Preparar y acondicionar los equipos principales e instalaciones auxiliares de la planta química. QUIE0108

Capítulo 2
Operaciones en los equipos de separación
1. Introducción

Las operaciones de separación consisten en dividir una mezcla en dos o más de sus componentes aprovechando la diferencia en alguna de las propiedades (volatilidad, densidad, solubilidad, difusividad, etc.) de los componentes a separar.

La operación tendrá un diseño y un nombre concreto en función de qué propiedad se utilice para realizar la separación y qué estados físicos de los productos separados se obtengan. De la misma forma, el equipo que realiza la separación recibirá un nombre asociado a esta. Por ejemplo, decantación y decantador son la operación y el equipo asociado y la diferencia de densidades la propiedad utilizada para llevar a cabo la separación.

Las operaciones de separación requerirán en muchos casos trabajar a presiones y temperaturas diferentes de las ambientales, por lo que, en este capítulo, se recogerán los conceptos fundamentales para el trabajo con equipos a presión y con intercambiadores de calor.

Conocer las relaciones que se establecen entre equipos, operaciones, propiedades y estados físicos de los productos es el objetivo básico que se persigue en este capítulo, de forma que el operador pueda relacionar estos conceptos con el manejo de las variables de proceso, los procedimientos operativos y el mantenimiento de los equipos.

2. Generalidades del Reglamento de aparatos a presión (derogado por el Reglamento de equipos a presión)

El Reglamento de aparatos a presión (RAP) que fue aprobado por el Real Decreto 1244/1979, de 4 de abril, y modificado por el Real Decreto 507/1982, de 15 de enero, por el Real Decreto 473/1988, de 30 de marzo, y por el Real Decreto 1504/1990, de 23 de noviembre, se completaba con sus instrucciones técnicas complementarias (ITC).

Sabía que...

El Reglamento de aparatos a presión contaba con 17 instrucciones técnicas complementarias (ITC), cada una relativa a un tipo de aparatos a presión y que iban desde la ITCMIE- AP1 hasta la ITC-MIE-AP17.

Esta legislación fue derogada, a excepción de la ITC-MIE-AP3 (Generadores de aerosoles), por el Reglamento de equipos a presión (REP), aprobado por Real Decreto 2060/2008 y publicado el 5 de febrero de 2009.

Posteriormente, el Real Decreto 1381/2009, publicado el 23 de septiembre de 2009 y en vigor a partir del 29 de abril de 2010, deroga el Real Decreto 2549/1994, por el que se modifica la ITC-MIE-AP3 del RAP, referente a generadores de aerosoles.

De forma que el REP es la normativa en vigor para los equipos a presión, definiendo los criterios y requisitos de una manera general para los equipos a presión, siendo las ITC del REP las que particularizan los criterios y requisitos exigidos para cada tipo de instalación. Actualmente, existen seis ITC en vigor, con la siguiente asignación:

1 ITC EP-1, sobre calderas.

2 ITC EP-2, sobre centrales generadoras de energía eléctrica.

3 ITC EP-3, sobre refinerías y plantas petroquímicas.

4 ITC EP-4, sobre depósitos criogénicos.

5 ITC EP-5, sobre botellas de equipos respiratorios autónomos.

6 ITC EP-6, sobre recipientes a presión transportables, que se insertan tras dicho reglamento.

Si se observa detenidamente la descripción de las ITC del REP, se comprobará que algunas de ellas van a ser de repetida aplicación en plantas químicas, como es el caso de la ITC EP-3 (Refinería y plantas petroquímicas).

Para definir el campo de aplicación del reglamento, se establecen una serie de definiciones, entre las que destacan las de equipo a presión y usuario como conceptos de partida para la interpretación del REP.

Definición

Equipo a presión Todo elemento diseñado y fabricado para contener fluidos a presión superior a 0,5 bar.

Usuario Persona física o jurídica que utiliza, bajo su responsabilidad, los equipos a presión o las instalaciones.

El REP asigna al usuario la responsabilidad última de la operativa del equipo a presión, atribuyéndole la obligación de conocer y aplicar las disposiciones del fabricante en cuanto a la utilización, medidas de seguridad y mantenimiento de los equipos.

Bajo los criterios del REP, son obligaciones del usuario:

1 No poner en servicio la instalación o impedir el funcionamiento de los equipos si no se cumplen los requisitos exigidos en el reglamento.

2 Disponer de un dossier documental a disposición del órgano competente de la Comunidad Autónoma, de los equipos instalados con toda la documentación acreditativa (declaraciones de conformidad, instrucciones del fabricante, proyecto y certificado de la instalación, actas de pruebas periódicas, certificaciones de cambios de ubicación, cambio de servicio, reparaciones y modificaciones), así como la que pueda derivarse de lo requerido por la correspondiente ITC.

3 Utilizar los equipos en los márgenes de seguridad marcados por el fabricante y retirarlos del servicio si no son seguros.

4 Realizar el mantenimiento de los equipos y sus sistemas de control y seguridad de acuerdo a las condiciones de operación y las instrucciones del fabricante, debiendo examinarlos al menos una vez al año.

5 Ordenar la realización de las inspecciones periódicas que correspondan, así como las reparaciones o modificaciones necesarias, debiendo disponer y mantener al día un registro de los equipos a presión, incluyendo las fechas de las inspecciones periódicas, reparaciones y modificaciones.

Otras definiciones básicas para la interpretación de la normativa recogida en el REP son:

1 Presión máxima admisible (PS): presión máxima para la que está diseñado el equipo, especificada por el fabricante. Esta presión es equivalente a la denominada como presión de diseño en la anterior reglamentación.

2 Presión de precinto (Pp): presión a la que el elemento de seguridad que protege al equipo a presión aliviará presión para reducirla a niveles aceptables para la seguridad del equipo.

3 Presión de prueba (PT): presión a la que se somete el equipo a presión para comprobar su resistencia. Corresponde a la mayor presión efectiva que se ejerce en el punto más alto del aparato durante la prueba de presión.

4 Presión máxima de servicio (Pms): presión más alta, en las condiciones de funcionamiento, que puede alcanzar un equipo a presión o instalación.

5 Puesta en servicio: puesta en funcionamiento por el usuario de un equipo a presión o instalación, para su primera utilización o después de una reparación, modificación o cambio de emplazamiento.

6 Reparación: acción de recomponer las partes sometidas a presión de un equipo, que garantice las características y las condiciones iniciales de fabricación y de funcionamiento.

7 Temperatura: la magnitud física del nivel térmico de los fluidos en el interior de un equipo a presión.

8 Temperatura máxima/mínima de servicio (Tms): temperatura más alta o más baja que se estima puede producirse en el interior del equipo en condiciones extremas de funcionamiento.

9 Fluido de prueba: fluido utilizado en la prueba de resistencia del equipo.

10 Temperatura de prueba: temperatura a la que se encuentra el fluido de prueba mientras se le aplica la presión de prueba al equipo para comprobar su resistencia.

Recuerde

El Real Decreto 1244/1999, por el que se aprobaba el Reglamento de aparatos a presión (RAP) fue derogado por el Real Decreto 2060/2008, de 12 de diciembre, por el que se aprueba el Reglamento de equipos a presión (REP).

2.1. Presión, fluido y temperatura de prueba

En la realización de las inspecciones y pruebas, se tendrán en cuenta las siguientes consideraciones, recogidas en el Anexo de la ITC EP-3, Refinerías de petróleo y plantas petroquímicas.

Presión de prueba

En la presión de prueba, se tiene en cuenta lo siguiente:

1 a. El valor de la presión de prueba (Pp) será el indicado por el fabricante del equipo o, en su defecto, el de la prueba hidrostática de fabricación, no pudiendo superarse el 90% del límite elástico del material a la temperatura de prueba para los esfuerzos primarios de membrana. Como excepción, cualquier reducción de los valores de presión de prueba deberá ser aprobado por el órgano competente de la Comunidad Autónoma, previa justificación técnica y con el informe favorable de un organismo de control.

2 b. En caso de equipos sometidos a vacío, deberá dedicarse atención especial a la estanquidad de los mismos, por lo que, cuando se lleve a cabo una inspección de nivel B, deberá realizarse una prueba de estanquidad antes de su puesta en servicio.NOTA:los equipos sometidos a vacío que contengan fluidos incombustibles o no formadores de mezclas explosivas están exentos de estas pruebas.

3 c. A los equipos que funcionen en unas condiciones de utilización bajo las cuales la experiencia demuestra que no se originan problemas de corrosión interior (equipos con temperatura de servicio menor o igual a 0 ºC en sistemas con fluidos no corrosivos) se les aplicarán los requisitos siguientes:

 

1 Los equipos se someterán a la primera prueba de presión hidrostática, quedando exentos de las siguientes pruebas periódicas de nivel B y C, salvo que por otras causas tengan que ser puestos fuera de servicio para reparación. En este caso, se hará inspección visual de la zona reparada y se le someterá a una prueba de presión.

2 En cualquier caso, los inspectores propios harán inspecciones periódicas de nivel A, con el fin de conocer el estado de las zonas donde puede haber corrosión exterior y donde se concentran los mayores esfuerzos.

1 d. El procedimiento de prueba de presión será el indicado por el fabricante del equipo o, en su defecto, contemplará una descripción detallada del mismo, así como:

1 Condiciones de prueba.

2 Equipos necesarios para la ejecución de la prueba.

3 Aparatos de medida y control, debidamente contrastados y con una sensibilidad adecuada. Se procurará que la lectura se sitúe en el tercio central de la escala del aparato.

4 Sistemas de llenado y vaciado y tiempo de mantenimiento de la presión de prueba.

5 Indicación de los puntos en los que se deberá extremar la atención.

Fluido de prueba

Para la prueba a presión hidrostática se utilizará normalmente agua a temperatura ambiente. Durante la prueba, la temperatura del agua no será inferior a 10 ºC.

Cuando el diseño del equipo fije la naturaleza, calidad y temperatura del fluido de prueba, las pruebas de presión se harán de acuerdo con lo establecido, adoptándose todas las precauciones pertinentes.

Entre otras, se consideran como razones técnicas justificativas para el cambio de fluido de prueba o sustitución de la misma las siguientes:

1 Dudas razonables en la resistencia estructural de cimientos o fundaciones.

2 Efecto perjudicial del fluido en elementos internos o paredes del aparato.

3 Dificultades de secado del circuito, de drenaje o venteo.

4 Dificultad material para realizar la prueba hidrostática.

Temperatura de prueba

En ningún momento puede estar por debajo de la temperatura mínima de servicio ni por encima de la temperatura máxima de servicio, para evitar dañar los elementos internos del equipo.

2.2. Precauciones (aislamiento de instrumentos, válvulas de seguridad, etc.)

Las precauciones y requisitos de seguridad durante la realización de las inspecciones y las pruebas para los equipos que se estudian en este capítulo se recogen en el Anexo de la ITC EP-3, Refinerías de petróleo y plantas petroquímicas.

Sabía que...

El REP prevé sanciones para las infracciones e incumplimientos de las obligaciones recogidas en el reglamento, de acuerdo con lo indicado en el título V de la Ley 21/1992, de 16 de julio, de Industria.

Durante la realización de los ensayos y pruebas, deberán observarse unas estrictas condiciones de seguridad para evitar que las actuaciones a realizar puedan provocar accidentes.

Antes de llevar a cabo las pruebas de presión, se comprobará que el equipo para pruebas es correcto y que las conexiones son adecuadas a las presiones máximas que se van a alcanzar, así como que se han dispuesto las medidas de seguridad suficientes para evitar sobrepasar la presión de prueba y que, en ningún momento, estará por debajo de la temperatura señalada en el diseño, ni dañará los elementos internos del aparato. Antes de la prueba, será necesario:

1 Aislar los instrumentos de control.

2 Aislar de las válvulas de seguridad.

3 Purgar el aire del sistema.

4 Poner discos ciegos para aislar el equipo del resto de la instalación.

Para la prueba hidrostática

Se procederá a comprobar que las estructuras y fundaciones que sustenten el equipo o sistema están en condiciones de resistir la carga a que van a ser sometidas, antes de llenar con agua.

Se cuidará que el personal se mantenga alejado, durante el desarrollo de la prueba, de los fondos, tapas y piezas roscadas y se evitará la presencia de personas ajenas a la prueba.

Los manómetros se instalarán fuera de la proyección vertical, aislándolos de un posible impacto, y se preferirá situarlos lateralmente o en posición superior.

Importante

Durante el llenado de agua, se cuidará ventear bien el circuito para evitar que queden cámaras de aire o vapor.

Debido a la elevada energía almacenada en la prueba hidrostática, se tomarán precauciones especiales cuando la presión de prueba sea superior a 80 bar o si el producto de la presión de prueba (Pp) en bares por el volumen (V), en metros cúbicos es superior a 10.000, para lo cual es necesario hacer un plan detallado de secuencia de la misma, tiempo de duración y distancia mínima de seguridad.

Para la prueba neumática

Esta prueba reviste un mayor riesgo que la prueba hidrostática, por lo que previamente deberá hacerse una inspección del aparato.

Deberá hacerse siempre un plan detallado de las etapas de su desarrollo, con tiempos de mantenimiento de las presiones durante cada etapa, definiendo asimismo la distancia mínima de seguridad para crear un perímetro de seguridad donde los instrumentos serán aislados.

Importante

Durante el desarrollo de la prueba, se señalizará la zona por la cual no se permitirá la circulación de personal ajeno a la misma.

Inspección de las válvulas de seguridad

Las válvulas de seguridad se desmontarán cuando se realice la parada programada de inspección del sistema al que pertenecen o con la periodicidad que corresponda a la realización de las inspecciones de nivel B para su ajuste, prueba y precintado. La regulación se realizará en banco de pruebas, teniendo en cuenta las recomendaciones de los fabricantes de las mismas.

Nota

En el caso de calderas sometidas a llama, la periodicidad de las comprobaciones será al menos cada dos años.

Las válvulas de los sistemas de producción de vapor y todas aquellas que, por sus características de funcionamiento lo permitan, podrán ser comprobadas en su lugar de emplazamiento.

Las comprobaciones de tarado y precintado serán supervisadas por un organismo de control.

2.3. Procedimientos de prueba según tipo de elemento. Depósitos y columnas

Para la ejecución de las pruebas periódicas, el usuario dispondrá los medios materiales y humanos necesarios, así como la preparación de los equipos o instalaciones para que la ejecución se realice en condiciones de seguridad.

Los procedimientos de prueba dependerán del tipo de equipo a ensayar, que, para equipos de refinerías de petróleo y plantas petroquímicas, se clasifican bajo los criterios recogidos en el artículo 3 de la ITC correspondiente. Estos son:

1 1. Potencial de riesgo: los recipientes se clasificarán según el producto de la presión máxima admisible (PS en bar) por el volumen (V en m3):

1 Potencial 1: mayor o igual a 1.000.

2 Potencial 2: mayor o igual a 300 y menor a 1.000.

3 Potencial 3: mayor o igual a 25 y menor a 300.

4 Potencial 4: mayor o igual a 10 y menor a 25.

5 Potencial 5: menor a 10.

1 2. Características de los fluidos: según las características de los fluidos con los que operan los equipos, se clasificarán:

1 Grupo 1.1: fluidos inflamables en forma de vapores, líquidos, gases y sus mezclas, a temperatura máxima de servicio Tms igual o superior a 200 ºC; gases o líquidos clasificados como muy tóxicos e hidrógeno a cualquier temperatura en concentraciones superiores al 75% en volumen.

2 Grupo 1.2: otros fluidos peligrosos incluidos en el grupo 1 del artículo 9 del Real Decreto 769/1999, de 7 de mayo, y que no se clasifiquen en el grupo anterior.

3 Grupo 2.1: gases no peligrosos incluidos en el grupo 2 del artículo 9 del Real Decreto 769/1999, de 7 de mayo (vapor de agua, gases inertes, inocuos, aire, etc.).

4 Grupo 2.2: otros fluidos no peligrosos que no se clasifiquen en el grupo anterior.

Mediante la combinación del potencial de riesgo y de las características de los fluidos, se establecen las clases de equipo dentro de la ITC EP-3.

Los aspectos relativos a inspecciones periódicas asociadas a las diferentes clases de equipos se recogen en el artículo 6 de la ITC EP-3.

Estos son:

1 1. Las inspecciones periódicas se realizarán atendiendo a los siguientes criterios:

1 Nivel de inspección A (inspección exterior en servicio): además de lo indicado en el Anexo III del Reglamento de equipos a presión, deberá realizarse una comprobación de espesores por ultrasonido y/o cualquier ensayo no destructivo que se considere necesario. En caso de equipos cuya temperatura del metal no permita la realización de dichos ensayos, deberán ser realizadas en un plazo no superior a un año del establecido.

2 Nivel de inspección B (inspección interior fuera de servicio): consistirá, al menos, en una completa inspección visual interna y comprobación de espesores de todas las partes sometidas a presión, pudiendo aplicarse adicionalmente los ensayos no destructivos que se consideren necesarios. Cuando una inspección interior no se pueda llevar a cabo por imposibilidad física o razones técnicas justificables, se sustituirá por los ensayos no destructivos necesarios que garanticen una seguridad equivalente o por una prueba de presión. En el caso de tuberías, no será necesario realizar la inspección interna.

 

3 Nivel de inspección C (prueba de presión): están exentos de realizar la prueba hidrostática los equipos sometidos a vacío.NOTA:cuando una inspección interior no se pueda llevar a cabo por imposibilidad física o razones técnicas justificables, se sustituirá por los ensayos no destructivos necesarios que garanticen una seguridad equivalente o por una prueba de presión.

1 2. Las inspecciones y pruebas a las que deben someterse los depósitos y columnas, así como el resto de recipientes dentro del alcance, se realizarán atendiendo a la clasificación expresada en el artículo 3.3 de la ITC EP-3, por los agentes y con las periodicidades máximas recogidas en la siguiente tabla.

1 3. Las tuberías que correspondan a unidades de proceso con diámetro superior a DN 50 y cuyo valor de PS. DN > 1.000 deberán ser inspeccionadas, al menos, con el nivel B, por los agentes y con las periodicidades máximas que se indican, no siendo obligatorio realizar la de nivel C.

1 4. Excepcionalmente, las inspecciones de nivel B y C de esferas o depósitos de almacenamiento de gases licuados del petróleo se realizarán conjuntamente y tendrán una periodicidad máxima de 10 años.

2 5. Además de las inspecciones periódicas, deberán realizarse cuantos controles, inspecciones o pruebas se consideren necesarios para garantizar la integridad de los equipos e instalaciones. Cuando en las inspecciones periódicas, así como en las inspecciones adicionales realizadas por el usuario, se descubran corrosiones o daños, se deberá seguir su evolución mediante las inspecciones del usuario en las paradas de las instalaciones, para decidir, a la vista de la corrosión y del estado del aparato, si procede realizar una reparación.

3 6. Cuando, por la experiencia adquirida en la realización de inspecciones periódicas, determinados equipos no presenten problemas de utilización, envejecimiento o mediante técnicas especiales de ensayos no destructivos que aporten seguridad equivalente, podrá autorizarse, de acuerdo con el artículo 12 del Reglamento de equipos a presión, la modificación de los niveles de inspección o los plazos, con el correspondiente informe favorable de un organismo de control autorizado.

Las inspecciones deberán acreditar unas condiciones de seguridad y de resistencia adecuadas.

Importante

Es responsabilidad del usuario garantizar estas condiciones de seguridad.

Las inspecciones y pruebas podrán incluir verificaciones, inspecciones con ensayos no destructivos, pruebas hidrostáticas y otras pruebas alternativas.

Aplicación práctica

Acaban de instalar un pequeño recipiente presurizado para almacenar nitrógeno (gas inerte) en la planta donde trabaja. El objetivo de la instalación del citado recipiente es suministrar gas de inertización a un pequeño reactor biológico al que está conectado, de forma que se pueda detener la reacción y arrastrar la mezcla reactiva fuera del reactor cuando interese. El recipiente cuenta con un volumen de 10 m3 y su presión máxima admisible es de 2 bar. ¿A qué niveles de inspección está obligado el recipiente? ¿Qué agente debe realizar las inspecciones? ¿Con qué periodicidad?

SOLUCIÓN

Lo primero será determinar el potencial del riesgo del equipo. En este caso, el producto de PS (en bar) por V (en m3) será igual a 2 x 10 = 20, por lo que el potencial de riesgo será potencial 4.

Después, se determinará el grupo según las características del fluido. Al ser un gas inerte, pertenecerá al Grupo 2.1.

Con estos dos datos, puede analizarse la tabla que determina la clase de equipo. En este caso, se trata de un equipo de clase 4. Por lo que, atendiendo a la clasificación expresada en el artículo 3.3 de la ITC EP-3, se sabe que el equipo está exento de inspecciones de nivel C y que debe someterse a inspecciones de nivel A y de nivel B cada 6 y 12 años respectivamente, y, además, que estas inspecciones las realiza un inspector propio.

Depósitos

En el caso de los depósitos, se observa que son elementos que pueden encontrarse catalogados en cualquiera de las clases posibles, desde la clase 1 a la 5. Esto se debe a que el potencial de riesgo puede tomar cualquier valor (desde depósitos de poco volumen a baja presión, potencial de riesgo 1, a depósitos de gran volumen y alta presión, potencial de riesgo 5) y pueden contener fluidos de cualquiera de los grupos (1.1, 1.2, 2.1 o 2.2).

Por ello, los procedimientos de prueba y la periodicidad de las inspecciones, para cada depósito, dependerán del fluido de trabajo, la presión máxima admisible y el volumen.

Columnas

En el caso de las columnas, se observa algo similar al caso de los depósitos. Esto se debe a que el potencial de riesgo para las columnas puede tomar cualquier valor (desde columnas de poco volumen a baja presión, potencial de riesgo 1, a columnas de gran volumen y alta presión, potencial de riesgo 5). Por otra parte, las columnas contienen, generalmente, fluidos inflamables o peligrosos (grupos 1.1 y 1.2).

Por ello, las columnas, al igual que los depósitos, pueden encontrarse catalogados en cualquiera de las clases posibles, desde la clase 1 a la 5.

Así, los procedimientos de prueba y la periodicidad de las inspecciones, para cada columna, serán determinados en función de la presión máxima admisible y el volumen, principalmente.

Recuerde

Los procedimientos de prueba a los que el REP obliga a los aparatos a presión dependerán del potencial de riesgo asociado al equipo y de las características de los fluidos con los que opera.