Diseño de Tanques Segun Normas API 650

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Ingeniería y Diseño de Tanques según API-650

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•

Alcances de la Norma: Normas

– Materiales, diseño, fabricación, montaje y pruebas – Tanques soldados, • • • • • • •

verticales, cilíndricos, no enterrados, con extremo superior abierto o cerrado atmosféricos pisos totalmente soportados Temperatura de diseño menor a 90 grados centígrados

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• •

No se establecen tamaños límite

•

Los requerimientos de uno u otro sistema de unidades deberá estar especificado en la hoja de datos técnicos (data sheet).

•

Los tanques, accesorios deberán ser suministrados completamente ensamblados, probados y quedar listos para el servicio

Los requerimientos del código están dados en dos sistemas de unidades: SI, US customary

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•

Apéndices:

– A. Bases de diseño opcional para tanques pequeños. • •

Máximo 100.000 Bbl

•

Aplicable a cualquier material de la sección 2 del código.

Espesor nominal máximo de 12.5 mm ( los sometidos a esfuerzo) incluyendo CA.

– B. Recomendación para el diseño y construcción de la fundación civil para tanques de almacenamiento sobre la superficie.

• •

Otorga criterios importantes para el diseño Indica la buena práctica y para puntualizar algunas precauciones que se deben considerar en el diseño de la fundación civil.

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•

Apéndices:

– C. Techos flotantes externos • • •

Plato (pan type) Pontón (pontoon type) Pontón doble cubierta (double deck type)

– D. Consultas técnicas •

Hacer consultas técnicas a los encargados de la elaboración del código.

•

Incluye respuestas seleccionadas a solicitudes de interpretación del código

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•

Apéndices:

– E. Diseño sísmico de tanques de almacenamiento. – F. Diseño de tanques para presiones internas pequeñas.

•

Máxima presión interna aceptada 2.5 psi

– G. Techos de tipo Domo de aluminio estructuralmente soportados.

•

Estructura triangular completa en el espacio en la que las vigas (struts) están unidas en puntos cuyo arreglo caen en la superficie de una esfera.

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•

Apéndices:

– H. Techos flotantes internos – I. Detección de fugas debajo del tanque y protección del suelo.

– J. Tanques de almacenamiento ensamblados en planta.

•

Diseño de tanques verticales de tamaños transportables.

•

No deben exceder 6 m de diámetro

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•

Apéndices:

– K. Ejemplo de aplicación del método de diseño punto variable para determinar el espesor de las láminas del cuerpo.

– L. Hojas de datos (data sheet) código API 650 – M. Requerimientos para tanques que operan a temperaturas elevadas.

•

Temperaturas que exceden los 90 º C

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•

Apéndices:

– N. Uso de nuevos materiales que no están identificados.

•

Materiales que no están en el Código pero que cumplen con alguno de los requerimiento de este.

– O. Recomendaciones para conexiones por debajo del fondo.

– P. Cargas externas permisibles en conexiones externas al tanque.

• Sección P2 cargas límites • Sección P3 cargas esfuerzos admisibles

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•

Apéndices:

– R. Combinación de cargas – S. Tanques de almacenamiento de aceros inoxidables.

•

Tipos: 304, 304L, 316, 316L, 317, 317L

– T. Resumen de los requerimientos den ensayos no destructivos.

– U. Inspección ultrasónica en lugar de radiografía •

Mayor que 10 mm

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•

Apéndices:

– V. Diseño de tanques de almacenamiento para presiones externas.

•

Operación con presiones externas como condición normal de operación

•

Operación Normal mayor a 0.25 kPa (o.o36 psi) que no exceda 6.3 kPa (1 psi)

– W. Recomendaciones comerciales y de documentación

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ALGUNAS DEFINICIONES 1.

Temperatura de diseño del metal: La temperatura más baja considerada en el diseño, la cual a menos que por experiencia o condiciones locales especiales se justifique asumir otra cosa, deberá ser asumida como 8 °C (17 °F) por encima de la temperatura promedio ambiente más baja de un día de la localidad donde el tanque va a ser instalado.

2.

3.

Espesor de diseño Espesor necesario para satisfacer los requerimientos de tensión y compresión de este Estándar Máxima temperatura de diseño Igual o mayor que la más alta temperatura de operación considerada en el diseño durante la vida de servicio del tanque.

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MATERIALES 1. Se puede pedir por peso o por espesor 2. En ningún caso debe ser este menor 3. El espesor máximo de lámina es de 45 mm. Láminas más gruesas de 40 mm deben ser normalizadas, templadas y revenidas

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MATERIALES Especificaciones ASTM: ASTM A36M / A36 ASTM A131M/A131 Grados A, B, CS y EH36 ASTM A 283M/A283 Grado C ASTM A 285M/A285 Grado C ASTM A 516M grados 380, 415, 450, 485 ASTM A 516 grados 55,60, 65 y 70 ASTM A 537M/A537clases 1 y 2 ASTM A 516M grados 380, 415, 450, 485 ASTM A 573/A 573 grados 450, 485 ASTM A 516M grados 380, 415, 450, 485 ASTM A 633M/A 633 grados C y D ASTM A 662M/A 662 grados B y C ASTM A 678M/A 678 grados A y B ASTM A 737M/A 737 grados B ASTM A 841M/A 841 grados A clase 1 y grado B clase 23 Otros estándares deben ser verificables con los dados por el código y aprobados por el cliente.

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MATERIALES

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MATERIALES

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Requerimientos y tratamientos

• El material usado debe estar de acuerdo al requerido en la Norma. No se especifica el origen.

• El tratamiento térmico del material debe estar de acuerdo a los requerimientos del punto 4.2.7

• Las pruebas de impacto deben estar de acuerdo a requerimientos del comprador o según los puntos 4.28, y 4.29

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DISEÑO

• Juntas – – – – – – –

A tope doble A tope sencilla De traslape doble De traslape sencillo Filete Filete completo Punto de soldadura

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DISEÑO

• Tamaños de Soldadura – El tamaño de una soldadura de ranura biselada deberá estar biselada en la penetración de la junta.

– El tamaño de la soldadura de filete •

Lados iguales: el lado más grande del triángulo isósceles

•

Lados desiguales: el lado más grande del triángulo rectángulo.

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DISEÑO

•

Restricciones en las juntas – Ver los puntos 5.1.2.3 hasta 5.1.3.8 – Los puntos de soldadura no se consideran como valor de resistencia de la soldadura. El tamaño mínimo de las soldaduras de filete:

– • •

– –

Láminas de 5 mm: filete completo Láminas > de 5 mm el espesor deberá ser no menor que un tercio del espesor de la parte más delgada ne la junta y no menor a 5 mm

Traslapes se permite solo en las láminas del fondo y del techo. El traslape al menos 5 veces el espesor nominal de la parte más delgada. En traslape doble no se requiere más de 50 mm de traslape

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DISEÑO

• Consideraciones para el diseño: – Cargas: • • • • • • • •

Carga muerta Presión interna de diseño Carga viva mínima del techo Sismo (E) Nieve (S) Peso del líquido almacenado (F) Presión de prueba (Pt) Viento (W)

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DISEÑO

•

Piso: – Todas las láminas del fondo deberán tener un espesor nominal mínimo de 6 mm (1/4 pulg) 70 kPa (10.2 lb/pulg2) sin incluir ninguna tolerancia por corrosión especificada.

–

Si no se indica las planchas deben tener mínimo 1800 mm de ancho.

–

Debe tener mínimo una proyección de 50 mm

–

Deberán ser soldadas por los métodos de los puntos anteriores.

–

Los fondos que requieran inclinación deben tener por lo menos 1:12 subiendo desde el centro

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DISEÑO

• Cuerpo: – El espesor debe ser el mayor entre el requerido por el peso del producto más el espesor de corrosión y el espesor requerido de prueba hidrostática, pero no debe ser menor que: Diámetro Nominal del tanque

Espesor nominal de lámina

m

ft

mm

in

< 15

< 50

5

3/16

15 hasta < 36

50 hasta < 120

6

1/4

36 hasta < 60

120 hasta < 200

8

5/16

 60

> 200

10

3/8

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DISEÑO

•

Consideraciones para el diseño: – El diámetro debe ser el de la línea media de las láminas. Salvo que se indique lo contrario. – Las láminas tendrán un tamaño mínimo de 1800 mm, a menos que se indique lo contrario – El esfuerzo calculado no debe ser mayor que el admisible de las láminas – El cuerpo se debe verificar al pandeo producido por el viento. Si esto sucede se deben utilizar anillos rigidizadores.

•

– Cargas puntuales deben ser distribuidas mediante placas. Esfuerzos admisibles: – Los esfuerzos admisibles Sd son los mostrados en la Norma, tabla 5.2 – El espesor neto menos el espesor de corrosión deben ser utilizados en los cálculos. – El esfuerzo de diseño máximo admisible de producto Sd, debe ser el menor entre los siguientes valores: • 2*Sy /3 del material • 2*Su / 5 del material

•

Los esfuerzos de diseño máximos admisibles de prueba hidrostática, St son los mostrados en la tabla 3.2 de la Norma.

•

El espesor bruto de la lámina, incluyendo la tolerancia a la corrosión, deberá ser usado en los cálculos. – El esfuerzo de diseño máximo admisible de prueba hidrostática, St deberá ser el menor entre: • •

3*Sy / 4 del material 3*Su / 7 del material

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DISEÑO Cálculo del espesor por el método de 1 pie • Utiliza puntos de diseño localizados, a 0.3 m (1 pie) por encima del borde inferior de cada anillo del cuerpo. • No se debe utilizar para calcular tanques con diámetro mayor a 60 m (200 pies).

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DISEÑO • Para condición de diseño la ecuación es: td =

2.6 D (H – 1) G + CA Sd

td D H G CA Sd

= Espesor de diseño del cuerpo (in) = Diámetro nominal del tanque (ft) = Nivel de diseño del líquido (ft) = Gravedad específica de diseño = Corrosión admisible = Esfuerzo admisible condición de diseño

• Para condición de prueba hidrostática la ecuación es: tt =

2.6 D (H – 1) G Sd

tt = Espesor de prueba hidrostáticadel cuerpo (in) D = Diámetro nominal del tanque (ft) H = Nivel de diseño del líquido (ft) G = Gravedad específica de diseño CA = Corrosión admisible Sd = Esfuerzo admisible condición de diseño

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DISEÑO Cálculo del espesor por el método de punto variable • Este método da espesores del cuerpo en puntos de diseño, lo que da que los esfuerzos calculados son más cercanos a los esfuerzos circunferenciales reales del cuerpo. • Se utiliza cuando el comprador no haya especificado el método de 1 pie y cuando lo siguiente es verdadero:

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DISEÑO L ≤ 2 donde L = (6 D t )^0.5 H L , en pulg. H y D, en pies t , espesor del anillo inferior del cuerpo, en pulg. Se calcula según lo mostrado en los parágrafos 5.6.4.2 a 5.6.4.8 de la Norma. Para tanques de L/H > 1000 / 6 (2 en unidades US) se deberá seguir los requerimientos del parágrafo 5.6.5.

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ø

100

pie

H

35

pie

T

100

ºF

G

0.89

Acero

A 36

CA

0.0625

Sd

23200

St

24900

H placas

6

in

35 30

pie

H

35

pie

T

100

ºF

G

0.89

Acero

A 516

CA

0.0625

Sd

23200

St

24900

H placas

6

24

0.042

0.175

0.104

0.242

0.167

0.309

0.230

0.376

0.292

0.444

0.355

17

23 12 29

in

6 pie

0.107

11

18 100

tt

5

pie

ø

td

35

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JUNTAS TÍPICAS

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JUNTAS TÍPICAS

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JUNTAS TÍPICAS

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JUNTAS TÍPICAS

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Diseño de Tanques Refuerzos Estructurales

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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Diseño de Tanques Refuerzos Estructurales 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”

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Diseño de Tanques Refuerzos Estructurales 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 3x x ¼” para anillos de más de 3/16” de espesor, o con perfiles estructurales con un modulo de sección equivalente.

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Diseño de Tanques Refuerzos Estructurales 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

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Diseño de Tanques Refuerzos Estructurales 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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Diseño de tanques Refuerzos Estructurales

Refuerzos intermedios: La altura máxima de un sector de anillos sin refuerzo se calcula con la siguiente fórmula:

√

H1 = 6x0,000 t

t x

3

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Diseñ o de Tanque Diseño Tanques s Refuerzos Estructurales

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Diseño de Tanques Tanques Refuerzas Estructurales

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Diseño de Tanques Tanques Techos y Cubiertas Todos los techos y soportados y auto soportantes deberán ser diseñadas para soportar una carga muerta y una carga viva uniforme no menor que 25 lbf/pie 2 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.

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Diseño de Tanques Techos y Cubiertas 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 nominax 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

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Diseño de Tanques Techos y Cubiertas El espesor mínimo de cualquier elemento estructural incluyendo la tolerancia de corrosión en el lado

expuesto, no sexá menor de ¼” para columnas, soportes, vigas o refuerzos que por diseño estén para resistir fuerzas compresivas de x.17” H 2O.

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Diseño de tanques Techos y cubiertas Los radios máximos de limpieza de los elementos estructurales para columnas L/rc no debe exceder 180. Para otros elementos a compresión, el valor L x 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.

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Diseño de Tanques Techos cónicos Auto Soportantes

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Diseño de Tanques Cargas de Viento y Estabilidad de Vuelco

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Montaje de Tanques

TOLERANCIAS DESVIACIONES LOCALES: Desviaciones en soldaduras 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. Las desviaciones en soldaduras horizontales no deben

exceder 13 mm (1/2”). Para la medida se utiliza un calibrador recto vertical de 36” de largo.

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Montaje de Tanques

FUNDACIONES Cuando se especifica fundaciones planas, y se usa anillo, este debe estar nivelado dentro de +- 3 mm (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. Si no se usa anillo, la fundación debe estar dentro de un

nivel de (1/8”) en cualquier parte de 3 m (10 ft) de circunferencia y dentro de 13 mm (1/2”) en la circunferencia total.

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Montaje de Tanques

Radiografía Se requiere tomar radiografías y 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.

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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.

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Montaje Mxntaje de Tanques Tanquxx 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” la suelda horizontal a cada lado de la intersección.

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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.

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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 y entrada inserta, debe ser completamente radiografiada.

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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.

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Cuando el material requiera conformado, el trabajo debe ser hecho con prensas u otro método que no dañe el material, previo a cualquier trazado o conformado. Calentamiento o martillado no es permitido a menos que el material se ha mantenido a temperatura de forjado durante el enderezamiento.

•

Las planchas pueden ser cortadas con guillotina hasta un espes or de 3/8” para juntas a tope y hasta un espesor de 5/8” para juntas traslapadas.

•

Para espesores mayores se deben cortar por procesos de corte con gas, la superficie resultante deberá ser suave, uniforme y deberá estar libre de escamas y escorias.

•

Los bordes circunferenciales de las planchas del techo y fondo pueden cortarse manualmente con oxígeno.

FABRICACIÓN

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•

MARCADO

•

•

Todas las planchas especiales, las cuales son cortadas y presentadas, antes del embarque, tal como los miembros estructurales que soportan el techo, deberán ser marcados tal como figuran en los planos del fabricante.

EMBARQUE

•

Las planchas y materiales de los tanques deberán cargarse en camiones de tal manera de asegurar una entrega sin daños.

FABRICACIÓN

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Diseño de Tanques Segun Normas API 650

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