
mitigar la entrada de aire cuando los componentes dentro de la cámara de combustión están lo suficientemente calientes como para servir como fuente de ignición.
3.4.7.1 Sensores calentados del analizador como posible fuente de ignición
Cuando la purga de un ambiente rico en combustible puede crear una mezcla de gases peligrosos en la cámara de combustión, se deben tomar medidas para evitar que
un sensor calentado de oxígeno, combustibles o metano (sin parallamas) se convierta en una fuente de ignición. Las opciones incluyen:
a) Desconecte la alimentación del sensor antes de iniciar el ciclo de purga para permitir que el sensor se enfríe por debajo de la temperatura de ignición del gas
combustible (por ejemplo, de 30 a 60 minutos). Al restaurar la energía, un sensor de oxígeno puede requerir un tiempo de estabilización (por ejemplo, de 15 a 30
minutos) para lograr la precisión publicada. Un sensor de metano o combustibles fríos en condiciones ambientales puede tener un período de calentamiento
prolongado (por ejemplo, de 4 a 6 horas) para que los sensores se estabilicen con la precisión publicada.
b) Aire de instrumentación de flujo inverso (retroceso) o nitrógeno a través de la sonda de muestra durante el ciclo de purga, para sistemas extractivos de acoplamiento
cerrado sin parallamas. Una vez finalizada la purga, se reanuda el flujo de muestra estándar sin tiempo de estabilización del sensor debido a la interrupción de la
alimentación.
c) Instalar parallamas; sin embargo, agregan tiempo de retraso (estimado de 5 segundos a 10 segundos de extracción y 1 minuto para sistemas de sonda in situ), lo cual
es una consideración para aplicaciones de control de procesos o seguridad de procesos donde el tiempo de respuesta es crítico.
3.4.7.2 Purga de un calentador de tiro natural
Las opciones de purga son las siguientes.
a) Purga de aire.
— El temporizador de purga predeterminado suele ser de 15 minutos para apuntar a cinco cambios de volumen del calentador. Sin embargo, dado que el tiro varía con
la temperatura de la cámara de combustión, la cantidad de cambios de volumen puede ser difícil de resolver. Por lo tanto, se recomienda olfatear la cámara de
combustión antes del encendido como se indica a continuación.
— Se puede usar una indicación de temperatura de la pared del puente como base para acortar los requisitos de tiempo de purga como
la cámara de combustión caliente generará más aire.
— Se puede inducir una corriente de aire inyectando vapor en la base de la chimenea, lo que puede mejorar la confiabilidad del piloto al mantener secos los encendedores
y las varillas de llama (cuando corresponda).
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b) Purga de vapor.
— Inyecte vapor a baja presión en la sección radiante durante al menos 15 minutos para tres cambios de volumen del calentador. Desde
el vapor es inerte en este contexto, se requieren menos cambios de volumen que con una purga de aire.
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— Es difícil calcular los volúmenes de purga con un medio de vapor. Por lo tanto, el temporizador de purga no debe comenzar hasta que se confirme visualmente
que el vapor sale de la pila. La válvula de vapor debe estar lo suficientemente abierta (p. ej., > 50 %) para establecer una velocidad de purga suficiente.
— La purga de vapor de una sección radiante puede ser un problema en lugares de clima frío debido a la condensación del vapor en la cámara de combustión. Se
recomienda una velocidad de calentamiento lenta para garantizar que esta agua se vuelva a evaporar y que el refractario se seque.
Especialmente para una cámara de combustión fría, use un analizador portátil para comprobar si hay combustibles en la cámara de combustión a través de las
aberturas en los quemadores y/o puertas de observación en varios lugares.
3.4.7.3 Purga de un calentador de tiro forzado
El flujo de aire de purga no debe alcanzar menos del 70 % del flujo de aire requerido a la máxima capacidad continua de la unidad.
Confirme el enclavamiento de purga satisfaciendo cualquiera de los siguientes:
a) la presión del aire de combustión (ver 3.2.2.2) y todos los amortiguadores en la ruta de flujo completamente abiertos,
b) transmisor de flujo de aire de combustión.
Purgue durante un período de no menos de 5 minutos o cinco cambios de volumen del calentador, lo que sea mayor, antes de ponerlo en servicio.
Considere el uso de un analizador portátil para revisar la cámara de combustión en busca de combustibles a través de las aberturas en los quemadores y/o puertas
de observación en varios lugares.
3.4.7.4 Purga del precalentador de aire
Si la cámara de combustión es rica en combustible, una consideración es purgar el lado del gas de combustión del sistema de precalentamiento iniciando el
normalmente no tiene suficiente regulación para encender los quemadores en modo de tiro balanceado.
3.4.7.5 Reinicio con pilotos continuos (cuando corresponda)
Para cada escenario de viaje, el propietario/operador debe evaluar el potencial para crear un ambiente rico en combustible dentro de la cámara de combustión. La
probabilidad de que los combustibles se acumulen hasta niveles peligrosos se reduce cuando se seleccionan puntos de ajuste de disparo y temporizadores de
disparo retardado para funciones de protección (ver 3.4.4.1.5) para preceder al apagado de llama.
Para escenarios de disparo que tienen una baja probabilidad de crear una mezcla de gas peligrosa en la cámara de combustión, un disparo a piloto(s) continuo(s)
puede permitir el reinicio de los quemadores principales sin un ciclo completo de purga previa al encendido. Como mejora de la seguridad, considere mantener los
registros/compuertas de aire de combustión y gases de combustión en la última posición y retrase el reinicio para permitir un mínimo de un cambio de volumen para
barrer la cámara de combustión (por ejemplo, 1 minuto a 2 minutos para un calentador de tiro forzado o 5 minutos para un calentador de tiro natural).
Para un escenario de viaje con una mayor probabilidad de crear una mezcla de gases peligrosos en la caja de fuego, o donde la probabilidad es difícil de evaluar, se
recomienda apagar los pilotos y realizar un ciclo completo de purga previa al encendido.
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ventilador de interior, cerrando la compuerta de chimenea y purgando la cámara de combustión en modo de tiro balanceado. Sin embargo, el ventilador ID
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3.4.8 Tabla de resumen de alarmas
La Tabla 1 describe las alarmas recomendadas.
Tabla 1—Tabla de resumen de alarmas
Baja presión de gas combustible aguas abajo de la válvula de control de gas combustible.
Alta presión de gas combustible aguas abajo de la válvula de control de gas combustible.
Flujo/presión de aire de combustión bajo (si corresponde)
Baja presión del conducto de aire (si corresponde)
Pérdida del ventilador de tiro forzado (si corresponde)
Baja velocidad del ventilador de tiro forzado (si corresponde)
Alta vibración del ventilador (si corresponde)
Altos amperios del motor (si corresponde)
Presión diferencial alta y baja a través del ventilador de tiro forzado (si corresponde)
Puerta(s) de salida (tiro natural) falla al abrir/cerrar (si corresponde)
Tiro bajo (alta presión en la cámara de combustión)
Alto tiro (baja presión de la cámara de combustión)
Pérdida de falla del ventilador de tiro inducido (si corresponde)
Baja velocidad del ventilador de tiro inducido (si corresponde)
Presión diferencial alta y baja a través del ventilador de tiro inducido (si se mide) (si corresponde)
Alta temperatura de entrada del ventilador de tiro inducido (si corresponde)
Falla del amortiguador de chimenea para abrir (si corresponde)
Alarma de desviación de posición del amortiguador de chimenea (si corresponde)
Temperatura de la pared del puente alta y baja
Baja temperatura del piso de la cámara de combustión (si corresponde)
Alta temperatura de chimenea ubicada aguas arriba del amortiguador de chimenea
Baja temperatura de chimenea cuando la corrosión es una preocupación
Alto nivel de líquido en un bidón de gas combustible aguas arriba
Baja relación aire/combustible
­`
Oxígeno bajo
Combustibles altos (si corresponde)
CO alto (si corresponde)
Pérdida de llama en uno o más quemadores detectados a través de escáneres de llama (si corresponde)
Alarma de inundación
Metano alto (si corresponde)
Prueba de alarma de diagnóstico de válvula de cierre
Presión de gas piloto baja (si corresponde)
Alta presión de gas piloto (si corresponde)
Pérdida de llama piloto (si corresponde)
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Tabla 1—Tabla de resumen de alarmas (continuación)
Paso bajo (s) o flujo total
Alta temperatura de salida del proceso
Alta temperatura de la piel del tubo
Alto NOx (si corresponde)
Alto SOx (si corresponde)
Apagado manual­gas combustible
Apagado manual­gas piloto (si corresponde)
Flujo de condensado o vapor de baja velocidad (si corresponde)
Falla del precalentador (si corresponde)
Temperatura de gases de combustión alta/baja entre el precalentador de aire y el ventilador de ID
Alarmas de desviación (transmisores redundantes)
Alarmas de diagnóstico del sistema SIS
3.4.9 Tabla de estado seguro
La Tabla 2 resume las consideraciones para la acción correctiva al estado seguro, incluidas las anulaciones de control, la respuesta del operador
a las alarmas y las funciones de protección. Para aclaraciones, consulte las secciones respectivas.
Tabla 2—Tabla de estado seguro
Proceso
Desviación
Protector
Peligro de proceso
Función
Anulaciones de control y
Funciones de protección
Estado seguro
Tipo
3.4.4.1
Acumulación de
Combustibles
dentro del Firebox
(Pérdida de llama,
subestequiométrico
Acumulación de
N/A
CONTROL — Anulación de presión alta/baja del quemador
Seguro para el operador
Respuesta
Combustión
combustibles dentro
de gas combustible al controlador
subestequiométrica:
de la cámara de
de gas combustible
consulte 3.4.4.1.5 para conocer
combustión, potencial
de explosión posterior
la respuesta del operador a un
entorno rico en combustible.
— Reducir la tasa de disparo a la
condición de reducción
Fuga en el tubo: los operadores
establecida durante la transición de
Combustión, o
deben seguir las instrucciones
específicas del sitio para este caso
tiro balanceado/forzado a tiro natural
Fugas de tubo)
— Tiro bajo (hogar alto
presión) anulan al amortiguador de
chimenea o al controlador de gas
combustible
— Oxígeno bajo o alto
anulación de combustibles al
controlador de gas combustible
SEGURIDAD Cierre las válvulas principales de cierre de gas
combustible
Válvulas principales de
cierre de gas combustible
cerradas
Operador para verificar que las
válvulas de cierre de seguridad y
las válvulas de derivación (cuando
corresponda) estén cerradas.
Ver Notas 1, 2, 3.
3.4.4.2
Combustible de quemador bajo
Mala calidad de llama y
posible llama inestable
CONTROL La presión baja del quemador de gas combustible
N/A
anula el controlador de gas combustible
Operador para evaluar la alarma
de baja presión y tomar medidas
correctivas para mantener el
calentador dentro de los límites
presion del gas
operativos.
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Tabla 2—Tabla de estado seguro (continuación)
Proceso
Desviación
Protector
Peligro de proceso
Función
Anulaciones de control y
Estado seguro
Funciones de protección
Respuesta
Tipo
3.4.4.2
Acumulación de
combustibles dentro
Presión de gas
de la cámara de
combustible del quemador bajo­bajo
combustión, potencial de
SEGURIDAD Cierre las válvulas principales de cierre de gas
combustible
Válvulas principales de
cierre de gas combustible
cerradas
Mala calidad de llama y
Operador para verificar que las
válvulas de cierre de seguridad y las
válvulas de derivación (cuando
corresponda) estén cerradas.
Ver Notas 1, 2, 3.
explosión posterior
3.4.4.3
Seguro para el operador
N/A
CONTROL Opción 1: anulación de presión alta del
posible llama inestable
Presión alta del quemador
Operador para evaluar la
quemador de gas combustible al
alarma de alta presión y responder
controlador de gas combustible
encendiendo más quemadores o
de gas combustible del
reduciendo la tasa de encendido.
quemador
N/A
Opción 2: reducir la tasa de disparo
Operador para verificar la
velocidad de disparo reducida.
3.4.4.3
Acumulación de
SEGURIDAD Cierre las válvulas principales de cierre de gas
combustibles dentro de
Presión del quemador
de gas combustible
principal alta­alta
3.4.4.4
Flujo de aire de
combustible
Válvulas principales de
cierre de gas combustible
cerradas
la cámara de combustión,
válvulas de derivación (cuando
potencial de explosión
corresponda) estén cerradas.
posterior
Ver Notas 1, 2, 3.
Mala calidad de llama y
N/A
CONTROL — Controles de limitación cruzada de la relación aire/
combustible
posible llama inestable
— Anulación de oxígeno bajo al
mantener el calentador dentro de los
límites operativos.
controlador de gas combustible
Flujo de aire
de combustión bajo­
bajo, o pérdida del
ventilador FD
El operador debe evaluar la alarma
de flujo de aire de combustión bajo y
tomar medidas correctivas para
combustión bajo
3.4.4.4
Operador para verificar que las
válvulas de cierre de seguridad y las
Acumulación de
SEGURIDAD Acción 1: abrir la(s) puerta(s) de salida y
combustibles dentro de
el amortiguador de chimenea (cuando
Modo de
Operador para verificar
funcionamiento de tiro
que las puertas de salida estén abiertas
la cámara de combustión,
corresponda). La tasa de disparo debe
natural (cuando
potencial de explosión
reducirse automáticamente (según sea
corresponda)
posterior
necesario) a una configuración de modo de
tiro natural predeterminada.
Acción 2: cierre las válvulas principales de
cierre de gas combustible
Válvulas principales de
cierre de gas combustible
cerradas
Operador para verificar que las
válvulas de cierre de seguridad y las
válvulas de derivación (cuando
corresponda) estén cerradas.
Ver Notas 1, 2, 3.
3.4.4.5
CONTROL
N/A
N/A
N/A
Acumulación rápida de
No se abren las puertas
combustibles dentro de
de salida
la cámara de combustión
debido a aire de combustión
insuficiente, potencial de
explosión posterior con
reintroducción de aire si la
SEGURIDAD Si las puertas de apertura no se abren
dentro del marco de tiempo permitido
Válvulas de cierre
(normalmente entre 5 y 10 segundos), se
de gas piloto y gas
combustible principal
cerrarán las válvulas de cierre del gas
cerradas
válvulas de derivación (cuando
corresponda) estén cerradas.
Ver Notas 1, 2, 3.
combustible.
cámara de combustión
está por encima de la
temperatura de ignición
­`
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Tabla 2—Tabla de estado seguro (continuación)
Proceso
Desviación
Protector
Peligro de proceso
Función
Anulaciones de control y
Estado seguro
Funciones de protección
Respuesta
Tipo
3.4.4.6
Mala calidad de llama y
posible llama inestable
Tiro bajo (alta presión
en la cámara de combustión)
Seguro para el operador
Calefactores CONTROL FD y ND ­
N/A
El operador debe evaluar la alarma
Considere implementar anulaciones
de tiro bajo (presión alta en la
en el siguiente orden:
cámara de combustión) y tomar
medidas correctivas para mantener
el calentador dentro de los límites
a) compuerta de chimenea abierta
operativos.
b) disminuir el controlador de gas combustible
Tiro Inducido/Balanceado ­
Considere implementar anulaciones
en el siguiente orden:
a) abra la compuerta de tiro de entrada
(ventilador de una sola velocidad) o
aumente la velocidad del ventilador (VFD)
b) compuerta de chimenea abierta
c) disminuir el controlador de
gas combustible
3.4.4.6
Tiro bajo­bajo
(presión alta­alta en la
cámara de combustión) o
pérdida del ventilador de
tiro inducido
Potencial de
explosión para
SEGURIDAD Tiro natural: compuerta de chimenea abierta
Funcionamiento
quemadores sujetos a
normal del calentador
con pérdida de control
extinción de llamas, p. ej.,
de tiro.
(opcional)
medidas correctivas para mantener
el calentador dentro de los límites
operativos.
aplicaciones de
quemadores de bajo NOx
Operador para investigar la
pérdida de control de tiro y tomar
Tiro Equilibrado o Inducido ­
Válvulas principales de
cierre de gas combustible
Si la compuerta de chimenea no se abre o
cerradas
la presión de la cámara de combustión no
Operador para verificar que las
válvulas de cierre de seguridad y
las válvulas de derivación (cuando
corresponda) estén cerradas.
se alivia dentro de los límites de tiempo, las
Ver Notas 1, 2, 3.
válvulas de cierre de gas combustible deben
cerrarse.
Tiro forzado: para calentadores de tiro
forzado, el disparo de tiro bajo (alta presión
en la caja de fuego) es opcional cuando el
ventilador de tiro forzado está funcionando y
el flujo de aire de combustión se mide
directamente con un transmisor de flujo.
Tiro natural: las válvulas de cierre de
gas combustible deben cerrarse solo
cuando es probable que una condición de
tiro bajo (presión alta en la cámara de
combustión) produzca una pérdida de llama.
3.4.4.7
Falla del amortiguador
de chimenea para abrir
SEGURIDAD Cierre las válvulas de cierre de gas combustible Válvulas de cierre de
Acumulación rápida de
combustibles dentro de
gas piloto y gas
combustible
la cámara de combustión,
principales cerradas
las válvulas de derivación (cuando
corresponda) estén cerradas.
Ver Notas 1, 2, 3.
potencial de explosión
posterior
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Tabla 2—Tabla de estado seguro (continuación)
Proceso
Desviación
Protector
Peligro de proceso
Función
Anulaciones de control y
Funciones de protección
Seguro para el operador
Estado seguro
Respuesta
Tipo
3.4.4.8
Disminución de
CONTROL
N/A
N/A
El operador debe evaluar la
alarma de temperatura alta
la confiabilidad
Alta temperatura de la
en la pared del puente y tomar
medidas correctivas para mantener
cámara de combustión
el calentador dentro de los límites
operativos.
3.4.4.8
Piso radiante bajo o
Mala calidad de llama y
CONTROL
N/A
N/A
posible llama inestable
El operador debe evaluar las
alarmas de baja temperatura del
piso radiante o baja temperatura
bajas temperaturas de la
de la cámara de combustión y
tomar medidas correctivas para
cámara de combustión
(cuando corresponda)
mantener el calentador dentro de
los límites operativos.
3.4.4.8
Baja temperatura de los
gases de combustión de la chimenea
Condensación de
CONTROL
N/A
N/A
Operador para verificar
punto de rocío ácido;
controles de temperatura y
número de quemadores
Lecturas de
en.
muestreo de
gas erráticas
3.4.4.8
Sobre disparar;
Alta temperatura de
Tubos de calefacción
los gases de combustión
con fugas;
CONTROL
N/A
N/A
Operador para verificar
los controles de temperatura,
inspeccionar visualmente la
chimenea y reducir los disparos.
Combustibles
después de la quema
3.4.4.9
N/A
CONTROL de llama inestable — Anulación de oxígeno bajo a
Oxígeno bajo
Operador para evaluar la alarma
de oxígeno bajo y tomar medidas
el controlador de gas combustible
correctivas para mantener el
calentador dentro de los límites
— Control de ajuste de oxígeno al
controlador de relación aire o aire/
operativos.
combustible (cuando corresponda)
3.4.4.10
Llama piloto
inestable
CONTROL
N/A
N/A
El operador debe evaluar la alarma
de gas de presión piloto baja y
tomar medidas correctivas.
Presión de gas
piloto baja
­­
``
`
3.4.4.10
Presión de gas piloto
baja­baja
3.4.4.11
Acumulación de
combustibles dentro de
SEGURIDAD Cierre las válvulas de cierre del gas piloto Válvulas de cierre del gas
piloto cerradas
Operador para verificar que las
válvulas de cierre de seguridad del
la caja de fuego durante
piloto estén cerradas. Ver Notas 1,
el modo de solo piloto,
2, 3.
potencial de explosión
subsiguiente
Llama piloto
inestable
CONTROL
N/A
N/A
alarma de gas de presión piloto
alta y tomar medidas correctivas.
Alta presión de gas
piloto
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Tabla 2—Tabla de estado seguro (continuación)
Proceso
Desviación
Protector
Peligro de proceso
Función
Anulaciones de control y
Funciones de protección
Seguro para el operador
Estado seguro
Respuesta
Tipo
3.4.4.11
Acumulación de
combustibles dentro de
Presión de gas piloto
alta­alta
SEGURIDAD Cierre las válvulas de cierre del gas piloto Válvulas de cierre del gas piloto
cerradas
Operador para verificar que las
válvulas de cierre de seguridad del
la caja de fuego durante
piloto estén cerradas. Ver Notas 1,
el modo de solo piloto,
2, 3.
potencial de explosión
subsiguiente
3.4.4.12
Baja carga o flujo de
alimentación
­ Sobrecalentamiento de
CONTROL — Válvula de control de flujo de paso
N/A
parada de flujo mínimo
los tubos del calentador;
Operador para evaluar la alarma de
flujo bajo y tomar medidas correctivas
para mantener el calentador dentro
de los límites operativos.
(mecánica, parada suave en el
posicionador de la válvula, o punto
de ajuste del controlador o límites
de salida)
En los servicios de
coquización, el operador
— Para algunos servicios, inyectar vapor
verifica que se haya inyectado
en el serpentín
automáticamente vapor de
“velocidad” para purgar los
serpentines.
— Opcional ­ Disminuir disparo
Tasa de bajo flujo de carga
3.4.4.12
Carga baja­baja o flujo
de alimentación
­ Sobrecalentamiento de
SEGURIDAD Cierre las válvulas principales de cierre de gas
combustible ante la pérdida de flujo de carga.
los tubos del calentador;
Disparo reducido u
operación mínima de
Operador para verificar
disparo
de tiro mínima.
Válvulas de cierre de gas
Operador para verificar que las
válvulas de cierre de seguridad
combustible cerradas
tiro reducido o cadencia
estén cerradas. Ver Notas 1, 2, 3.
­ Coquización de tubos;
Excepción: algunos fabricantes de
­ Fallo de tubo(s)
calentadores diseñan los tubos de
proceso para mantener una liberación
mínima de calor del fuego en condiciones
de flujo de proceso cero.
En este caso, se puede especificar
un apagado por fuego bajo (operación
de fuego mínimo) en lugar de un apagado
por gas principal.
3.4.4.13
Alta temperatura
de salida del proceso
3.4.4.13
Temperatura de salida del
proceso alta­alta
Múltiples problemas de
integridad mecánica y
de procesos
Múltiples problemas de
integridad mecánica y
Disparo reducido u
operación mínima de
Operador para evaluar la
de paso de salida alto múltiple, DCS
reduce la velocidad de disparo
disparo
reducir la tasa de disparo.
CONTROL Opcional: Paso de salida alto único o temperatura
SEGURIDAD No se recomienda ninguna acción.
N/A
alarma de alta temperatura y
N/A
de procesos
3.4.4.14
daños en el tubo
Alta temperatura de
coquización de tubos
CONTROL
N/A
N/A
la piel del tubo
­­
```,```,,`,`,,,``,,`,,````­
`­
`,,`,,`,`,,`­­­
3.4.4.15
Precalentador de aire
Daños mecánicos
en el precalentador
CONTROL Precalentador de aire de bypass (modo FD o
tiro natural)
Precalentador de
Operador para verificar la compuerta
aire desviado
de chimenea abierta y el apagado
del ventilador de tiro inducido
por mal funcionamiento
Apague el ventilador de identificación y abra el
amortiguador de chimenea
NOTA 1 La indicación de prueba de cierre normalmente se integra en el solucionador lógico con indicaciones a la HMI y/o al DCS.
NOTA 2 Se recomienda una alarma de diagnóstico de válvula de prueba de cierre si una válvula de cierre de seguridad no se cierra dentro de los requisitos de tiempo prescritos
(por ejemplo, dentro de 5 segundos a 10 segundos).
NOTA 3 Si ambas válvulas de cierre de seguridad no se cierran, el operador debe asumir la pérdida de la llama, despejar el área de personal y aislar el gas combustible fuera
de los límites de la batería antes de acercarse al calentador.
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SISTEMAS DE INSTRUMENTACIÓN, CONTROL Y PROTECCIÓN PARA CALENTADORES A GAS
3.4.10 Tabla de causas y efectos
La Tabla 3 debe usarse junto con 3.4.4 Funciones de protección y 3.4.9, Tabla 2, Tabla de estado seguro.
Tabla 3—Tabla 1 de causas y efectos
Tiro forzado/equilibrado/inducido
Tiro Natural
Sección 3.4.4
Funciones de protección
Combustible
gas2
Piloto
Viaje a
Modo
Combustible
Gas
gasolina9
Piloto
gasolina9
Pila
Apagador
Forzado
Inducido
Natural
Borrador
Borrador
Borrador
Admirador
Admirador
puertas
Desactivado3
Desactivado3
3.4.4.1
Acumulación de Combustibles dentro de
Cerca
Cerca
Cerca
Cerca
Cerca
Cerca
la Caja de Fuego, Pérdida de Llama 3.4.4.2
Baja Presión del Quemador de Gas Combustible
3.4.4.3
Presión alta en el quemador de gas
­­
```,```,,`,`,,,``,,`,,````­
`­
`,,`,,`,`,,`­­­
combustible 3.4.4.4 Flujo de aire de
Abierto
DAKOTA DEL NORTE
combustión bajo o pérdida del ventilador FD
Abierto
Cerca
3.4.4.5
Cerca
Fallo en la apertura de las puertas de apertura,
al pasar al modo ND
3.4.4.6
Tiro bajo (Caja de fuego alta
DF
Abierto
Desactivado3
Cerrar4
Cerrar5
presión) o pérdida de ventilador de ID
3.4.4.7
Cerca
Falla en la apertura del amortiguador de
chimenea 3.4.4.10 Baja presión de gas piloto
3.4.4.11
Cerca
Cerca
Cerca
Cerca
Alta presión de gas piloto 3.4.4.12
Carga baja o flujo de alimentación
Cerrar6
Cerrar6
Cerca
Cerca
3.4.5 Cierre manual de gas
combustible
3.4.5
Parada Manual Total (Parada de
Cerca
Cerrar7
Cerca
Cerrar7 Abrir8
Desactivado8
Desactivado8
Abierto8
Emergencia)
1 La diversidad en el diseño de calentadores a fuego requiere que cada calentador se evalúe de forma independiente para garantizar que cada escenario de peligro se mitigue de manera efectiva. Dado que cada
calentador puede tener características o modos operativos únicos, es sumamente importante que los responsables de evaluar la disponibilidad y confiabilidad de una función de protección comprendan todos los
posibles modos de falla del equipo y el impacto potencial para la unidad operativa y el personal.
2 En el caso de un disparo de gas combustible, los calentadores de tiro natural (ND) deben mantener la compuerta de chimenea en la última posición. La base es garantizar que una entrada de aire en un entorno rico
en combustible cuando la cámara de combustión está por encima de la temperatura de ignición no cree una situación peligrosa. Ver 3.4.4.1.5 para la Respuesta del Operador a un Ambiente Rico en Combustible.
3 Opción para mantener los ventiladores en funcionamiento para la transición al modo de funcionamiento normal en caso de disparo. Ante la pérdida del ventilador de tiro forzado (FD), dejar el ventilador de tiro inducido
(ID) funcionando puede sobrecalentar el precalentador. Ante la pérdida del ventilador ID, el ventilador FD puede enfriar el precalentador por debajo del punto de rocío de los gases de combustión.
4 Para calentadores de tiro natural, las válvulas de cierre de gas combustible deben estar cerradas donde una condición de tiro bajo (alta presión en la cámara de combustión) es probable que produzca pérdidas.
de la llama debido a un tiro insuficiente del aire de combustión o al reflujo de los gases de combustión en la cámara impelente.
5 Para calentadores de tiro forzado, un disparo de tiro bajo (alta presión en la cámara de combustión) es opcional cuando el ventilador de tiro forzado está funcionando y el flujo de aire de combustión es
medido directamente con un transmisor de caudal
6 La acción recomendada es disparar gas combustible al calentador. Sin embargo, se puede considerar un fuego mínimo después de un análisis cuidadoso para asegurar que la integridad mecánica de los tubos de
proceso no se vea comprometida con caudales de fuego mínimos.
7 Si se emplea un apagado manual de gas piloto independiente para pilotos de servicio continuo, el botón debe estar claramente etiquetado para que no se confunda con el apagado manual de gas combustible principal.
Por lo general, un solo botón aísla todas las fuentes de combustible.
8 La acción correctiva depende del escenario de peligro. Consulte 3.4.5 para obtener información adicional.
9 Para un reinicio con pilotos continuos (cuando corresponda), véase 3.4.7.5.
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PRÁCTICA RECOMENDADA API 556
3.4.11 Tabla de secuencia de inicio
Estas secuencias de arranque en la Tabla 4 y la Tabla 5 son para calentadores de proceso con pilotos y enumeran los pasos secuenciales que
se deben considerar para un arranque seguro del calentador. Se proporcionarán quemadores piloto en cada quemador a menos que el
propietario indique lo contrario. La secuencia de arranque de los calentadores de proceso sin pilotos es similar. Para los calentadores de tiro
natural y de tiro forzado sin pilotos, no se requieren los pasos 11 a 14 y los quemadores principales se encienden en el paso 18. Antes de la
secuencia de encendido, se deben tomar medidas para purgar los gases combustibles que puedan haber ingresado al calentador durante el
período de apagado. (ver 3.4.7).
Al purgar una cámara de combustión a temperaturas por debajo de la temperatura de ignición del gas combustible, se deben tomar medidas
para evitar que un sensor calentado de oxígeno, combustibles o metano se convierta en una fuente de ignición. Las opciones de mitigación
incluyen un enclavamiento de purga para desconectar la alimentación del sensor, flujo inverso de sistemas extractivos de acoplamiento cerrado
o el uso de parallamas.
La secuencia de inicio puede incluir los siguientes pasos manuales o automáticos.
3.4.11.1 Calentadores de Tiro Natural
Tabla 4: Secuencia de arranque, calentadores de tiro natural
Acción
Paso
1
Confirme que las válvulas principales de cierre de seguridad de combustible, gas residual y gas piloto, y cualquier válvula de derivación, estén cerradas.
NOTA La prueba de cierre de las válvulas de cierre de seguridad es un permiso de purga.
2 Cuando sea necesario para facilitar el encendido individual de múltiples quemadores, confirme que el gas combustible individual y la llave de gas piloto
las válvulas están cerradas.
3 Confirme que no haya llama en el quemador.
NOTA Cuando corresponda, confirme que los detectores de llama indiquen apagado. La base es asegurarse de que el escáner no esté defectuoso antes de la puesta en marcha.
Ninguna llama presente es una purga permisiva.
4 Confirme que la presión del cabezal del gas combustible y del gas piloto estén por encima de los requisitos mínimos. La base es prevenir una
la demanda inmediata se dispare ante la baja presión del quemador en el arranque.
NOTA La presión mínima del colector de gas combustible puede permitir encender los pilotos y el gas combustible principal.
5 Confirme que los registros de aire del quemador estén abiertos (p. ej., visualmente) y que las compuertas de chimenea estén completamente abiertas (p. ej., a través de la indicación de posición).
NOTA La prueba de compuerta de chimenea abierta es una purga permisiva.
6 Restablezca los botones/interruptores de apagado manual y las alarmas en el panel local/sala de control.
7
Establezca un flujo de proceso equilibrado a través de los pasos del calentador según los procedimientos operativos.
NOTA Los flujos mínimos de paso pueden no ser permisivos para encender los pilotos (p. ej., para facilitar el curado refractario), pero sí para introducir el gas combustible principal.
8 Inicie el ciclo de purga (consulte 3.4.7.2). El temporizador de purga predeterminado suele ser de 15 minutos; sin embargo, una indicación de la temperatura de la cámara
de combustión puede ayudar a acortar los requisitos de tiempo de purga. La base es que una cámara de combustión caliente extraerá más aire.
9 Cuando se complete el ciclo de purga y se haya aislado el vapor de purga (cuando corresponda), use un detector LEL portátil para olfatear una cámara de combustión fría en
ubicaciones predeterminadas para confirmar que no hay combustibles presentes. La base es que puede ser difícil inducir una corriente de aire en una cámara de
combustión fría.
10 Confirme que los registros de aire y las válvulas de control de gas combustible estén en las posiciones de apagado. Cuando corresponda, el amortiguador de chimenea debe
permanezca totalmente abierta.
11 Cuando finalice el ciclo de purga (si la secuencia lo permite), ordene manualmente que se abran las válvulas de cierre del gas piloto. Esto puede ser en forma de reinicio manual
o pulsador. Para este paso se puede usar o no un temporizador piloto de prueba de encendido.
NOTA 1 Algunas aplicaciones usan una válvula solenoide de restablecimiento manual. Para estas aplicaciones, se recomienda la construcción de solenoide con una palanca que
no se pueda anular.
NOTA 2 Para aplicaciones que usan doble bloqueo y purga en gas piloto, se recomienda confirmar que la válvula de purga está cerrada antes de que se abran las válvulas de
doble bloqueo. La base es mitigar el soplado de gas combustible a la atmósfera. Si la válvula de purga se abre o no se cierra durante la secuencia de inicio, se puede considerar
una válvula de aislamiento manual debajo de la válvula de purga para continuar con la secuencia de apagado.
NOTA 3 Por lo general, se requiere una anulación de arranque de la desconexión por baja presión del gas piloto para permitir la apertura de las válvulas de bloqueo del gas piloto.
De lo contrario, la condición de baja presión en el arranque por debajo del punto de ajuste de disparo no permitiría abrir secuencialmente las válvulas de bloqueo. Una vez que la
presión piloto se confirma por encima del punto de ajuste de disparo por baja presión durante un intervalo de tiempo fijo, el solucionador lógico normalmente activará la función de
protección de baja presión.
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63
Tabla 4: Secuencia de arranque, calentadores de tiro natural (continuación)
Acción
Paso
12 Confirme que la presión del gas piloto (es decir, aguas abajo del regulador y las válvulas de cierre de seguridad) se encuentra dentro de los límites operativos o de
estabilidad de la llama del piloto.
NOTA Si las válvulas del grifo de gas piloto están cerradas, el regulador de gas piloto puede deslizarse hasta la presión del colector. En este caso, la presión del colector de gas piloto debe
reducirse (p. ej., ventilarse a la antorcha) dentro de los límites operativos antes de apagarse.
13 Encender cada piloto de forma independiente.
NOTA 1 Para varios pilotos, normalmente se recomienda encender un piloto a la vez. Si un piloto no se enciende (generalmente dentro de 10 a 15 segundos), ese piloto debe aislarse antes
de la solución de problemas. Permita que el área del piloto se purgue sola antes de volver a intentar encenderlo. La base es garantizar que la concentración de gas combustible sin quemar
en la cámara de combustión no supere el 25 % del LEL durante el encendido; de lo contrario, se requiere una nueva purga.
NOTA 2 Si la presión del gas piloto no permanece dentro de los límites operativos o de estabilidad de la llama durante el encendido, una función protectora de presión de gas piloto alta/baja
debe activar las válvulas de cierre de seguridad, en cuyo caso se debe repetir el ciclo de purga.
14 Complete el apagado de los pilotos y confirme que los pilotos estén encendidos mediante confirmación visual o monitoreo electrónico de llama.
15 Ordene manualmente que se abran las válvulas principales de cierre de gas combustible. Esto puede ser en forma de reinicio manual o pulsador. A
El temporizador de prueba de encendido del quemador principal puede o no usarse para este paso.
NOTA 1 Algunas aplicaciones usan una válvula solenoide de restablecimiento manual. Para estas aplicaciones, se recomienda la construcción de solenoide con una palanca que no se
pueda anular.
NOTA 2 Normalmente se requiere una anulación de arranque del disparo por baja presión del quemador de gas combustible para permitir la apertura de las válvulas principales del bloque
de gas combustible. De lo contrario, la condición de baja presión en el arranque por debajo del punto de ajuste de disparo no permitiría abrir secuencialmente las válvulas de bloqueo.
Una vez que se confirma que la presión del quemador está por encima del punto de ajuste de disparo por baja presión durante un intervalo de tiempo fijo, el solucionador lógico normalmente
activará la función de protección por baja presión.
16 Para aplicaciones que usan doble bloqueo y purga en el gas combustible principal, se recomienda confirmar que la válvula de purga está cerrada antes de que se abran las
válvulas de doble bloqueo. La base es mitigar el soplado de gas combustible a la atmósfera.
NOTA Si la válvula de purga se abre o no se cierra durante la secuencia de arranque, se puede considerar una válvula de aislamiento manual debajo de la válvula de purga para continuar
con la secuencia de apagado.
17 Confirme que la válvula de control de gas combustible esté en la posición de apagado y que la presión del quemador esté controlada a la presión de apagado. Encienda
los quemadores según los procedimientos operativos estándar (SOP).
NOTA 1 La presión del gas combustible puede aumentar hasta la presión del cabezal cuando las válvulas del grifo del quemador principal están cerradas. En este caso, la presión debe
reducirse (p. ej., ventilarse a la antorcha) dentro de los límites operativos antes de apagarse.
NOTA 2 Cuando la válvula de control tenga una reducción insuficiente para encender los primeros quemadores, las consideraciones alternativas (consulte la Sección 3.3.1) para mantener
la presión de encendido deseada pueden incluir un orificio de flujo mínimo o un regulador de fuego mínimo. Cada dispositivo de puesta en marcha normalmente está dimensionado para
encender los primeros quemadores hasta que la válvula de control esté dentro del rango de control. Cada uno debe instalarse en paralelo con la válvula de control de gas combustible.
Tampoco está permitido eludir las válvulas de cierre de seguridad.
18 Encienda los quemadores principales individualmente.
NOTA 1 Para quemadores múltiples, normalmente se recomienda encender un quemador a la vez. Si un quemador no se enciende (generalmente dentro de 10 segundos a 15 segundos),
ese quemador debe aislarse antes de la solución de problemas. Permita que el área del quemador se purgue sola antes de volver a intentar encenderlo. La base es garantizar que la
concentración de gas combustible sin quemar en la cámara de combustión no supere el 25 % del LEL durante el encendido; de lo contrario, se requiere una nueva purga.
­­
``
`
NOTA 2 Si la presión del gas del quemador no permanece dentro de los límites operativos o de estabilidad de la llama durante el encendido, una función protectora de presión de gas
combustible alta/baja debe disparar las válvulas de cierre de seguridad, en cuyo caso se debe repetir el ciclo de purga (excepto cuando los pilotos continuos proporcionen capacidad de
reinicio en caliente).
19 Encienda tantos quemadores como sea necesario para lograr los requisitos de calentamiento de arranque deseados, asegurándose de que la presión del quemador se
mantenga dentro de los límites operativos o de estabilidad de la llama.
20 Configure el controlador de gas combustible en modo automático (liberar para modular) cuando corresponda.
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64
PRÁCTICA RECOMENDADA API 556
3.4.11.2 Calentadores de tiro forzado y tiro balanceado
Tabla 5: Secuencia de arranque, calentadores de tiro forzado y tiro balanceado
Acción
Paso
1
Confirme que las válvulas principales de cierre de seguridad de combustible y gas piloto, y cualquier válvula de derivación, estén cerradas.
NOTA La prueba de cierre de las válvulas de cierre de seguridad es un permiso de purga.
2
Cuando sea necesario para facilitar el encendido individual de varios quemadores, confirme que las válvulas individuales de gas combustible y gas piloto estén
cerradas.
3
Confirme que no haya llama en el quemador.
NOTA Cuando corresponda, confirme que los detectores de llama indiquen apagado. La base es asegurarse de que el escáner no esté defectuoso antes de la puesta en marcha.
Ninguna llama presente es una purga permisiva.
4
Confirme que la presión del colector de gas piloto y gas combustible esté por encima de los requisitos mínimos. La base es evitar que se dispare una demanda
inmediata ante una baja presión del quemador en el arranque.
NOTA La presión mínima del colector de gas combustible puede permitir encender los pilotos y el gas combustible principal.
5
Confirme que los registros de aire del quemador estén abiertos (p. ej., visualmente), que las compuertas de aire de combustión y las compuertas de chimenea estén completamente abiertas
(p. ej., a través de la indicación de posición).
NOTA Nota: La prueba de compuertas abiertas es una purga permisiva
6
Restablezca los botones/interruptores de apagado manual y las alarmas en el panel local/sala de control.
7
Establezca un flujo de proceso equilibrado a través de los pasos del calentador según los procedimientos operativos.
NOTA Los flujos mínimos de paso pueden no ser permisivos para encender los pilotos (p. ej., para facilitar el curado refractario), pero sí para introducir el gas combustible principal.
8
Coloque las paletas de entrada variable en el ventilador de tiro forzado en la posición de inicio, asegúrese de que todo el aire del ventilador llegue a la cámara
de combustión del calentador, encienda el ventilador. Iniciar el ciclo de purga (ver 3.4.7.3).
9 Cuando se complete el ciclo de purga, considere un detector LEL portátil para olfatear en ubicaciones predeterminadas para confirmar que no hay combustibles presentes.
Esto es más relevante para los calentadores de tiro natural con cámara de combustión fría.
­`
10
Confirme que los registros de aire y las válvulas de control de gas combustible estén en las posiciones de apagado. Cuando corresponda, el amortiguador de chimenea debe
permanecer completamente abierto.
11 Cuando finalice el ciclo de purga (si la secuencia lo permite), ordene manualmente que se abran las válvulas de cierre del gas piloto.
Esto puede ser en forma de reinicio manual o pulsador. Para este paso se puede usar o no un temporizador piloto de prueba de encendido.
NOTA 1 Algunas aplicaciones usan una válvula solenoide de restablecimiento manual. Para estas aplicaciones, se recomienda la construcción de solenoide con una palanca que
no se pueda anular.
NOTA 2 Para aplicaciones que usan doble bloqueo y purga en gas piloto, se recomienda confirmar que la válvula de purga está cerrada antes de que se abran las válvulas de
doble bloqueo. La base es mitigar el soplado de gas combustible a la atmósfera. Si la válvula de purga se abre o no se cierra durante la secuencia de inicio, se puede considerar
una válvula de aislamiento manual debajo de la válvula de purga para continuar con la secuencia de apagado.
NOTA 3 Por lo general, se requiere una anulación de arranque de la desconexión por baja presión del gas piloto para permitir la apertura de las válvulas de bloqueo del gas piloto.
De lo contrario, la condición de baja presión en el arranque por debajo del punto de ajuste de disparo no permitiría abrir secuencialmente las válvulas de bloqueo. Una vez que la
presión piloto se confirma por encima del punto de ajuste de disparo por baja presión durante un intervalo de tiempo fijo, el solucionador lógico normalmente activará la función de
protección de baja presión.
12
Confirme que la presión del gas piloto (es decir, aguas abajo del regulador y las válvulas de cierre de seguridad) se encuentra dentro de los límites operativos o de
estabilidad de la llama del piloto.
NOTA Si las válvulas del grifo de gas piloto están cerradas, el regulador de gas piloto puede deslizarse hasta la presión del cabezal. En este caso, la presión del colector de gas
piloto debe reducirse (p. ej., ventilarse a la antorcha) dentro de los límites operativos antes de apagarse.
13
Encienda cada piloto de forma independiente.
NOTA 1 Para varios pilotos, normalmente se recomienda encender un piloto a la vez. Si un piloto no se enciende (generalmente dentro de 10 a 15 segundos), ese piloto debe
aislarse antes de la solución de problemas. Permita que el área del piloto se purgue sola antes de volver a intentar encenderlo. La base es garantizar que la concentración de gas
combustible sin quemar en la cámara de combustión no supere el 25 % del LEL durante el encendido; de lo contrario, se requiere una nueva purga.
NOTA 2 Si la presión del gas piloto no permanece dentro de los límites operativos o de estabilidad de la llama durante el encendido, una función protectora de presión de gas
piloto alta/baja debe activar las válvulas de cierre de seguridad, en cuyo caso se debe repetir el ciclo de purga.
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SISTEMAS DE INSTRUMENTACIÓN, CONTROL Y PROTECCIÓN PARA CALENTADORES A GAS
sesenta y cinco
Tabla 5: Secuencia de arranque, calentadores de tiro forzado y tiro equilibrado (continuación)
Acción
Paso
14
15
Apague completamente los pilotos y confirme que los pilotos estén encendidos mediante confirmación visual o monitoreo electrónico de llama.
Ordene manualmente que se abran las válvulas principales de cierre de gas combustible. Esto puede ser en forma de reinicio manual o pulsador.
Se puede o no usar un temporizador de prueba de encendido del quemador principal para este paso.
NOTA 1 Algunas aplicaciones usan una válvula solenoide de restablecimiento manual. Para estas aplicaciones, se recomienda la construcción de solenoide con una palanca que no
se pueda anular.
NOTA 2 Normalmente se requiere una anulación de arranque del disparo por baja presión del quemador de gas combustible para permitir la apertura de las válvulas principales del
bloque de gas combustible. De lo contrario, la condición de baja presión en el arranque por debajo del punto de ajuste de disparo no permitiría abrir secuencialmente las válvulas de
bloqueo. Una vez que se confirma que la presión del quemador está por encima del punto de ajuste de disparo por baja presión durante un intervalo de tiempo fijo, el solucionador
lógico normalmente activará la función de protección por baja presión.
dieciséis
Para aplicaciones que usan doble bloqueo y purga en el gas combustible principal, se recomienda confirmar que la válvula de purga esté cerrada antes de
que se abran las válvulas de doble bloqueo. La base es mitigar el soplado de gas combustible a la atmósfera.
NOTA Si la válvula de purga se abre o no se cierra durante la secuencia de arranque, se puede considerar una válvula de aislamiento manual debajo de la válvula de purga para
continuar con la secuencia de apagado.
17
Confirme que la válvula de control de gas combustible esté en la posición de apagado y que la presión del quemador esté controlada a la presión de apagado.
Encienda los quemadores según los procedimientos operativos estándar (SOP).
NOTA 1 La presión del gas combustible puede aumentar hasta la presión del colector cuando las válvulas del grifo del quemador principal están cerradas. En este caso, la presión
debe reducirse (p. ej., ventilarse a la antorcha) dentro de los límites operativos antes de apagarse.
NOTA 2 Cuando la válvula de control tenga una reducción insuficiente para encender los primeros quemadores, las consideraciones alternativas (consulte la Sección 3.3.1) para
mantener la presión de encendido deseada pueden incluir un orificio de flujo mínimo o un regulador de fuego mínimo. Cada dispositivo de puesta en marcha normalmente está
dimensionado para encender los primeros quemadores hasta que la válvula de control esté dentro del rango de control. Cada uno debe instalarse en paralelo con la válvula de control
de gas combustible. Tampoco está permitido eludir las válvulas de cierre de seguridad.
18
Encienda los quemadores principales individualmente.
NOTA 1 Para quemadores múltiples, normalmente se recomienda encender un quemador a la vez. Si un quemador no se enciende (generalmente dentro de 10 segundos a 15
segundos), ese quemador debe aislarse antes de la solución de problemas. Permita que el área del quemador se purgue sola antes de volver a intentar encenderlo. La base es
garantizar que la concentración de gas combustible sin quemar en la cámara de combustión no supere el 25 % del LEL durante el encendido; de lo contrario, se requiere una nueva
purga.
NOTA 2 Si la presión del gas del quemador no permanece dentro de los límites operativos o de estabilidad de la llama durante el encendido, una función protectora de presión de gas
combustible alta/baja debe disparar las válvulas de cierre de seguridad, en cuyo caso se debe repetir el ciclo de purga (excepto cuando los pilotos continuos proporcionen capacidad
de reinicio en caliente)
19
Encienda tantos quemadores como sea necesario para lograr los requisitos de calentamiento de arranque deseados, asegurándose de que la presión del quemador se
mantenga dentro de los límites operativos o de estabilidad de la llama.
20 Configure el controlador de gas combustible en modo automático (liberar para modular) cuando corresponda.
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Anexo A
(normativo)
Consideraciones de ruptura de tubo
La ruptura del tubo es un peligro que puede resultar en un incendio incontrolado y/o una explosión en el calentador.
Los incendios generalmente resultan con medios no explosivos como aceites y fluidos pesados, donde se evita la acumulación de gas explosivo
y donde la presión de funcionamiento no es suficiente para violar la integridad mecánica de la estructura del calentador (velocidad/fuerza del
frente de la llama).
Además, estos suelen estar contenidos dentro del calentador y provocan que se queme la pila o los puertos en las cajas de baja presión. Si se
filtra suficiente líquido, parte del líquido en llamas puede derramarse y causar quemaduras en el suelo exterior al calentador.
Las fugas importantes y las fallas de los tubos elásticos o múltiples pueden ocasionar daños internos y externos significativos al calentador.
­­
`
Los calentadores que tienen recipientes aguas abajo que funcionan a altas presiones corren el riesgo de que la presión del reactor regrese al
calentador. Considere la instalación de una válvula de retención o válvula(s) de aislamiento automáticas para evitar daños estructurales
catastróficos.
Los medios de proceso de muy alta presión (generalmente 1500 psig y más) pueden tener potencial para un frente de llama con suficiente
velocidad y fuerza para violar la integridad mecánica del calentador y, por lo tanto, exponer al personal fuera del calentador a riesgos de seguridad.
Los calentadores que tienen gases explosivos o altamente inflamables como butano, pentano, hidrógeno, H2S, gasolina, etc. pueden tener un
potencial de acumulación y explosión bajo ciertas circunstancias.
66
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A partir del 1 de enero de 2011. Los miembros de API reciben un descuento del 30 % cuando corresponda. El descuento para miembros no se aplica a las compras realizadas
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con el fin de revenderlas o incorporarlas a productos comerciales, cursos de capacitación, talleres u otras empresas comerciales.
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Marque aquí si es lo mismo que "Enviar a")
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Correo electrónico:
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Total
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­`
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por correo a: API Publications, IHS, 15 Inverness Way East, c/o Retail Sales, Englewood, CO 80112­5776, EE. UU.
Órdenes de compra: se aceptan órdenes de compra de cuentas establecidas. La factura incluirá el costo real del flete, una tarifa de procesamiento de $10, más impuestos estatales y locales.
Pedidos por teléfono: si realiza el pedido por teléfono, se agregará al pedido una tarifa de procesamiento de $10 y los costos de flete reales.
Impuesto sobre las ventas: todas las compras en EE. UU. deben incluir el impuesto sobre las ventas estatal y local aplicable. Los clientes que reclaman el estado de exención de impuestos deben proporcionar a IHS una copia de su certificado de exención.
Envío (pedidos de EE. UU.): los pedidos enviados dentro de los EE. UU. se envían a través de medios rastreables. La mayoría de las ordenes son enviadas el mismo día. Las actualizaciones de suscripción se envían por correo de primera clase.
Otras opciones, incluido el servicio al día siguiente, el servicio aéreo y la transmisión por fax, están disponibles a un costo adicional. Llame al 1­800­854­7179 para obtener más información.
Envío (pedidos internacionales): el envío internacional estándar se realiza mediante servicio de mensajería exprés aéreo. Las actualizaciones de suscripción se envían por World Mail. La entrega normal es de 3 a 4 días a partir de la fecha de envío.
Cargo por envío urgente: el cargo por pedidos con entrega al día siguiente es de $20 además de los cargos del transportista. Los pedidos de entrega al día siguiente deben realizarse antes de las 2:00 p. m. MST para garantizar la entrega al día siguiente.
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pedido especial, los documentos electrónicos y los materiales con fecha de antigüedad no se pueden devolver.
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