3.3.5 10 MINUTOS DE DESCARGA

Este escenario modela una fuga con el tamaño de orificio que drenara el inventario en 10 minutos. Es frecuentemente usada como una descarga de “Peor Caso”. Este escenario aplica para todas las condiciones de descarga.

Figura 3.1 Posibles escenarios de liberación (a) Ruptura catastrófica, (b) Fuga por orificio (c) Disco de ruptura (d) Venteo del espacio vapor (e) Ruptura de línea (f) Válvula de alivio

3.3.6 RUPTURA DE DISCO

Modelo usado para el caso de una descarga por la ruptura de un disco de ruptura. El modelo puede modelar dos causas de disco de ruptura: sobrepresión, en cuyo caso el material liberado por lo general será vapor, y sobrellenado o inflamación de liquido, en tal caso el material descargado será a dos fases. Se debe especificar la causa seleccionando la fase apropiada para el evento.

En el caso de sobrepresión de un tanque lleno de liquido (padded liquid) o liquido saturado, el material descargado será vapor, si la presión en el tanque es baja (<5 psig o 0.34 barg), y a dos fases si la presión es mayor. Para modelar sobrepresionamiento, se debe dar la fase como vapor, y el programa calculara la fase de descarga dependiendo del tipo de tanque (p. ej. Liquido o gas solamente) y de la presión.

El disco de ruptura y la válvula de relevo, son escenario muy similares, y la principal diferencia radica en los cálculos de descarga. Para el escenario de válvula de alivio, los cálculos primero modelan la descarga a través de la restricción del orificio de la válvula, y después modela el flujo a través del tubo de escape de la válvula de alivio; para el escenario de disco de ruptura el asiento del disco no es considerado como un orificio de restricción por ello la velocidad del flujo es dependiente solo de la caída de presión a través del tubo de escape de la válvula.

El escenario aplica para todas las condiciones de proceso con una presión por encima de la presión atmosférica.

3.3.7 VÁLVULA DE ALIVIO

Este modelo es usado para una liberación en caso de que una válvula de alivio abra. El programa puede modelar dos causas de abierto de válvula: sobrepresión, en cuyo caso el material liberado será vapor; y sobrellenado de liquido, en cuyo caso el material liberado será dos fases. La causa se especifica seleccionando la fase apropiada para el caso.

Los cálculos de descarga primero modelan descarga a través del orificio de restricción de la válvula y, a después, modela el flujo a través del tubo de escape de la válvula de alivio. El modelado de descarga a través del orificio incorpora un Factor de seguridad de la válvula de alivio que se utiliza para factorizar el diámetro de orificio de válvula de alivio para tener en cuenta el sobrellenado.

a b

d e

c

Una descarga causada por sobrellenado (dos-fases) se supone que tiene inicialmente la Fracción líquida por default y que vaporiza durante el flujo a través del orificio (a diferencia del escenario de la fuga). Una descarga causada por una sobrepresión (vapor) se supone que se pierde cualquier presión de relleno al abrir la válvula y la presión en el recipiente cae a la presión de vapor saturada a la temperatura de operación.

Si la liberación tiene una duración corta y es grande, entonces sería poco probable que el jet alcance su longitud completa sin obstáculos, pero perdería su impulso por el impacto con el suelo o el equipo de los alrededores; en este caso se debe modelar el lanzamiento como una Ruptura catastrófica.

Los escenarios de disco de ruptura y válvula d alivio son muy similares, la principal diferencia esta en los cálculos de descarga. Para el escenario de disco de ruptura, no se considera el asiento del disco como un orificio restringido, por tanto el flujo depende solo de la caída de presión a través del tubo de escape. Este escenario se aplica a todas las condiciones de proceso con una presión por encima de atmosférica.

3.3.8 TUBERÍA LARGA (DUCTO)

Este escenario modela la descarga dependiente del tiempo de una tubería larga, e incluye los efectos de cierre mediante modelado del cierre de válvulas en tubería larga. La descarga puede ser vapor o dos fases, dependiendo de las condiciones en la tubería.

Se usa este escenario si la tubería es larga (p.ej. Longitud >> 300*Diámetro), o si se quiere modelar un tamaño que orificio que es menor que un ruptura total. Para rupturas totales o tuberías más cortas se usa el escenario de ruptura de línea. Se puede especificar una descarga en cualquier localización a lo largo de la tubería, y de cualquier tamaño, de una fuga de una ruptura total. Debe ser especificada la descripción de la tubería, las válvulas, y el tamaño y localización de la fuga en la sección de “Pipe tab”.

Este escenario está disponible para todas las condiciones de almacenamiento a presión, proporcionando la presión que fue especificada en la sección de “materiales”. Si las condiciones son liquido saturado, y se especifico la temperatura en la sección “Material tab” en lugar de la Presión, el escenario de tubería larga (Long Pipeline) será desactivado.

PHAST, contiene dos modelos para descargas dependientes del tiempo de una ducto largo: un modelo para tuberías a dos fases, y un modelo para tuberías de gas. El programa escoge el modelo apropiado, dependiendo de las condiciones en la tubería.

Para ambos modelos, se puede especificar una descarga en cualquier ubicación a lo largo de la tubería, y se puede especificar el tamaño de la descarga (de una pequeña fuga, a una ruptura total). El modelo puede considerar el efecto de un flujo bombeado, y de válvula de cierre.

Se da la descripción del ducto, del flujo bombeado, de las válvulas en el ducto, y el tamaño y localización de la fuga en la sección de “tubería”.

Si hay flujo bombeado, se asume que la velocidad no se afecta por la fuga, para permanecer en el flujo normal de operación hasta que la sección antes de la ruptura ha despresurizado.

Las válvulas son definidas por su distancia desde el extremo aguas arriba de la tubería y por su tiempo de cierre (medido desde el inicio de la fuga). Una vez que es alcanzado el tiempo de cierre, se asume que las válvulas cierran instantáneamente.

Figura 3.2 Escenario de tuberia larga (ducto)

Descarga a dos fases de un ducto largo.

Antes de que el ducto fugue, la tubería es llenada con un líquido presurizado a la temperatura ambiente Ta. La presión inicial a lo largo del ducto completo es mayor que la presión de vapor saturado Pvsat (ta), y Pvsat (ta) es mayor que la presión ambiente

Pa. Por ejemplo, el material debe ser un líquido volátil.

El modelo no es válido para líquidos no volátiles, para los cuales Pvsat(ta)<PA, y para los cuales los efectos de la gravedad se

espera juegan un papel. Adicionalmente el modelo no está permitido para líquidos volátiles multi-componentes.

Se considera que la ruptura divide la tubería en dos secciones independientes: una antes de la fuga A, y una después (B) (an upstream section A, and a downstream section B.). El modelo realiza cálculos de descarga para cada sección separadamente, y combina el resultado para dar la masa total descargada como una función del tiempo.

Hay muchas etapas en la descarga de cada sección. Al inicio, hay una rápida despresurización a lo larga de todo el ducto a la presión de saturación del vapor; se asume que una cantidad despreciable es descargada en esta etapa. Después, una vaporización súbita a dos fases se propaga hacia delante de la ruptura hacia el final de la tubería; después de la vaporización súbita el flujo no sufre alteraciones, y aguas debajo de la vaporización hay evaporación de liquido lo cual causa enfriamiento a lo largo de la tubería. Después de que la vaporización súbita se ha alcanzado el final de la tubería, hay flujo a dos fases a lo largo del ducto completo, hasta que la tubería completa es despresurizada.

El modelo de descarga comienza de la ecuación del flujo en tubería 1D. La presión se aproxima mediante un perfil parabólico a lo largo de la zona a dos fases en la línea con el vapor puro. Las ecuaciones modeladas son reducidas a una formulación integral, la cual es resuelta por reducción en pasoso iguales al flujo de salida. Se requiere precaución especial para asegurar que no haya singularidades termodinámicas aplicadas al punto crítico (p. ej. Para etileno).

En el orificio de ruptura inicialmente hay un flujo estrangulado y se lleva a cabo una expansión a presión atmosférica inmediatamente después del orificio. Los datos de la expansión después de la descarga en los puntos A y B, son combinados en un solo dato de descarga de tubería equivalente, los cuales son entones analizados para obtener uno o más segmentos representativos de descarga promedio.

Descarga de gas de un ducto largo

Antes de la ruptura del ducto, la tubería es llenado con un vapora presurizado a temperatura ambiente. La presión inicial de entrada en la tubería es menor que la presión de vapor saturado Pvsat(ta), y el flujo se asume es isotérmico.

Se considera que la ruptura divide el ducto en dos secciones independientes, una sección A antes de la ruptura, y una sección después de la ruptura, B. El modelo realiza cálculos de descarga para cada sección separadamente, y combina los resultados para dar el total de masa descargada como una función del tiempo.

Hay varias etapas en la descarga de cada sección. Al comienzo, un disturbio se propaga de la ruptura hacia el final de la sección del ducto. En la sección después de la ruptura, el flujo comienza a ir en reversa, y la zona de inversión de flujo (o alta presión) se extiende desde la ruptura hacia el final de la sección de la tubería después de la ruptura. Finalmente, hay una despresurización en cada sección, hasta que la tubería esta completamente despresurizada.

El modelo de descarga comienza de la ecuación del flujo en tubería 1D. La presión se aproxima mediante un perfil parabólico a lo largo de la zona a dos fases en la línea con el vapor puro. Las ecuaciones modeladas son reducidas a una formulación integral, (para tiempo como una función de la presión después del orificio) que se resuelve mediante la reducción en etapas la presión después del orificio.

En el orificio de ruptura inicialmente hay un flujo estrangulado y se lleva a cabo una expansión a presión atmosférica inmediatamente después del orificio. Los datos de la expansión después de la descarga en los puntos A y B, son combinados en un solo dato de descarga de tubería equivalente, los cuales son entones analizados para obtener uno o más segmentos representativos de descarga promedio.

3.3.9 FALLA DE TECHO DE TANQUE

El modelo de falla de techo de tanque describe la descarga de material de un tanque refrigerante aislado en el caso de que el techo del tanque falle. El material almacenado en el tanque esta ligeramente sobre su punto normal de ebullición con una pequeña sobrepresión, y el tanque esta cubierto por un techo de acero o concreto.

El modelo calcula los efectos instantáneos iniciales de falla de techo de tanque, o efectos continuos a largo plazo, dependiendo de cual es seleccionado en “Model Effect” en la sección que describe el escenario. El modelo siempre calcula ambos efectos instantáneo y continuo, y da el resultado para ambos, en el reporte de falla de techo. Sin embargo, el modelo de dispersión solo se realizara para el efecto que es seleccionado para el modelo de efecto.

Figura 3.3 Modelo de falla de techo de tanque

Efecto inicial instantáneo Efectos continuos a largo plazo

Viento

Velocidad de vaporización constante hasta que no Quede líquido en el tanque Fragmento de techo de tanque fuera de esté, no contribuye a los efectos

Techo colapsado dentro del tanque: el calor transferido de los fragmentos contribuye a la generación de vapor

Nube instantánea de vapor “Puff”