Determinación de la presión de prueba en el circuito externo del intercambiador de calor de tipo carcasa y tuberías

Esto se refiere a los intercambiadores de calor de placa fija, y en particular, a la presión de prueba hidráulica que se utiliza para las extremidades de los tubos

Porque si la presión de diseño del lado del casco es baja, la presión de prueba del lado del casco será naturalmente más baja que la presión de prueba del lado de las tuberías. Si durante la prueba de presión en el lado del casco no hay humedad en las conexiones de los tubos, no se puede garantizar que no haya humedad en ellas durante dicha prueba. La razón es muy simple: durante las pruebas de presión en los recipientes a presión, suele ocurrir esto. Cuando la presión alcanza los 10 atmósferas por centímetro cuadrado, las uniones soldadas no presentan fugas; pero cuando la presión sube a 11 atmósferas por centímetro cuadrado, las uniones soldadas comienzan a filtrar. Por lo tanto, ante esta situación, al diseñar la carcasa es necesario tener en cuenta que la presión de prueba de la carcasa debe ser mayor o igual a la presión de prueba del interior de los tubos.

Al realizar pruebas de resistencia a la presión en el lado de las tuberías, no es posible inspeccionar las conexiones entre ellas. Si la presión en el lado de las tuberías es mayor que la del lado del revestimiento, no se puede garantizar que las conexiones estén bien, incluso si no presentan problemas durante las pruebas en el lado del revestimiento.

En los últimos años, una empresa de ingeniería extranjera, al diseñar los intercambiadores de calor para un proyecto en nuestro país, propuso que, en aquellos casos en que existe una gran diferencia entre las presiones de diseño en los lados de los tubos y de la carcasa, la presión de diseño del lado con menor presión debería aumentarse hasta que sea igual a la presión utilizada en las pruebas hidrostáticas del lado con mayor presión (lo que se conoce como el principio 2/3). Desde entonces, algunas empresas de ingeniería nacionales también han incluido esta norma en sus propios reglamentos de ingeniería. El principio 2/3 proviene del punto D2.1 del Apéndice D (Referencias – Prácticas recomendadas) de la norma API 660-2003 “Estándares para intercambiadores de calor de tipo carcasa y tuberías”. La disposición del punto D2.1 es la siguiente: “Se produce una falla en los tubos de intercambio de calor de la unidad de alta presión”. Si el intercambiador de calor está sometido a una gran diferencia de presión operativa entre el lado del casco y el lado de las tuberías, se debe considerar el impacto de una falla en las tuberías de intercambio. Nota: Para detalles, consulte las referencias (4) y (5). ” La referencia (4) es API RP 521-1997, “Guía para sistemas de alivio y reducción de presión”. La referencia (5) es “Sociedad Petrolera: Diseño y operación segura de intercambiadores de calor de tipo tubo-shell frente a fallos en las tuberías de intercambio térmico”. Por el momento, ya hemos encontrado la referencia (4), pero aún no hemos encontrado la referencia (5). En la referencia (4), el punto 3.18 se refiere a las fallas en los equipos de intercambio de calor. El subpunto 3.18.2 establece lo siguiente: “Es muy poco probable que todas las tuberías se rompan y que una gran cantidad de material a alta presión fluya hacia el lado de menor presión del intercambiador; sin embargo, son posibles accidentes imprevistos”. Las fugas menores pueden causar poco sobrepresión durante el funcionamiento del intercambiador de calor, ya que la presión estándar de prueba hidráulica es del 150% de la presión de diseño del equipo. Fallos en el equipo: en otras palabras, cuando el lado de baja presión (incluidos los sistemas aguas arriba y aguas abajo) está diseñado para funcionar a una presión que representa al menos 2/3 de la presión de diseño del lado de alta presión, es imposible que se produzcan pérdidas de presión desde el lado de baja presión hasta la presión atmosférica, debido a la rotura de las tuberías. Cuando existe una diferencia real entre la presión de diseño y la presión de operación en el lado de alta presión del intercambiador de calor, se puede considerar utilizar la presión máxima posible del sistema en lugar de la presión de diseño del lado de alta presión basada en cada condición operativa individual. Cuando la presión real de prueba en el lado de baja presión es inferior al 150% de la presión de diseño (según los datos del principio del 2/3), esta presión más baja debe utilizarse para determinar si es necesario contar con protección contra sobrepresión. Cuando el lado de baja presión del intercambiador de calor (incluidos los sistemas aguas arriba y aguas abajo) está diseñado según el principio mencionado de 2/3, no es necesario realizar una descarga de presión en caso de rotura de las tuberías. En los nuevos sistemas instalados, aumentar la presión de diseño en el lado de baja presión puede reducir los riesgos. Cuando se considera que se está cerca de este margen, los sistemas de tuberías y equipos aguas arriba y aguas abajo deben ser estimados. ” Cabe señalar que la presión estándar para las pruebas de presión es del 150% de la presión de diseño del equipo; esta es una norma establecida por las especificaciones ASME antes del año 1999. El llamado principio 2/3 establece que la presión de diseño del lado de baja presión debe ser igual o superior al 150% de la presión de diseño del lado de alta presión. En otras palabras, la presión de diseño del lado de baja presión debe ser igual o superior a 100/150 (2/3) de la presión de diseño del lado de alta presión. Las normas ASME actuales han modificado el valor de 150% a 130%. Por lo tanto, el principio de 2/3 también debe ajustarse, pasando a ser un principio de 100/130 (10/13). Según las **normas nacionales GB150**, la presión de prueba hidráulica debe ser del 125% de la presión de diseño del equipo. Según el llamado principio de 2/3, la presión de diseño del lado de baja presión debe ser igual o superior al 100/125 (4/5) de la presión de diseño del lado de alta presión. Por lo tanto, este principio de 2/3 también debería modificarse para que sea el principio de 100/125 (4/5). Por lo tanto, si se exige que el intercambiador de calor sea diseñado según las normas ASME, la presión de diseño del lado a baja presión debe ser mayor o igual al 100/130 (10/13) de la presión de diseño del lado a alta presión ； Si el intercambiador de calor debe diseñarse de acuerdo con las normas chinas GB150, la presión de diseño del lado a baja presión debe ser igual o superior al 100/125 (4/5) de la presión de diseño del lado a alta presión. (Para facilitar las cosas, en lo que sigue se seguirá utilizando el principio de 2/3). Según lo establecido en la sección 3.18.2 de la API RP 521-1997, se pueden extraer las siguientes conclusiones: ⑴ Cuando la presión de diseño del lado de menor presión del intercambiador de calor (incluidos los sistemas aguas arriba y aguas abajo) es al menos 2/3 de la presión de diseño del lado de mayor presión, entonces no es necesario implementar medidas de protección contra sobrepresión en caso de rotura de las tuberías en ese lado del intercambiador de calor. ⑵ Cuando la presión de diseño del lado de baja presión del intercambiador de calor (incluidos los sistemas aguas arriba y aguas abajo) es menor a 2/3 de la presión de diseño del lado de alta presión, es necesario considerar medidas de alivio de presión para protegerse en caso de que se produzca una rotura en las tuberías. ⑶ Cuando en el lado de menor presión del intercambiador de calor (incluidos los sistemas aguas arriba y aguas abajo) ya se han implementado medidas de alivio de presión para protegerlo contra sobrepresiones, no es necesario que la presión de diseño de dicho lado sea al menos 2/3 de la presión de diseño del lado de mayor presión. Basándose en los puntos mencionados anteriormente, se plantea como cuestión clave si en los equipos químicos que hemos diseñado hasta ahora, en el lado de baja presión del intercambiador de calor (incluidos los sistemas aguas arriba y aguas abajo), ya se han implementado medidas de alivio de presión para proteger contra sobrepresiones. Si en el lado de menor presión del intercambiador de calor (incluidos los sistemas aguas arriba y aguas abajo) no se han implementado medidas de alivio de presión para proteger contra sobrepresiones, entonces es necesario que la presión de diseño de dicho lado (incluidos los sistemas aguas arriba y aguas abajo) sea, como mínimo, 2/3 de la presión de diseño del lado de mayor presión ； Si en el lado de menor presión del intercambiador de calor (incluidos los sistemas aguas arriba y aguas abajo) ya se han implementado medidas de alivio de presión para protegerlo contra sobrepresiones, entonces no es necesario que la presión de diseño de dicho lado sea al menos 2/3 de la presión de diseño del lado de mayor presión ； Si los equipos y tuberías del sistema, tanto aguas arriba como aguas abajo del lado de baja presión del intercambiador de calor, ya cuentan con medidas de alivio de presión para protegerse contra sobrepresiones, pero no se utiliza una presión de diseño que sea al menos 2/3 de la presión de diseño del lado de alta presión, entonces utilizar únicamente esa presión de diseño para el lado de baja presión no tiene ningún sentido, aparte de aumentar el costo del intercambiador de calor. Basado en el análisis anterior, los diversos sistemas de transporte de fluidos en las instalaciones químicas utilizan una presión de diseño determinada según las condiciones operativas propias, y ya se han implementado medidas de protección contra sobrepresiones en cada uno de esos sistemas. Por lo tanto, no es necesario aumentar la presión de diseño en el lado de menor presión de los intercambiadores de calor. En el año 2008, el departamento de ingeniería de Sinopec elaboró las normas técnicas para los intercambiadores de calor de tipo shell-and-tube de dicha empresa; en esas normas se eliminaron las disposiciones relacionadas con el “principio 2/3”. En julio de 2009, recibí una carta escrita por un diseñador de esa empresa extranjera mencionada anteriormente. En dicha carta se indicaba que el método que esa empresa utiliza actualmente para tratar el “principio 2/3” es no tenerlo en cuenta, salvo que el cliente insista firmemente y pueda dar razones suficientes para ello; en ese caso, la empresa accedería a las solicitudes del cliente.

Si la diferencia no es demasiado grande, no hay problema en presentarlo. Pero si la diferencia es grande, ¿sería posible realizar una prueba de detección de fugas de amoníaco?