Diseño de tanques - presentaciÓn api 650 651 & 653 weno PDF

INVERSIONES FIGHERCAS C.A. CURSO DE DISEÑO Y CONSTRUCCION, PROTECCION CATODICA, INSPECCION, REPARACION, Y MODIFICACION DE TANQUES DE ACERO; NORMAS API-650, 651, & 653 Presentado por: Ing. Fernando Dávila T.,MBA ASME Authorized Global Instructor [email protected] 2006 1

Generalidades y Definiciones

Este Curso revisará las materias referentes a materiales, diseño, fabricación, erección, requisitos de pruebas, implementación de protección catódica, y criterios de inspección, reparación, y modificaciones de tanques de almacenamiento. 2


Tanques de almacenamiento construidos con láminas de acero soldado de varios tamaños y capacidades, con presiones internas pequeñas (atmosférica o algo superior, pero que no excedan el peso de las planchas de techo)

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La Norma API-650 se aplica en tanques verticales, cilíndricos, construidos sobre el nivel de piso, con techo cerrado o cielo abierto. Presión no mayor que 2.5 lbs/plg2

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La Norma API-650 considerará en el futuro tanques sometidos a presión negativa (vacío), adicionalmente todavía hay partes por definir respecto a fuerzas externas combinadas con cargas vivas y cargas de viento. 5


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Esta Norma se aplica sólo a tanques cuyo fondo es totalmente soportado uniformemente y a tanques de servicio no refrigerado con una temperatura máxima de operación de 90ºC (200ºF)

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Esta Norma pretende suministrar los parámetros de construcción de tanques para petróleo, u otros productos, para que sean construidos con una seguridad y un costo razonable. No limita el tamaño de los tanques 8

Materiales

Todas las planchas deberán ser fabricadas por un proceso de corazón abierto, horno eléctrico, o de oxígeno básico. Aceros producidos por un proceso de control termomecánico pueden ser utilizados si cumplen con las especificaciones químicas, de resistencia mecánica y espesores.

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Materiales

El espesor máximo será de 45 mm (1.75 in.) Las planchas utilizadas en insertos o bridas pueden ser de mayor espesor Las planchas mas gruesas de 40 mm (1.5 in.) deberán ser normalizadas o templadas, reducidas a grano fino, y probadas al impacto 10

Materiales ASTM La ASTM especifica algunos materiales aceptables para este tipo de tanques, se puede encontrar otros materiales con mejores características y se los puede utilizar.

ASTM A 36M/A 36 para planchas de hasta un espesor de 40mm (1.5 in.).

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Materiales ASTM

ASTM A 131M/A 131, Grado A, para planchas de un espesor máximo de 12.5 mm (0.5 in.); Grado B para un espesor máximo hasta 25 mm (1 in.); Grado CS para espesores de un máximo de 40 mm (1.5 in.); y Grado EH36 para planchas de máximo espesor de 45 mm (1.75 in). 12

Materiales ASTM

ASTM A 283M/A 283, Grado C, para planchas de máximo espesor de 25 mm (1 in.)

ASTM A 285M/A 285, Grado C, para planchas de máximo espesor de 25 mm (1 in.)

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Materiales ASTM

ASTM A 516M Grados 380, 415, 450, 485/A 516, Grados 55, 60, 65, y 70, para un espesor máximo de plancha de 40 mm (1.5 in).

ASTM A 537M/A 537, Clase 1 y 2, para planchas hasta 45 mm (1.75 in.) de espesor máximo. 14

Materiales ASTM

ASTM A 573M Grados 400, 450, 485/A 573, Grados 58, 65, y 70 para un espesor máximo de 40 mm (1.5 in.).

ASTM A 633M/A 633, Grados C y D para planchas de un espesor máximo de 45 mm (1.75 in) 15

Materiales ASTM

ASTM A 662M/A 662, Grados B y C para planchas de un espesor máximo de 40 mm (1.5 in.).

ASTM A 678M/A 678 Grado A, para planchas de un máximo espesor de 40 mm (1.5 in.). 16

Materiales ASTM

ASTM A 737M/A 737, Grado B, para planchas de un espesor máximo de 40 mm (1.5 in.).

ASTM A 841M/A 841 para planchas de un espesor máximo de 40 mm (1.5 in.). 17

Materiales ASTM

Noten que los insertos de los distintos tipos de planchas aprobados pueden ser de espesores mayores, dependiendo del material

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Materiales ISO Los materiales ISO, son equivalentes y se puede seleccionar de entre ellos materiales adecuados para nuestros tanques.

Las planchas ISO 630 en los Grados E 275 y E 355 son aceptables dentro de las siguientes limitaciones: 19

Materiales ISO

Grado E en calidades C y D para planchas hasta un espesor máximo de 40 mm (1.5 in.). Y un contenido máximo de manganeso de 1.5% Grado E 355 en Calidades C y D para planchas de un espesor máximo de 45 mm (1.75 in.) (insertos hasta un espesor máximo de 50 mm (2 in.)). 20

Materiales

Las láminas para los techos fijos y flotantes deben cumplir con las Normas ASTM A 570M/A 570, Grado 33. Deben ser fabricadas en acerías por hornos de corazón abierto o proceso de oxígeno básico. Se pueden pedir en base a peso o espesores.

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Materiales a. b. c.

Los perfiles estructurales deben ser del siguiente tipo: ASTM A 36M/A 36. ASTM A 131M/A 131 Aceros Estructurales de AISC

Specification for Structural Steel Buildings, Allowable Stress Design. 22

Materiales d.

e. f.

CSA G40.21-M, Grados 260W, 300W, 350W, 260WT, 300WT, y 350WT. ISO 630, Grados Fe 42 y Fe 44, Calidades B,C, y D. Fabricados por algún Estándar Nacional reconocido y aceptado por el comprador. 23

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Materiales

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Materiales

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Materiales

CSA = Canadian Standard Association

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Materiales

Acero “killed” o “semikilled” es el acero sometido a un proceso de desoxidación con un agente desoxidante fuerte, como la silicona y/o el aluminio, para reducir el contenido de oxígeno a un nivel tal, que no haya reacción entre el carbono y el oxígeno durante la solidificación 28

Materiales

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Materiales

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Materiales

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Materiales (Temperaturas mínimas de Diseño) Sin necesidad de pruebas de impacto

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Materiales

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Materiales

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Materiales

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Diseño de Tanques

Juntas verticales típicas de planchas :

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Diseño de Tanques

Juntas horizontales típicas de planchas :

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Diseño de Tanques

Juntas típicas de planchas de techo:

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Diseño de Tanques

Juntas típicas de planchas de techo:

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Diseño de Tanques

Juntas típicas de planchas de fondo:

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Diseño de Tanques


El espesor mínimo nominal de planchas de fondo, deberá ser de ¼” (6mm), (10.2 lbf/ft2) excluyendo cualquier tolerancia (2003) 41

Diseño de Tanques


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Diseño de Tanques


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Diseño de Tanques

Consideraciones de diseño: Se debe establecer la temperatura de diseño del metal, la gravedad específica de diseño, la tolerancia de corrosión, y la velocidad de viento para diseño.

Considerar las cargas externas si la hubiera, estas afectarán el diseño de las bocas. 44

Diseño de Tanques Placas Anulares

Deben tener un ancho radial que permita un espacio de mínimo 24” (600 mm) entre la parte interna del cuerpo y cualquier junta sobrepuesta del fondo, y al menos debe proyectarse 2” (50 mm) fuera del cuerpo del tanque.

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El ancho radial se puede calcular con la siguiente fórmula: 390 tb (HG)0.5

215 tb (HG)0.5

tb = espesor de la placa anular, plg (mm) H = nivel máximo de liquido, ft (m) G = gravedad específica del liquido 46


El espesor del cuerpo del tanque debe ser calculado con la altura del tanque H llena de agua.

Cada anillo debe ser calculado para su altura de presión con agua, y ningún anillo inferior puede tener menor espesor que el siguiente en altura. 47


El espesor de las planchas anulares no deberá ser menor que lo indicado en la siguiente tabla:

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El espesor de las planchas anulares no deberá ser menor que lo indicado en la siguiente tabla:

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Diseño de Tanques Diseño del Cuerpo

El espesor del cuerpo deberá ser mayor que el de diseño, incluyendo la tolerancia de corrosión, o el espesor necesario para la prueba hidrostática, pero nunca menor a:

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Diseño de Tanques Diseño de Tanques Pequeños

El espesor máximo del cuerpo es de ½” La temperatura mínima es de -30º C La tensión máxima es de 21,000 lbs/plg2 La tensión en cada anillo se calcula a 12” sobre la línea de centro de la junta mas baja del anillo que se está calculando. 51


El Factor de Eficiencia de Junta se considera como de 0.85 si se hace radiografías, y de 0.70 si no se han tomado radiografías.

t=

2.6D(H-1)G + CA (E)(21,000)

E = coeficiente de junta 0.85 – 0.70 52


La capacidad de un tanque pequeño se calcula: C = 0.14 D2H C = capacidad en barriles de 42 gal.

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COMPONENTES PRINCIPALES

Tanques de Almacenamiento:

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Errores de Diseño

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Errores de Diseño

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Errores de Diseño

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Errores de Diseño

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Diseño de Tanques Diseño del Cuerpo 1.

2. 3.

A menos que se especifique lo contrario, el diámetro nominal del tanque será el del diámetro de la línea de centro de las placas de fondo. El espesor nominal es con el que se construye. Cuando se especifique, las planchas con un espesor mínimo de 6 mm pueden ser sustituidas por planchas de ¼” 67

Diseño de Tanques Esfuerzos Permisibles 1.

Se debe usar el espesor actual, sin tolerancia de corrosión, para cualquier cálculo.

2.

El esfuerzo de diseño básico, Sd, deberá ser o dos tercios del esfuerzo de fluencia ó dos quintos del esfuerzo de tensión, el que sea menor. 68

Diseño de Tanques Esfuerzos Permisibles 3.

Para el cálculo de los máximos esfuerzos durante la prueba hidrostática, se debe usar el espesor bruto de las planchas incluyendo la tolerancia de corrosión.

4.

La prueba hidrostática deberá basarse en tres cuartos del esfuerzo de fluencia, ó tres séptimos del esfuerzo de tensión, el que sea menor 69

Diseño de Tanques Cálculo del espesor 1.

El método de 1 pié calcula el espesor requerido en puntos de diseño a 1 pié sobre el fondo de cada anillo(0.30m).

2.

Este método no debe ser usado para tanques con diámetro mayor a 200 pies (60 m).

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Diseño de Tanques Cálculo del espesor El espesor requerido debe ser mayor que los valores calculados con las siguientes fórmulas:

td =

2.6 D (H – 1) G + CA Sd

tt =

2.6 D (H – 1) St 71

Diseño de Tanques Cálculo del espesor El espesor requerido debe ser mayor que los valores calculados con las siguientes fórmulas SI:

td =

4.9 D (H – 0.3) G + CA Sd

tt =

4.9 D (H – 0.3) St 72

Diseño de Tanques Cálculo del espesor Donde: td = espesor de diseño del cuerpo, plg. tt = espesor de prueba hidrostática, plg. D = diámetro nominal del tanque, piés H = nivel de diseño del liquido, plg. = altura desde el fondo del anillo considerado hasta la parte alta del tanque, hasta la altura de cualquier rebosadero; o cualquier otro limitante especificado 73

Diseño de Tanques Cálculo del espesor Donde: G = gravedad específica del liquido a ser almacenado CA = tolerancia de corrosión Sd = esfuerzo permisible para las condiciones de diseño (lbf/plg2). St = Esfuerzo permisible para la condición de la prueba hidrostática (lbf/plg2). 74

Diseño de Tanques Cálculo del espesor

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Diseño de Tanques Cálculo del espesor Donde: G = gravedad específica del liquido a ser almacenado CA = tolerancia de corrosión Sd = esfuerzo permisible para las condiciones de diseño (lbf/plg2). St = Esfuerzo permisible para la condición de la prueba hidrostática (lbf/plg2). 76

Diseño de Tanques Cálculo del espesor El método de cálculo de espesores por el punto variable de diseño debe cumplir con las siguientes condiciones: L ≤2 H Donde: L = (6 Dt)0.5 (plg) D = diámetro del tanque, (ft). t = espesor del anillo mas bajo, (plg.) H = Máximo nivel de líquido (ft.) 3.

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Diseño de Tanques Cálculo del espesor El método de cálculo de espesores por el punto variable de diseño debe cumplir con las siguientes condiciones (SI): L 1,000 ≤ H 6 Donde: L = (500 Dt)0.5 (mm) D = diámetro del tanque, (m). t = espesor del anillo mas bajo, (mm.) H = Máximo nivel de líquido (m.) 4.

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Para calcular el espesor del anillo bajo, se tiene primero que calcular valores preliminares tpd y tpt para las condiciones de diseño y de prueba hidrostática, con las fórmulas dadas anteriormente 2.6 D (H – 1) G + CA tpd = Sd tpt =

2.6 D (H – 1) St 79


Los espesores del anillo mas bajo t1d y t1t para el diseño y la prueba hidrostática deben calcularse con las siguientes fórmulas: 0.463D t1d = 1.06 H

√

HG 2.6HDG + CA Sd Sd

Para las condiciones de diseño, t1d no necesita ser mayor a tpd 80

Diseño de Tanques Cálculo del espesor Igualmente, para las condiciones de prueba hidrostática, t1t no necesita ser mas grande que tpt

√

0.463D t1t = 1.06 H

H St

2.6HD St

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En unidades S.I. los espesores del anillo mas bajo t1d y t1t para el diseño y la prueba hidrostática deben calcularse con las siguientes fórmulas:

0.0696D t1d = 1.06 H

√

HG 4.9HDG + CA Sd Sd

Para las condiciones de diseño, t1d no necesita ser mayor a tpd 82

Diseño de Tanques Cálculo del espesor También en unidades SI, para las condiciones de prueba hidrostática, t1t no necesita ser mas grande que tpt

0.0696D t1t = 1.06 H

√

H St

4.9HD St

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Diseño de Tanques Cálculo del espesor Para calcular el espesor del segundo anillo tanto para la condición de diseño como para la condición de prueba hidrostática, se debe calcular la siguiente relación para el primer anillo: h1 (rt1)0.5

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Diseño de Tanques Cálculo del espesor Donde: h1 = altura del primer anillo, plg. (mm) r = radio nominal del tanque, plg. t1 = espesor real del primer anillo, sin tolerancias, plg., utilizado para calcular t2 (diseño). Para calcular t2 (prueba hidrostática), se debe usar el espesor total del anillo. 85

Diseño de Tanques Cálculo del espesor h1 (rt1)0.5 Si el valor de este radio ≤ 1.375 t2 = t1 Si el valor del radio ≥ 2.625 t2 = t2a 86

Diseño de Tanques Cálculo del espesor Si el valor de este radio es mayor de 1.375, pero menor que 2.625 entonces: h1 t2 = t2a + (t1 – t2a) 2.1 1.25 (rt1)0.5 t2 = espesor del segundo anillo sin tolerancias t2a = espesor del segundo anillo, en plg., calculado para un anillo superior como se 87 indica después

Diseño de Tanques Cálculo del espesor Para calcular los espesores de los anillos superiores para las dos condiciones, diseño y prueba hidrostática, se debe calcular un valor preliminar tu utilizando las fórmulas dadas para td y tt y entonces la distancia x del punto variable de diseño desde la parte inferior del anillo debe ser calculada usando el menor valor obtenido de la siguiente manera: 88

Diseño de Tanques Cálculo del espesor x1 = 0.61 (rtu)0.5 + 3.84 CH x2 = 12 CH x3 = 1.22 (rtu)0.5

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Diseño de Tanques Cálculo del espesor Donde. tu = espesor del anillo superior en la costura, plg. C = [K0.5 (K – 1)]/(1 + K1.5) K = tL / tu tL = espesor del anillo inferior en la costura, plg. H = nivel de liquido por diseño, ft. 90

Diseño de Tanques Cálculo del espesor En unidades SI, tenemos: x1 = 0.61 (rtu)0.5 + 3.20 CH x2 = 1000 CH x3 = 1.22 (rtu)0.5

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Diseño de Tanques Cálculo del espesor El espesor mínimo tx para los anillos superiores debe ser calculado para las dos condiciones, diseño (tdx) y condición de prueba hidrostática (ttx) utilizando el menor valor de x obtenido anteriormente. x

tdx =

2.6 D (H – 12 )G + CA Sd x

ttx =

2.6 D (H – 12 ) St 92

Diseño de Tanques Cálculo del espesor El espesor mínimo tx en unidades SI, será: x

tdx =

4.9 D (H – )G 1000 Sd

+ CA

x

ttx =

4.9 D (H – ) 1000 St

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Diseño de Tanques Cálculo del espesor Cálculo del Espesor por Análisis Elástico:

Para tanques donde L/H > 2 la selección del espesor del tanquue estará basada en un análisis elástico que demuestre que los esfuerzos circunferenciales calculados de las planchas del cuerpo deben ser menores que los esfuerzos admisibles dados en la Tabla 3-2. 94

Diseño de Tanques Cálculo del espesor Cálculo del Espesor por Análisis Elástico:

Las condiciones de límites para el análisis deberán asumir un momento plástico total causado por la fluencia de la plancha debajo del cuerpo y un crecimiento radial cero.

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Diseño de Tanques Boquillas (Nozzles)

Las boquillas cerca del fondo del tanque son las mas críticas pues tienden a girar con la deformación del tanque durante las pruebas hidrostáticas o por operación. Los refuerzos de estas tomas deberán considerar no solo la condición estática, sino las cargas transmitidas por la tubería que se empata. 96


Las cargas externas tienen que ser minimizadas, o las conexiones deberán ser relocalizadas fuera del área de rotación. Toda apertura mayor a 2” NPS deberá tener refuerzo. El área mínima de la sección recta del refuerzo no deberá ser menor que el producto del diámetro vertical de la apertura y el espesor nominal de la plancha. 97


Excepto para las tapas de limpieza y conexiones, todos los refuerzos deberán ser hechos dentro de una distancia arriba y debajo de la línea de centro de la apertura, igual a la dimensión vertical del agujero del tanque.

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El refuerzo debe ser provisto por: La brida de acople del accesorio La placa de refuerzo La porción del cuello del accesorio que pueda ser considerado como refuerzo. Exceso de espesor de la plancha del tanque. Material del cuello de la boquilla. 99


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Una distancia mínima de 3” (75 mm) se debe mantener entre la puntera de una suelda alrededor de una boquilla sin refuerzo y la puntera de la soldadura del primer anillo al fondo.

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Diseño de Tanques Boquillas (Nozzles) • Por mutuo acuerdo, las aperturas circulares y planchas de refuerzo si se utiliza, pueden ser colocadas en una junta soldada horizontal o vertical, cuidando de que se mantengan las distancias mínimas y que se realicen radiografías de las juntas soldadas. 111


Las juntas soldadas deben ser 100% radiografiadas por una longitud igual a tres veces el diámetro de apertura.

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Diseño de Tanques Entradas de Hombre (Manholes)

Las entradas de hombre son boquillas de tamaños predeterminados y se puede admitir otras formas y tamaños. Los refuerzos deben tener un agujero roscado de ¼” para hacer la prueba de fuga en las soldaduras. El agujero debe estar localizado en el eje horizontal y estar abierto. 120

Diseño de Tanques Boquillas en los anillos y bridas

Deben ser de acuerdo a las figuras normalizadas, pero se puede permitir otras formas. Los refuerzos deben tener un agujero roscado de ¼” para hacer la prueba de fuga en las soldaduras. El agujero debe estar localizado en el eje horizontal y estar abierto a la atmósfera. 121

Diseño de Tanques Puertas de Limpieza

Las puertas de limpieza deben ubicarse en zonas adecuadas y accesibles para la función que tendrán. Deben tener acceso para retirar los materiales que se saquen por ahí, y no deben tener interferencias con tuberías de proceso. 122


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La apertura debe ser rectangular pero con los filos redondeados con un radio igual a ½ la altura mayor de la apertura. La apertura reforzada debe ser completamente preensamblada y tratada térmicamente antes de instalarse en el tanque.

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El área de la sección recta del refuerzo de la parte superior debe calcularse como sigue:

Acs ≥

K1 ht 2

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Acs ≥

K1 ht 2 Acs = sección recta del refuerzo en la parte superior (plg2) K1 = coeficiente de área de la figura h = altura del claro de la apertura (plg.) t = espesor del anillo (plg) 130


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El ancho mínimo de la placa de refuerzo en el fondo del tanque debe ser de 10” más el espesor combinado de la plancha de la apertura y la plancha de refuerzo del anillo.

El espesor mínimo de la plancha de refuerzo del fondo, se calcula con la siguiente fórmula: 132

Diseño de Tanques Puertas de Limpieza tb =

h2 14,000

+

b

√ HG

310

tb = espesor mínimo de la plancha de refuerzo del fondo (plg.) h = altura vertical del claro de la apertura (plg.). H = nivel de liquido máximo (ft). G = gravedad específica no menor a 1.0 133

Diseño de Tanques Puertas de Limpieza (SI) tb =

h2

+

b

√ HG

360,000 170

tb = espesor mínimo de la plancha de refuerzo del fondo (mm.) h = altura vertical del claro de la apertura (mm.). H = nivel de liquido máximo (m). G = gravedad específica no menor a 1.0 134

Diseño de Tanques Bocas de Limpieza

Se puede tener bocas o conexiones de limpieza en el fondo del tanque bajo ciertas condiciones: Deberá soportar las mismas cargas de diseño, presión de prueba, viento, terremoto, etc., de forma que no sufra las uniones del fondo.

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La altura máxima h, de la apertura en el anillo cilíndrico, no debe exceder 36” El espesor mínimo de la placa de transición en el fondo será de ½”

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Se puede instalar conexiones de limpieza usando un mismo poncho de refuerzo, pero la distancia entre líneas de centro de las boquillas no será menor a 1.5 (b1 + b2 + 2.5”), donde b1 y b2 son los anchos de las aperturas adyacentes, ó 24”, el que sea mayor. El ancho de cada apertura, b, se obtiene de la tabla 3-12 141


Si no comparten la plancha de refuerzo, deben tener 36” de holgura entre las planchas de refuerzo. Todas las soldaduras deben ser 100% radiografiadas. Las sueldas de unión con el fondo deberán ser examinadas visualmente y con un método como partícula magnética 142


Todas las inspecciones deberán hacerse después del tratamiento térmico, pero antes de la prueba hidrostática.

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Diseño de Tanques

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Diseño de Tanques

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Diseño de Tanques Boquillas en el Cuerpo

Se pueden instalar boquillas permanentes en el cuerpo del tanque pero su eje de soldadura deberá estar alejado por lo menos 3” de una junta horizontal, y al menos 6” de cualquier junta vertical. Las soldaduras pueden cruzar juntas verticales u horizontales probando que las sueldas son continuas y que el ángulo de incidencia entre las dos sueldas es mayor o igual a 45º 146

Diseño de Tanques Boquillas en el Cuerpo

Elementos temporales deberán hacerse preferentemente antes de soldar los anillos. Los espacios indicados, serán los mismos Los elementos temporales deben removerse, y cualquier daño deberá repararse 147

Diseño de Tanques Boquillas en los anillos y bridas

Se puede instalar boquillas con otros ángulos que no sea 90º con la plancha, pero aumentando el tamaño de la placa de refuerzo. Boquillas de hasta 3” para pozuelos de termómetros, o toma de muestras pueden instalarse a un ángulo de 15º o menos con la perpendicular, sin modificar el refuerzo. 148

Diseño de Tanques Tratamiento Térmico de Alivio de Tensiones

Todas las puertas de limpieza y accesorios grandes deben ser tratados térmicamente para aliviar las tensiones luego de ser ensamblados y antes de ser instalados en el tanque, o después de ser instalados si todo el tanque va a ser sometido a tratamiento térmico. 149


El rango de temperaturas para el alivio de tensiones es entre 1100º F a 1200º F (600º C – 650º C) por una hora por pulgada de espesor de pared. El ensamble debe incluir la plancha de piso o anular y la soldadura de la brida al cuello. 150


Cuando no se puede llegar a los 1100º F (600º C) se puede usar otras temperaturas por mas tiempo.

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Diseño de Tanques Bocas de Techo

Las entradas de inspección deben construirse de acuerdo a la figura, si se espera realizar trabajos con el tanque en operación, la entrada deberá reforzarse. Las boquillas sobre el techo deben tener bridas normalizadas, y deben construirse de acuerdo a las tablas. 152


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Las aperturas rectangulares son similares a las redondas, deben tener sus refuerzos. Las tapas no deben ser menores a ½” de espesor. Deben resistir el peso de una persona de 250 lb. Parada en el centro de la tapa. 158


Tapas con bisagras no pueden usarse en tanques con presión interna. Se debe tener cuidado en el diseño de las tapas rectangulares, y en los pernos de sujeción.

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Diseño de Tanques Drenajes de Fondo Los drenajes de fondo se utilizan cuando no hay puertas o tapas de limpieza de fondo, ó como auxiliares diarios para estas tapas o puertas de limpieza. Los drenajes de fondo se utilizan continuamente cuando hay muchos depósitos o sedimentos sólidos durante el proceso. 164

Diseño de Tanques Drenajes de Fondo Los drenajes de fondo sirven para desalojar el agua de formación que se decanta en la parte inferior del tanque, junto con sedimentos en suspensión.

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Diseño de Tanques Drenajes de Fondo

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Diseño de Tanques Drenajes de Fondo

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Diseño de Tanques Refuerzos Estructurales

Soporte para el cable de los andamios, debe estar lo mas cerca del centro del tanque.

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Plataformas, Camineras, Escaleras de Acceso.

Son elementos de servicio, que muchas veces pueden ser diseñados como refuerzos estructurales al mismo tiempo. Deben ser diseñados de forma práctica y ser funcionales.

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Cuidar los espacios mínimos para los operadores, evitar interferencia con instrumentos o boquillas. Cuidar el espacio entre peldaños en las escaleras, deben tener una altura adecuada para evitar el esfuerzo innecesario.

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Refuerzos contra vientos,

Todo tanque abierto en la parte superior, necesita los anillos de refuerzo para mantener su redondez contra las fuerzas de viento. Los refuerzos se instalarán en el tope del tanque o cerca del tope, preferentemente en la parte externa.

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Estos refuerzos se construirán con materiales estructurales, dependiendo del tamaño y espesor. El mínimo tamaño a usar será el ángulo de 2 ½” x 2 ½” x ¼”. El espesor mínimo de cualquier elemento de refuerzo será de ¼” 179


Cuando los anillos de refuerzo están localizados mas bajo que 2 pies del tope del tanque, se usarán ángulos de 2 ½” x 2 ½” x 3/16” para anillos de 3/16” de espesor, y ángulos de 3” x 3” x ¼” para anillos de más de 3/16” de espesor, o con perfiles estructurales con un modulo de sección equivalente. 180


Los refuerzos que puedan retener liquido, deberán tener agujeros de drenaje. Las sueldas cuando crucen cordones verticales, deberán estar ubicadas a 6” de la junta vertical.

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Los refuerzos utilizados como camineras deberán tener un ancho mínimo de 24”. Deberán ser ubicados 42” debajo del filo superior del tanque y deberán tener un pasamano en la parte externa.

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En los elementos estructurales debemos tomar en cuenta el momento rectangular de inercia I , y el eje neutral c que pasa por el centro de gravedad de la sección. La expresión I/c es lo que se denomina el módulo de la sección. 183


El valor mínimo del módulo de sección del refuerzo será:

Z = 0.0001 D2H2

Donde: Z = módulo de sección mín. (plg3) D = diámetro nominal del tanque (ft) H2= altura del anillo del tanque (ft). 184


El valor mínimo del módulo de sección del refuerzo será en unidades SI:

Z = D2H2/17 Donde: Z = módulo de sección mín. (cm3) D = diámetro nominal del tanque (m) H2= altura del anillo del tanque (m).

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Refuerzos intermedios: La altura máxima de un sector de anillos sin refuerzo se calcula con la siguiente fórmula: H1 = 600,000t

√

t 3 D 190

Diseño de Tanques Refuerzos Estructurales Donde: H1 = distancia vertical (ft) entre el refuerzo intermedio y el ángulo de tope. t = espesor del anillo de tope (plg.) D = diámetro nominal del tanque (ft) 191


Refuerzos intermedios unidades SI:

La altura máxima de un sector de anillos sin refuerzo en unidades SI se calcula con la siguiente fórmula: H1 = 9.47 t

√

t 3 D 192

Diseño de Tanques Refuerzos Estructurales Donde: H1 = distancia vertical (m) entre el refuerzo intermedio y el ángulo de tope. t = espesor del anillo de tope (mm.) D = diámetro nominal del tanque (m) 193


Una velocidad de viento de diseño (V) de 100 mph, que imponen una presión dinámica de 25.6 lbf/ft2. La velocidad es incrementada por 10% por una altura sobre la tierra o un factor de ráfaga, así la presión es incrementada a 31 lbf/ft2. 194


Una presión adicional de 5 lbf/ft2 se añade por tiro hacia dentro asociado con tanques abiertos o por vacío interno en tanques cerrados. Se obtiene así un total de 36 lbf/ft2. Para motivos de este curso, esta presión será el resultado de la presión de viento a 100 mph a 30 ft. sobre el nivel de piso 195

Diseño de Tanques Refuerzos Estructurales Después de determinar la altura máxima de cuerpo sin refuerzo H1, se calcula la altura del cuerpo de la siguiente manera: a) Cambie el ancho actual de cada anillo en un ancho corregido siguiendo una secuencia que parte del espesor del anillo mas alto, con la siguiente fórmula: 196

Diseño de Tanques Refuerzos Estructurales Wtr = W

√

tuniforme tactual

5

donde: Wtr = ancho secuencial de cada anillo W = ancho actual de cada anillo (plg). tuniforme = espesor del anillo de tope tactual = espesor ordenado del anillo para el que se está revisando el valor 197

Diseño de Tanques Refuerzos Estructurales b)

c)

d)

Sume los anchos secuenciales de los anillos. La suma de todos los anchos corregidos dará la altura del cuerpo corregida. Si la altura del cuerpo corregida es mayor que la máxima altura calculada H1, se necesita un refuerzo intermedio. El refuerzo debe localizarse a media altura del cuerpo. 198


Refuerzos intermedios:

Los refuerzos intermedios deben colocarse alejados de las costuras horizontales, en una distancia no menor a 6” (150 mm). Si en el diseño coincide dentro de esta zona, es preferible el instalarle debajo de la costura, revisando la altura total sin refuerzo.

199



El mínimo del módulo de la sección del refuerzo será: Z = 0.0001 D2 H1 Z = módulo de sección (plg3) D = diámetro del tanque (ft) H1= distancia vertical al tope (ft).

200



El módulo mínimo en SI, será: Z = D2 H1 / 17 Z = módulo de sección (cm3) D = diámetro del tanque (m) H1= distancia vertical al tope (m). 201



Cuando es necesario colocar un refuerzo intermedio a una altura menor que H1, la distancia se calcula con la siguiente fórmula: H1´= 1.47 (Dt)0.5 D = diámetro del taque (ft) t = espesor de la plancha reforzada (plg)

202



En unidades SI: H1´= 13.4 (Dt)0.5 D = diámetro del taque (m) t = espesor de la plancha reforzada (mm)

203


204


205


206


207


208

Diseño de Tanques Techos y Cubiertas

Todos los techos y estructuras soportantes deberán ser diseñadas para soportar una carga muerta y una carga viva uniforme no menor que 25 lbf/pie2 de área proyectada. Las planchas de cubiertas deberán tener un espesor mínimo de 3/16”. La tolerancia para corrosión se añadirá al espesor de diseño. 209


Las planchas de techos cónicos soportados no deberán fijarse a los miembros de soporte. Todos los miembros estructurales internos o externos deberán tener un espesor nominal mínimo de 0.17” (~3/16”). Las planchas de techo se unirán al ángulo de filo con un cordón continuo solo en el lado superior 210


El espesor mínimo de cualquier elemento estructural incluyendo la tolerancia de corrosión en el lado expuesto, no será menor de ¼” para columnas, soportes, vigas o refuerzos que por diseño estén para resistir fuerzas compresivas de 0.17” H2O.

211


Los radios máximos de ligereza de los elementos estructurales para columnas L/rc no debe exceder 180. Para otros elementos a compresión, el valor L/r no debe exceder 200. Para otros miembros, excepto varillas de amarre, cuyo diseño se basa en fuerzas de tensión, el valor L/r no debe exceder de 300. 212


L = longitud libre, plg. rc = menor radio de giro de la columna, plg. r = radio de giro gobernante, plg.

213

Diseño de Tanques Techos Cónicos Soportados

La pendiente será del 6% (3/4” en 12”) o mayor. Los radios estarán espaciados en el circulo externo a no mas de 2Π ft. (6.28 ft.) La separación entre los anillos internos no será mayor a 5.5 ft. En zonas sísmicas, se colocarán varillas de ¾” entre los radios en el anillo exterior.

214

Diseño de Tanques Techos Cónicos Soportados

Si se usan vigas H o I como radios, no es necesario las varillas de amarre. Las columnas serán fabricadas de elementos estructurales o tubos de acero, cuando se utiliza tubos, debe dejarse sellando los tubos, o proveer drenajes y venteas.

215

Diseño de Tanques Techos Cónicos Auto Soportantes

El espesor de las planchas no será menor de 3/16” D Espesor mínimo = ≥ 3/16” 400 sen θ Espesor máximo = ½”, excluyendo la tolerancia de corrosión. θ = ángulo de los elementos del cono con la horizontal. D = diámetro nominal del tanque (ft). 216


Cuando la suma de las cargas muertas y cargas vivas supera el valor de 45 lbf/pie2, el espesor debe incrementarse de acuerdo al siguiente radio:

√

carga viva + carga muerta 45 lbf/pie2 217


Deben cumplir con las siguientes condiciones:

θ ≤ 37 grados (pendiente = 9:12) θ ≥ 9.5 grados (pendiente = 2:12)

218


219


220

Diseño de Tanques Domos Auto Soportantes y Paraguas

El espesor de las planchas no debe ser menor a 3/16” Deben cumplir con los siguientes requisitos:

Radio mínimo = 0.8 D

Radio máximo = 1.2 D 221

Diseño de Tanques Domos Auto Soportantes y Paraguas rr Espesor mínimo = + C.A. ≥ 3/16” 200

Espesor máximo = ½”, excluyendo la tolerancia de corrosión

D = diámetro del tanque, (pies) rr = radio del techo, (pies)

222

Diseño de Tanques Cargas de Viento y Estabilidad de Vuelco

La carga de viento se basa en vientos de hasta 100 millas/hora (160 KPH). La presión de viento será de 30 lbf/pie2 en superficies verticales planas, 18 lbf/pie2 en proyecciones de superficies cilíndricas, y 15 lbf/pie2 en proyecciones de superficies cónicas y de doble curva. 223


En caso necesario, las cargas de viento se ajustarán de acuerdo al siguiente radio: (V/100)2 en MPH, (V/160)2

en KPH

224


Para un tanque sin anclajes, el momento de vuelco por la presión de viento no deberá exceder 2/3 del momento de resistencia de carga muerta, excluyendo cualquier contenido y se calcula: 2 WD M≤ 3 2 225


M = momento de vuelco por el viento, pies-lbf W = peso del tanque, menos tolerancias, mas cargas muertas, menos empujes internos, lbf. D = diámetro del tanque

226


227


228


229


230


Cuando se requiere anclajes, la carga de tensión por anclaje es: 4M W tB = dN N tB = carga de tensión por anclaje, lbf d = diámetro del circulo de anclaje, ft N = número de anclajes 231


Los anclajes se espaciarán a un máximo de 10 pies. El deslizamiento de los tanques se calcula con un factor de fricción máximo de 0.40 multiplicado por la fuerza contra el fondo del tanque.

232

Montaje de Tanques

El proceso de soldadura se escogerá de acuerdo a las necesidades y condiciones, y se procederá a calificarlo junto con la calificación de soldadores, de acuerdo a la ASME Sección IX. En juntas verticales se acepta socavados máximo de 1/64” En juntas horizontales, se acepta un socavado máximo de 1/32” 233

Montaje de Tanques

Los refuerzos de soldaduras deberán mantenerse dentro de los siguientes límites:

Todas las sueldas provisionales deberán ser removidas con cuidado 234

Montaje de Tanques

Los fondos deben ser soldados siguiendo un procedimiento que permita la menor distorsión de las planchas. La soldadura del primer anillo al fondo prácticamente debe terminarse antes de completar las sueldas de fondo dejadas para compensar la deformación del fondo. 235

Montaje de Tanques

Las planchas del cuerpo pueden ser alineadas por clips metálicos colocados en el fondo, luego se procede a puntear las planchas con el fondo, antes de comenzar la soldadura continua entre el fondo y el primer anillo.

236

Montaje de Tanques

Las planchas del cuerpo deben retenerse en posición firme mientras se sueldan. En juntas verticales el desalineamiento para planchas mayores de 5/8” no debe exceder de 10% del espesor de la plancha o 1/8” el que sea menor. En planchas menores de 5/8”, este no debe exceder de 1/16” 237

Montaje de Tanques

En juntas horizontales, la plancha superior no debe proyectarse sobre la plancha inferior en ningún punto por mas de 20% del espesor de la plancha de arriba, con una proyección máxima de 1/8”. Para planchas menores de 5/16” de espesor, la máxima proyección estará limitada a 1/16”. 238

Montaje de Tanques

Las sueldas completadas de partes o piezas con alivio de tensiones deben ser examinadas visualmente, y con un método aprobado como liquido penetrante o partícula magnética, después del alivio de tensiones, pero antes de la prueba hidrostática.

239

Montaje de Tanques

Techos y fondos se prueban con líquidos penetrantes en las costuras, o con una campana neumática con una solución de jabón o detergente apropiada. La junta del primer anillo con el fondo, se prueba luego de terminada la soldadura interna, con líquidos penetrantes o un solvente como el diesel o nafta. 240

Montaje de Tanques

Prueba hidrostática:

Se llena con agua hasta el nivel máximo, H y se lo mantiene durante un período de tiempo suficiente. Si es un tanque con techo hermético, se lo llena hasta 2” sobre la suelda del techo con el anillo superior.

241

Montaje de Tanques

Prueba hidrostática:

Si no hay agua suficiente, se puede hacer pruebas con líquidos penetrantes, o con una campana de vacío, o con presión neumática. En ciertos casos, se puede usar una combinación de cualquiera de estos métodos.

242

Montaje de Tanques

Reparaciones:

Todos los defectos deben ser reparados. Perforaciones menores, porosidades, rajaduras, y cualquier otros defectos deben ser reparados con soldadura, no se permite pasteados o rellenos.

243

Montaje de Tanques

Reparaciones:

Si el tanque ha sido llenado con agua, las reparaciones debe hacerse con el nivel de agua al menos 1 pié mas bajo del sitio de reparación. Si el daño es cerca del fondo, el tanque debe vaciarse y secarse.

244

Montaje de Tanques

Reparaciones:

No se permiten reparaciones en tanques que han estado llenos de petróleo, hasta que se vacíe y desgasifique completamente el tanque. Todas las líneas de conexión deben sellarse antes de cualquier reparación.

245

Montaje de Tanques

Tolerancias:

La verticalidad medida a plomo desde el tope del tanque al fondo, no debe exceder de 1/200 de la altura del tanque. Este mismo criterio rige para las columnas o elementos estructurales.

246

Montaje de Tanques

Tolerancias: Los anillos no deben exceder los límites indicados anteriormente. En redondez, el radio medido a 1 pie sobre el fondo, no debe exceder los siguientes límites:

247

Montaje de Tanques Diámetro del tanque m(ft) < 12 (40)

Tolerancia de Radio mm( plg.) ± 13 (1/2)

De 12(40) a < 45(150)

± 19 (3/4)

De 45(150) a < 75(250)

± 25 (1)

≥ 75(250)

± 32 (11/4) 248

Montaje de Tanques

Desviaciones Locales:

Desviaciones en sueldas verticales (picos) no deben exceder 13 mm (1/2”). Para la medida se utiliza un calibrador con la curva del tanque de 36” de largo.

249

Montaje de Tanques

Desviaciones Locales: Las desviaciones en sueldas horizontales no deben exceder 13 mm (1/2”) Para la medida se utiliza un calibrador recto vertical de 36” de largo. 250

Montaje de Tanques

Fundaciones o Bases: Cuando se especifica fundaciones planas, y se usa anillo, este debe estar nivelado dentro de ± 3mm (1/8”) en cualquier parte de 9 m (30 ft) de la circunferencia, y dentro de ± 6mm (1/4”) en el total de la circunferencia. 251

Montaje de Tanques

Fundaciones o Bases: Si no se usa anillo, la fundación debe estar dentro de un nivel de ± 3 mm (1/8”) en cualquier parte de 3 m (10 ft) de circunferencia y dentro de ± 13mm (1/2”) en la circunferencia total.

252

Montaje de Tanques

Fundaciones o Bases: Si se usa una losa plana, los primeros 0.3m (1ft) de fundación deberá cumplir como el anillo, el resto de la losa debe tener una precisión de nivel de ± 13mm (1/2”) del nivel de diseño.

253

Montaje de Tanques

Fundaciones o Bases: Cuando se pide una base con pendiente las tolerancias serán: Si se usa anillo, ±3 mm (1/8”) en cualquier circunferencia de 9 m(30 ft), y ± 6 mm(1/4”) en el total de la circunferencia.

254

Montaje de Tanques

Fundaciones o Bases: Si no se usa anillo, la tolerancia será de: ±3 mm (1/8”) en cualquier circunferencia de 3 m(10 ft), y ± 13 mm(1/2”) en el total de la circunferencia.

255

Montaje de Tanques

Radiografías: Se requiere tomar radiografías a todas las juntas del cuerpo, de las planchas anulares, y conexiones de limpieza de fondo. No es obligatorio para las planchas de techo, ni de fondo, tampoco para el ángulo de tope, la unión del cuerpo al fondo, soldaduras en bocas, ni accesorios. 256

Montaje de Tanques

Radiografías: Para soldaduras en las que el menor espesor es de 3/8”, se toma una radiografía en cualquier punto de los primeros 10 pies de cada junta vertical, de cada espesor, y de cada operador. Luego se toma una radiografía adicional por cada 100 pies o fracción del mismo tipo y espesor de junta. 257

Montaje de Tanques

Radiografías: Si el espesor es mayor a 3/8” pero menor o igual a 1”, se tomarán radiografías igual numero que antes, pero además todas las juntas horizontales con verticales deberán ser radiografiadas, con 3” de la suelda vertical y 2” de suelda horizontal a cada lado de la intersección. 258

Montaje de Tanques

Radiografías: En el primer anillo, se deben tomar dos radiografías en cada vertical, una de las radiografías deberá estar tan cerca del fondo como sea posible. En las juntas verticales de anillos de espesor mayor a 1” se debe tomar radiografía total a todas las juntas. 259

Montaje de Tanques

Radiografías: Todas las uniones de juntas horizontales con verticales deberán también ser radiografiadas en estos espesores. La soldadura alrededor de la periferia de una boquilla o entrada inserta, debe ser completamente radiografiada. 260

Montaje de Tanques

Radiografías: En las juntas horizontales se debe tomar una radiografía en los primeros 10 pies de suelda del mismo espesor. Después se tomará una radiografía por cada 200 pies adicionales o fracción de junta horizontal del mismo tipo y espesor. 261

Montaje de Tanques

262

Montaje de Tanques

263

Montaje de Tanques

264

Montaje de Tanques

265

SEGUNDA PARTE API - 651 PROTECCIÓN CATÓDICA DE TANQUES EXTERIORES PARA ALMACENAMIENTO DE PETROLEO 266


Se aplica en tanques mayores de 500 barriles de capacidad. Ánodo: Electrodo de una celda electroquímica en el cual ocurre la oxidación (corrosión). Cátodo: Electrodo de una celda electroquímica sobre el cual ocurre una reacción de reducción. 267


Protección Catódica: Una técnica para reducir la corrosión de una superficie metálica convirtiendo toda la superficie en el cátodo de una celda electroquímica. Corrosión: La deterioración de un material, usualmente un metal, que resulta de una reacción con el medio. 268


La corrosión en un metal es un proceso electroquímico, una combustión fría. Para que haya corrosión, deben existir áreas con diferencias de potencial eléctrico sobre la superficie del metal. Estas áreas deben estar eléctricamente conectadas y en contacto por medio de un electrolito

269


Hay cuatro componentes en cada celda de corrosión: un ánodo, un cátodo, un eslabón que conecta el ánodo con el cátodo, y un electrolito.

270


En el ánodo, el metal base se corroe soltando electrones y formando iones de metal positivos. Para el acero, la reacción anódica es: Fe Fe+2 + 2eEn e cátodo, la reacción química toma lugar usando electrones liberados en el ánodo, no hay corrosión.

271


Una reacción catódica es: O2 + 2H2O + 4e4OHEl metal produce una vía para que los electrones liberados en el ánodo fluyan hacia el cátodo. El electrolito tiene iones cargados positivamente y cargados negativamente que son atraídos por el cátodo y el ánodo respectivamente.

272


La mayoría de los suelos húmedos son el común electrolito para superficies externas como el fondo del tanque, mientras que el agua y los sedimentos son el electrolito para las partes internas.

273

Generalidades y Definiciones Medio (suelo o agua)

Acero Fe

O2 O2

Fe+2 eO2

e-

O2 OH-

O2

O2 O2

274

Generalidades y Definiciones ánodo I

A

cátodo I

275


Áreas con baja concentración de oxígeno llegan a ser anódicas y áreas con alta concentración llegan a ser catódicas

276


277

Mecanismos de Corrosión

Corrientes desviadas, o corrientes de interferencia viajan por el suelo electrolito y llegan a estructuras desprotegidas.

278


Corrientes desviadas, o corrientes de interferencia.

279


Corrientes desviadas, o corrientes de interferencia como prevenir.

280


Corrosión galvánica, ocurre cuando dos metales de diferente composición (diferente potencial electrolítico) se conectan por un medio electrolito (suelo)

281

Información Histórica

Diseño de las bases Plano del sitio, incluyendo layout Fechas de construcción Propiedades del suelo y resistividad Tabla de agua Presencia y tipos de recubrimientos o láminas 282

Información Histórica

Reparaciones realizadas Cambios en las condiciones de suelo Membrana de contención secundaria Fondo secundario Protección catódica existente en estructuras cercanas Mantenimientos Expectativa de vida útil Ubicación de rectificador 283

Tipo de Servicio del Tanque

Tipo de producto almacenado Temperatura del producto Presencia y profundidad de fondos de agua Frecuencia de llenado y descarga

284

Registros de Inspección/Corrosión

Inspección del tanque (API 653) Registros de rata de corrosión Problemas de corrosión en tanques cercanos Corrosión en tanques de construcción similar

285


Problemas de corrientes parásitas Diseño y rendimiento de sistemas previos de protección contra la corrosión Inspecciones de potenciales de la estructura-suelo

286


287


Corrosión interna, la experiencia dicta que la corrosión puede ocurrir en la superficie interna del fondo del tanque, y esta puede ocurrir por: Conductividad (sólidos disueltos) Sólidos suspendidos Nivel de PH Gases disueltos CO2, H2S, ó O2

288

Métodos de Protección Catódica

Galvánico.

Corriente impresa.

289


Galvánico, usa un metal mas activo que la estructura a proteger para suministrar la corriente requerida para detener la corrosión. El metal mas activo se llama ánodo, y se lo conoce comúnmente como ánodo galvánico o ánodo de sacrificio. 290


El ánodo se conecta eléctricamente a la estructura a ser protegida y se lo entierra. El metal activo del ánodo se corroe (es sacrificado) mientras que la estructura de metal (cátodo) se protege. Para ánodos galvánicos enterrados se usa magnesio y zinc.

291


Los ánodos se distribuyen alrededor del perímetro del tanque o se entierran debajo del fondo del tanque. Estos sistemas se utilizan con tanques pequeños.

292


293


Ventajas del sistema galvánico: No

se requiere de energía Es de fácil instalación La inversión es baja para tanques pequeños Los costos de mantenimiento son mínimos Los problemas de interferencia son raros No se requiere una supervisión continua.

294


Desventajas del sistema galvánico: El

potencial manejado es limitado La salida de corriente es baja Este método se limita su uso a terrenos de baja resistividad No es práctico para proteger grandes estructuras expuestas 295


Corriente Impresa, usa corriente directa, usualmente provista por un rectificador conectado a una fuente de CA. El rectificador convierte la corriente alterna en corriente continua.

296


La corriente continua fluye al ánodo enterrado de corriente impresa, del ánodo va a través del suelo electrolito, y completa al llegar al fondo del tanque.

297


298


Ventajas del sistema de corriente impresa: Disponibilidad

de alto potencial de

envío Salida alta de corriente capaz de proteger grandes estructuras Capacidad de salida de corriente variable Aplicable a la mayoría de resistividades de terrenos. 299


Desventajas del sistema de corriente impresa: Posibles

interferencias a otras estructuras Pérdida de energía significa pérdida de protección Costos altos de operación y mantenimiento Costos elevados para instalaciones pequeñas 300


Desventajas del sistema de corriente impresa: Ubicación

de los rectificadores, debe ser segura y protegida Aspectos de seguridad de la conexión del polo negativo Necesita monitoreo frecuente

301


Los ánodos de corriente impresa utilizados en tierra son hechos de grafito, acero, silicón puro, hierro fundido, o una mezcla de óxidos de metal con titanio. Los ánodos se entierran en un cilindro relleno de coke para extender su vida y reducir la resistencia del circuito. 302


Estos ánodos pueden ser enterrados en sitios remotos, pueden ser distribuidos alrededor del tanque, instalados debajo del tanque, o instalados en fosas profundas.

303

Diseño de Sistemas de Protección Catódica Los sistemas de protección catódica son diseñados e instalados para prevenir la corrosión de los fondos de los tanques. Deben entregar y distribuir suficiente corriente al fondo del tanque. 304

Diseño de Sistemas de Protección Catódica Debe suministrar un tiempo de vida útil adecuado de los ánodos. Debe prever tolerancias para cambios en los requerimientos de corriente con el tiempo. Colocar cables, ánodos, rectificadores, y estaciones de prueba donde no los dañen. 305

Diseño de Sistemas de Protección Catódica Debe tener mínima interferencia con otras estructuras vecinas. Suministrar suficientes puntos de control para determinar la efectividad de la protección al fondo del tanque.

306

Diseño de Sistemas de Protección Catódica

307


308


309

Diseño de Sistemas de Protección Catódica Deberá desarrollar un potencial negativo (catódico) de al menos 850 mV con la corriente aplicada de protección catódica. Este potencial se mide con respecto al electrodo saturado de cobre/ cobre sulfato de referencia. 310

Diseño de Sistemas de Protección Catódica Debe medirse un potencial polarizado negativo de al menos 850 mV relativo al electrodo. Un mínimo de 100 mV de polarización catódica debe medirse entre la superficie metálica del fondo del tanque y un electrodo de referencia en contacto con el electrolito. 311


312


313


314


315


316


317

POZO PROTECCION CATODICA

318

COLOCACION DE CARBON 319

INSTALACION DE ANODO

320

SEPARACION DE ENCAMISADO

321

INSTALACION DE ANODO

322

CABLE CONECTOR

323

EQUIPO DE TRABAJO

324

TERCERA PARTE API - 653 INSPECCIÓN, REPARACIÓN, ALTERACIÓN Y RECONSTRUCCIÓN DE TANQUES 325

Generalidades

Cubre todos los tanques construidos de acuerdo al API650 y por el anterior API 12C. Busca dar los requisitos mínimos para mantener la integridad de los tanques después de que han sido puestos en servicio y dirige las inspecciones, reparaciones, alteraciones, reubicaciones y reconstrucciones 326

Generalidades

Muchas de los requisitos indicados en la API-650 se aplican en las tareas de mantenimiento, reparaciones, alteraciones o recalificación tanques en operación. En caso de conflicto mandan los requisitos de esta norma para tanques en operación. 327

Generalidades

Si no hay detalles de diseño y construcción, se tiene que usar los mandatos de la API-650. Se debe usar también la asesoría de la norma API- RP 579 Recommended Practice for

Fitness-for-Service.

328

Alteraciones o Reparaciones Mayores Instalar una boquilla mayor a 12” dentro del nivel de diseño de liquido. Instalar un accesorio a una distancia cercana a 12” del cuerpo del tanque. Remover y reemplazar o añadir una plancha dentro del nivel de diseño de liquido. 329

Alteraciones o Reparaciones Mayores Remover o reemplazar material de una placa anular que exceda de 12”. Remoción completa o parcial y reemplazo de mas de 12” de una unión vertical en el cuerpo del tanque o sueldas radiales que unen las placas anulares. 330

Alteraciones o Reparaciones Mayores Instalar un nuevo fondo, excepto si: 1. 2.

Las placas anulares permanecen intactas Si no hay placas anulares, la alteración no incluye sueldas en el fondo dentro de las áreas críticas. 331

Alteraciones o Reparaciones Mayores Remover o reemplazar parte de las soldaduras de unión del cuerpo al fondo, o al anillo anular. Levantar el cuerpo con ayuda de gatas o sistemas similares.

332

Evaluación de Techos

La integridad del techo y de su estructura de soporte debe verificarse. Planchas corroídas con espesor promedio menor a 0.09” en un área de 100 plg2 deben ser reparadas o reemplazadas.

333


Los miembros estructurales deben inspeccionarse, todos los elementos torcidos, corroídos, deformados, etc., deben repararse o reemplazarse. Planchas con agujeros deben ser reemplazadas también.

334


Si las temperaturas de operación cambian a temperaturas mas bajas que las de diseño original, los requisitos del estándar para la temperatura mas baja deben cumplirse.

335

Evaluación del Cuerpo

La corrosión es la mayor amenaza en el cuerpo de un tanque. Ciertas áreas localizadas pueden ser reparadas, generalmente no presentan una amenaza de integridad.

336


Para cada área, se debe determinar el mínimo espesor, t2, en cualquier punto de área corroída. Se calcula la longitud crítica, L: L = 3.7 √ Dt2 , pero no mayor de 40”

337


L = máxima longitud vertical, en plgs. D = diámetro del tanque, ft. t2 = espesor menor en el área corroída, en plgs.

338


339


El espesor mínimo aceptable se calcula con la fórmula: 2.6 (H-1)DG tmin = SE Cuando se busca otros espesores mínimos, se calcula: 2.6 HDG tmin = SE 340


S = máximo esfuerzo admisible, use el menor de 0.80Y ó 0.429T para el fondo y segundo anillo; use 0.88Y ó 0.427T para todos los otros anillos. Y = mínimo esfuerzo de fluencia especificado de la plancha; use 30,000 psi si no se conoce.

341


T = el mas pequeño del esfuerzo mínimo de tensión de la plancha o 80,000 psi, use 55,000 psi si no es conocido. E = eficiencia de junta original, use la tabla si E es desconocida, E = 1.0 cuando evalúe el espesor de retiro de una plancha corroída, y cuando esté a una distancia de por lo menos 1” de sueldas o juntas.

342

Evaluación del Fondo

Picaduras internas y rata de desgaste de acuerdo al servicio. Corrosión en las juntas soldadas. Fisuras en soldaduras Esfuerzos sobre las planchas por los soportes de techo o asentamiento de las planchas. Corrosión debajo de las planchas. 343


Drenaje inadecuado, agua fluyendo debajo del tanque. Falta de anillo anular cuando se requiere. Asentamiento irregular que provoca esfuerzos. Soportes de techo, u otros soportes sin holgura suficiente contra el fondo del tanque. 344


Fallas de relleno debajo del tanque. Relleno no homogéneo debajo del tanque. Sumideros sin soporte adecuado.

345


El espesor mínimo de las planchas de fondo se establece:

MRT = (mínimo de RTbc ó Rtip) – Or (StPr + Upr)

MRT = espesor mínimo remanente Or = intervalo de operación RTbc = espesor mínimo remanente del fondo después de reparación 346

Evaluación del Fondo RTtp = espesor mínimo remanente del fondo por corrosión interna después de reparación StPr = máxima rata de corrosión no reparada en el lado de arriba. StPr=0 para áreas pintadas o recubiertas

347

Evaluación del Fondo UPr = máxima rata de corrosión en el lado de abajo. Upr = 0 para áreas con protección catódica efectiva

348


349

Evaluación de las bases

Todas las bases deben ser inspeccionadas regularmente. La causa principal de daños en las bases son: asentamientos, erosión, fisuras y deterioro del concreto.

350

Fallas por Fragilidad

351

Inspecciones

Naturaleza del producto almacenado Resultados de inspecciones visuales Tolerancias de corrosión, y ratas de corrosión. Sistemas de prevención de corrosión Condiciones en inspecciones previas Materiales y métodos de construcción y de reparación. 352

Inspecciones

Ubicación de los tanques, áreas de riesgo Riesgos de polución por agua o aire Sistemas de detección de fugas Cambios en modos de operación Requerimientos jurisdiccionales Cambios en servicio Existencia de doble fondo o barrera de prevención de fugas. 353

REPARACIÓN Y ALTERACIÓN

354


355


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360


361


362


Tanque dañado por vacío + carga externa 363


Tanque dañado por vacío 364


Daños por Katrina

365


Daños por Katrina, Tanque pandeado

366


Daños por Katrina, Tanque pandeado

367


Daños por Katrina, techo cónico

368


Daños por Katrina, aislamiento

369


Daños por Katrina, tanque desplazado 370


Daños por Katrina, tanques pandeados 371


Daños por Katrina, tanques dañados

372


Daños por Katrina, tanques dañados

373


Daños por Katrina, tanque desplazado 374


Daños por Katrina. 375


Daños por Katrina, dique inundado. 376


Daños por Katrina, planta química. 377


Daños por Katrina, tanques desplazados.

378



379



380



381


Daños por Katrina, tanque inundado. 382


Daños por Katrina, tanques inundados.

383


Daños por Katrina, tanques inundados.

384


Daños por Katrina, tanque con refuerzo

385


Daños por Katrina, tanque con refuerzo

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Daños por Katrina, tanques de Exxon y PDVSA 387

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Tanques remachados Para tanques remachados, el mínimo espesor deberá ser calculado con la fórmula estándar 2.68(H-1)DG tt = SE Donde: S = 21,000 psi E = 1.0 para planchas 6” o más alejadas de los remaches

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INVERSIONES FIGHERCAS C.A.

!Gracias por su atención ! Estoy a sus órdenes: Ing. Fernando Dávila T., MBA [email protected] Caracas, Julio del 2006 390

Diseño de tanques - presentaciÓn api 650 651 & 653 weno PDF

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