TEAS - CONCEPTOS BASICOS Y PARAMETROS DE SELECCIÓN

TEA

S

LA SOLUCIÓN A SU MEDIDA EQUIPOS SISTEMAS Y SERVICIOS PARA MANEJO Y CONTROL DE FLUIDOS 1

1. OBJETIVOS

2. CONCEPTOS BÁSICOS

3. TIPOS DE TEAS

3.1 Teas elevadas

3.2 Teas a nivel de piso

4. SISTEMAS DE IGNICIÓN

4.1 Sistema de ignición FFG

4.2 Sistema de ignición HEI

4.3 Pilotos

5. ACCESORIOS

5.1 Sello de velocidad

5.2 Sello molecular

5.3 Sello líquido

6. PARAMETROS DE SELECCIÓN

TEA

S


Mencionar la importancia y función de los sistemas de teas .

Describir los principales tipos de teas.

Especificar los principales sistemas de control de ignición.

Determinar los principales factores de diseño de un sistema de tea.

TEA

S


CO

NC

EPTO

S B

ÁSI

CO

S


CO

NC

EPTO

S B

ÁSI

CO

S


AIRE ESTEQUIOMETRICO: Relación químicamente correcta entre combustible y aire, que por ejemplo, en una mezcla es capaz de una combustión perfecta en la que no se tiene aire o combustible sin usar.

ANTORCHA ó TEA: Sistema o dispositivo usado para disponer de forma segura de gases de alivio de un proceso, en una forma amigable con el medio ambiente, a través del uso de la combustión.

CAPACIDAD DE HUMO: Máximo flujo de un sistema de tea que puede ser

quemado sin humo. Normalmente expresado en kg/h (lb/h) para una composición especifica de gas, temperatura y presión.

EFICIENCIA DE DESTRUCCIÓN: Porcentaje en peso del vapor de un fluido que puede ser oxidado que es por lo menos parcialmente oxidado. En el caso de hidrocarburos, es el porcentaje en peso de carbono en el vapor del fluido que se oxida a CO ó CO2

CO

NC

EPTO

S B

ÁSI

CO

S


EXCESO DE AIRE: Aire provisto a la llama en exceso del requerimiento estequiométrico.

GAS DE PURGA: Gas combustible o no condensable inerte inyectado en el cabezal de la tea para mitigar el ingreso de aire, y evitar la generación de retrollama (flashback).

INTENSIDAD DE RADIACIÓN: Rata de transferencia de calor local desde la llama de la tea. Usualmente considerada como una escala y expresada en kilovatios por metro cuadrado (BTU por pie cuadrado).

KNOCK OUT DRUM: Recipiente instalado cerca de la base de la tea, sirve para recuperar hidrocarburos líquidos, prevenir flujos de líquido y remover partículas liquidas de las corrientes de gas liberadas del sistema de alivio.

CO

NC

EPTO

S B

ÁSI

CO

S


NUMERO DE RINGELMANN: Escala usada para definir los niveles de blanco, gris o negro, donde blanco es cero, negro 5 y del 1 al 4 incrementa el nivel de gris. Usado frecuentemente para describir la intensidad del humo.

NUMERO DE MACH: Relación entre la velocidad del fluido (medido con relación a algún obstáculo o figura geométrica) dividida por la velocidad a la cual las ondas de sonido se propagan el fluido.

PILOTO: Quemador pequeño de funcionamiento continúo que provee la energía de ignición para encender los gases a quemar.

PUNTA DE LA TEA: Parte de la tea donde el aire y combustible son mezclados a velocidades, turbulencia y concentraciones requeridas para establecer y mantener la apropiado ignición y la combustión estable.

CO

NC

EPTO

S B

ÁSI

CO

S


API-521/537 – Norma industrial: Sistema o dispositivo usado para disponer de forma segura de gases

de alivio de un proceso, en una forma amigable con el medio ambiente, a través del uso de la combustión.

CO

NC

EPTO

S B

ÁSI

CO

S


CO

NC

EPTO

S B

ÁSI

CO

S


AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE (API) • API RP 520 Sizing, Selection, and

Installation of Pressure-relieving devices in Refineries.

• API STD 521 Pressure-relieving and Depressuring Systems.

• API STD 537 Flare Details for General Refinery and Petrochemical Service.

• API STD 673 Centrifugal Fans for Petroleum, Chemical and Gas for Industry Services.

• API RP 500 Recommended Practice for Classification of Locations for Electrical Installations at Petroleum Facilities Classified as Class I, Division I and Division 2.

• API RP 540 Electrical Installations in Petroleum Processing Plants.

AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS (ASME) • ASME Boiler and Pressure Vessel Code • Section II Material specification • Section V Non-destructive examination • Section VIII, Division 1 Rules for

construction of pressure vessels • Section VIII, Division 1 Rules for

construction of pressure vessels • Section IX Welding and brazing

qualifications

TIP

OS

DE

TEA

S


TIP

OS

DE

TEA

S


Por estructura:

Autosoportadas

Soportadas por cables

Soportadas por

estructura (derrick)

Por tipo de punta:

No asistidas

Sónicas

Asistidas por aire

Asistidas con vapor

TIP

OS

DE

TEA

S


Altura hasta 300 ft (92 m)

Costo medio de capital

Costo moderado de instalación

Requerimiento de espacio reducido

No tiene limites de temperatura de proceso

TIP

OS

DE

TEA

S


Altura hasta 600 ft (183 m)

Bajo costo de capital

Bajo costo de instalación

Alto requerimiento de espacio

Limites con respecto a temperatura de proceso

Requerimientos de mantenimiento

TIP

OS

DE

TEA

S


Alturas hasta 655 ft (200 m)

Puede ser tipo desmontable

Alto costo de capital

Alto costo de instalacion

Requerimientos de espacio reducido

No hay limites de temperatura de proceso

Posibilidad de usar multiples chimeneas

TIP

OS

DE

TEA

S


TIP

OS

DE

TEA

S


Bajo costo de capital

Tamáños desde 2” hasta 120”

No posee partes moviles

310SS en zonas de alto calor

Mínimo consumo de servicios a tea

Alta estabilidad de llama / Confiabilidad desde la velocidad de purga hasta la sónica

Gases de alta o baja presion

Gases de bajo BTU

MINIMO 98.5% eficiencia de destrucción de hidrocarburos

TIP

OS

DE

TEA

S


Inyección de aire para control de humo

Varios diseños de puntas disponibles para lograr requerimientos de quema sin humo.

Varios tipos de sopladores disponibles para lograr requerimientos de quema sin humo

Diferentes configuracion de sopladores y sistemas de control.

TIP

OS

DE

TEA

S


Costos de operacion mas bajos Diametros desde 2 inch hasta 120 inch No tiene partes moviles 310SS en zonas de alto calor Alta estabilidad de llama / Confiabilidad

desde la velocidad del gas de purga hasta la sonica

Gases de alta o baja presión Eficiencia de destrucción de

hidrocarburos mínimo 98.5% Alto rango de quema libre sin humo Combustión libre de humo de una

amplia variedad de gases Se usa en ambientes articos donde el

vapor podria congelarse Se usa en ambientes deserticos donde

el agua es escasa

TIP

OS

DE

TEA

S


El gas fluye por el tubo de subida interno

Aire fluye por el tubo de subida externo

Mezclado en la salida de la punta

Llama mas corta en comparación con la producida en puntas convencionales

Vida util de punta de tea mas larga debido al enfriamiento ocasionado por el flujo forzado de aire

Sopladores de velocidad variable pueden ser usados

Se us an donde se requiere quema libre de humo y no hay disponibilidad de vapor o gas de asistencia

Radiación mas baja debido a una llama mas aireada

Ruido mas bajo

TIP

OS

DE

TEA

S


Inyección de vapor para control de humo

Dos tipos de puntas de boquilla simple & Un tipo de punta para boquilla multiple

Diferentes niveles de generación de ruido

Diferentes eficiencias de inyección de vapor

TIP

OS

DE

TEA

S


Costo de capital mas bajo comparado con otros sistemas de asistencia

Tamaños de 2” hasta 120 “ No hay partes moviles 310SS en zonas de alto calor Alta estabilidad de llama /

Confiable desde la velocidad de purga hasta la de emergencia

Gases de baja o alta presión Eficiencia de destrucción de

hidrocarburos mínima es de 98,5% Alto rango de eficiencia libre de

humo Combustion libre de humo de una

amplia variedad de gases de residuo

TIP

OS

DE

TEA

S


Boquillas tipo Jet patentadas

Acción tipo jet arrastra aire para

combustión libre de humo

Presiones recomendadas >14

PSIG

Alta capacidad

TIP

OS

DE

TEA

S


Inyección de gas a alta presion

para control de humo

Dos tipos de puntas de boquilla

sencilla y otro multi-boquilla

disponibles

TIP

OS

DE

TEA

S


TIP

OS

DE

TEA

S


Consiste en hileras de multiples quemadores

Amplios rangos de presión

Baja radiación

Alta rangeabilidad

Amplia variedad de gases

Puede ser usada en conjunto con teas elevadas

Alta eficiencia de destrucción

Alta confiabilidad

TIP

OS

DE

TEA

S


TEA

S TI

PO

FO

SO


Amplio rango de presiones

Radiación termica muy baja

Alta rangeabilidad

Amplia variedad de gases sin llama visible

Bajo ruido

Alta eficiencia de destrucción

Alta confiabilidad

TEA

S TI

PO

FO

SO


TEA

S TI

PO

FO

SO


Eliminación de flujo bifásico, gases y líquidos, o solo líquidos.

El líquido se recolecta dentro de un foso

Son sistemas smokeless normalmente

SIST

EMA

S D

E IG

NIC

IÓN


SIST

EMA

S D

E IG

NIC

IÓN


Flame Front Generator (FFG)

High-Energy Electronic Spark (HEI)

Continuous / Sparks Every Time (SETZ)

Piezo-Eléctricos

Capacidad de cumplir con todas las áreas de clasificación.

SIST

EMA

S D

E IG

NIC

IÓN


SIST

EMA

S D

E IG

NIC

IÓN


Requiere suministro continuo de gas

Requiere suministro de gas y aire durante la secuencia de ignición

Puede ser ofrecido con modo manual, automático o combinado (Auto/Manual)

Puede cumplir cualquier clasificación de area peligrosa

SIST

EMA

S D

E IG

NIC

IÓN


Requiere suministro continuo de gas

Está compuesto por el modulo HEI y sensor de ignición en el piloto

Confiable / Ignición directa a prueba de fallos

Puede cumplir cualquier clasificación de area peligrosa

PIL

OTO

S


HSLF (High-stability, Low Fuel Consumption) Series

CFP Series Pilotos retráctiles

PIL

OTO

S


65,000 BTU/hr

Alta estabilidad con gases de alto MW o gases de alto % de H2

Flame Front Generator y / o Electric

Ignition

1 o 2 Termopares

Termopar retractil

PIL

OTO

S


250,000 BTU/hr

Alta estabilidad con gases de alto MW o gases de alto % de H2

Flame Front Generator y / o Electric

Ignition

1 o 2 Termopares

Termopar retractil

PIL

OTO

S


PAR

AM

ETR

OS

DE

SELE

CC

IÓN


AC

CES

OR

IOS


Parte integral ubicada dentro de la

punta de la tea

NO requiere una linea de drenaje

dedicada

Niveles de O2 no alcanzan mas de 6-

8% por debajo del sello de velocidad

AC

CES

OR

IOS


Pieza separada de equipo ubicada por debajo de la punta de la tea

Requiere linea de drenaje dedicada

Asegura que nivel de O2 no llega al 0% por debajo del sello de gas

AC

CES

OR

IOS


Se usan para aumentar la retropresión aguas abajo del sistema de tea en el cabezal.

Pueden recolectar líquidos arrastrados en la corriente de gas

Actuan como una barrera de protección contra la retrollama que se presenta entre la tea y el cabezal.

Pueden ser separados / independientes (Horizontal o Vertical) orIntegral en la base de la tea (Vertical)

Podrian ser diseñados como tipo sello profundo o para uso con sistema de recuperacion.

AC

CES

OR

IOS


Se emplean para recolectar cualquier líquido en la corriente de entrada hacia la tea

Si se dimensionan mal podrian llevar a la presencia de líquido en la punta de la tea

Tipos:

• Separado / independiente (horizontal)

• Vertical) o integral en la base de la chimenea (vertical)

AC

CES

OR

IOS


AC

CES

OR

IOS


Tipo retractil

Requiere un pequeño cabrestante para extender / retraer el pescante

Construcción en acero al carbono con escudo de calor en acero inoxidable

Permite bajar / elevar la punta de la tea desde la base de la chimenea

Se requiere un cabrestante montado en la base de la tea.

AC

CES

OR

IOS


PAR

AM

ETR

OS

DE

SELE

CC

IÓN


PAR

AM

ETR

OS

DE

SELE

CC

IÓN


CAUDAL DEL GAS

COMPOSICION DEL GAS

TEMPERATURA DEL GAS

PRESION DEL GAS DISPONIBLE

COSTO Y DISPONIBILIDAD DE SERVICIOS INDUSTRIALES

REQUERIMIENTOS AMBIENTALES

REQUERIMIENTOS DE SEGURIDAD

REQUERIMIENTOS SOCIALES

CONSIDERACIONES DE DISEÑO

PAR

AM

ETR

OS

DE

SELE

CC

IÓN


Normalmente el diseñador del sistema de tea emplea el dato del caudal

suministrado por la ingeniería de proceso. Si el dato es sobrestimado el sistema de

tea será mas costoso y puede conducir a vida de servicio mas corta. Si se

subestima puede conducir a sistemas no seguros.

Afecta directamente el tamaño mecánico de la tea

A mayor flujo la radiación térmica se incrementa, lo cual tiene impacto directo

sobre la altura y localización del sistema de tea.

La velocidad de gas debe estar alrededor de 150 – 300 ft/seg

API RP 521 recomienda Mach entre 0.2 y 0.5

Numero de Mach = Vgas en el tubo / V sonido en gas

PAR

AM

ETR

OS

DE

SELE

CC

IÓN


Los productos de la combustión dependen de la composición del gas de entrada,

conociendo dicha composición se puede predecir las características y composición

del gas de chimenea.

La compañía de diseño puede predecir mediante la relación de carbón a hidrogeno

la tendencia de generación de humo del gas.

Gases como el H2S requieren metalurgia especial.

PAR

AM

ETR

OS

DE

SELE

CC

IÓN


Tiene impacto directo sobre la expansión térmica, volumen del gas y

requerimientos de materiales de tubería y recipientes.

Otro factor es la tendencia a condensarse de los gases, la condensación de flujo

bifásico ocasiona una mayor tendencia a formación de humo y la posibilidad de

lluvia de fuego. Esto puede evitarse con la adición del KO DRUM en el diseño.

PAR

AM

ETR

OS

DE

SELE

CC

IÓN


Se determina mediante el análisis hidráulico de todo el sistema de alivio desde los

equipos de alivio de presión (válvulas de seguridad, discos de ruptura, venteos,

etc.)

Es un criterio de diseño para la quema sin humo de la tea, algunos diseñadores

han encontrado que se puede incrementar la quema “smokeless” al usar la presión

disponible a la entrada.

A mayor caída de presión a través de la tea se reduce el volumen de gas, lo que

conduce a un cabezal de tea mas pequeño y reducciones en el consumo del gas de

purga.

PAR

ÁM

ETR

OS

DE

SELE

CC

IÓN


Para alcanzar quema sin humo, es necesario usar un gas de asistencia para

incrementar la turbulencia en el punto de quema.

Se puede usar aire, vapor o gas. Aire con blowers (35% del aire estequiometrico).

Vapor en relación de 0.2 lb por lb de gas. Gas en presiones superiores a los 25 psig.

Otros servicios son el gas de piloto y el gas de purga. La cantidad requerida

depende del tamaño del sistema de tea. La cantidad del gas de purga depende de

la composición de este gas.

El gas de piloto esta afectado por las características de combustión de los gases a

usar: gas natural (15 psig) o LPG (10 psig). Por lo general se pueden usar gases

residuales siempre que su LHV sea superior a 300 BTU/FT3.

PAR

AM

ETR

OS

DE

SLEC

CIÓ

N


El requerimiento ambiental básico es que exista quema sin humo para proteger el

ambiente de la polución.

Usualmente se emplea el número de Ringlemann como escala para determinar si el

nivel de emisiones de humos esta dentro de los limites permitidos.

PAR

AM

ETR

OS

DE

SELE

CC

IÓN


Al usar teas asistidas se aumenta el nivel de ruido, máximo nivel de ruido no debe superar 85 dB

Instalación de tea, preferiblemente y cuando sea técnicamente viable en altura para la quema del gas. Si las condiciones lo permiten, la línea debe estar provista de facilidades para separación de líquidos, los cuales se retornarán por tubería a tanques.

Utilización, cuando sea técnicamente recomendable (P.e. crudos livianos) y económicamente factible, de tanques de almacenamiento con techo o membrana flotante. En caso contrario, se tratará de que los venteos de tanques se conecten a la línea de teas.

La generación de calor y su contribución al deterioro de la calidad del aire ambiente se relaciona especialmente con las quemas de gas, Las medidas de manejo son en este caso de prevención, teniendo como alternativas la selección de la localización considerando carga máxima del sistema o condiciones extremas.

PAR

AM

ETR

OS

DE

SELE

CC

IÓN


El principal requerimiento de

seguridad esta relacionado con

problemas de radiación térmica.

Prever zonas de aislamiento

alrededor de las teas para evitar los

efectos de la radiación. Estas serán

establecidas en función de la energía

radiante emitida y de los receptores

sensibles presentes en la zona de

exposición, tal como lo estipulan las

normas de seguridad.

PAR

AM

ETR

OS

DE

SELE

CC

IÓN


Aunque la tea cumpla con requerimientos ambientales, puede no cumplir con las

expectativas de los vecinos de la planta. Pueden surgir reclamaciones por luz o

ruido.

La tea será instalada a 200 metros del borde de la propiedad del vecino o del

recipiente con hidrocarburo mas cercano (EXXON ).

Presencia de comunidades indígenas en la zona

Presencia de animales o cultivos en la zona

Presencia de aeropuertos o puertos en la zona

PAR

AM

ETR

OS

DE

SELE

CC

IÓN


La velocidad del viento normal y máxima en la zona define el tipo de soporte a

utilizar y la estabilidad de la llama.

El factor de importancia define el tipo de estructura según la norma ASCE 7-05.

Disponibilidad de área

TEA

S


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