903 HM120 P09 GUD 093(Tanqkes de Almacenamiento)

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE DE ALMACENAMIENTO AL MACENAMIENTO FECHA

MAR.10

ELABORÓ Iniciales

OBJETO

Emisión Original

903-HM 903-HM120 120-P0 -P09-G 9-GUDUD-09/ 09/18/ 18/03/ 03/201 2010/A 0/A//

AP

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REVISÓ Iniciales

ABA/GP MJP/GP

APROBÓ Iniciales/Cargo

MS/VPO SN/VPO

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE DE ALMACENAMIENTO AL MACENAMIENTO Índice Página 1. INTRODUCCIÓN............................ ....................................................... ...................................................... ............................................. .................. 7 2. OBJETIVOS .......................... .................................................... .................................................... .................................................... ............................. ... 7 3. USO DE LOS CRITERIOS Y LA NORMATIVA ........................ ................................................. .............................. ..... 7 4. INEDONES RELACIONADOS ......................... .................................................. .................................................. ............................. .... 8 5. ACRÓNIMOS Y SIGLAS ................................................... ............................................................................ ..................................... ........... 9 6. EXCEPCIONES............................ ....................................................... ...................................................... ............................................. .................. 10 7. MEMORIA DE CÁLCULO......................... ................................................... .................................................... .................................. ........ 10 8. LECCIONES APRENDIDAS......................... ................................................... .................................................... .............................. .... 12 9. DEFINICIONES ........................ .................................................. ..................................................... .................................................. ....................... 12 10. DISEÑO TANQUES DE ALMACENAMIENTO ........................... .................................................... ........................... 26 10.1. Tipos de Tanques de Almacenamiento .......................... .................................................. ...................................... .............. 27 10.2. Consideraciones de Diseño ......................... .................................................. .................................................. ................................ ....... 30 10.2.1. Temperatura de Diseño ......................... ................................................... .................................................... ..................................... ........... 30 10.2.2. Presión de Diseño Diseñ o ..................................................... .......................................................................... ............................................. .................... 31 10.2.3. Generales ............................ ...................................................... .................................................... .................................................... ............................. ... 31 10.3. Especificación del Fondo ........................... .................................................... .................................................. .................................. ......... 34 10.4. Especificación del Techo ........................... .................................................... .................................................. .................................. ......... 34 10.5. Especificación de Pared Par ed o Casco ........................... .................................................... .............................................. ..................... 37 10.6. Boquillas en Tanques de Almacenamiento......................... Almacenamiento.................................................. .................................. ......... 37 10.6.1. Generalidades de Boquillas en Tanques Tan ques ........................ ................................................ ...................................... .............. 38 10.6.1.1. Nomenclatura de las boquillas ......................... ..................................................... ................................................ .................... 38 10.6.1.2. Criterios para determinar tamaño de boquillas ...................... .. ........................................... .......................... ... 41 10.6.1.3. Criterios para conexión de instrumentos ......................... ................................................. ................................. ......... 42 10.6.2. Pasa Hombre, Bocas de Visita en la Pared del Tanque. ......................... ...................................... ............. 44 44 10.6.3. Pasa Hombre (Manholes) en el Techo ........................... ..................................................... ...................................... ............ 45 10.6.4. Boquillas de Limpieza ( Cleanout ) .......................... .................................................... ............................................... ..................... 46 10.6.5. Espuma (Foam) ........................... ...................................................... ...................................................... .............................................. ................... 47 10.6.6. Drenajes (Water Draw-Off ) ........................... ..................................................... .................................................... .............................. .... 49 10.7. Mezcladores (Mixers) ....................................................... ............................................................................. ...................................... ............ 50 10.8. Elementos de Calentamiento ( Heating Elements ) .......................... ................................................ ...................... 5 0 10.9. Aislamiento Térmico (Thermal Insulation ........................................................ ............................... .... 50 Thermal Insulation) ............................. 10.10. Selección de Materiales.......................... Materiales.................................................... .................................................... .................................... .......... 51 10.11. Hoja de Cálculo Cá lculo ........................................................ .............................................................................. .............................................. .................... 51

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE DE ALMACENAMIENTO AL MACENAMIENTO 10.12. Hoja de d e Datos Da tos ............................ ...................................................... .................................................... ................................................. ....................... 51 11. DETERMINACIÓN DE LOS REQUERIMIENTOS DE VENTEO PARA TANQUES DE ALMACENAMIENTO .......................... .................................................... .......................................... ................ 57 11.1. Capacidad de Venteo para Tanques de Almacenamiento Atmosféricos de Techo Fijo a Baja Presión.. Presión......................... ................................................. .................................................... .................................. ........ 57 11.1.1. Capacidad Normal de Venteo........................... ..................................................... .................................................... .......................... 57 11.1.1.1. Requerimientos por movimiento del líquido ........................ ................................................ ............................. ..... 61 11.1.1.1.1 Método general [1] .......................... .................................................... .................................................... ................................. ....... 61 11.1.1.1.2 Método alternativo [1]......................... ................................................... .................................................... .............................. .... 62 11.1.1.2. Requerimientos por fenómenos térmicos.......................... .................................................... ............................... ..... 63 11.1.1.2.1 Método general [1 ] ......................... .................................................. .................................................. .................................. ......... 63 11.1.1.2.2 Método alternativo [1]......................... ................................................... .................................................... .............................. .... 67 11.1.2. Capacidad de Venteo de Emergencia ............................ ...................................................... ...................................... ............ 69 11.1.2.1. Cálculo Riguroso del Venteo de Emergencia [3] ........................ .............................................. ...................... 69 11.1.2.2. Cálculo Rápido del Venteo de Emergencia Emergen cia.......................... .................................................. ............................ .... 72 11.2. Sistema de Gas de Manto ( Blanketing ) ......................... ................................................... ....................................... ............. 74 11.2.1. Requerimientos de Gas de Manto por Movimiento del Líquido [14] .................... .. .................... 76 11.2.2. Requerimientos de Gas de Manto por Fenómenos Térmicos [14] .. ..................... ..................... 77 11.3. Medios de Venteo ........................... ..................................................... .................................................... ............................................ .................. 79 11.3.1. Válvula presión – vacío (PVV) .......................... ................................................... .................................................. ........................... .. 80 11.3.2. Venteo de Emergencia ......................... .................................................. .................................................. ....................................... .............. 81 11.3.3. Sistema de Gas de Manto ( Blanketing ) ......................... ................................................... ....................................... ............. 83 11.3.4. Presiones de Ajuste ......................... .................................................. .................................................. ............................................ ................... 83 11.4. Hoja de Cálculo Cá lculo ........................................................ .............................................................................. .............................................. .................... 86 12. REFERENCIAS ........................ ................................................... ..................................................... ................................................. ....................... 86 ANEXO N°1 HOJA DE CÁLCULO PARA EL DIMENSIONAMIENTO DIMENSIONAMIENTO DE TANQUES SEGÚN EL API STD 650. 903-HM120-P09-GUD-093-1 .................... .................... 89 ANEXO N°2 FORMATO DE LA HOJA DE DATOS PARA TANQUES TANQUES (CILÍNDRICOS), ESFERAS Y TRAMPAS DE DRENAJES 903-HM120-P09-GUD-093-2 ......................... .................................................. .................................................. .............................. ..... 90 ANEXO N°3 CÁLCULO DE VOLUMEN DE VAPOR Y ÁREA SUPERFICIAL SUPERFICIAL HÚMEDA. ............................ ...................................................... .................................................... .................................................... ............................. ... 91 ANEXO N° 4 HOJA DE CÁLCULO PARA DETERMINAR LOS REQUERIMIENTOS DE VENTEO PARA TANQUES DE ALMACENAMIENTO SEGÚN API STD 2000.903-HM120-P09-GUD-093-4 ........ ........ 96 ANEXON° 5 USING INERT GASES FOR PURGING, PURGING, BLANKETING AND TRANSFER. CHEMICAL ENGINEERING, MAY 28, 1984 (BLAKEY, PHILIP & ORLANDO, GARY 903-HM120-P09-GUD-093-5 ........................ .............................................. ...................... 97

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO

LISTA DE SÍMBOLOS. Símbolo Definición Área Húmeda A Área de la superficie aislada del Ainp tanque Área Total tanque (pared y techo) Atts Nivel de fondo del tanque ( Botom BTL Tank Level ) Centro de Boquilla Cl Nivel de diseño de líquido ( Design DHL Height of Liquid ) D Diámetro Factor Ambiente F Coeficiente interno de transferencia de h calor Altura total del tanque H Nivel Alto de líquido ( High Liquid HLL Level ) Nivel Alto Alto de líquido ( High High HHLL Liquid Level ) Calor latente de vaporización en L condiciones de alivio Espesor de Aislamiento lin Nivel Bajo Bajo de líquido ( Low Low LLLL Liquid Level ) Nivel Bajo de líquido ( Low Liquid LLL Level ) Nivel Normal de Líquido ( Normal NLL Liquid Level ) Peso Molecular del vapor que es M aliviado Peso Molecular del aire M Aire Peso Molecular gas de manto M Gas

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Unidad [pies ],[m ] [pies ],[m ] [pies2],[m2] [pies], [m] [pies], [m] [pies], [m] [pies], [m] [BTU/h.pies °F][W/mK] [pies], [m] [pies], [m] [pies], [m] [BTU/lb],[kJ/kg] [pies], [m] [pies], [m] [pies], [m] [pies], [m] -

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO LISTA DE SÍMBOLOS. Símbolo Definición MPOP Máxima presión manométrica de operación permisible MVOP Máxima presión manométrica de operación en vacío p PD Presión manométrica de diseño Q Entrada de calor total Factor de reducción por aislamiento Ri Rin/Rinp Ri para tanques aislamiento total/parcial T Temperatura de vapor Tdc Cambio máximo de temperatura diario tHLL Ts u

Vtk Vip

Tiempo de residencia entre el nivel bajo/ alto del líquido Temperatura de almacenamiento Velocidad a la entrada del tanque Volumen del Tanque Requerimiento venteo ingreso de aire (inbreathing ) Movimiento líquido

Unidad [psig],[barg] [psig],[barg] [psig],[barg] [BTU/h],[W] [°R], [°K] [°F], [°C] [min] [°F], [°C] [pies/s], [m/s] [pies ],[m ] [SCFH],[Nm /h]

Vop

Requerimiento venteo egreso de aire (out-breathing ) Movimiento líquido

[SCFH],[Nm /h]

Vit

Requerimiento ingreso de aire (inbreathing ) por efectos térmicos Requerimiento egreso de aire (outbreathing ) por efectos térmicos Flujo volumétrico de vaciado del tanque Flujo volumétrico de llenado del tanque Volumen de vapor sobre el nivel del líquido del tanque

[SCFH],[Nm3/h]

Vot Vpe Vpf

VV

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[SCFH],[Nm /h] [gpm],[m /h] [gpm],[m /h] [pies3],[m3]

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t

∆

λin

LISTA DE SÍMBOLOS GRIEGOS. Símbolo Definición Ajuste de temperatura por la diferencia entre las presiones de ajuste de la válvula de Gas de manto ( Blanketing) y la de alivio de presión. Conductividad térmica del aislamiento

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Unidad [°F]

[BTU/h.pies.°F],[W/m °K]

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO 1.

INTRODUCCIÓN La Disciplina de Procesos tiene como responsabilidad realizar el diseño y evaluación de los tanques de almacenamiento durante una propuesta o en las diferentes fases de un proyecto. El ingeniero de procesos debe estar familiarizado con los diferentes criterios y lineamientos de diseño y evaluación usados en la industria.

2.

OBJETIVOS Los objetivos principales de este INEDON son el suministro de:

3.

•

Los lineamientos y criterios básicos para la selección del tipo de tanque de almacenamiento según el proceso y las condiciones preestablecidas.

•

Los parámetros y criterios para el diseño y dimensionamiento de tanques de almacenamiento y sus elementos auxiliares.

•

Los criterios y consideraciones necesarios para la evaluación de tanques de almacenamiento existentes, requerida debido a cambios propuestos en las condiciones de operación, de fluido, de capacidad, etc.

•

La información necesaria para determinar los requerimientos de venteo y gas de manto ( blanketing ) en un tanque de almacenamiento.

USO DE LOS CRITERIOS Y LA NORMATIVA I.

Los criterios especificados por el Cliente tienen prioridad sobre los indicados en este INEDON. Si las especificaciones del Cliente carecen de algún criterio, el Líder de Procesos en el Proyecto solicita la aprobación del Cliente para usar los criterios mostrados aquí.

II.

El usuario de este INEDON tiene la obligación de utilizar la revisión más actualizada de la normativa (normas, códigos, estándares, especificaciones, leyes, etc.) nacional e internacional usada en el Proyecto; así como, solicitar al Cliente o ente gubernamental correspondiente, la normativa local usada en el país donde se construye la instalación.

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO 4.

INEDONES RELACIONADOS Procedimientos e instrucciones de trabajo relacionados con este INEDON: Ingeniería (HM010) 903-P3000-A20-ADM-917

903-HM010-A90-TEC-003

Procedimiento para la Identificación, Registro y Aplicación de Lecciones Aprendidas Equivalencia de Términos entre Centros de Ejecución

Gestión de la Calidad (HM060) 903-HM060-G09-ADM-901 Elaboración y Actualización de INEDONES Procesos (HM120) 903-P3100-P09-ADM-901 903-P3100-P09-ADM-906 903-HM120-P09-GUD-013 903-HM120-P09-GUD-052

Bases de Diseño Diseño y Especificación de Equipos Bases y Criterios de Diseño Guía para la Elaboración de la Memoria de Cálculo

903-HM120-P09-GUD-065

Guía para el Dimensionamiento de los Separadores Bifásicos 903-HM120-P09-GUD-025 Guía para la Elaboración de los Diagramas de Tuberías e Instrumentación 903-HM120-P09-GUD-041 Guía de Diseño para los Sistemas de Alivio de Presión 903-HM120-P09-GUD-054 Guía para la Selección de los Materiales de Construcción Ingeniería Mecánica (HM130) 903-HM130-M01-ESP-041 Especificación para el Diseño y Fabricación de Recipientes a Presión 903-P3030-M01-TEC-046 Bases y Criterios de Diseño – Equipos Mecánicos

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO Au tomatizac ió n y Con tr ol (HM160) 903-P3200-I01-GUD-033 Criterios de Diseño de Automatización y Control Los Procedimientos y las Instrucciones de Trabajo están relacionados de manera directa: el INEDON es citado en este documento, o indirecta: el INEDON contiene información adicional para el usuario; pero no es citado en este documento. 5.

ACRÓNIMOS Y SIGLAS

API ACF Am BME DBP

DN DMC DTI INEDON HdD MaxPO MaxTO

Español Americano

Instituto de Petróleo Pie Cúbico Real (Actual) Metro Cúbico Real (Actual) Balance de Materia y Energía Diagrama Básico de Procesos (Diagramas de Flujo de Procesos, de Servicios y de Materiales de Construcción) Diámetro Nominal [en mm] Diagrama de los Materiales de Construcción Diagrama de Tuberías e Instrumentación inelectra Documento Normalizado Hoja de Datos Máxima Presión de Operación Máxima Temperatura de Operación

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Inglés American Petroleum Institute Actual Cubic Feet Actual Cubic Meter Material and Heat Balance Process Basic Diagram

Nominal Diameter Material of Construction Diagram (MOC) Piping and Instrumentation Diagram (PID) Standard Document inelectra Data Sheet Maximum Operation Pressure Maximum Operation Temperature

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Nm /h

NPS SCFH

STD 6.

Español Metros Cúbicos de Aire o Gas por Hora a Condiciones Normales: Temperatura de 32°F (0°C) y Presión de 14,7psia (1,014bar). Tamaño Nominal de la Línea (en pulgadas) Pies Cúbicos de Aire o Gas por Hora a Condiciones Estándar: Temperatura de 60°F (15,6°C) y Presión de 14,7psia (1,014bar). Estándar

Inglés Normal cubic meters of air or gas per hour

Nominal Pipe Size (inches) Standard cubic feet of air or gas per hour

Standard

EXCEPCIONES Este INEDON no incluye el cálculo y especificación de los tamaños de las válvulas de presión y vacío, ni del venteo de emergencia, los cuales deberán ser especificados por el fabricante del tanque.

7.

MEMORIA DE CÁLCULO La memoria de cálculo de diseño del tanque, requerimientos de venteo, sistema de Gas de manto ( Blanketing), si aplica, y venteo de emergencia para tanques de almacenamiento es realizada según el INEDON “Guía para la Elaboración de la Memoria de Cálculo”, No. 903-HM120-P09-GUD052. A continuación se lista la información necesaria para realizar el cálculo de dimensionamiento de tanques y sus sistemas de protección: a. Documentación mínima requerida: • Bases y Criterios de Diseño del Proyecto: este documento puede

complementar la información de este INEDON. • BME o Simulación del Proceso: brinda algunas de las características principales de los fluidos a almacenar.

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO • DBP: complementa a los dos documentos anteriores. • DTI: documento representativo de la Disciplina de Procesos, es el

que también muestra más información esquemática sobre el tanque de almacenamiento. • DMC (si existe en el Proyecto): permite conocer el requerimiento preestablecido de los materiales de construcción para el tanque. • HdD del tanque: si existe de una etapa anterior del Proyecto, provee la información base que puede ser validada o revisada. Según la etapa y alcance del Proyecto, se pueden obtener del fabricante, de la Disciplina de Ingeniería Mecánica o de Procesos. b. Códigos y estándares de diseño del tanque. Ejemplo: API STD 650. Consulte a la Disciplina de Ingeniería Mecánica. c. Condiciones de operación:     

Temperatura. Presión. Propiedades del fluido almacenado. Presión de vapor. Temperatura de vaporización.

d. Dimensionamiento del tanque: • • • • • • • • •

Criterios de diseño. Flujos de llenado (Máx, Nor, Mín). Flujos de vaciado (Máx, Nor, Mín). Capacidad Máxima. Capacidad neta de trabajo*. Diámetro*. Altura*. Nivel de líquido en el tanque*. Nivel máximo de líquido*. Si es un tanque existente o proviene de otra fase de ingeniería

e. Accesorios del tanque. • Boquillas • Conexiones de instrumentos. • Pasa hombres, bocas de visita (manholes).

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO • Drenajes

f.

Selección y configuración de los dispositivos de seguridad.    

Capacidad de venteo. Gas de manto (Si aplica). Requerimiento de gas de manto (Si aplica). Presión de ajuste de los dispositivos de seguridad del tanque.

g. Elaboración o revisión de la HdD. h. Documentación adicional según el INEDON “Guía para la Elaboración de la Memoria de Cálculo”, N° 903-HM120-P09-GUD-052. i.

Información del Cliente, del fabricante, otras Disciplinas, etc. La ubicación, cantidad y detalle de la información depende de la etapa y alcance del Proyecto.

8.

LECCIONES APRENDIDAS Las Lecciones Aprendidas están disponibles a través de la página de intranet de Ingeniería. El sistema de Lecciones Aprendidas puede contener información adicional para el tema de este INEDON. El INEDON “Procedimiento para la Identificación, Registro y Aplicación de Lecciones Aprendidas”, No. 903-P3000-A20-ADM917, indica lo siguiente “cuando no se encuentre evidencia del uso del Sistema de Lecciones Aprendidas, se levantará una No Conformidad” durante una revisión técnica.

9.

DEFINICIONES Afor o de Tanq ues (Gaging of Tanks ) Proceso mediante el cual se mide la altura o profundidad del líquido en un tanque de almacenamiento, y con el cual se determina la capacidad total del tanque, ó las correspondientes capacidades parciales a diferentes alturas. Este proceso termina con la elaboración de una tabla de aforo en la

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO cual se indica el volumen de líquido correspondiente a diferentes alturas específicas. El aforo de tanques normalmente se realiza utilizando un método volumétrico, en el cual una cinta de medición con una plomada en su extremo es introducida manualmente, a través de una escotilla (véase Escotilla de medición “ Gauge Hatch”) ubicada en el techo del tanque, y se deja descender por el líquido almacenado hasta que la punta de la plomada toque el fondo del tanque. Esta plomada se utiliza para garantizar que la cinta se dirija verticalmente por el líquido contenido en el tanque y además, permite superar alguna barrera presente como lo es la presencia de sólidos en el fondo del tanque. Una vez la plomada alcance el fondo del tanque se toma la medida respectiva. En el techo del tanque se debe indicar el punto de referencia de medición para el cálculo de la capacidad total del tanque. Véase la figura 1. Normalmente el aforo y calibración de un tanque se realiza una vez cada cinco años para tanques de transferencia de custodia y de diez años para los demás tanques, ó de acuerdo con los programas de operación y mantenimiento propios de cada unidad. Cintade Medición Escotilla de Medición "GaugeHatch" Punto referencia de medición Nivel de Líquido

Plomada

Fondodel Tanque

Figura 1. Aforo de un tanque de Almacenamiento. Fuente: PEFOW.

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO Ár ea Sup erficial Hú meda (Wetted Area) Área superficial del tanque expuesta al líquido en el interior y al calor del fuego en el exterior, se determina de la siguiente manera [3]: •

Para un tanque esférico y esferoides : el área húmeda es igual al 55 % del área superficial total o el área superficial hasta una altura de 30 pies (9.14 m) por encima del nivel del suelo, la que sea mayor.

•

Para tanques horizontales: el área húmeda es igual al 75 % del área superficial total o el área superficial hasta una altura de 30 pies (9.14 m) por encima del nivel del suelo, la que sea mayor.

•

Para Tanques verticales: el área húmeda es igual al área superficial total de la carcasa vertical hasta una altura de 30 pies (9.14 m) por encima del nivel del suelo. Para un tanque vertical soportado por encima del piso, una porción del área del fondo debe ser incluida como superficie húmeda adicional. La porción del área de fondo expuesta al fuego depende del diámetro y la elevación del tanque por encima del nivel de piso. El juicio del ingeniero debe ser usado en la evaluación de la porción de área expuesta al fuego.

Bases de Diseño (Design Basis) Documento elaborado conjuntamente entre el Cliente e inelectra. El documento establece la información básica del lugar del Proyecto, premisas y criterios de diseño especiales o particulares, requerimientos de operación, constructibilidad y mantenimiento, normativa para el Proyecto, y toda la información adicional en la cual se fundamenta la ejecución del Proyecto. Dependiendo del alcance del Proyecto y del documento, los usuarios pueden ser solo Procesos, varias o todas las Disciplinas. Consulte los INEDON “Bases de Diseño”, N° 903-P3100-P09-ADM-901, y “Bases y Criterios de Diseño” N° 903-HM120-P09-GUD-013. Calor Latente (Entalpía) de Vaporización (Vaporization Latent Heat ) Energía absorbida por las sustancias cuando cambian de estado líquido a gaseoso. También es llamado “calor de cambio de estado”.

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO Clasificación de Presión-Temperatura (Pressure-Temperature Ratin g ) Las clasificaciones de presión-temperatura son las máximas presiones manométricas permitidas de operación en un rango de temperaturas definidas para un material y una designación de la clase [10]. Las clasificaciones más comunes son 150, 300, 600, 900, 1500, 2500. Condic iones Reales, Actuales ( Actu al Condit io ns ) Presión y temperatura del fluido a las condiciones de operación (@ P y T). El término es usado para las variables volumétricas como el flujo y la densidad. La designación “A” es de uso común en la industria. Ejemplos: ACF (Aft3), pie cúbico real (actual); Am3, metro cúbico real (actual). Condiciones Base (Base Conditions ) Valores de presión y temperatura (cuadro 1) para la especificación del volumen de gas y líquido. En la Ingeniería de Procesos existen dos bases principales: Las condiciones estándar, usadas principalmente en los EUA y los países con influencia estadounidense en sus unidades de medición o en su normativa. La designación “S” es de uso común; pero algunos países o Clientes usan la “E” como traducción. Ejemplos: SCF (Sft 3) o PCE, pie cúbico estándar. Las condiciones normales, usadas principalmente en Europa y los países con influencia europea en sus unidades de medición o en su normativa. Ejemplo: Nm3, metro cúbico normal. Cuadro 1. Condiciones base. Presión absolu ta [bar] [psi]

Base Estándar

1 atmósfera 1,0133 14,696 estándar

Normal

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Temperatura [°C] [°F] 15,56

60

0

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO Las condiciones base están definidas en las Bases de Diseño del Proyecto. Corrosión Permitida, Sobre Espesor o Tolerancia a la Corrosión (Corrosion Allowance ) Cantidad lineal del espesor del material que es “sacrificada conscientemente” debido a los efectos de la corrosión, la erosión y la abrasión. Un espesor de corrosión no es requerido cuando se utilizan aleaciones resistentes a la corrosión como los aceros inoxidables austeníticos y dúplex, o aceros al carbono recubiertos internamente con estas aleaciones. Consulte el INEDON “Guía para Selección de los Materiales de Construcción”, N° 903-HM120-P09-GUD-054 Diagrama de Tuberías e Instrumentación, Diagramas Mecánicos de Flujo (Piping and Instru mentation Diagram ) Diagramas que describen la secuencia del proceso, su automatización y control, indicando todos los equipos, las líneas, la instrumentación, las lógicas de control y accesorios que los conforman. Consulte el INEDON “Guía para la Elaboración de los Diagramas de Tuberías e Instrumentación”, N° 903-HM120-P09-GUD-025. Diseño (Design ) Término que puede ser usado por el fabricante del equipo para describir varios parámetros como presión de diseño, temperatura de diseño o velocidad de diseño. Algunas Normativas indican que el término “diseño” debería ser usado solamente por el diseñador y fabricante del equipo y no en las especificaciones del comprador. Dispositivo de Alivio (Relevo) de Presión (Pressure Relief Device ) Dispositivo activado por una presión estática a su entrada y diseñado para abrir durante una emergencia o condición anormal con el objetivo de 903-HM120-P09-GUD-09/18/03/2010/A/

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO prevenir un incremento en la presión del fluido interno por encima del valor especificado de diseño [2]. El dispositivo puede ser también diseñado para prevenir un vacío interno excesivo. El dispositivo puede ser una válvula de alivio de presión, un dispositivo de alivio de presión sin posibilidad de cierre después de activado o una válvula de alivio de vacío. Egreso d e Aire/Gas (Outbreathing) Es el movimiento de vapor hacia fuera del tanque cuando los vapores en el tanque se expanden y el líquido en el tanque se vaporiza como resultado de cambios climáticos (incremento de temperatura ambiente) y/o causado por la entrada de líquido al tanque [3]. Escotilla de medición d e tanque (Gauge Hatch ) Abertura en la parte superior de un tanque a través de la cual se realizan las operaciones de aforo y alternativamente la extracción de muestras. Esta escotilla debe contar con una guía, pestaña ó cuña sobre la cual se ubica una cinta con la cual se toma lectura del nivel de líquido en el tanque para realizar el aforo o calibración del tanque (véase la figura 2). Esta escotilla puede quedar fija, con la instalación de un seguro, para las operaciones eventuales de aforo y toma de muestras, o puede ser utilizado sin seguro para aliviar presión en el tanque y de esta forma ser utilizado como un mecanismo de venteo.

Figura 2. Escotilla de medición ( Gauge Hatch). Fuente: Groth.

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO Escotilla de muestreo (Thief Hatch ) Abertura ubicada en la parte superior de un tanque a través del cual se realiza la toma de muestras del producto almacenado. Este dispositivo es utilizado generalmente en tanques de acero de baja presión, de baja capacidad (< 1500 barriles (239 m3)) ó en tanques de Plástico reforzado con fibra de vidrio FRP.

Escotilla muestreo (Thief Hatch )

Figura 3. Escotilla de muestreo ( Thief Hatch). Fuente: Groth. Factor Ambiente (Environmental Factor ) Factor ambiente basado en el aislamiento térmico con el que es protegido el tanque y empleado para el cálculo del flujo de venteo en tanques expuestos a fuego; véase el cuadro 20. Inertización (Blanketing Gas ) Gas usado en equipos de almacenamiento (por ejemplo, en los tanques) para: •

Evitar la entrada de aire durante operaciones que generen vacío, disminución del nivel de líquido debido a la succión de bombas, enfriamiento del fluido debido a disminución de la temperatura

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO ambiental. La presencia de aire, en suficiente cantidad, puede generar una mezcla combustible del gas. •

Mantener una presión de operación positiva (pocos milímetros o pulgadas de agua) para disminuir la generación de vapores.

Los gases más usados para estos fines en tanques de almacenamiento son: •

Gas combustible: el componente principal es metano. Este gas es usado si el fluido almacenado lo permite. El gas combustible puede ser producido en las instalaciones o extraído de otra instalación.

•

Nitrógeno: es usado cuando no es permitido el gas combustible.

Gas de manto/Blanq ueo (Blanketing) Proceso de cubrir la superficie de un material almacenado, generalmente un líquido, con un gas de manto (gas inerte o gas combustible) con el fin de aislarlo del medio circundante [14]. Ingreso d e Aire/Gas (Inbreathing) Es el movimiento de aire o gas de blanketing dentro del tanque cuando los vapores en el tanque se contraen o condensan como resultado de cambios climáticos (disminución de temperatura ambiente, cambio de vientos o precipitación) y/o causado por el flujo de salida de líquido del tanque [3]. Instrumentos de Medición del Nivel de Líquido ( Liquid Level Measurement Instruments ) Dispositivos usados para determinar la altura que ocupa un líquido dentro de un recipiente. Los criterios para la selección, especificación e instalación de los instrumentos de nivel son establecidos en el INEDON “Criterios de Diseño de Automatización y Control”, N° 903-P3200-I01GUD-033.

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO Latitud (latitude) Es la distancia angular entre el ecuador y un punto determinado del planeta medida a lo largo del meridiano que pasa por ese punto. La latitud se mide en grados (°), entre 0° y 90°; y puede representarse de dos formas: Indicando a qué hemisferio pertenece la coordenada (N-norte, S-sur) o añadiendo valores positivos (Norte) y negativos (Sur ). Máxima Presión de Operación Permisible, MPOP ( Maximum Allowable Working Pressure , MAWP) 1) Recipientes a presión [1]: es la máxima presión permisible en el tope del recipiente en su posición normal de operación a la temperatura de diseño coincidente especificada para esa presión. Es el menor de los valores determinados de máxima presión de operación permisible para todas las partes esenciales del recipiente. 2) Líneas dentro de las instalaciones [11]: es equivalente a la presión de diseño y no es menor que la presión a la condición más severa de presión interna o externa y coincidente con temperatura (mínima o máxima) durante el servicio. 3) Líneas para los sistemas de transporte de gas [13]: es la máxima presión a la cual puede operar el sistema de gas según lo establecido en el código. 4) Líneas para los sistemas de transporte de hidrocarburo líquido [12]: es equivalente a las presiones internas y externas de diseño. La MPOP es la base para la presión de ajuste de los dispositivos de alivio de presión que protegen al recipiente. La MPOP (MAWP) es generalmente mayor a la presión de diseño; pero tiene que ser igual a la presión de diseño cuando las reglas de diseño son usadas únicamente para calcular el espesor mínimo de pared para cada elemento y si los cálculos no son realizados para determinar el valor de la MPOP (MAWP). Evite confundir la Máxima Presión de Operación Permisible (usada en el diseño mecánico del equipo o de la línea) con la máxima presión de operación establecida en el proceso, por ejemplo, en un BME.

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO Máxima Presión de Operación Permisible en Vacío, MPOV ( Maximum Al lowable Work ing Vacuum, MAWV ) Máxima presión manométrica externa permisible en el tope de un tanque (en su posición normal de operación) a la temperatura de diseño correspondiente a esa presión [2]. La presión corresponde al menor valor determinado para la presión externa de diseño del tanque para cada uno de sus elementos, para esto se usa el espesor nominal, el cual excluye el espesor adicional del metal para la corrosión permitida y otras cargas diferentes a la presión. La MPOV ( MAWV ) es la base para la presión de ajuste de los dispositivos de alivio de presión negativa que protegen al tanque en vacío. Presión d e Ajuste (Set Pressure ) Presión manométrica a la cual un dispositivo de seguridad está ajustado para abrir o accionar [2]. La Figura 4 muestra la relación de las presiones en una válvula de alivio. Presión de Diseño (Design Pressure ) Presión usada, junto con la temperatura de diseño, como base para determinar el espesor mínimo de pared del equipo [2]. La presión de diseño puede ser menor o igual a la MPOP ( MAWP ) y es usada en lugar de la MPOP (MAWP) cuando esta no ha sido determinada. Presión de Operación (Operating Pressure ) Presión a la cual el equipo está normalmente en servicio. Los tanques atmosféricos consideran generalmente una presión de operación de +/0,825 pulg de H2O. Presión de Reajuste, Reasiento o Cierre ( Reseating or Blowdown Pressure) Es la diferencia entre la presión de ajuste y la presión de cierre de la válvula de alivio de presión, expresada como un porcentaje de la presión de ajuste o en unidades de presión. La figura 4 muestra la relación de las presiones en una válvula de alivio [10].

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO El término en inglés blowdown pressure, empleado para referirse a la presión de reasiento, está en desuso en el API STD 521 [2]. Es importante que no sea confundido con una despresurización. Presión d e Vapor de un Líquido (Vapor Pressure ) Presión parcial ejercida por el vapor de un líquido dentro de un tanque cerrado en estado de equilibrio. Presión Externa (Negativa, Vacío) (External Pressure ) Presión que experimenta el recipiente desde el exterior, lo cual equivale a una presión de vacío. Si la unidad de presión es manométrica, su valor numérico es negativo.

Figura 4. Relación entre las presiones absolutas y manométricas (adaptado de [16])

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO Presión Intern a (Positiva) (Internal Pressure ) Presión que experimenta el recipiente desde el interior. Si la unidad de presión es manométrica, su valor numérico es positivo. Punto de Ebullici ón (Boiling Point) Es la temperatura a la que la presión de vapor de un líquido iguala a la presión atmosférica circundante. Un bajo punto de ebullición es indicativo de una alta presión de vapor y una alta velocidad de evaporación. Punto de Inflamación (Flash Point) El punto o temperatura de inflamación ( flash point ) de un líquido es la mínima temperatura, a la cual el líquido genera suficiente cantidad de vapor para formar una mezcla inflamable con el aire, cerca de la superficie del líquido en el recipiente de prueba usado. Los vapores se encienden únicamente en presencia de una fuente de ignición. El punto de inflamación aplica, en la mayoría de los casos, a los líquidos; pero existen algunos compuestos sólidos que son ligeramente volátiles a condiciones atmosféricas, ej. Naftaleno. Tanques de Almacenamiento (Stor age Tanks) Son recipientes de gran capacidad, generalmente mayor a 240 barriles ≈ 38 m3, capaces de almacenar un fluido por varias horas o días. Estos tanques no se consideran como parte de la planta, sino fuera del límite de batería [19]. Tanques de Alta Presión (High Pressure Tanks) Recipientes de gran capacidad aptos para almacenar un fluido a presiones superiores de 15 psig (1,034 barg). Tanques Atmos féricos (Atmospheric Tanks) Recipientes de gran capacidad para el almacenaje de líquidos hasta presiones de 2,5 psig (0,172 barg). Normalmente construidos en acero, aunque algunos son de Plástico reforzado con Fibra de Vidrio ( Fiberglass Reinforced Plastic) [9].

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO Tanques de Baja Presión (Tanks fo r Low Pressure ) Tanques de almacenamiento de líquidos con presiones de operación entre 2,5 psig (0,172 barg) y 15 psig (1,034 barg) [8]. Temperatura Mínima de Diseño del Metal ( Minimum Design Metal Temperature ) Mínima temperatura esperada en servicio para el metal [1], excepto cuando se permiten temperaturas más bajas según el ASME SEC VIII Div 1. La temperatura mínima de diseño del metal marcada en la placa de identificación corresponde a una presión coincidente con la MPOP (MAWP ). Basado en lo anterior, la temperatura mínima de diseño del metal es la temperatura límite que el material de un equipo o línea puede soportar a la presión de diseño sin requerir una prueba de impacto. Tiempo de Residencia (Residence Time) Es el tiempo promedio que un volumen específico de líquido se puede almacenar en el tanque. El volumen es calculado entre los niveles bajo (LLL) y alto (HLL) del tanque. Unidades de Medición de Presión El Sistema Internacional (SI) de medición establece que las unidades de presión no llevan la letra “a” para valores absolutos ni “g” para valores manométricos. Actualmente, los estándares estadounidenses también están comenzando a usar el SI, especialmente cuando son estándares idénticos para la ISO. El SI indica que la palabra “presión” es calificada apropiadamente. Ejemplo: presión absoluta de 10 kPa. Sin embargo, este INEDON aún emplea las unidades barg, bara, psia, psig, etc. Hasta que el uso del SI esté más generalizado. Válvula de Presión-Vacío (PVV) (Pressure – Vacuum Valve ) Dispositivo de protección instalado en un tanque, diseñado para ventear vapores del producto almacenado en el tanque durante el llenado y admitir aire (o gas de manto) durante el vaciado del producto almacenado [5]. El objeto es evitar daños en el tanque por la diferencia de presión positiva o negativa con respecto a la presión atmosférica. 903-HM120-P09-GUD-09/18/03/2010/A/

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Figura 5. Válvula de Presión-Vacío. Fuente: Groth. Válvulas de Seguridad o Emergencia (Safety or Emergency Valve ) Válvula de alivio de presión provista de un resorte, el cual es accionado por un incremento de la presión estática aguas arriba de la válvula, debido a una contingencia operacional (fuego externo u otro evento). La válvula está caracterizada por una apertura rápida o acción violenta.

Figura 6. Válvula de Seguridad. Fuente: Groth. Venteo Abierto ó libre (Open/Free Vent ) Dispositivo de protección en forma de cuello de ganso instalado en los tanques de almacenamiento, que permite la circulación de vapores del producto almacenado en el tanque durante el llenado, y la entrada de aire o gas de manto durante el vaciado del producto almacenado [5], evitando daños en la estructura del equipo por la diferencia de presión positiva o negativa con respecto a la presión atmosférica.

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Conexión al Tanque

Figura 7. Venteo Abierto. Fuente: Groth. En algunas locaciones y comúnmente en el trópico se requiere colocar un malla en la salida del venteo para evitar el ingreso de aves e insectos. La malla anti-pájaros se puede instalar en venteos abiertos y en válvulas de presión y vacío. Venteo Norm al Venteo requerido por condiciones operacionales o cambios atmosféricos. Venteo d e Emergencia Venteo requerido cuando una condición anormal, tal como fuego externo, existe adentro o afuera del tanque. 10.

DISEÑO TANQUES DE ALMACENAMIENTO La selección del tipo de tanque y su presión de trabajo dependerán de la presión de vapor verdadera del producto a la temperatura de almacenamiento. Se debe garantizar que el producto se encuentre en fase líquida y evitar pérdidas por evaporación, esto se logra sí la presión de almacenamiento es mayor que la presión de vapor verdadera correspondiente a la temperatura de almacenamiento del producto, o que la temperatura de operación sea menor a la temperatura de saturación correspondiente a la presión de almacenamiento del producto.

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO 10.1.

Tipos de Tanques de Almacenamiento Los tanques de almacenamiento se usan como depósitos para contener una reserva suficiente de algún producto por tiempo determinado para su uso posterior y/o comercialización. Los principales tipos de tanques de almacenamiento son: a. Tanques cilíndricos y verticales: Los tanques cilíndricos y verticales de fondo plano permiten almacenar grandes cantidades volumétricas a un bajo costo, con la limitante de que solo se pueden usar a presión atmosférica o presiones internas relativamente bajas. Sus principales aplicaciones son: • • • • •

Techo fijo cónico, para líquidos inflamables y combustibles, por ejemplo, diesel. Techo flotante con cubierta, para líquidos inflamables y combustibles. Techo flotante con domo geodésico, típicamente almacenan gasolina y otros líquidos inflamables y volátiles. Techo flotante sin cubierta, típicamente almacenan gasolina y otros líquidos inflamables y volátiles. Techo de domo para líquidos inflamables, combustibles y volátiles, permiten una presión de operación mayor que los tanques con techo cónico.

b. Tanques cilíndricos y horizontales: generalmente son de baja capacidad, debido a que presentan problemas por fallas de corte y flexión. Utilizados para alta presión (balas [ bullets]), para almacenar gases licuados a presión (LGN, GLP), propano, butanos, hidrógeno. También pueden almacenar líquidos inflamables y volátiles. Los Tanques horizontales y cilíndricos con tapas planas son utilizados para almacenar líquidos de baja volatilidad c. Esferas: son utilizadas para almacenar gases licuados a presión (LGN, GLP), propano, butanos, hidrógeno, etc. con un volumen mayor que las balas. Los tanques esféricos o esferoides usualmente son de poco volumen y altas presiones de diseño. En la siguiente figura se muestra los tipos de tanques de almacenamiento más utilizados en la industria.

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO Cilíndricos Horizontales

Cilíndricos Verticales

Esféricos o Esferoides

Figura 8. Tipos de Tanques de Almacenamiento. Fuente: Petrogen. Este INEDON se enfoca principalmente en la especificación de Tanques cilíndricos y verticales, ya que son los de mayor uso en la industria del petróleo y porque son los referidos por el API STD 650, norma base para la realización de este INEDON. Parra el diseño y especificación de tanques de almacenamiento de productos de petróleo y otros líquidos, de baja capacidad se dispone de las normas API SPEC 12D y 12F. Las siguientes son las consideraciones principales definidas en estas normas de diseño: •

API SPEC 12D: En esta norma se puede consultar el diseño de tanques de almacenamiento de Acero, soldados, cilíndricos y verticales, de techo fijo, presión atmosférica y en tamaños y capacidades que son Estándar, por lo cual se facilitan las labores asociadas a la compra de estos equipos. La capacidad estándar de estos tanques varía desde 500 barriles a 10,000 barriles (80 m3 a 1,590 m 3), con presiones de diseño de 3 oz/in2 a 8 oz/in2 (132 mm H2O a 352 mm H2O) por presión y de 0,5 oz/in 2 (22 mmH2O) por vacío. La tabla No. 1 de esta norma presenta las dimensiones, tamaños y otras especificaciones estándares para estos tanques [6].

•

API SPEC 12E: en esta norma se puede consultar el diseño de tanques de almacenamiento de Acero, soldados, cilíndricos verticales, de techo fijo, presión atmosférica, en tamaños y capacidades que son Estándar, por lo cual se facilitan las labores asociadas a la compra de estos equipos y además, son fabricados en taller. La capacidad estándar de estos tanques varía entre 90 barriles a 750 barriles (14,3 m 3 a 120 m3), con presiones de diseño de hasta 16 oz/in2 (704 mm H2O) por presión y

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO 0,5 oz/in2 (22 mmH2O) por vacío. El cuadro No. 1 de esta norma presenta las dimensiones, tamaños y otras especificaciones estándares para estos tanques [7]. Adicional a lo anterior, y especialmente para la industria química, se utilizan Tanques de Plástico Reforzados con Fibra de Vidrio ( Fiberglass Reinforced Plastic - FRP ). Los Tanques de Plástico Reforzado con Fibra de Vidrio-FRP se han utilizado comúnmente para el almacenamiento de numerosas sustancias químicas corrosivas y representan una alternativa económica en comparación con materiales metálicos convencionales para una amplia gama de usos químicos. Las principales características y ventajas de un tanque FRP son: • • • • • •

Bajo peso, la densidad del FRP es del orden de 1,5 a 1,9 g/cm 3, un cuarto de la densidad del Acero. Resistencia a la corrosión, por lo que permite almacenar gran variedad de productos químicos ácidos ó alcalinos. Bajo coeficiente de expansión térmica, lo que traduce en una buena propiedad de aislamiento térmico. Buena resistencia a bajas temperaturas. Un tanque FRP puede trabajar a temperaturas cercanas a los -68 °F (-20 °C). Puede soportar temperaturas de hasta 230 °F (110 °C), dependiendo de la resina utilizada para su fabricación. Los tanques FRP fabricados en taller pueden ser diseñados para capacidades entre 285 galones y 60 000 galones (1 m 3 a 230 m3). Cuando son montados en sitio pueden ser de mayor capacidad.

Las principales aplicaciones de los tanques FRP son: •

•

Para tanques aéreos, para el almacenamiento de productos Ácidos, cáusticos, solventes y fluidos corrosivos no inflamables en la producción de petróleo, químicos, pulpa y papel, y otras aplicaciones industriales. Tanques enterrados. Son utilizados para el almacenamiento de gasolina, jet-fuel, Queroseno, Diesel y cualquier mezcla GasolinaEtanol, incluyendo 100% Etanol ó Metanol.

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO En los países de América es muy común el uso de la normativa estadounidense, las normas que rigen el diseño y fabricación de tanques FRP son: • • •

10.2.

ASME RTP-1. “Reinforced Thermoset Plastic Corrosion-Resistant Equipment”. Es la norma estándar para el diseño de tanques de FRP, con una presión interna de hasta 15 psig. ASME 2004. “Boiler and Pressure Vessel Code”. En la Sección X de esta norma se presenta los parámetros para el diseño de recipientes de Plástico a presión Reforzados con Fibra. SABS SABS BS 4994 (1998) y BS 13923 (2006). Corresponde a normas “Brithish Standars” para tanques y recipientes de FRP. Estas normas no están disponibles en el Sistema de Normas Internacionales (IHS).

Consideraciones de Diseño El diseño de un tanque de almacenamiento está directamente relacionado con la presión que se ejerce sobre las paredes y el fondo de éste. Para la disciplina de proceso los principales objetivos al diseñar un tanque de almacenamiento, son el cálculo de la capacidad neta y de trabajo, las dimensiones del mismo (diámetro y altura), la selección de los dispositivos de seguridad, si éstos aplican y el suministro de datos de proceso y características del fluido a la disciplina de Mecánica, quienes realizan el diseño final del tanque.

10.2.1. Temperatura de Diseño La temperatura de diseño del tanque de almacenamiento este dentro de los limites especificados la norma API STD 650 [9] y API STD 620 [8]. Cuadro 2. Requerimientos de temperatura para tanques de almacenamiento API STD 650 [9] API STD 650 Apéndice M* [9] API STD 620 [8] API STD 620 Apéndice R**[8]

Temperatura Mínima −20 °F (30 °C) 200 °F (93,3 °C) −50 °F ( −46 °C) −60 °F ( −50 °C)

Temperatura Máxima 200 °F (93,3 °C) 500 °F (260 °C) 250 °F (121 °C) 40 °F (4 °C)

*Este apéndice especifica requerimientos adicionales para tanques API STD 650 operando a elevadas temperaturas, con temperatura de diseño máxima excediendo 200 °F pero no excediendo 500 °F. ** Esta provisión es una guía de los materiales, diseño y fabricación de tanques para el almacenamiento de productos refrigerados.

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO Usualmente, para calcular la temperatura de diseño, el margen es de 50 °F (27,8 °C), es decir que la temperatura de diseño es igual a la máxima temperatura de operación más 50 °F (27,8 °C). Sin embargo en algunos proyectos este margen NO se respeta para evitar que la temperatura de diseño supere los 200 °F (93,3 °C) establecidos en el API STD 650. Por ejemplo, si la máxima temperatura de operación es 160 °F (71,1 °C), la temperatura de diseño no se especificará en 210 °F (98,9 °C) sino en 200 °F (93,3 °C). 10.2.2.

Presión de Diseño En el INEDON “Bases y Criterios de Diseño”, No. 903-HM120-P09-GUD013 se presentan lineamientos sobre la presión de diseño de los tanques. Algunas de las recomendaciones se presentan en el siguiente cuadro: Cuadro 3. Presión de diseño de tanques de almacenamiento Tipo de tanque Atmosféricos Con gas de manto(1)

Valor [pulg H2O] [mm Hg] [mbar] Sobrepresión 7,00 13,1 17,4 Vacío 1,50 2,80 3,73 Sobrepresión 10,0 18,7 24,9 Vacío 1,50 2,8 3,73 Nota: (1) Nitrógeno o gas combustible. Condición

La presión de diseño según el API STD 650 [9] para tanques de almacenamiento no debe ser mayor de 2,5 psig. En el Apéndice F del API STD 650 se muestra el procedimiento, que debe seguir la Disciplina de Ingeniería Mecánica, para calcular la presión de diseño. Este procedimiento sirve para comprobar que el tanque especificado por Mecánica cumple con la presión de diseño recomendada por Procesos. 10.2.3.

Generales a. Capacidad del Tanque Se debe especificar la capacidad máxima y el requerimiento de nivel de protección por sobre-llenado [9].

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO Capacidad Máxima del Tanque: es el volumen de producto en el tanque cuando el tanque está lleno hasta el nivel de líquido de diseño, véase figura 9. Capacidad Neta de Trabajo: es el volumen de producto disponible bajo condiciones de operación normales. La capacidad neta de trabajo es igual al volumen contenido entre el nivel de llenado normal y el nivel mínimo de líquido (NLL-LLL) del tanque. Véase figura No. 9. b. Niveles El valor del tiempo de residencia es una función de las condiciones del proceso como pueden ser el servicio del tanque y los equipos presentes aguas abajo del mismo, así como los requerimientos de control o emergencia. El cuadro 4 presenta una guía de los tiempos de residencia recomendados. Cuadro 4. Recomendaciones de distancias entre niveles y tiempos de retención. Niveles Distancia Boquilla – LLLL Distancia HHLL – Techo LLL-LLLL HLL-HHLL

Tiempo [min.] 10 10

Distancia Mínima [pies] 1 1,5 0,5 0,5

Distancia Mínima [mm] 304,8 457,2 152,4 152,4

Valores recomendados sujetos a modificación de acuerdo con los requerimientos del proyecto. Se debe emplear la distancia de 0,5 ft (152,4 mm) únicamente en caso de que proporcionen un tiempo superior o igual a 10 minutos de retención.

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Ranura de Sobre-llenado Requerimiento d e Nivel de Protección por Sobre-Nivel

Parte Superio r de la Altura de la Carcasa Nivel de Líquido de Diseño Nivel Normal de Llenado

Capacidad Neta de trabajo

Capacidad Máxima

Nivel Mínimo de Líquido Volumen de Operación Mínimo Remanente en el Tanque

Platina de Fondo de la Carcasa

Figura 9. Volúmenes y Niveles en el Tanque de Almacenamiento [9]. c. Dimensiones del Tanque Con base a la capacidad máxima de almacenamiento se determina las dimensiones del tanque (diámetro y altura), de acuerdo con las tablas referidas en el Apéndice A del API STD 650. Conforme a la altura de lámina a utilizar en el diseño del tanque, se busca en estas tablas un volumen estándar superior al volumen máximo establecido, y con este se define el mejor arreglo de diámetro y altura. En algunos casos, y como se observa en el Apéndice A del API STD 650, es posible seleccionar entre diferentes dimensiones que cumplan con los requerimientos de volumen almacenado en el tanque. La selección de una de estas opciones depende de la disponibilidad de

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO espacio y consideraciones de diseño, por tanto se debe contar con la aprobación de las disciplinas de Ingeniería Mecánica y Diseño Mecánico (Tubería). De acuerdo con los requerimientos de operación y económicos se debe mantener una relación H/D que se encuentre entre el rango: 0,1 ≤ H/D ≤ 0,5 Valores superiores de H/D son aceptables bajo verificación del espesor de láminas por la disciplina de Ingeniería Mecánica.

10.3.

Especificación del Fondo A continuación se presentan algunas recomendaciones para la selección del tipo de fondo del tanque: a. El fondo tipo cono (punto bajo en el centro) se utilizan en los tanques de crudo, lodos, aceite recuperado y servicios con lastre; donde se depositan el lodo y el agua. (*) b. El fondo tipo corona (punto arriba en el centro) se utilizan para diámetros mayores a 20 pies (6,1 m). (*) (*) Para los tanques con fondo tipo corona y cono, salvo se especifique lo contrario, el fondo debe tener una inclinación de 0,15 pulgadas por pie (12,5 mm/m).

c. Los tanques fabricados en taller deben ser de fondo plano. 10.4.

Especificación del Techo Existen dos tipos principales de techo para tanques de almacenamiento, techo fijo y techo flotante. Véase figura 10.

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Tipos de Techo

Techo Flotante

Techo Fij o

Cónico

Domo

Flotante Interno

Flotante Externo

Figura 10. Tipos de techo en tanques de almacenamiento atmosféricos o de baja presión. a. Los tanques deberán ser diseñados de techo flotante si cumple cualquiera de las condiciones indicadas a continuación: • Presión de vapor entre 0,75 psia (0,052 bar a) y 11,1 psia (0,765

bar a) del producto a la máxima temperatura de almacenamiento. • Líquidos con un punto de inflamación menor a 100 °F (37,8 °C).

b. Los tanques de techo flotante interno pueden tener un techo fijo cónico de Acero al Carbono ó un domo geodésico construido generalmente de Aluminio. Los nuevos techos internos se construyen en aluminio, y se coloca un domo geodésico como techo fijo del tanque. Las ventajas que presenta el domo con respecto a un techo cónico convencional son: •

Siendo el domo una estructura que únicamente se apoya en la periferia del tanque (pared), elimina el uso de columnas. Esto evita el tener que perforar la membrana.

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO • •

Se construye en aluminio, lo cual lo hace más liviano. Se construyen en el suelo y se montan armados mediante una grúa, evitando trabajos riesgosos en altura. • Cuando se coloca un techo interno flotante, no se colocan PVV (válvula de presión y vacío), sino que se instalan ventanas en la parte superior de la pared contra el techo. c. Las membranas internas flotantes instaladas en tanques de techo fijo permiten incrementar la seguridad intrínseca contra incendios, disminuir las pérdidas por evaporación y en consecuencia las emisiones contaminantes a la atmósfera, y además incrementan la vida útil del techo de acero pues los vapores del producto quedan confinados bajo la cubierta. d. Los domos geodésicos de aluminio instalados en tanques de techo flotante, permiten incrementar la seguridad contra incendios, eliminar el sistema de drenaje de agua de lluvia, evitan la contaminación del producto, aumentan la vida útil del techo y reducen los costos de mantenimiento. e. Con el uso de los domos geodésicos y las cubiertas internas flotantes de aluminio previstas en los apéndices G y H, respectivamente, del API STD 650, se obtienen las siguientes ventajas sobre los techos tradicionales de acero: • Menor inversión inicial. • Incremento de la capacidad neta de operación en comparación con • • • • • • • • • •

los techos flotantes de acero de tope abierto. Mayor seguridad intrínseca contra incendio. Disminución de los riesgos durante la construcción y el mantenimiento. Reducción de las pérdidas por evaporación. Disminución de las emisiones al medio ambiente. Aumento de la vida útil del tanque. Reducción de los costos de mantenimiento. Incremento de la confiabilidad operacional. No se requieren sistemas de drenaje del techo. Se elimina la posibilidad de contaminación del producto por agua de lluvia. No necesitan ningún tipo de revestimiento o pintura.

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO 10.5.

Especificación de Pared o Casco La disciplina de Procesos sólo debe especificar la altura y el diámetro del casco. El espesor de los anillos que forman el casco del tanque es calculado de acuerdo con el API 650 por el departamento de Ingeniería Mecánica, así como el espesor por corrosión.

10.6.

Boquillas en Tanques de Almacenamiento En el cuadro 5 se mencionan las mínimas boquillas requeridas en los tanques de almacenamiento. Es importante aclarar que la Disciplina de Procesos no elabora esquemas a escala de los tanques ni tampoco de las boquillas. Cuadro 5. Conexiones mínimas de tanques de almacenamiento. Tipo de Techo

Techo Fijo cónico, sin techo flotante interno

Conexiones mínimas        

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Entrada(s) y salida(s) de producto(s). Drenaje (con o sin sumidero). Venteo(s) abiertos y/o venteos de presión y vacío. Pasa hombre, bocas de visita en la pared y techo del tanque (orificio de inspección). Conexiones para indicador y/o control de nivel y temperatura. Soporte de cable de andamio. Inyección de espuma, si aplica. Toma muestras si es requerido.

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO Tipo de Techo

Conexiones mínimas    

Techo flotante Externo   

Tipo de Techo

Techo flotante Interno

Entrada(s) y salida(s) de producto(s). Drenajes primario y de emergencia en el techo. Venteo(s) abiertos y/o venteos de presión y vacío. Pasa hombre, bocas de visita de la pared y techo del tanque. Conexiones para indicador y/o control de nivel y temperatura. Inyección de espuma, si aplica. Toma muestras, si es requerido.

Conexiones mínimas  Entrada(s) y salida(s) de producto(s).  Drenaje (con o sin sumidero).  Venteo(s) abierto(s) y/o venteos de presión y vacío.  Pasa hombre, bocas de visita de la pared y techo del tanque.  Pasa hombre, bocas de visita del techo flotante.  Conexiones para indicador y/o control de nivel y temperatura.  Inyección de espuma en pared o techo del tanque, si aplica.  Ranura de inundación.  Toma muestras, si es requerido.

10.6.1. Generalidades de Boquillas en Tanques 10.6.1.1.

Nomenclatura de las boquillas

Si se requiere más de una boquilla de un mismo servicio, para su identificación se usan primero números y luego letras. Ejemplos: •

Las boquillas para los instrumentos de nivel del ESD se pueden designar como L1A/B.

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE DE ALMACENAMIENTO AL MACENAMIENTO •

Marca

Manómetro: P1, otros instrumentos para indicación de presión: P2, P3, etc. Cuadro 6. Nomenclatura de las boquillas para tanques Servicio Inglés

Información adicional

A

Español Entrada

Inlet

Siempre se indica en la HdD

C

Salida

Outlet

Siempre se indica en la HdD

D

Drenaje

Drain

Es indicada si el drenaje está conectado a la carcasa del tanque.

M

Pasa hombres, bocas de visita

Manholes

Véase la sección 10.6.2 y 10.6.3 Conexión para suministro de servicios industriales, diferente a los servicios de desechos de hidrocarburos pesados.

U

Servicio

Utility

F1

Facilidad para Toma muestras y Medición Manual

Facility for sampling and Manual Measurement

F2

Espuma

Foam

F3

Facilidad

CO

Puerta de limpieza

Clean Out

Véase la sección 10.6.4

T

Medidor de Temperatura

Temperature Measurement

Véase la sección 10.6.1.3

L1

Medidor de nivel Hidrostático

Hydrostatic Level Measurement

Véase la sección 10.6.1.3

L2

Medidor/Transmisor Level Véase la sección 10.6.1.3 de nivel Measurement/Transmitter

PSE

Disco de Ruptura

903-HM 903-HM120 120-P0 -P09-G 9-GUDUD-09/ 09/18/ 18/03/ 03/201 2010/A 0/A//

Available nozzle

Ubicadas a lo alto de la carcasa de acuerdo con necesidades específicas. Normalmente de NPS 1 (DN 50). El diámetro de esta boquilla es definido por la disciplina de Ingeniería Mecánica. Boquillas disponibles o de otro servicio no incluido.

Diseñada de acuerdo con la norma API 2000. Diámetro definido por el fabricante del tanque.

Rupture Disc

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE DE ALMACENAMIENTO AL MACENAMIENTO Marca

PVV

PV1/2

Servicio Español

Inglés


Válvula de Alivio de Presión y Rompe Pressure Vacuum Valve vacío

Diseñada de acuerdo con la norma API 2000. Diámetro definido por el fabricante del tanque.

Válvula para blanqueo

Se presentan dos boquillas una para el ingreso y la otra para el egreso de gas de blanqueo. En algunos proyectos es posible que las dos acciones se realicen por la misma boquilla.

Blanketing Valve

Figura 11. Ejemplo del uso de la nomenclatura para las boquillas

903-HM 903-HM120 120-P0 -P09-G 9-GUDUD-09/ 09/18/ 18/03/ 03/201 2010/A 0/A//

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE DE ALMACENAMIENTO AL MACENAMIENTO 10.6.1.2.

Criterios para determinar tamaño de boquillas

Los criterios que se deben cumplir para el diseño de boquillas en tanques de almacenamiento son: a. Velocidad inferior a la velocidad erosional. Aunque la API RP 14E no muestra a la velocidad erosional como criterio para dimensionamiento de líneas de una sola fase, se recomienda emplear este criterio cuando el Cliente dispone de la velocidad erosional como criterio diseño en sus especificaciones ó cuando exista la posibilidad de formación de flujo bifásico debido a cambios en las condiciones de presión y/o temperatura, como lo es el caso de la boquilla de entrada de liquido al tanque. b. Consulte en el INEDON INEDON “Guía para los cálculos de Pérdida de Presión” No. 903-HM120-P09-GUD-069 los valores de C empleados para el cálculo de la velocidad erosional. c. El diámetro de las boquillas boquillas de entrada y salida del tanque, es normalmente el mismo que las líneas de proceso a las cuales se conectan. Esto es muy importante en las líneas de succión de las bombas. d. El diámetro de la boquilla boquilla de salida de líquido es tal que permita una velocidad máxima de aproximadamente 3 pies/s (1 m/s). Por lo general, cuando no se posee información sobre la línea de proceso con la que se conecta la boquilla, se toman como dimensiones preliminares las calculadas con los criterios anteriores aproximando los valores a medidas estándar. Los diámetros estándar son generalmente: NPS 2 (DN 50), NPS 3 (DN 150), NPS 4 (DN 200), NPS 8 (DN 200), NPS 10 (DN 250), NPS 12 (DN 300), NPS 16 (DN 400), NPS 20 (DN 500), NPS 24 (DN 600), NPS 30 (DN 750). Sin embargo en ciertos casos las boquillas presentan mayor diámetro para evitar pérdidas excesivas de presión en las líneas de proceso a las que se conectan y para no sobrepasar el valor recomendado por norma para el esfuerzo en la boquilla. En algunos Proyectos se puede optar por usar tamaños diferentes a las medidas estándar, especialmente para boquillas grandes, por motivos de costos, ejemplo: la selección de una boquilla con NPS 26 (DN 650) cuando no es indispensable usar un NPS 30 (DN 750).

903-HM 903-HM120 120-P0 -P09-G 9-GUDUD-09/ 09/18/ 18/03/ 03/201 2010/A 0/A//

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO 10.6.1.3.

Criterios para conexión de instrumentos

La cantidad y el tamaño definitivo de las conexiones de los instrumentos de nivel, presión y temperatura son establecidos en conjunto con la Disciplina de Automatización y Control, a continuación se presenta el requerimiento mínimo de información para la HdD del tanque: a.

Conexiones para los instrumentos de nivel.

Las conexiones de los instrumentos de nivel dependen del tipo de instrumento de nivel. El cuadro 7 muestra un resumen basado en el INEDON “Criterios de Diseño de Automatización y Control”, N° 903-P3200I01-GUD-033. Las conexiones de los instrumentos de nivel, en lo posible, deberán estar directamente en el recipiente y no a líneas de flujo de proceso. Los instrumentos de nivel para control, indicación o alarma, no deberán ser instalados en la misma conexión que sea usada para los instrumentos de nivel para paradas de emergencia “ Shutdown o Blowdown ”. Las alarmas críticas o shutdown, deberán venir de interruptores independientes. Cuadro 7. Tamaños de las conexiones para los instrumentos de nivel. Tipo de Instrumento

Tamaño de la conexió n [NPS]

Información adicional  Se

Instrumento de Nivel por Presión Diferencial

Instrumento de Nivel Tipo desplazador

Las conexiones al proceso deberán ser de ½” NPT, cuando se usa un diafragma se requiere mayor área por lo que se recomienda una conexión de 1” o 2”.

Para Montaje Externo: 2” RF mínimo Para Montaje Interno: 4” RF mínimo

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recomienda especificar de acuerdo con el estándar del proveedor del instrumento.  El diámetro de la conexión depende de la viscosidad del fluido.  Este tipo de medidores se instala en la pared del tanque. ajustarse el cero del  Debe instrumento de acuerdo con su ubicación respecto a la toma de proceso.  Se emplea para medición de líquidos peligrosos, corrosivos, abrasivos, tóxicos.  Para medición de interfases.

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO Tipo de Instrumento

Instrumento de Nivel del Tipo Flotador

Tamaño de la conexió n [NPS] Estos instrumentos serán suministrados con bridas en concordancia con el Rating de presión y el tamaño correspondiente de la boquilla del recipiente.


Para tanques de gran altura y mediciones de alta precisión.

 Detectar

Interruptores de nivel

Generalmente Conexiones: 1”

Radar

4”, 6”, 8”

b.

el nivel de liquido para ser conectado a sistemas de monitoreo y enclavamiento. contactos para  Suministrar operación de circuitos de control de arranque y parada. el tamaño mínimo  Verifique requerido en el proyecto para las boquillas.  Son precisos y exactos, se emplean para transferencia en custodia.  No debe haber formación de espuma.  Use NPS 4 (DN 100) hasta que la Disciplina de Automatización y Control indique el tamaño requerido de acuerdo con la información de fabricante.

Conexiones para los instrumentos de presión:

La conexión para instrumentos de presión a proceso es en general roscada de ½” NPT. c.

Conexiones para los instrumentos de temperatura:

Para instrumentos de temperatura, generalmente el diámetro de conexión del termopozo con el proceso es; • • •

Para tanques de almacenamiento y recipientes con recubrimientos internos, NPS 2 (DN 50) RF. Para tuberías en general, NPS 1 ½ (DN 40). Para recipientes ordinarios, NPS 1 ½ (DN 40).

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO La conexión para el elemento de temperatura en el termopozo es en general roscada, de ½” NPT (DN 15). Se debe aclarar mediante una nota en la hoja de datos del tanque que los tamaños de las boquillas de los instrumentos deben ser confirmados por la Disciplina de Automatización y Control, cuando esta disciplina no ha validado los valores mostrados en la hoja de datos. 10.6.2. Pasa Hombre, Bocas de Visita en la Pared del Tanque. A continuación se presentan las cantidades mínimas recomendadas de pasa hombres de acuerdo con el tamaño del tanque y el líquido almacenado. a.

Tanques de almacenamiento de agua.

Cuadro 8. Pasa hombres en la pared para almacenar agua Diámetro del tanque [pies]

Diámetro d el tanque [m]

0 a 100 Más de 100

0 a 30,48 Más de 30,48

b.

Cantidad de pasa hombres en el tanque 1 2

Tanques de almacenamiento de líquido diferente de agua.

Cuadro 9. Pasa hombres en la pared para almacenar otros líquidos Diámetro del tanque [pies]

[m]

10 - 20

3-6

> 20 - 60

> 6 -18

> 60 - 90

> 18 - 27

> 90

> 27

>> 100

>> 30,5

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Cantid ad de pasa hombres en el tanque 1 1 1 1 1 2 1 4 44 de 97

Dimensiones [pulg]

[mm]

30 24 30 24 30 24 30 -

750 600 750 600 750 600 750 INEDON

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO c.

Las boquillas de limpieza serán contadas como un pasa hombre para tanques con diámetros superiores a 25 pies (7,62 m).

10.6.3. Pasa Hombre (Manholes) en el Techo Los tanques de almacenamiento de agua deberán ser provistos de un solo pasa hombre (Manhole), para los tanques de almacenamiento de otros productos, el número de pasa hombres depende del tipo de techo y del diámetro del tanque. A continuación se presentan las cantidades mínimas recomendadas de pasa hombres: Cuadro 20. Pasa hombres en el techo para almacenar otros líquidos (diferentes de agua). Diámetro del tanque Tipo de techo

Techo fijo

Techo flotante

[pies]

[m]

10 - 20 > 20 - 60 > 60 - 90 > 90 180 >180

3-6 > 6 -18 > 18 - 27

10 - 20

3-6

> 20 - 60

> 6 -18

> 60 - 90

> 18 - 27

> 90 180

> 27- 55

>180

> 55

> 27- 55 > 55

Cantid ad de pasa hombres en el tanque 1 2 2 3 4 1 1 1 1 1 2 2 2 2 3

Dimensiones [pulg]

[mm]

24 24 24 24

600 600 600 600

24 24 30 24 30 24 30 24 30 24 30

600 600 750 600 750 600 750 600 750 600 750

Algunos requerimientos adicionales para tanques de techo flotante: •

Cada compartimiento del techo debe ser provisto con un manhole de mínimo 20” de diámetro.

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO •

Se requieren manholes en el techo para acceso dentro del tanque. Estos manholes están considerados en el cuadro 10 de acuerdo con lo siguiente:

•

Tanques mayores de 98 ft (30 m) de diámetro deberán tener 2 accesos de 24 pulg (610 mm) I.D. espaciados 180° grados aparte.

•

Tanques menores de 98 ft (30 m) de diámetro deberán tener 1 acceso de 24 pulg (610 mm) ID.

Los tanques de techo flotante deben ser provistos con drenajes fabricados de manguera flexible de metal o tubería articulada. Cuadro 31. Número de drenajes según el diámetro del tanque. Diámetro del Tanque (pies) 0 - 90 pies (0 - 27 m) 91 - 129 pies (28 - 39 m) 130 - 190 pies ( 40 - 58 m) 191 - 260 pies (41 - 79 m) > 261 pies (80 m)

Número y tamaño de drenajes primarios 1 - 3 pulg (75 mm) 1 - 4 pulg (100 mm) 1 - 6 pulg (150 mm) 2 - 6 pulg (150 mm) Diseño Especial

10.6.4. Boquillas de Limpieza (Cleanout ) Se deben considerar boquillas de limpieza para: a.

Tanques con un diámetro superior a 25 pies (7,62 m).

b.

Los tamaños estándar para ventanas de limpieza son; • • • •

8 pulg x 16 pulg (200 mm x 400 mm) 24 pulg x 24 pulg (600 mm x 600 mm) 36 pulg x 48 pulg (900 mm x 1200 mm) 48 pulg x 48 pulg (1200 mm x 1200 mm) [9].

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GUÍA PARA LA ESPECIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO La dimensión más empleada para ventana de limpieza es 36 pulg x 48 pulg (900 mm x 1200 mm); para tanques de crudo, gasolinas pesadas, lodos, aceites recuperados y tanques con lodos y agua depositados en el fondo, generalmente se emplean ventanas de limpieza de 48 pulg x 48 pulg (1200 mm x 1200 mm). No obstante lo anterior, la dimensión definitiva de las ventanas de limpieza debe ser acordada con el Cliente. c. Tanques con un diámetro mayor a 250 pies (76,2 m) deben tener dos ventanas de limpieza. 10.6.5. Espuma ( Foam) Si el tanque requiere inyección de espuma debe revisarse la norma NFPA 11. La Disciplina de Diseño Mecánico es la encargada de definir lo referente al sistema de espuma; cantidad de cámaras de espuma necesarias para el tanque, consumo de espuma, diámetros de boquillas y condiciones específicas. La definición de las boquillas requeridas y el diámetro de las mismas deben ser realizada por la disciplina de Diseño Mecánico, de acuerdo con la información suministrada por el proveedor de la cámara. Cuando el tanque requiere inyección de espuma, para definir la distancia requerida entre el HHLL y el techo, se debe considerar la distancia mínima, indicada por el proveedor de la cámara de espuma, desde el techo hasta el límite inferior de la boquilla de la cámara de espuma. Procesos determina la diferencia requerida entre el límite inferior de la boquilla de la cámara de espuma y el nivel de liquido de diseño, de forma tal que no haya interferencia entre el fluido almacenado en el tanque y el sistema de espuma, asegurando adicionalmente que el tanque no pierda demasiada capacidad operativa. Se recomienda dejar 1,5 pies (457 mm) por debajo de la línea inferior de la boquilla de espuma. En las figuras 12 y 13 se muestra el esquema típico de una cámara de espuma instalada en un tanque de techo fijo (figura 12) y en un tanque de Techo flotante (figura 13). La altura típica para la instalación de cámara de espuma en un tanque de techo fijo depende de las dimensiones de la cámara de espuma y de las especificaciones del proveedor.

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Figura 12. Esquema cámara de espuma instalada en un tanque de Techo fijo. [18]

Figura 13. Esquema cámara de espuma instalada en un tanque de Techo Flotante [18]

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La altura definitiva desde el techo hasta la línea inferior de la boquilla de la cámara de espuma debe ser dada por los proveedores. Normalmente el tanque pierde aproximadamente 3 pies (0,9 m) de capacidad operativa por el sistema de espuma. En los tanques de techo con domo geodésico y membrana flotante, la boquilla de la cámara de espuma puede instalarse sobre el domo o en la pared del tanque. La ubicación más adecuada debe ser definida por los proveedores. En caso de colocarse sobre la pared del tanque el proveedor deberá indicar la distancia requerida entre el HHLL del tanque y la boquilla de la cámara de espuma. 10.6.6. Drenajes (Water Draw-Off ) Los drenajes de los tanques se emplean para remover agua o drenar producto del tanque. A continuación se presenta la cantidad y diámetro de los drenajes recomendado de acuerdo con el tipo de fondo y el diámetro del tanque. a.

Tanques de fondo tipo plano y de cono. Cuadro 42. Drenajes para Tanques de fondo tipo plano y de cono

Diámetro Diámetro del tanque del tanque [pies] [m] 0 a 100 0 a 30,48 Más de 100 Más de 30,48 b.

Cantidad de drenajes 1 1

Diámetro de Diámetro de Drenajes Drenajes [pulg]. [mm] 4 100 6 150

Tanques de fondo tipo corona. Cuadro 53. Drenajes para Tanques de fondo tipo corona cono.

Diámetro d el tanque [pies] 0 a 25,0 (0 m a 7,62 m) 25,1 a 100,0 (7,62 m a 30,5 m) 100,1 a 180 (7,63 m a 54,9 m)

Cantid ad de Drenajes 1

Diámetro de Drenajes [pulg] 4

Diámetro de Drenajes [mm] 100

2

4

100

2 1

> 180 (> 54,86 m)

31

4 6 4 6

100 150 100 150

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10.7.

Mezcladores (Mixers) Se debe considerar mezcladores en los tanques de almacenamiento cuando se desea: •

Prevenir y controlar la acumulación de residuos en el fondo del tanque como: ceras, agua, arcilla, parafinas u otros compuestos cerosos principalmente en los tanques de crudos.

•

Mantener la homogeneidad de las corrientes de alimentación del proceso almacenadas, para asegurar la uniformidad del producto final. Mezclar diferentes componentes para obtener una mezcla homogénea en un tiempo y requisitos especificados. Mantener la temperatura constante debido a que se presentan procesos de transferencia de calor.

• •

Los mezcladores deben colocarse generalmente sobre boquillas pasa hombre para permitir la fácil remoción o levantamiento en casos de mantenimiento. Para tanques con diámetros superiores a 70 pies (21,3 m) provistos de un mezclador, éste deberá ser contado como pasa hombres, siempre y cuando existan otros dos (2) pasa hombres sin mezcladores. 10.8.

Elementos de Calentamiento (Heating Elements) Se debe instalar un serpentín en el tanque de almacenamiento cuando se exija mantener los productos a temperaturas mayores a la temperatura ambiente para evitar la solidificación o formación de lodos altamente viscosos y facilitar el bombeo. En tanques dónde se presente una capa de agua en el fondo, (por ejemplo los tanques de crudo), los serpentines de calentamiento deberán instalarse por encima de la interfaz agua - aceite para prevenir la vaporización del agua. La superficie de calentamiento debe diseñarse de acuerdo con los requerimientos de calentamiento especificados.

10.9.

Aislamiento Térmico (Thermal Insulation) El aislamiento térmico se aplica sobre la superficie de los equipos cuando se requiere evitar pérdidas de calor hacia el ambiente, o para protección personal. Generalmente se emplean aislantes de conductividad térmica inferior a 0,06 BTU/h pies2 °F [0,1 W/mK], sin embargo este valor depende del material aislante. Los cálculos de espesor de aislamiento se realizan según especificaciones del cliente, y es definido en algunos casos por

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inelectra (Departamento de Ingeniería Mecánica) y en otros por el

proveedor del tanque. 10.10. Selección de Materiales La selección de los materiales del tanque la realiza el departamento de Mecánica. Recomendaciones sobre la selección de materiales para tanques se pueden consultar en el API 650 [9], capítulo 2 o en el INEDON “Guía de Selección de los Materiales de Construcción“, No. 903-HM120-P09-GUD-054. 10.11. Hoja de Cálculo El Anexo 1 contiene el enlace para abrir la HdC para dimensionamiento y evaluación de tanques de almacenamiento según las indicaciones del API STD 650 [9]. 10.12. Hoja de Datos El Anexo 2 contiene el enlace para el formato de Hoja de Datos para tanques de almacenamiento. El objetivo de este INEDON es guiar a los elaboradores de la HdD de las Disciplinas de Ingeniería Mecánica y de Procesos. Es importante tener presente que algunos datos que suministra la Disciplina de Procesos, pueden ser verificados por la Disciplina de Ingeniería Mecánica, y viceversa. Adicionalmente, ambas Disciplinas pueden apoyarse mutuamente para completar la HdD. La HdD muestra las unidades de medición más comunes en el sistema habitual de los EUA ( US Costumary Units ) y en el sistema métrico. Sin embargo, las unidades de medición son establecidas por el Cliente e indicadas en las Bases de Diseño del Proyecto. a. Datos generales. Cliente (Client ) Nombre o título del Cliente externo. Referencia: Bases de Diseño del Proyecto.

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Ubicación (Location ) Ubicación geográfica de la planta. Ejemplo: Barrancabermeja, Colombia. Referencia: Bases de Diseño del Proyecto. Unidad (Unit ) Nombre de la Unidad en donde estará localizado el Tanque. Ejemplo: Unidad de Tanques de Almacenamiento, Unidad 5100. Referencias: Plot Plan, Descripción del Proceso, Lista de Equipos, DBP, DTI. No. de Identificació n (Tag Number ) Número de identificación del tanque. Ejemplos: TK-1001, TK-1002A/B (si existen dos unidades idénticas en especificación). Referencias: Descripción del Proceso, Lista de Equipos, DBP, DTI. Cantid ad Requerid a (Required Number ) Indique la cantidad de unidades (tanques) idénticos en especificación. Ejemplo: DOS (2); TWO (2). Referencias: Descripción del Proceso, Lista de Equipos, DTI, DBP. Titulo (Title) Título del proyecto Referencia: Bases de Diseño del Proyecto. Tipo de Tanque (Tank Type) Indique si el tanque es HORIZONTAL, VERTICAL o ESFÉRICO (igual en español o inglés). Referencias: Descripción del Proceso, Lista de Equipos, DTI. Caso (Case) Indique el Caso de operación usado para la especificación. Ejemplos: caso rico, caso normal, caso pobre. Referencia: Bases de Diseño del Proyecto, Descripción del Proceso, Balance de Materia y Energía. Servicio (Service) Descripción breve o nombre del fluido del proceso o del servicio industrial que maneja el tanque. Ejemplos: Almacenamiento de Crudo Pesado TK903-HM120-P09-GUD-09/18/03/2010/A/

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1001. Referencias: Descripción del Proceso, Bases de Diseño del Proyecto, Lista de Equipos. No. de DTI (P&ID No .) No. de. DTI donde se encuentra el tanque. b. Datos del Proceso Temperatura (Temperature ) MÁX / NOR / MÍN Temperatura de operación máxima / normal / mínima de almacenamiento. Referencia: Bases de Diseño del Proyecto. Presión (Pressure) MÁX / NOR / MÍN Presión de operación manométrica máxima / normal /mínima del tanque. Referencia: Bases de Diseño del Proyecto. Presión de Vapor (Vapor Pressure ) Presión de vapor del fluido almacenado a la máxima temperatura de operación del tanque. Referencia: Balance de masa. En caso de que el tanque sea diseñado para almacenar productos de diferentes características, se debe especificar la presión de vapor del fluido más volátil (la mayor presión de vapor esperada). Temperatura de Inflamación (Flash Point ) Temperatura de inflamación del fluido a la presión manométrica de operación. Referencia: bases de diseño del proceso. Nivel Normal de Líquido (Normal Liquid Level ) Nivel normal de líquido NLL. Referencia: Memoria de Cálculo. c. Datos de diseño Normas de Diseño y Construcc ión (Design & Constru ction Code ) Se indica la normativa de fabricación y/o prueba del equipo. Ejemplo: API STD 650, API STD 620 (si son tanques atmosféricos o de baja presión).

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Especificaciones (Specifications ) La disciplina de Ingeniería Mecánica indica las especificaciones de construcción. Coloque una nota que indique: “Por la Disciplina de Ingeniería Mecánica” o “Por Mecánica”. Temperatura de Diseño (Design Temperature ) Temperatura de diseño del equipo. Referencia: Plano mecánico del equipo si éste es existente, temperatura de operación indicada en el balance de masa, DTI. Por lo general, la temperatura de diseño es igual a la temperatura de operación más una diferencia que se fija en las bases y criterios de diseño del proyecto. Presión de Diseño (Design Pressure) Presión de Diseño del tanque de acuerdo con lo permitido por las normas API-650 ó API-620 según sea el caso. Referencia: Plano mecánico del equipo si éste es existente, presión de operación indicada en el balance de masa, DTI. Por lo general la presión de diseño de tanques se fija en las bases y criterios de diseño del proyecto. Vacío (Vacuum ) Presión de diseño en vacío obtenida de las condiciones de operación del tanque. Referencia: Referencia: Plano mecánico del equipo si éste es existente, presión de operación indicada en el balance de masa, DTI. Por lo general la presión de diseño por vacío en tanques se fija en las bases y criterios de diseño del proyecto. Nivel Máximo de Líquido ( Maximu m Liqu id Level ) Nivel alto - alto de líquido en el tanque HHLL. Referencia: Memoria de Cálculo. Gravedad Específica (Specifi c Gravity ) Medida relativa de la densidad del fluido almacenado. Referencia: Balance de Masa.

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Inspección d e Soldaduras por Radiografías La disciplina de Ingeniería Mecánica indica las especificaciones de construcción. Coloque una nota que indique: “Por la Disciplina de Ingeniería Mecánica” o “Por Mecánica”. Corrosión Permitida (Corrosion Allowance ) Indica la corrosión permitida para la pared, techo y fondo del tanque. Una corrosión mínima permitida de 1/8 pulg (3,2 mm) es adecuada para materiales ferrosos, si no existe otro requerimiento. La Disciplina de Ingeniería Mecánica es la encargada de especificar la corrosión permitida según el tiempo de vida del equipo. Referencias: Bases de Diseño del Proyecto, requerimiento o especificación de la Disciplina de Ingeniería Mecánica, DMC (si existe), DTI. Capacidad Neta de Trabajo (Working Capacity ) Volumen de producto disponible bajo condiciones de operación normales, medida entre los niveles LLL-NLL. Referencia: Memoria de Cálculo. Véase figura 9. Capacidad Máxima ( Maximu m Capacity ) Volumen de producto disponible bajo condiciones de operación normales, medida entre los niveles DHL-BTL (Nivel de fondo de tanque hasta el nivel de diseño de líquido). Referencia: Memoria de Cálculo. Véase figura 9. Diámetro (Diameter ) Diámetro interno requerido del tanque de almacenamiento basado en los cálculos. Referencia: Memoria de Cálculo. Altu ra ( Height ) Para los tanques cilíndricos verticales, indica la altura total requerida desde la lámina del fondo del tanque hasta la parte superior de la carcasa basada en los cálculos. Para tanques cilíndricos horizontales referenciar la longitud entre líneas tangentes. Para esferas no aplica este dato. Referencia: Memoria de Cálculo.

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Flujo de gas (Flashed Gas ) MÁX / NOR / MÍN Si aplica, se indica el flujo máximo/normal/mínimo de gas de manto/blanketing a condiciones de operación. Flujos Llenado-Vaciado (Rates Filling - Emptying ) Se indican los máximos flujos de vaciado y de llenado. Referencia: Balance de Masa. Serpentín (Coil) y Calentador (Heater ) Si aplica, se indica los requerimientos de calor. Se debe especificar el medio de calentamiento (vapor, aceite térmico, etc.) y las condiciones de operación y de diseño del medio de calentamiento. Referencia: Memoria de Cálculo. Tipo de Techo (Roof Type) Se indica el tipo de techo del tanque. Ejemplo Cónico, Domo Geodésico, Flotante. Referencia: Memoria de Cálculo. Tipo de Sello del Techo ( Roof Seal Type) La disciplina de Ingeniería Mecánica indica el tipo de sello entre el techo flotante y el cuerpo del tanque. Referencia: Memoria de Cálculo. Materiales de Construc ción Indicar materiales de construcción de pared, techo, fondo y bridas del tanque de acuerdo con la naturaleza del fluido almacenado. Referencias: Bases de Diseño del Proyecto, requerimiento o especificación de la Disciplina de Ingeniería Mecánica, DMC (si existe), DTI. El INEDON “Guía para la Selección de los Materiales de Construcción”, No. 903-HM120-P09-GUD-054 indica que la Disciplina de Procesos en un Proyecto participa en el grupo multidisciplinario de la Unidad de Ingeniería que selecciona o evalúa los materiales de construcción de las líneas y los equipos de una instalación de procesos, refinería, facilidad de producción de gas o crudo, planta petroquímica, planta de tratamiento de agua, etc.

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Boquillas (Nozzles) Número y tipo de boquillas. Ejemplo conexiones de instrumentos de medición. Referencia: DTIs 11.

DETERMINACIÓN DE LOS REQUERIMIENTOS DE VENTEO PARA TANQUES DE ALMACENAMIENTO El venteo normal en los tanques de techo fijo es dimensionado para manejar el vapor desplazado debido al máximo flujo de llenado o vaciado y expansión o contracción térmica del mismo.

11.1.

Capacidad de Venteo para Tanques de Almacenamiento Atmosféricos de Techo Fijo a Baja Presión Se deben suministrar los venteos necesarios para evitar esfuerzo excesivo sobre la estructura del tanque por sobrepresión o vacío. Durante el diseño del tanque de almacenamiento se evalúan los requerimientos de venteo en condiciones normales y de emergencia, los cuales son: • • • • •

Entrada de aire debido al vaciado del contenido del tanque a flujo máximo. Entrada de aire debido a la condensación de los vapores provocada por un descenso máximo en la temperatura (contracción térmica). Expulsión de gases/vapores debido al llenado del tanque a flujo máximo y a la evaporación máxima causada por dicho flujo. Expulsión de gases /vapores debido a la expansión y evaporación causada por la elevación máxima de la temperatura (expansión térmica). Expulsión de gases / vapores debida a exposición a fuego externo.

11.1.1. Capacidad Normal de Venteo La capacidad de venteo normal total se calcula para que la sobrepresión interna o externa no supere la MPOP del tanque y cause daños físicos o deformaciones permanentes. Ésta debe ser como mínimo la suma de los requerimientos de venteo debidos a los movimientos del líquido y los efectos térmicos ambientales. Sin embargo, la capacidad requerida puede ser reducida para productos cuya volatilidad es tal que la generación o condensación de vapor en el rango de operación permisible de la presión 903-HM120-P09-GUD-09/18/03/2010/A/

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del tanque proveerá toda o parte de los requerimientos de venteo. En los casos en los cuales no condensables están presentes, esto debe ser tomado en cuenta. A continuación se enumeran los diferentes requerimientos a ser tenidos en cuenta durante la estimación de la capacidad de venteo: a. Ingreso de Aire (Inbreathing ): es el resultado de la suma de los requerimientos de ingreso de aire por máximo flujo de salida de líquido del tanque y contracción o condensación de vapores por una disminución máxima de la temperatura ambiente.

Figura 144. Tanque afectado por vacío b. Egreso de aire (Out-breathing): es el resultado de la suma de los requerimientos de alivio por máximo flujo de entrada de líquido en el tanque, vaporización por flujo de entrada y la expansión o vaporización por un aumento máximo de la temperatura ambiente.

Figura 155. Tanque afectado por sobre-presión

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Los requerimientos de venteo para alivio de presión, vacío y emergencia por fuego sugeridos en este INEDON están basados en los criterios establecidos en la norma API STD 2000 [3]. El API STD 2000 presenta dos métodos para el cálculo del requerimiento de venteo para ingreso y egreso de gas: El método general y el método alternativo. El Método General está basado en cálculos de ingeniería y fueron empleadas las siguientes condiciones límites y premisas para el desarrollo del método de cálculo: • • • • • • •

El tanque está completamente lleno con vapor (sin presencia de líquido en el tanque). El flujo de calentamiento o enfriamiento en el fondo del tanque es despreciado. Se asume un mínimo espesor de pared del tanque. Para tanques de techo cónico se asume un ángulo mínimo de inclinación del techo de 15°. La proporción de emisiones por la radiación de la pared fue basada en datos conservadores para pintura sucia de Aluminio Bronce. La dependencia del coeficiente de transferencia térmica sobre la diferencia de temperatura se considera despreciable. La influencia de la fluctuación de la presión atmosférica es despreciable, así como el hecho que los venteos comiencen a aliviar a una presión diferencial determinada.

Para un mayor entendimiento del modelo planteado en esta norma, aproximaciones y suposiciones consideradas, consultar las referencias registradas en el API STD 2000 [3]. El Método Alternativo puede ser usado para tanques de almacenamiento de petróleo. Los requerimiento de venteo para este método están basados en condiciones límites específicas que pueden ser aplicadas a tanques típicos que manejan productos de petróleo o petroquímicos. Estas condiciones límites son: • •

Tanque sin aislamiento. Para tanques que contienen líquidos volátiles, las características de volatilidad son similares al petróleo (gasolina), y la temperatura del

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• •

•

líquido alimentado al tanque es menor que la temperatura del punto de ebullición a la máxima presión de operación del tanque. La máxima temperatura de operación del espacio vapor del tanque es aproximadamente 120 °F (48,9 °C). El efecto del enfriamiento del espacio vapor es la contracción de los vapores dentro del espacio vapor. Para tanques que contienen vapores que pueden condensar al enfriarse, la temperatura del líquido dentro del tanque se espera no cambie rápidamente; por lo tanto, la presión de vapor se espera se mantenga por la evaporación del líquido. La condensación de vapores puede ser significante cuando una pequeña cantidad ó nada de líquido esté presente en el tanque, por ejemplo durante la operación de steam-out , caso en el cual la metodología de cálculo para el método alternativo no es válida, ya que no se consideran los cambios adicionales de volumen causados por la condensación de vapores. El volumen del tanque es menor a 180 000 bbl (30 000 m3). Para el diseño de sistemas de protección y cálculo de los requerimientos normales de venteo que no satisfagan las anteriores condiciones, se debe emplear el Método General.

La experiencia operacional con tanques de almacenamiento de petróleo ó productos petroquímicos indica que las fallas o daños debido al vacío, no han sido causados por un inadecuado venteo cuando el sistema de alivio ha sido diseñado utilizando el método alternativo de cálculo. Algunos factores que han contribuido a esta experiencia operacional son: • •

• •

Los Tanques de almacenamiento de petróleo normalmente no son operados completamente vacíos. Los requerimientos totales de venteo incluyen el movimiento de líquido, que puede ser importante en tanques comunes de almacenamiento de petróleo, y el cual no podría ocurrir simultáneamente con un evento de enfriamiento. Un número creciente de tanques de techo flotante de gran capacidad están siendo utilizados. Un número creciente de tanques de techo fijo están siendo instalados con un sistema de gas de manto el cual provee una medida adicional de compensación de venteo.

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Por las anteriores razones, cualquier diseño que no represente un tanque típico de almacenamiento de petróleo no debe ser diseñado con el método alternativo. El método de cálculo utilizado para definir los requerimientos normales de venteo deberá ser documentado por el ingeniero. 11.1.1.1.

Requerimientos por movimiento del líquido

11.1.1.1.1

Método General [1]

El cálculo de los requerimientos de venteo para ingreso y egreso de gas debido al movimiento de líquido entrante y saliente del tanque se muestra a continuación. •

Egreso de gas o aire: Los requerimientos de venteo para egreso se calculan por medio de la ecuación 1 ó 2:

a.

En unidades US Vop = 8,02 x Vpf

Ec. 1

Donde: Es el requerimiento de venteo para egreso, en pies cúbicos estándar por hora de aire-SCFH, para productos almacenados por debajo de 104 °F o con una presión de vapor menor a 0,73 psia. Es el máximo flujo volumétrico de llenado (gpm).

Vop

Vpf

b.

En unidades métricas Vop = Vpf

Ec. 2

Donde: Vop

Vpf

Es el requerimiento de venteo por egreso de aire (outbreathing ), en metros cúbicos normales por hora de aireNm3/h, para productos almacenados por debajo de 40 °C o con una presión (absoluta) de vapor menor a 5,0 kPa. Es el máximo flujo volumétrico de llenado (m 3/h).

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Para los productos que contienen componentes más volátiles o gases disueltos, realizar un cálculo de flasheo y aumentar los requerimientos de venteo outbreathing de acuerdo con este cálculo. Para los productos almacenados por encima de 104 °F (40 °C) o con una presión (absoluta) de vapor superior a 0,73 psi (5,0 kPa), incrementar el requerimiento de outbreathing adicionando la rata de evaporación. •

Ingreso de aire (Inbreathing ): Los requerimientos de venteo para inbreathing se calculan por medio de la ecuación 3 ó 4:

a.

En unidades US Vip = 8,02 x Vpe

Ec. 3

Donde: Es el requerimiento de venteo por ingreso de aire (inbreathing ), en pies cúbicos estándar por hora de aireSCFH. Es el máximo flujo volumétrico de vaciado (gpm).

Vip

Vpe

b.

En unidades métricas Vip = Vpe

Ec. 4

Donde: Vip

Vpe

Es el requerimiento de venteo por ingreso de aire (inbreathing ), en metros cúbicos normales por hora de aire Nm3/h. Es el máximo flujo volumétrico de vaciado (m 3/h).

11.1.1.1.2 Método alternativo [1] Un sumario de los requerimientos de venteo para ingreso de aire (inbreathing ) y egreso de aire (outbreathing ) debida al movimiento de líquido entrante y saliente del tanque se muestra en el cuadro 14.

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903-HM120-P09-GUD-093 Rev. 0 NOMBRE DEL DOCUMENTO Cuadro 64. Requerimientos de venteo por movimiento de líquido [3]

Punto de Inflamación / Punto de ebullición Punto de Inflamación ≥ 100 °F (38 °C) Punto de ebullición ≥ 300 °F (150 °C) Punto de Inflamación < 100 °F (38 °C) Punto de ebullición < 300 °F (150 °C)

Ingreso Egreso de Ingreso de Egreso de de Air e/Gas Ai re/Gas Ai re/Gas Ai re/Gas (Inbreathing) (Outbreathing) (Inbreathing) (Outbreathing) [SCFH de aire po r [Nm /h de aire por BBL/h de líquido] m 3/h de líquido ]

5,6

6

0,94

1,01

5,6

12

0,94

2,02

Los datos de punto de inflamación o de punto de ebullición pueden ser usados. Si los dos datos están disponibles se debe usar el punto de inflamación. 11.1.1.2.

Requerimientos por fenómenos térmicos

A continuación se presenta el cálculo de venteo de ingreso de aire (inbreathing ) y egreso de aire (outbreathing ) debido a calentamiento o enfriamiento atmosférico de la superficie externa del tanque, pared y techo. 11.1.1.2.1 Método General [1] El cálculo de los requerimientos de venteo para ingreso de aire (inbreathing ) y egreso de aire (outbreathing ) debido a efectos térmicos se muestra a continuación. •

a.

Egreso de aire (outbreathing ): El requerimiento de venteo para egreso de aire (outbreathing ) por efectos térmicos se calcula por medio de la ecuación 5 ó 6: En unidades US Vot = 1.51 x Y x Ri x Vtk 0.9

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Ec. 5

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Donde: Requerimiento de venteo egreso de aire (outbreathing ) por calentamiento, en pies cúbicos estándar por hora de aireSCFH. Factor por latitud. Véase Cuadro 15 Factor de reducción por aislamiento. ( Ri=1 para tanques no aislados. Para tanques parcialmente aislados utilizar la ecuación No. 10, y para tanques totalmente aislados utilizar la ecuación No. 9). Volumen del tanque (pies 3).

Vot

Y Ri

Vtk

b.

En unidades métricas Vot = Y x Ri x Vtk 0.9

Ec. 6

Donde: Vot

Y Ri

Vtk

Requerimiento de venteo egreso de aire ( outbreathing ) por calentamiento, en metros cúbicos normales por hora de aireNm3/h. Factor por latitud. Véase Cuadro 15. Factor de reducción por aislamiento. ( Ri=1 para tanques no aislados. Para tanques parcialmente aislados utilizar la ecuación No. 10, y para tanques totalmente aislados utilizar la ecuación No. 9). Volumen del tanque (m 3).

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903-HM120-P09-GUD-093 Rev. 0 NOMBRE DEL DOCUMENTO Cuadro 75. Factor Y para varias latitudes Latitud

Factor Y

<42°

0,32

Entre 42° y 58°

0,25

>58°

0,2

Ejemplos Colombia: 12°N - 4°S Venezuela: 0°-12°N Brasil. 10°N - 20°S Panamá: 7°-9°N México: 14°-32°N Parte de Argentina: 10°-42°S Parte de España: 36°-42°N Parte de España: 43°N Parte de Argentina: 42°-55°S Canadá: 45°-58°N Rusia : hasta 81°N Canadá: hasta 76°N

Se recomienda referir la latitud específica de la ciudad o región donde se encuentra ubicada la planta o instalación. •

a.

Ingreso de gas o aire: El requerimiento de venteo para el ingreso de gas por efectos térmicos se calcula por medio de la ecuación 7 u 8: En unidades US Vit = 3,08 x C x Ri x Vtk

0.7

Ec. 7

Donde: Vit

C Ri

Vtk

Requerimiento de venteo ingreso de aire ( inbreathing ) debido a enfriamiento, en pies cúbicos estándar por hora de aireSCFH. Factor que depende de la presión de vapor, temperatura de almacenamiento promedio y latitud. Véase Cuadro 16. Factor de reducción por aislamiento. ( Ri=1 para tanques no aislados. Para tanques parcialmente aislados utilizar la ecuación No. 10, y para tanques totalmente aislados utilizar la ecuación No. 9). Volumen del tanque (pies 3).

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b.

En unidades métricas Vit = C x Ri x Vtk 0, 7

Ec. 8

Donde: Vit

C Ri

Vtk

Requerimiento de venteo ingreso de aire ( inbreathing ) debido a enfriamiento, metros cúbicos normales por hora de aireNm3/h. Factor que depende de la presión de vapor, temperatura de almacenamiento promedio y latitud. Véase Cuadro 16. Factor de reducción por aislamiento. ( Ri=1 para tanques no aislados. Para tanques parcialmente aislados utilizar la ecuación No. 10, y para tanques totalmente aislados utilizar la ecuación No. 9). Volumen del tanque (m 3).

Cuadro 86. Factor C para varias latitudes Factor C para varias c ondicio nes Presión de Vapor Mayor que Hexano ó Hexano o similar* Latitud desconocido Temperatura de Almacenamiento Promedio, °F (°C) <77 (25) < 77 (25) ≥77 (25) ≥ 77 (25) <42° 4 6,5 6,5 6,5 Entre 42° y 58° 3 5 5 5 >58° 2,5 4 4 4 * Presión de vapor Hexano a 68°F (20°C) es 2,4 psi (0.17bar) El factor de reducción por aislamiento, para tanques totalmente aislados (Ri=Rin ), se calcula con la siguiente ecuación: Rin = 1+

1 h x lin

Ec. 9

λ in

Donde: Rin

Factor de reducción. (A emplear en las ecuaciones 5, 6, 7 y 8).

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h

lin λ in

Coeficiente interno de transferencia de calor, BTU/(h·pies2·°F) (W/m2·K). Si no dispone de este dato, un valor de 0,704 BTU/h pies2 °F (W/m2 K) es comúnmente asumido para tanques típicos. Espesor de aislamiento, pies (m). Conductividad térmica del aislamiento, BTU/(h·pies·°F) (W/m·K). Algunos ejemplos son: • Perlita expandida: 0,0278 BTU/(h·pies·°F) (0,048 W/m °K) a 75 °F (24 °C). • Fibra de Vidrio y lana Mineral: 0,023 BTU/(h·pies·°F) (0,04 W/m·K) a 75 °F (24 °C).

El factor de reducción por aislamiento, para tanques parcialmente aislados (Ri= Rinp), se calcula con la siguiente ecuación: Rinp =

Ainp Atts

⎛ Ainp ⎞ ⎟ ⎝ Atts ⎠

x Rin + ⎜1 +

Ec. 10

Donde: Rinp

Factor de reducción. (A emplear en las ecuaciones 5, 6, 7 y

8). Rin Ainp Atts

(m2).

Factor de reducción tanques totalmente aislados. Ecuación 9. Área de la superficie aislada del tanque pies 2 (m2). Área de la superficie total del tanque (pared y techo) pies2

11.1.1.2.2 Método Alternativo [1] Un sumario de los requerimientos de venteo para ingreso de aire (inbreathing ) y egreso de aire ( outbreathing ) debido a efectos térmicos se muestra en el cuadro 20. Se debe interpolar para capacidades intermedias. En tanques cuya capacidad es mayor de 20 000 barriles o 840 000 galones (3180 m3), los requerimientos de alivio para la condición de vacío debido a efectos térmicos, son muy cercanos al valor calculado teóricamente de a 2 SCFH de aire por cada 1 pie 2 (0,577 Nm3/h de aire por cada 1 m2) de área total de cuerpo y techo del tanque. En tanques cuya capacidad es menor de 20 000 barriles o 840 000 galones (3180 m3), los requerimientos de alivio por vacío debido a efectos térmicos, está basada en 1 SCFH de aire por cada barril (0,169 Nm 3/h de aire 903-HM120-P09-GUD-09/18/03/2010/A/

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atmosférico por cada m3) de capacidad del tanque. Esto es substancialmente equivalente al cambio de temperatura media de 100 °F (37,8 °C) por hora en el espacio de vapor. Para sustancias con un punto de inflamación de 100 °F (37,8 °C) o superiores los requerimientos de egreso de aire (outbreathing ) han sido asumidos como el 60% del requerimiento de ingreso de aire ( inbreathing ). Generalmente los descensos de temperatura en el techo y cuerpo del tanque por cambios térmicos cómo ocurre bajo condiciones de lluvia o helada repentina son más rápidos que las elevaciones de temperatura por calentamiento atmosférico. Lo anterior hace que los requerimientos de egreso de aire (outbreathing) puedan ser menores que los de ingreso de aire (inbreathing), cómo se observa en el cuadro 17. Para sustancias con un punto de inflamación inferior a 100 °F (37,8 °C), el requerimiento de egreso de aire ( outbreathing ) ha sido asumido como igual al requerimiento de ingreso de aire ( inbreathing ) para permitir la vaporización en la superficie de líquido y para gravedades específicas altas de los vapores del tanque. (Véase cuadro 17). Cuadro 17. Requerimientos de venteo por fenómenos térmicos [3] Capacidad Nominal del Tanque

Barriles (m 3) 60 (10) 100 (20) 500 (100) 1000 (200) 2000 (300) 3000 (500) 4000 (700) 5000 (1000) 10000 (1500) 15000 (2000) 20000 (3000) 25000 (3180) 30000 (4000)

Ingreso de Ai re/Gas

Egreso d e Air e/Gas (Outbreathing )

(Inbreathing)

Punto de Punto de Inflamaci ón 100 °F Inflamaci ón < 100 °F (37,8 °C) o Punto (37,8 °C) o Punto Vacío de Ebullición de Ebullición Normal < 300 °F Normal 300 °F (148,9 °C) (148,9 °C) SCFH de aire SCFH de aire Galones 3 (Nm /h de aire) (Nm 3/h de aire) 2500 4200 21000 42000 84000 126000 168000 210000 420000 630000 840000 1050000 1260000

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60 (1,69) 100 (3,37) 500 (16,9) 1000 (33,7) 2000 (50,6) 3000 (84,3) 4000 (118) 5000 (169) 10000 (253) 15000 (337) 20000 (506) 24000 (536) 28000 (647)

40 (1,01) 60 (2,02) 300 (10,1) 600 (20,2) 1200 (30,3) 1800 (50,6) 2400 (70,8) 3000 (101) 6000 (152) 9000 (202) 12000 (303) 15000 (388) 17000 (472) 68 de 97

60 (1,69) 100 (3,37) 500 (16,9) 1000 (33,7) 2000 (50,6) 3000 (84,3) 4000 (118) 5000 (169) 10000 (253) 15000 (337) 20000 (506) 24000 (536) 28000 (647) INEDON

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903-HM120-P09-GUD-093 Rev. 0 NOMBRE DEL DOCUMENTO Ingreso de Ai re/Gas

Capacidad Nominal del Tanque 35000 (5000) 40000 (6000) 45000 (7000) 50000 (8000) 60000 (9000) 70000 (10000) 80000 (12000) 90000 (14000) 100000 (16000) 120000 (18000) 140000 (20000) 160000 (25000) 180000 (30000)

Egreso d e Air e/Gas (Outbreathing )

(Inbreathing)

1470000 1680000 1890000 2100000 2520000 2940000 3360000 3780000 4200000 5040000 5880000 6720000 7560000

31000 (787) 34000 (896) 37000 (1003) 40000 (1077) 44000 (1136) 48000 (1210) 52000 (1345) 56000 (1480) 60000 (1615) 68000 (1745) 75000 (1877) 82000 (2179) 90000 (2495)

19000 (537) 21000 (602) 23000 (646) 24000 (682) 27000 (726) 29000 (807) 31000 (888) 34000 (969) 36000 (1047) 41000 (1126) 45000 (1307) 50000 (1378) 54000 (1497)

31000 (787) 34000 (896) 37000 (1003) 40000 (1077) 44000 (1136) 48000 (1210) 52000 (1345) 56000 (1480) 60000 (1615) 68000 (1745) 75000 (1877) 82000 (2179) 90000 (2495)

11.1.2. Capacidad de Venteo de Emergencia Cuando los tanques de almacenamiento se exponen a fuego externo, la capacidad de venteo de emergencia puede exceder el flujo de egreso de aire (outbreathing ) de la resultante de la combinación de los efectos térmicos normales y de movimiento de líquido. 11.1.2.1.

Cálculo Riguroso del Venteo de Emergencia [3]

Cuando un tanque de techo fijo no está provisto de una unión/junta frágil entre la pared y el techo del tanque se debe considerar un venteo de emergencia por exposición del tanque a fuego externo . Los requerimientos de venteo de emergencia se calculan por medio de ecuación 11 ó 12: a.

Unidades US QF ⎛ T ⎞ SCFH = 3,091 × ×⎜ ⎟ L ⎝ M ⎠

0.5

Ec. 11

Donde: SCFH Q F L

Requerimiento de venteo, en pies cúbicos estándar por hora de aire. Entrada de calor de exposición al fuego (BTU/h). (Cuadro 18). Factor ambiental (Cuadro 20). Calor latente de vaporización en condiciones de alivio, (BTU/lb).

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903-HM120-P09-GUD-093 Rev. 0 NOMBRE DEL DOCUMENTO Temperatura de vapor aliviado (°R). Se asume que la temperatura de alivio corresponde al punto de ebullición del fluido almacenado a las condiciones de alivio. Peso molecular del vapor aliviado (lbm/lbmol).

T

M

b.

En unidades métricas QF ⎛ T ⎞ Nm / h = 906,6 × ×⎜ ⎟ L ⎝ M ⎠

0 .5

Ec. 12

3

Donde: Nm3/h

Requerimiento de venteo en metros cúbicos normales de aire por hora. Entrada de calor de exposición al fuego (Watts). (Cuadro 19) Factor ambiental (cuadro 20). es el calor latente de vaporización en condiciones de alivio (J/kg). es la temperatura de vapor aliviado (K). Se asume que la temperatura de alivio corresponde al punto de ebullición del fluido almacenado a las condiciones de alivio. Peso molecular del vapor aliviado (kg/kgmol).

Q F L T M

Cuadro18. Entrada de Calor de acuerdo con el área húmeda - sistema inglés. Ár ea Húmeda [pies 2] < 200 ≥ 200 y < 1000 1000 y < 2800

≥

2800 ≥ 2800 ≥

Presión de diseño [psig]

Calor Interno [Btu/h]

15 ≤ 15

Q = 20000 A Q = 199300 A0,566

15

Q = 963400 A0,338

≤

≤

Entre 1 y 15 ≤ 1

Q = 21000 A0,82 Q = 14090000

Donde A es el área húmeda (pies2) (Véase anexo 3 para el cálculo del área húmeda).

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Cuadro 19. Entrada de Calor de acuerdo con el área húmeda - sistema métrico [3] Ár ea Húm eda.[m ] Pres ió n d e diseñ o [kPa g] Calor inter no [Watts] Q = 63150 A ≤ 103,4 < 18,6 Q = 224200 A 0 ,566 ≥ 18,6 y < 93 ≤ 10,34 Q = 630400 A 0 , 338 ≥ 93 y < 260 ≤ 103,4 Q = 43200 A 0 ,82 Entre 7 y 103,4 ≥ 260 Q = 4129700 ≥ 260 ≤ 7 Donde A es el área húmeda (m2) (Véase anexo 3 para el cálculo del área húmeda). Cuadro 90. Factor Ambiente [3] Diseño del tanque

Conductividad del Ai sl amiento Térmico. BTU/(h·pies 2·°F) (Watts/m 2 K)

Espesor del Ai slami ento Térmico. pulg (cm)

Factor ambiente

Tanque de metal sin recubrimiento

-

0 (0)

1,0

4,0 (22,7) 2,0 (11,4) 1,0 (5,7) 0,67 (3,8) 0,5 (2,8) 0,4 (2,3) 0,33 (1,9)

1 (2,5) 2 (5,1) 4 (10,2) 6 (15,2) 8 (20,3) 10 (25,4) 12 (30,5)

0,3 0,15 0,075 0,05 0,0375 0,03 0,025

Tanque aislado

F

Tanque de concreto o a * Prueba de Fuego Sistema riego de agua 1,0 Facilidades de vaciado 1,0 y despresurización. Almacenamiento bajo 0 tierra Cobertura de tierra 0,03 sobre nivel Sistema de drenaje 0,5 lejos del tanque *Utilice un factor F para un valor equivalente de conductividad térmica de aislamiento.

Si el aislamiento es defectuoso o no se conocen las características es recomendable el uso de un factor ambiental igual a 1,0 [3]. A menos que las condiciones de proceso indiquen lo contrario, cualquier tanque de almacenamiento de producto con una temperatura de

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almacenamiento inferior a la mínima temperatura ambiente no es aislado; excepto los tanques refrigerados o de servicio criogénico. 11.1.2.2.

Cálculo Rápido del Venteo de Emergencia

En este numeral se presenta una forma de cálculo rápido, aplicable en casos en que no se requiere alta precisión. El método es derivado de la ecuación 11 y 12, basado en los requerimientos de venteo para el hexano a presión atmosférica y asumiendo una temperatura del vapor de 60 °F (15,6 °C). Por lo tanto, las constantes en las ecuaciones 13 y 14 se obtienen al sustituir el calor latente de vaporización (L hexano = 144 Btu/lb (3350000 J/kg)) y el peso molecular del hexano (M hexano= 86,17). La entrada de calor para las ecuaciones 13 y 14 se obtiene de: La ecuación 13 se basa en Q = 21000 A0,82 (Btu/h) La ecuación 14 se basa en Q = 43200 A0,82 (Watts) Éste método proveerá resultados con un grado aceptable de exactitud para fluidos con propiedades similares a las del hexano. La capacidad de venteo de emergencia se puede determinar del Cuadro 21 o de la ecuación 13 ó 14 como se indica a continuación: Cuadro 101. Requerimientos de Venteo de Emergencia Área Húmeda pies 2 (m 2)

Presión de diseño psig (kPa-g)

< 2800 (260) ≥ 2800 (260) ≥ 2800 (260)

15 (103,4) ≤ 1 (7) Entre 1 (7) y 15 (103.4) ≤

Requerimiento de venteo SCFH de aire (Nm 3/h de aire) [Cuadro 22] 742000 (19910) * Ec. [13] (Ec.[14])

* Este flujo de venteo puede ser multiplicado por el factor ambiental apropiado, mostrado en el cuadro 20.

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Cuadro 112. Capacidad total de venteo de emergencia en función del área húmeda ( Anexo 3), necesaria por exposición al fuego. [En pies3/h de aire a 14,696 psi y 60°F] (En m3/h de aire a 1,033 kg/cm2 abs. y 15,6 °C). Requerimientos de Área Venteo SCFH de aire Húmeda pies 2 (m 2) 3 (Nm /h de aire) 20 (2) 30 (3) 40 (4) 50 (5) 60 (6) 70 (7) 80 (8) 90 (9) 100 (11) 120 (13) 140 (15) 160 (17) 180 (19) 200 (22) 250 (25) 300 (30)

a.

21 100 (608) 31 600 (913) 42 100 (1 217) 52 700 (1 521) 63 200 (1 825) 73 700 (2 130) 84 200 (2 434) 94 800 (2 738) 105 000 (3 347) 126 000 (3 995) 147 000 (4 563) 168 000 (5 172) 190 000 (5,780) 211 000 (6 217) 239 000 (6 684) 265 000 (7 411)

Requerimientos de Venteo Ár ea Húmeda 2 2 SCFH de aire pies (m ) 3 (Nm /h de aire) 350 (35) 288 000 (8 086) 400 (40) 312 000 (8 721) 500 (45) 354 000 (9 322) 600 (50) 392 000 (9 895) 700 (60) 428 000 (10 971) 800 (70) 462 000 (11 971) 900 (80) 493 000 (12 911) 1000 (90) 524 000 (13 801) 1200 (110) 557 000 (15 461) 1400 (130) 587 000 (15 751) 1600 (150) 614 000 (16 532) 1800 (175) 639 000 (17 416) 2000 (200) 662 000 (18 220) 2400 (230) 704 000 (19 102) 2800 (260) 742 000 (19 910)

Unidades Inglesas SCFH = 1107 FA0,82

Ec. 13

Donde: SCFH F A b.

Requerimiento de venteo, en pies cúbicos estándar por hora de aire. Factor ambiental (Cuadro 20) Área Húmeda (pies2). (Véase anexo 3 para el cálculo del área húmeda) Unidades métricas Nm3 / h = 208.2 FA0,82

Nm3/h F A

Ec. 14

Requerimiento de venteo en metros cúbicos normales de aire por hora. Factor ambiental (Cuadro 20). Área Húmeda (m2), véase el anexo 3 para el cálculo del área húmeda.

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11.2.

Sistema de Gas de Manto (Blanketing ) En tanques de techo fijo que almacenen productos volátiles, costosos ó tóxicos se recomienda la instalación de un sistema de gas de manto (Blanketing), el cual consiste en mantener un volumen de gas inerte sobre la superficie del líquido. La presencia de éste gas limita la pérdida de producto a la atmósfera, evita la entrada de aire durante operaciones que generen vacío y mantiene una presión de operación positiva para disminuir la generación de vapores. El gas de manto debe ser considerado como un servicio industrial adicional, consulte el INEDON Sumario de Servicios Industriales No. 903-HM120P09-GUD-083. Las principales ventajas de un sistema de Gas de manto (Blanketing) son: • • • • •

Reducir la evaporación / pérdida de producto Evitar la contaminación y/o degradación de los productos Reducir la contaminación ambiental Eliminar el potencial de implosión del tanque Reducir el potencial de incendio y/o explosión

El sistema de gas de manto ( Blanketing ) se diseña para flujo máximo de operación de llenado y vaciado del tanque (operación normal). El esquema típico de un tanque provisto con sistema de gas de manto consiste en (Véase figura No. 16): •

Válvula de ingreso para gas de manto: Opera por flujo de salida de líquido del tanque y contracción o condensación de vapores causados por la disminución de temperatura ambiente en condiciones de operación. • Válvula de egreso para gas de manto: Opera por flujo de entrada de líquido en el tanque, vaporización por flujo de entrada y la expansión o vaporización causada por el aumento de la temperatura ambiente a condiciones de operación. • Válvula de presión / vacío: Opera como válvula de seguridad para el tanque en condiciones anormales de operación, flujos superiores a los máximos de operación, su dimensionamiento se hace por parte del vendedor del tanque. • Válvula de emergencia: Protege al tanque en caso de fuego externo.

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903-HM120-P09-GUD-093 Rev. 0 NOMBRE DEL DOCUMENTO Válvula Presión-Vacío Venteo de Emergencia Válvula Consumo de Gas de Manto

Válvula Desalojo de Gas de Manto

Nota: Se puede emplear una sola boquilla de conexión con el tanque para efectos de ingreso o egreso del Gas de Manto. Su implementación dependerá de disponibilidad de boquillas en tanques existentes o requerimientos del Cliente.

Figura 166. Sistemas de Seguridad del tanque

Figura 177. Instrumentación Pertinente según los rangos de presión en el tanque

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El gas de manto evacuado debe ser enviado a un sistema que tenga una presión lo suficientemente baja, que permita la circulación del gas en condiciones y flujos de alivio. En caso que las regulaciones locales y la normativa del Cliente permitan el venteo hacia la atmósfera, se recomienda colocar una tubería a lugar seguro, cuya ubicación sea respaldada por un análisis de radiación y dispersión. También se puede realizar el sistema de gas de manto con recuperación para minimizar las emisiones a la atmósfera y reutilizar el gas, si esto resulta económicamente factible. En ocasiones se emplea una bomba de vacío o un compresor requiriendo un sistema cerrado de recuperación, pero en tanques que almacenan crudos no estabilizados, se emplea un sistema de recuperación de vapor para evitar la emisión de gases no condensables a la atmósfera y para recuperar el gas, que puede ser reinyectado a los pozos o puede ser tratado para su posterior venta. 11.2.1. Requerimientos de Gas de Manto por Movimiento del Líquido [14] El consumo de gas de manto por movimiento de líquido se calcula teniendo en cuenta el flujo máximo de salida del tanque a condiciones normales de operación. El desalojo de gas de manto por movimiento de líquido se calcula teniendo en cuenta el flujo máximo de entrada a condiciones normales de operación. 

Desalojo de Gas de Manto “ Depadding ” . Se calcula con la ecuación 15 ó 16. a.

Unidades Inglesas Vbd = 5,615 x Vpf x

M AIRE M GAS

Ec. 15

Donde: Vbd Vpf M AIRE M GAS

b.

Desalojo de Gas de Manto, en pies cúbicos estándar por hora de gas-SCFH Máximo flujo volumétrico de llenado (bph). Peso Molecular del Aire Peso Molecular del gas de manto. Unidades métricas Vbo =Vpf x

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M AIRE M GAS 76 de 97

Ec. 16

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Donde: Desalojo de Gas de Manto, en metros cúbicos normales por hora de gas-Nm3/h. Máximo flujo volumétrico de llenado (m3/h). Peso Molecular del Aire Peso Molecular del gas de manto.

Vbo Vpf M AIRE M GAS 

Consumo de Gas de Manto “ Padding ” . Se calcula con la ecuación 17 ó 18. a.

Unidades Inglesas Vbp = 5,615 x Vpe x

M AIRE M GAS

Ec. 17

Donde: Consumo de Gas de Manto, en pies cúbicos estándar por hora de gas-SCFH Máximo flujo volumétrico de vaciado (bph). Peso Molecular del Aire Peso Molecular del gas de manto.

Vbp Vpe M AIRE M GAS

b.

Unidades métricas Vbp =Vpe x

M AIRE M GAS

Ec. 18

Donde: Vbp Vpe MAIRE M GAS

Consumo de Gas de Manto, en metros cúbicos normales por hora de gas-Nm3/h. Máximo flujo volumétrico de llenado (m3/h). Peso Molecular del Aire Peso Molecular del gas de manto.

11.2.2. Requerimientos de Gas de Manto por Fenómenos Térmicos [14] El consumo de gas de manto es el resultado de la máxima contracción por disminución en la temperatura del tanque, mientras que el desalojo es el 903-HM120-P09-GUD-09/18/03/2010/A/

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resultado de la máxima expansión por aumento de temperatura. El consumo y desalojo de gas de manto se puede calcular por los métodos presentados en los dos siguientes numerales. El método para el cálculo de consumo de gas de manto simplificado está basado en la temperatura promedio de almacenamiento, el cambio de temperatura diario y la altura promedio del vapor en el tanque (distancia entre la superficie del líquido y la parte superior interna del tanque). La metodología fue propuesta por Philip Blakey y Gary Orlando [14]. Véase Anexo 5. El desalojo de gas de manto por contracción térmica se calcula mediante la ecuación 19 [14]. a.

Unidades Inglesas

consumo de gas de manto (SFCH) = V o

⎡⎛ ⎤ T dc ⎞ ⎢⎜ T s + 460 + 2 ⎟ ⎥ ⎜ ⎟ 1 , 0 − ⎢ ⎥ ⎢⎜⎜ 460 + T s + Δt − T dc ⎟⎟ ⎥ ⎢⎣⎝ 2 ⎠ ⎦⎥ 24

Ec. 19

Donde: VV Ts Tdc ∆t

b.

Volumen de vapor promedio estándar sobre el nivel del líquido en el tanque (pies3) (Anexo 4). Temperatura de almacenamiento (°F). Cambio máximo de temperatura diario (°F) Ajuste de temperatura por la diferencia existente entre la presión de ajuste de la válvula de gas de manto ( Blanketing ) y la de alivio de presión (normalmente entre 2 °F y 4 °F). En la Hoja de cálculo del Anexo No. 4 se considera un valor de 2 °F. Unidades Métricas

consumo de gas de manto (SCMH) = V o

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T dc ⎞ ⎡⎛ ⎤ ⎢⎜ T s + 273 + 2 ⎟ ⎥ ⎜ ⎟ 1 , 0 − ⎢ ⎥ ⎢⎜⎜ 273 + T s + Δt − T dc ⎟⎟ ⎥ 2 ⎠ ⎣⎢⎝ ⎦⎥

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24

Ec. 20

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Donde: VV Ts Tdc ∆t

Volumen de vapor promedio estándar sobre el nivel del líquido en el tanque (m 3) (Anexo 3). Temperatura de almacenamiento (°C). Cambio máximo de temperatura diario (°C) Ajuste de temperatura por la diferencia existente entre la presión de ajuste de la válvula de gas de manto ( Blanketing ) y la de alivio de presión (normalmente entre 1,11 °C y 2,22 °C). En la Hoja de cálculo del Anexo No. 4 se considera un valor de 1,11 °C.

El consumo de gas de manto por fenómenos térmicos se considera igual al desalojo de gas [14], a fin de mantener la presión de operación normal del tanque. Para efectos de la Hoja de cálculo del Anexo 4 el consumo de gas de manto “Padding ” es equivalente al desalojo de gas “Depadding ”. El consumo y desalojo total de gas de blanketing corresponde a la suma del consumo de gas por movimiento de líquido y al debido a efectos térmicos. Véase Hoja de Cálculo en el Anexo 4. 11.3.

Medios de Venteo El venteo normal debe ser realizado por una válvula de presión-vacío o un venteo abierto con o sin un arrestador de llama. Cualquier mecanismo de alivio, debe ser diseñado de modo que proteja el tanque en el evento de falla de cualquier parte esencial. Las válvulas PV son recomendadas para uso en tanques de almacenamiento atmosférico en los cuales petróleo o productos de petróleo con un punto de inflamación inferior a 100 °F (37,8 °C) son almacenados y donde la temperatura del fluido pueda exceder el punto de inflamación. No se considera necesario un arrestador de llama para uso conjunto con una válvula PV venteando a la atmósfera porque las velocidades de la llama son menores a las velocidades del vapor a través de los asientos de la válvula PV [3]. No se considera necesario y tampoco se recomienda la instalación de arresta llamas en venteos donde existen válvulas de alivio de presión y rompe vacío. La posible excepción es que el Cliente se responsabilice a un mantenimiento rutinario de los arresta llamas, lo cual se recomienda indicar en el Manual de Operaciones (si es responsabilidad de inelectra) y también

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en los DTI’s. Sin embargo, si el tanque tiene venteos abiertos (sin PVV), dichos venteos deberían tener arresta llama, aunque el flujo en retroceso se daría únicamente por emisión de mezcla inflamable y presencia de fuente de ignición (como un rayo) en el tiempo y lugar correcto. La probabilidad de ocurrencia de estos eventos en simultáneo es muy baja [4]. Venteos abiertos sin arrestador de llama pueden ser usados para proveer capacidad de venteo para tanques cuando petróleo o productos de petróleo con un punto de inflamación igual o superior a 100 °F (37,8 °C) son almacenados, el liquido no es calentado y la temperatura de almacenamiento permanece por debajo del punto de inflamación. Estos venteos abiertos también pueden ser utilizados para tanques con una capacidad menor de 59,5 bbl (9,46 m 3) usados para almacenamiento de cualquier producto y para tanques con una capacidad menor de 3000 bbl (447 m3) para almacenamiento de petróleo [3]. Adicional a los criterios anteriores para la selección de un venteo abierto en un tanque de almacenamiento se debe considerar que el fluido almacenado no produzca olores, no sea degradado por la humedad y cuyas emisiones no sean controladas por alguna entidad ambiental. En caso de que el producto almacenado presente alguna de estas características y por tal motivo no pueda ser enviado a la atmósfera, se debe emplear gas de manto y sistemas de recuperación de vapor para su manejo adecuado. La Unidad de Procesos no dimensiona los mecanismos de venteo, su función es proporcionar los datos de proceso requeridos para la selección como presiones de ajuste, flujos y propiedades de sustancias. El dimensionamiento o selección lo hace la Unidad de Automatización y Control con apoyo del proveedor o fabricante.

11.3.1. Válvula presión – vacío (PVV) Los sistemas de venteo son mecanismos utilizados para proteger al personal, equipo y medio de algún daño, es por esto que el sistema de protección que se adicione al tanque debe cubrir un rango de operación que este entre los límites del equipo MPOP y MVOP. Los datos de MPOP y MVOP son proporcionados por el Departamento de Mecánica de acuerdo con el espesor de pared y material del tanque. 903-HM120-P09-GUD-09/18/03/2010/A/

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Este rango de operación permite determinar los puntos de ajuste ( Set Pressure) por presión y vacío que debe tener la PVV. Generalmente este punto de ajuste (set pressure) es establecido por el proveedor del tanque. Después de elegir la presión de ajuste se selecciona el tamaño de la válvula de acuerdo con los requerimientos de venteo. Los puntos de ajuste por presión de las válvulas PVV, deben ser mostrados en los DTI. 11.3.2. Venteo de Emergencia Se empleará para alivio de alguna de las siguientes contingencias: a. Alivio por fuego externo. b. Otras causas de sobrepresión o vacío resultantes de fallas de equipos o errores de operación. Algunos aspectos que deben ser considerados y evaluados son: •

Un sistema de purga y gas de manto normalmente tiene un regulador de suministro y un regulador de contrapresión para mantener la presión interior del tanque en un rango estrecho. La falla en el regulador de suministro puede resultar en un flujo de gas de manto sin restricción dentro del tanque, flujo reducido o pérdida de flujo de gas. La falla en el regulador de contrapresión puede resultar en sobrepresión.

•

Si se presenta una alta transferencia de calor (anormal) por falla en los equipos de calentamiento o por la falla del equipo de refrigeración del tanque, causando vaporización.

•

Si el vapor de un tanque es recogido para tratamiento o disposición por un sistema de tratamiento de venteo, el sistema de recolección de venteo puede fallar. Las fallas que afectan la seguridad del tanque pueden incluir la contrapresión desarrollada por problemas en la tubería, como bolsillos de líquido u obstrucción de sólidos, etc.

•

La falla de una válvula de control en la línea de alimentación de líquido a un tanque debe ser considerada. Si falla abierta, el flujo de llenado se incrementa considerablemente en algunos casos, y se requeriría un mayor venteo en el tanque. Si falla cerrada, no habría flujo de entrada al tanque pero sí es posible que hubiera un flujo de salida que estuviese cubierto por el ingreso de aire ( inbreathing ). En caso de que exista equipo de intercambio de calor aguas arriba del

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903-HM120-P09-GUD-093 Rev. 0 NOMBRE DEL DOCUMENTO tanque y la válvula de control de temperatura del fluido que va hacia el tanque falle abierta, el fluido pasará caliente al tanque y se tendrá mayor producción de vapores, requiriéndose entonces mayor venteo; si falla cerrada, no habrá flujo de entrada al tanque pero sí un flujo de salida, el cual debe ser cubierto por el sistema de ingreso de aire o gas de manto ( inbreathing ). En los casos de ausencia de flujo se debe tener en cuenta la posibilidad de que se presenten puntos calientes sobre las superficies de intercambio de calor, en los cuales se pueda presentar descomposición del producto, ebullición y otros fenómenos indeseables. •

Si un tanque sin aislamiento es llenado con vapor, la rata de condensación debido al enfriamiento ambiental puede exceder las ratas de venteo (ingreso de aire) especificadas en el API 2000 [3]. El Ingeniero de proceso debe realizar el cálculo de pérdida de calor en el tanque, considerando las condiciones ambientales más críticas y la presencia o no de aislamiento térmico sobre el mismo. Mediante esta pérdida de calor se puede obtener la velocidad de condensación y por lo tanto la disminución del volumen específico del vapor en el interior del tanque.

•

Los contenidos de algunos tanques pueden estar sujetos a reacciones químicas (por ejemplo la degradación de aminas con el oxígeno del aire), las cuales pueden generar calor y/o vapores.

Sin embargo, para las anteriores circunstancias el API 2000 [3] no provee método de cálculo. El venteo de emergencia se puede efectuar por medio de: •

Venteos abiertos de mayor tamaño o adicionales de acuerdo con lo descrito en la sección 11.3.

•

Válvulas de presión-vacío (PVV) de mayor número o adicionales de acuerdo con lo descrito en la sección 11.3.

•

Boquilla para medición que permita que su cubierta se levante cuando esté expuesta a cualquier condición anormal de presión interna.

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Pasa hombre que permita que su cubierta se levante cuando esté expuesta a cualquier condición anormal de presión interna.

•

Una conexión entre el techo y el cuerpo del tanque que sea más débil que la unión vertical más débil en la carcasa o en la conexión techo-carcasa. Un tanque con una conexión carcasa-techo frágil (junta frágil) como esta descrito en el API Standard 650 [9], no requiere un mecanismo de venteo de emergencia.

•

Alguna otra forma de construcción o accesorio que cumpla los propósitos de alivio de presión.

•

Un disco de ruptura.

La presión de ajuste de la válvula de seguridad empleada como venteo de emergencia debe ser superior a la sobrepresión permitida de la válvula presión-vacío. El punto de ajuste por presión de la válvula de emergencia debe ser mostrado en los DTI. Su tamaño se establece de acuerdo con el requerimiento de venteo de emergencia calculado como se describe en el numeral 11.1.2.1 11.3.3. Sistema de Gas de Manto ( Blanketing ) Las válvulas del sistema de gas de manto se dimensionan teniendo en cuenta los flujos mínimos, normales y máximos requeridos de gas de manto, la presión de suministro de gas de manto y las presiones de ajuste de cada una de las válvulas. En la hoja de datos de procesos de las válvulas asociadas al sistema de gas de manto se deben suministrar los flujos mínimo, normal y máximo de gas de manto requerido debido al movimiento del líquido dentro del tanque. Estos valores, se calculan mediante la hoja de cálculo Anexo 4, teniendo en cuenta los posibles escenarios operacionales (rata de entrada, rata de salida), que se pueden presentar en el tanque. La Disciplina de Procesos selecciona las presiones de ajuste de las válvulas de ingreso y salida de gas de manto, de acuerdo con la MPOP y MPOV del tanque y a los requerimientos del proceso. 11.3.4. Presiones de Ajuste Las presiones de ajuste (set pressure) de los dispositivos de seguridad, no deben sobrepasar los valores de MPOP y MPOV del tanque. Se 903-HM120-P09-GUD-09/18/03/2010/A/

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recomienda incluir una banda muerta entre las presiones de acción de los diferentes dispositivos de seguridad del tanque, considerando las presiones de apertura/cierre y fuga y los porcentajes de sobrepresión establecidos para cada válvula. Los valores típicos de presión de ajuste se muestran en la figura 18. Válvula de ingreso de gas de manto: •

Esta válvula cumple la función de mantener una presión de operación positiva dentro del tanque. El funcionamiento consiste en permitir el ingreso de gas de manto cuando la presión de operación se encuentra por debajo de la presión de ajuste establecida, al conseguir la presión de ajuste establecida ésta se cierra.

•

La presión de ajuste de la válvula reguladora de entrada de gas de manto depende de los requerimientos del proceso (mantener una presión positiva requerida por el proceso en el tanque), propiedades del fluido (se debe mantener la presión dentro del tanque por encima de la presión de vapor del fluido), MPOP del tanque.

•

Se recomienda que la presión de la válvula reguladora de entrada de gas de manto se ajuste a la mínima presión de ajuste permitida de acuerdo con los requerimientos del proceso y que esté dentro del rango de operación de las válvulas disponibles en el mercado.

•

Las presiones de ajuste típicas para estas válvulas se encuentran entre 0,5 pulg H2Og y 15psig (12,7 mm H2Og y 1,034 barg).

Válvula de salida de gas de manto: •

Cuando se presenta un incremento de la presión dentro del tanque debido a los efectos normales de temperatura o ingreso de fluido al tanque, la válvula de regulación de salida de gas de manto se acciona venteando el flujo en exceso de gas hacia el sistema de recuperación de vapores o hacia la atmósfera.

•

La presión de ajuste de la válvula reguladora de salida de gas de manto se fija en un valor superior al del regulador de entrada, buscando no sobreponer las bandas de acción de las dos válvulas. Se recomienda un porcentaje mínimo de 30% entre las presiones de ajuste de estas dos válvulas.

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Las presiones de ajuste típicas para estas válvulas se encuentran entre 0,75 pulg H 2Og y 15 psig (19 mm H2Og y 1,034 barg).

Válvula de presión-vacío a. Tanques con sistema de gas de manto •

En tanques con sistema de gas de manto la válvula presión –vacío se emplea como protección del tanque.

•

La presión de ajuste de la válvula de presión vacío se fija en un valor superior al del regulador de salida de gas de manto, teniendo en cuenta no sobreponer las bandas de acción de las dos válvulas. Se recomienda un porcentaje mínimo de 30% entre las presiones de ajuste de estas dos válvulas.

•

Las presiones de ajuste típicas para estas válvulas se encuentran entre 0,86 pulg H 2Og y 15 psig (-21,8 mm H2Og y 1,034 barg).

b. Tanques atmosféricos •

Las presiones de ajuste típicas para la válvula presión -vacío son 0,86 pulg H2Og (21,8 mm H2Og) para presiones positivas y −0,86 pulg H2Og (−21,8 mm H2Og) para presiones negativas.

•

Se puede admitir presiones negativas en el tanque hasta −1,73 pulg H2Og (44 mm H2Og) si no exceden MVOP del material.

Válvula de Emergencia: Se pueden admitir presiones internas en el tanque hasta 5,00 pulg H2Og (127 mm H2Og) si no exceden la MPOP del material. Las recomendaciones anteriores se basan en valores típicos, los cuales deben ser verificados por la Unidad de Automatización y Control y por el proveedor de las válvulas.

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Valores de Presión mm H2O in H2O psig

oZ/in2

Venteo de

Presión alivio

165

6,5

0,235

3,76

Emergencia‐ PSE

Presión ajuste

127

5

0,180

2,89

Banda muerta Alivio por

Presión alivio

87,4

3,44

0,124

2,0

Presión‐ PVV

Presión ajuste

44

1,73

0,062

1,00

Banda muerta Desalojo Gas de

Presión alivio

28,7

1,13

0,041

0,65

Manto

Presión ajuste

22,0

0,87

0,031

0,50

Banda muerta Consumo gas de

Presión alivio

15,2

0,6

0,022

0,35

Manto

Presión ajuste

12,7

0,5

0,018

0,29

0,031

0,50

0,0 Alivio por Vacío ‐ PVV

22,0

0,87

Figura 18. Ejemplo Presiones de Ajuste para Protección de Tanque 11.4.

Hoja de Cálculo El Anexo 4 contiene el enlace de la HdC útil en la determinación de los requerimientos de venteo para tanques de almacenamiento según las indicaciones del API STD 2000 Venting Atmospheric and Low-Pressure Storage Tanks Nonrefrigerated and Refrigerated [3].

12.

REFERENCIAS Leyenda de la ubicación de las referencias: 

Biblioteca Especializada de inelectra.



Subscripción IHS para acceso a las Normas Internacionales a través de la página de intranet de la Biblioteca de Especializada. Intranet de Procesos.

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[1]

2007 ASME. Boiler & Pressure Vessel Code, Section VIII - Rules for Construction of Pressure Vessels. Division I. 

[2]

ANSI/API Standard 521 (ISO 23251). Pressure-Relieving and Depressuring Systems. Fifth Edition, January 2007. 

[3]

ANSI/API STD 2000 Venting Atmospheric and Low-Pressure Storage Tanks. Sixth Edition, November 2009. 

[4]

API RP 2210. Flame Arresters for Vents of Tanks Storing Petroleum Products. Third Edition, May 2000. 

[5]

API RP 520. Sizing, Selection, and Installation of Pressure-Relieving Devices in Refineries. Part I – Sizing and Selection. Eighth Edition, December 2008. 

[6]

API SPEC 12D Specification for Field Welded Tanks for Storage of Production Liquids. Eleventh Edition; Effective date: April 1, 2009. 

[7]

API SPEC 12F Specification for Shop Welded Tanks for Storage of Production Liquids. Twelfth Edition; Effective date: April 1, 2009. 

[8]

API STD 620 Design and Construction of Large, Welded, LowPressure Storage Tanks. Eleventh Edition, February 2008; Addendum 1: March 2009. 

[9]

API STD 650 Welded Tanks for Oil Storage. Eleventh Edition; Addendum 1, November 2008; Addendum 2, November 2009; Effective date: May 1, 2010. 

[10] ASME B16.5. Pipe Flanges and Flanged Fittings. 2003.  [11] ASME B31.3-2008. Process Piping. [12] ASME B31.4-2006. Pipeline Transportation Systems for Liquid Hydrocarbons and Other Liquids.  [13] ASME B31.8-2007. Gas Transmission and Distribution Piping Systems.  [14] BLAKEY, Philip & ORLANDO, Gary. Using Inert Gases for Purging, Blanketing and Transfer. CHEMICAL ENGINEERING, May 28, 1984 [véase Anexo 5]. 903-HM120-P09-GUD-09/18/03/2010/A/

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[15] CHEMGUARD, Chambers.

Specialty

Chemicals

and

Equipment.

Foam

[16] CRANE, Flujo de fluidos en válvulas, accesorios y tuberías, McGrawHill, México. 1997.  [17] Groth, Industrial Products Catalog. [18] NFPA 11. Standard for Low-, Medium-, and High-Expansion Foam – 2010 Edition.  [19] Wallas, S. M. Chemical Process Equipment. Selection and Design. Butterwoth-Heinemann Series in Chemical Engineering. 1990. 

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A N E X O N ° 1 H O J A D E C Á L C U L O P A R A E L D I M E N S I O N A M I E N T O D E T A N Q U E S S E G Ú N E L A P I S T D 6 5 0 . 9 0 3 - H M 1 2 0 - P 0 9 - G U D - 0 9 3 - 1

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A N E X O N ° 2 F O R M A T O D E L A H O J A D E D A T O S P A R A T A N Q U E S (CILÍNDRICOS ), ESFERAS Y TRAMPAS DE DRENAJES 903-HM120-P09-GUD-093-2

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A N E X O N ° 3 C Á L C U L O

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DE

VOLUMEN

D E V A P O R Y Á R E A HÚMEDA.

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SUPERFICIAL

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LISTA DE SÍMBOLOS (para este Anexo) Símbolo Definició n Área mojada del tanque vertical AWS,V AWS,H Área mojada del tanque horizontal Área mojada del tanque esférico AWS,E Altura del techo c b Altura del casquete Diámetro interno del tanque D f ( Zc) Coeficiente para el volumen en la sección cilíndrica Coeficiente para el volumen en el f ( Ze) casquete H Altura del tanque H 1 Altura del nivel de líquido promedio Relación entre la altura del K 1 casquete y el diámetro L Longitud del tanque Altura alcanzada por el fuego N 30 hasta un nivel de líquido de 30 pies Volumen parcial de líquido en el V P tanque Volumen total del tanque V T Volumen promedio de vapor Vv Ángulo relativo a la altura de α líquido en el tanque 4a.

Unidad [pies2], [m2] [pies2], [m2] [pies2], [m2] [pies], [m] [pies], [m] [pies], [m]

[pies], [m] [pies], [m] [Adimensional] [pies], [m] [pies], [m] [pies3], [m3] [pies3], [m3] [pies3], [m3] [radianes]

Cálculo de volumen de vapor.

El cálculo del volumen de vapor se realiza por medio de una diferencia entre el volumen total del tanque, teniendo en cuenta el tipo de tanque y tipo de techo, así como el volumen promedio de líquido. Para cada geometría se calcula de la siguiente forma:

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•

Tanque vertical con techo cónico

C

H

H 1

Figura 4-1. Representación de la distancias para el cálculo del volumen de vapor para tanque vertical con techo cónico c=

⎧ D ≤ 30 ft → 15° ≤ θ ≤ 37°⎫ * tan θ ; si ⎨ ⎬ 2 ⎩ D > 30 ft → θ = 15° ⎭

D

V T =

1 4

π . D

2

. H +

V P =

V V =

1 4

. π D

1 4 2

1 12

. π D

. + H

2

π . D

2

Ec. 4-1

Ec. 4-2

.c

Ec. 4-3

. 1 H

1 12

. π D

2

.c −

1 4

π . D

2

. H 1

Ec. 4-4

1 ⎛ 1 ⎞ ⎛ ⎞ . 2 ⎟.⎜ H + π .c − H 1 ⎟ π D 3 ⎝ 4 ⎠ ⎝ ⎠

V V = ⎜

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•

Tanque vertical con techo de domo.

C

H

H 1

Figura 4-2. Representación de la distancia para el cálculo del volumen de vapor para tanque vertical con techo de domo V T =

1

V P =

1

H . +

. π D

2

π . D

2

H . 1

. 1 D π K

3

−

4

1 6

. 1 D π K

3

Ec. 4-4

Donde K1 = c/D

V V =

1 4

. π D

2

H . +

1 6

4

1 4

Ec. 4-5

. π D

2

H . 1

Ec. 4-6

4 ⎛ 1 ⎞ ⎛ ⎞ . 2 ⎟.⎜ H + K 1 D − H 1 ⎟ π D 6 ⎠ ⎝ 4 ⎠ ⎝

V V = ⎜

903-HM120903-HM120-P09-G P09-GUD-09 UD-09/18/0 /18/03/201 3/2010/A/ 0/A/

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4b. Cálculo del área superficial húmeda. En el anexo se muestra las ecuaciones para el cálculo del área mojada de acuerdo con la geometría de los tanques expuestos a un fuego externo. •

Tanque vertical.

Figura 4-5. Área superficial húmeda para tanque vertical AWS ,V = π D . . N 30

⎛ ⎝

AWS , H = D. arccos⎜1 −

903-HM120903-HM120-P09-G P09-GUD-09 UD-09/18/0 /18/03/201 3/2010/A/ 0/A/

2 N 30 ⎞⎛ 2,168 D ⎞ ⎟⎜ L + ⎟ D ⎠⎝ π ⎠

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Ec. 4-7

Ec. 4-8

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A N E X O N ° 4 H O J A D E C Á L C U L O P A R A D E T E R M I N A R L O S R E Q U E R I M I E N T O S D E V E N T E O P A R A T A N Q U E S D E A L M A C E N A M I E N T O S E G Ú N A P I STD 2000.903-HM120-P09-GUD-093-4

903-HM120903-HM120-P09-G P09-GUD-09 UD-09/18/0 /18/03/201 3/2010/A/ 0/A/

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