UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA CARRERA DE TECNOLOGÍA DE PETRÓLEOS
ESTUDIO PARA EL DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE TANQUES DE ALMACENAMIENTO
TESIS PREVIA LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE TECNÓLOGO EN PETRÓLEOS
AUTOR: FERNANDO E. JIBAJA B.
DIRECTOR: ING. RAÚL D. BALDEÓN LÓPEZ Quito, 10 de octubre del 2006
DECLARATORIA
Del Contenido del presente trabajo se responsabiliza el autor:
--------------------------Fernando E. Jibaja B.
II
INFORME DEL DIRECTOR
Con las facultades que me otorga la Universidad Tecnológica Equinoccial, como Director de Tesis, del Sr. Estudiante Fernando Jibaja B. alumno de la Facultad de Ciencias de la Ingeniería, carrera de Tecnología de Petróleos, debo indicar que el trabajo por el realizado y supervisado por mi persona es de mi total aprobación, razón por la cual debo indicar que el presente trabajo se encuentra listo para calificación y defensa.
-------------------------------------Ing. Raúl D. Baldeón Director
III
DEDICATORIA
El presente trabajo lo he realizado no solo durante dos meses, sino a lo largo de toda mi vida, siendo el primer paso de una larga caminata hacia un futuro mejor para mi familia y para mi, pero lo no podría haber completado sin él…., mi hermano, que con sus ganas de darle todos los días a la vida una sonrisa a pesar de los problemas que trae a diario, sin él y su gracioso actuar, sin él y su inocencia ante la vida por la vida misma, no hubiese podido llegar a este día. El día en que hermano mío te doy las gracias por todo tu apoyo siendo ahora mi turno para darte el mío. A pesar de todos los días obscuros que no parecían aclarecer, siempre estuviste junto a mí y junto a ambos Dios. Por todo eso nuevamente te doy las gracias mi hermano por darme la fuerza para llegar al final.
IV
RESUMEN
El presente trabajo es una descripción de cómo se debe utilizar la norma API 650 y sus normas complementarias, para el diseño y construcción de tanques de almacenamiento, de esta forma el comprador de servicios de construcción podrá determinar las características que deberán tener cada una de las partes y componentes del tanque de almacenamiento seleccionado, ya que se debe conocer las características del hidrocarburo líquido que se pretende almacenar, y después elegir el modelo de tanque más idóneo que absorba todos los requerimientos del producto. Además de elaborar un documento que sirva como un medio de consulta para los estudiantes, que deseen conocer algo más de la elaboración de un tanque de almacenamiento como son, su diseño, generalidades, características, componentes, sistemas de seguridad, pruebas, accesos y accesorios, así como también dar a conocer las reglamentaciones ambientales que necesita tener un proyecto de
semejante
magnitud, para poder cumplir con todos los requisitos necesarios para su funcionamiento. Todos los requerimientos mencionados anteriormente, deben ser superados o tener por lo menos el mínimo grado de aceptación, lo que garantizará la eficiencia del proyecto, y deberá ser cumplida por el constructor del tanque.
V
SUMMARY
This work is a description how must to utilize the API 650 norms and it is complementaries norms. For design and constructions of storage tanks, in this from the services purchaser of building will can determine the characteristic that they will have, each parts and components of storage tanks selected. We must just know the characteristic of liquid hydrocarbon that pretend storage, the choose the model of tanks more qualified that absorb all requirements of products, more over to make a documents that all students profit when they consult it. If they wish know more about elaboration of storage tanks. How are it is designees, generalities, characters, components, security, systems, test, access and accessories, to know the regulations rules in the environment that it need to have a similar Project, if you can make all requirements to it is functions. All must be superior or have more or less minimum grade of accept, it guarantee the efficiency of project, and it should be complement by the constructor tank.
VI
ÍNDICE GENERAL
DECLARATORIA -------------------------------------------------------------------------------- I INFORME DEL DIRECTOR------------------------------------------------------------------ III DEDICATORIA --------------------------------------------------------------------------------- IV RESUMEN ---------------------------------------------------------------------------------------- V SUMMARY -------------------------------------------------------------------------------------- VI Í N D I C E G E N E R A L ------------------------------------------------------------------- VII C A P Í T U L O I --------------------------------------------------------------------------------- 1 1.1.- INTRODUCCIÓN ----------------------------------------------------------------------- 1 1.2.- OBJETIVO GENERAL ----------------------------------------------------------------- 2 1.3.- OBJETIVOS ESPECÍFICOS ----------------------------------------------------------- 2 1.4.-JUSTIFICACIÓN ------------------------------------------------------------------------- 2 1.5.-IDEA A DEFENDER -------------------------------------------------------------------- 3 1.7.- METODOLOGÍA ------------------------------------------------------------------------ 5 1.7.1.- TIPO Y DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN ---------------------------------- 5 1.7.2.- MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN A EMPLEARSE------------------------- 6 1.8.- TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN --------------------------------------------------- 6 1.8.1.- REVISIÓN DE LITERATURA RELACIONADA.---------------------------- 7 1.8.2.- VISITA DE CAMPO. -------------------------------------------------------------- 7 CAPÍTULO II-------------------------------------------------------------------------------------- 8 2.1.-TANQUES DE ALMACENAMIENTO INTRODUCCIÓN ----------------------- 8 2.2.- HISTORIA DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO -------------------- 9 2.3.- CLASIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO---------- 10 2.3.1.- TANQUES CILÍNDRICOS DE TECHO CÓNICO FIJO ------------------- 11 2.3.1.1.- TANQUES CIÍNDRICOS CON TECHO SOPORTADO ---------------- 12 2.3.1.2.- TANQUES CILÍNDRICOS CON TECHO AUTO SOPORTADO------ 12 2.3.2.- TANQUES CILÍNDRICOS CON TAPA CÓNCAVOS--------------------- 13 2.3.3.- TANQUES CILÍNDRICOS CON TECHO FLOTANTE ------------------- 14 2.3.3.1.- TANQUE DE TECHO FLOTANTE TIPO PONTONES ----------------- 15 2.3.3.2.- TANQUE DE TECHO FLOTANTE DE DOBLE CUBIERTA (DOUBLE DECK). ------------------------------------------------------------------------------------- 16 2.3.4.- TANQUES CILÍNDRICOS CON MENBRANA FLOTANTE ------------ 17 2.4.- TANQUES DE TECHO CÓNICO RADIAL Y ESFÉRICOS ------------------- 17 VII
2.5.- TANQUES DE TECHO FLEXIBLE ------------------------------------------------ 18 2.6.- TANQUES SOLDADOS ------------------------------------------------------------- 19 2.7.-TANQUES ATORNILLADOS O EMPERNADOS ------------------------------- 20 2.8.- TANQUES REMACHADOS DE TECHO CÓNICO ----------------------------- 21 2.9.- PROBLEMAS QUE PRESENTAN ------------------------------------------------- 22 2.9.1.- PÉRDIDAS DE HIDROCARBURO ------------------------------------------- 22 2.9.2.- REDUCCIÓN DE PÉRDIDAS POR EVAPORACIÓN--------------------- 23 CAPÍTULO III----------------------------------------------------------------------------------- 25 3.- ALCANCE DELCÓDIGO DE LA NORMA API 650 --------------------------------- 25 3.1.- LIMITACIONES DEL ALCANCE DEL CÓDIGO------------------------------- 26 3.2.- CUMPLIMIENTO --------------------------------------------------------------------- 26 3.3.- ESTÁNDARES REFERENCIADOS------------------------------------------------ 27 3.4.- MATERIALES ------------------------------------------------------------------------- 28 3.5.- LÁMINAS ------------------------------------------------------------------------------ 29 3.5.1.- PRUEBAS DE IMPACTO DE LÁMINAS ----------------------------------- 30 3.5.2.- TUBERÍAS Y FORJAS ---------------------------------------------------------- 32 3.5.3.- BRIDAS ---------------------------------------------------------------------------- 33 3.5.4.- TORNILLOS ---------------------------------------------------------------------- 34 3.5.5.- JUNTAS---------------------------------------------------------------------------- 34 3.5.5.1.- JUNTA A TOPE SOLDADA POR AMBOS LADOS -------------------- 34 3.5.5.2.- JUNTA A TOPE SOLDADA POR UN SOLO LADO Y CON UNA PLACA DE RESPALDO----------------------------------------------------------------- 34 3.5.5.3.- JUNTA TRASLAPADA SOLDADA POR AMBOS L A D O S -------- 35 3.5.5.4.- JUNTA TRASLAPADA SOLDADA POR UN SOLO LADO----------- 35 3.5.5.5.- JUNTAS A TOPE -------------------------------------------------------------- 35 3.5.5.6.- SOLDADURA DE FILETE--------------------------------------------------- 36 3.5.5.7.- SOLDADURA DE FILETE DE GRAN PENETRACIÓN --------------- 36 3.5.5.8.- SOLDADURA CON FILETES INTERMITENTES----------------------- 37 3.5.5.9.- JUNTAS VERTICALES EN LA PARED DEL TANQUE --------------- 37 3.5.5.10.- JUNTAS HORIZONTALES EN LA PARED DEL TANQUE --------- 37 3.5.5.11.- JUNTAS TRASLAPADAS Y A TOPE EN LA BASE DEL TANQUE ----------------------------------------------------------------------------------------------- 38 3.5.6.- UNIÓN DE LA BASE CON EL CUERPO DEL TANQUE ---------------- 39 3.5.7.-JUNTAS EN EL TECHO Y EN EL PERFIL ANGULAR------------------- 41 3.5.8.- JUNTAS DE LA VIGA CONTRA VIENTO (WIND GRIDER).---------- 41 3.5.9.- JUNTAS DE TECHO Y ÁNGULO SUPERIOR DE CUERPO------------ 41 3.5.10.- ÁNGULO SUPERIOR---------------------------------------------------------- 42 3.5.11.- MEDIDAS DE CONTROL PREVIAS A UNA SOLDADURA -------- 42 3.5.12.- SOLDADURA EN LA BASE DEL TANQUE------------------------------ 43 3.5.13.- SOLDADURA EN LA PARED LATERAL DEL TANQUE ------------- 43 VIII
4.1.- CONSIDERACIONES GENERALES ---------------------------------------------- 45 4.2.- TRABAJOS PREVIOS ---------------------------------------------------------------- 48 4.2.1.- SUELO DE CIMENTACIÓN --------------------------------------------------- 48 4.2.2.- CONSIDERACIONES PARA CIMENTACIÓN----------------------------- 49 4.2.3.- MÉTODOS PARA REFORZAR LA BASE DEL TANQUE--------------- 50 4.2.4.- NIVEL DEL TANQUE ---------------------------------------------------------- 50 4.2.5.- ANILLO DE CONCRETO ------------------------------------------------------ 51 4.3.- DISEÑO DEL TANQUE-------------------------------------------------------------- 52 4.3.1.- TANQUE DE TECHO FLOTANTE CON DOBLE CUBIERTA (DOUBLE DECK) -------------------------------------------------------------------------------------- 53 4.3.2.- CARACTERISTICAS GENERALES DEL DISEÑO----------------------- 54 4.3.3.- NORMAS DE DISEÑO---------------------------------------------------------- 55 4.3.4.- CONDICIONES CLIMÁTICAS------------------------------------------------ 56 4.3.5.- FUNDACIONES ------------------------------------------------------------------ 56 4.3.6.- PRUEBAS ------------------------------------------------------------------------- 56 4.3.7.- DISEÑO ESTRUCTURAL------------------------------------------------------ 57 4.3.8.- MATERIALES -------------------------------------------------------------------- 57 4.3.8.1.- PLANCHAS --------------------------------------------------------------------- 57 4.3.8.2.- ELECTRODOS DE SOLDADURA ----------------------------------------- 58 4.4.- DESCRIPCIÓN DE CONSTRUCCIÓN -------------------------------------------- 59 4.5.- CONSTRUCCIÓN DEL FONDO --------------------------------------------------- 59 4.6.- PROCEDIMIENTO-------------------------------------------------------------------- 60 4.6.1.- CÁLCULO DE LOS ESPESORES DE LAS PLANCHAS DEL FONDO 60 4.6.2.- FONDO ANULAR --------------------------------------------------------------- 61 4.6.3.- DIMENSIONES DE LA PLACAS DEL FONDO ANULAR -------------- 64 4.6.4.- CORTE DE LÁMINA DEL FONDO ANULAR ----------------------------- 66 4.6.5.- DIMENSIONES DE LAS PLACAS DE LA BASE-------------------------- 66 4.6.6.- DISEÑO DEL FONDO ANULAR Y BASE DEL TANQUE -------------- 67 4.6.7.- CUADRO DE RESULTADOS ------------------------------------------------- 68 4.7.- DISEÑO DEL CUERPO -------------------------------------------------------------- 68 4.7.1.- CONSTRUCCIÓN DE LOS ANILLOS DEL CUERPO -------------------- 70 4.7.2.- CUADRO DE RESULTADOS ------------------------------------------------- 74 4.7.3.- DISEÑO DEL CUERPO COMPLETO ---------------------------------------- 75 4.8.- CONSTRUCCIÓN DEL TECHO---------------------------------------------------- 76 4.8.1.- CONSIDERACIONES ----------------------------------------------------------- 76 4.8.2.- CONDICIONES DEL TECHO ------------------------------------------------- 77 4.8.3.- CUADRO DE RESULTADOS ------------------------------------------------- 83 4.9.- DISEÑO DEL TECHO DE DOBLE CUBIERTA --------------------------------- 85 4.10.- ACCESOS Y ACCESORIOS ------------------------------------------------------- 85 4.10.1.- ESCALERAS Y PLATAFORMAS------------------------------------------- 86 4.10.1.1.- ESCALERA HELICOIDAL ------------------------------------------------- 86 4.10.1.2.- ESCALERA RODANTE----------------------------------------------------- 87 4.10.2.- DRENAJES ---------------------------------------------------------------------- 88 IX
4.10.2.1.- DRENAJES DEL TECHO --------------------------------------------------- 88 4.10.2.2.- DRENAJES ABIERTOS ----------------------------------------------------- 88 4.10.2.3.- DRENAJES DE SIFÓN ------------------------------------------------------ 89 4.10.2.4.- DRENAJES CON TUBOS CON CODOS ARTICULADOS ----------- 89 4.10.2.5.- MANGUERAS FLEXIBLES------------------------------------------------ 90 4.10.3.- VENTEOS AUTOMÁTICOS ------------------------------------------------- 91 4.10.3.1.- VENTEOS DE LA CORONA----------------------------------------------- 91 4.10.4.-SOPORTES DEL TECHO ------------------------------------------------------ 92 4.10.5.- MEDIDORES AUTOMÁTICOS DE FLOTACIÓN ----------------------- 93 4.10.6.- VIGAS DE REFUERZO CONTRA EL VIENTO -------------------------- 93 4.10.7.- SELLOS DE TECHO ----------------------------------------------------------- 93 4.10.7.1.- SELLO DE ZAPATA MECÁNICA ---------------------------------------- 94 4.10.7.2.- SELLO DELTA --------------------------------------------------------------- 94 4.10.7.3.- ENTRADA HOMBRE (MAN HOLE) ------------------------------------- 94 CAPÍTULO V------------------------------------------------------------------------------------ 96 5.- PRUEBAS DE TANQUES ---------------------------------------------------------------- 96 5.1.1.- PRUEBAS DE CALIDAD DE MATERIAL---------------------------------- 96 5.1.2.- CONROL DE LA PLACAS DE ACERO ------------------------------------- 97 5.1.3.- PRUEBAS DE SOLDADURA-------------------------------------------------- 97 5.1.3.1.- CONTROL DE SOLDADURA----------------------------------------------- 98 5.1.3.2.- MÉTODO VISUAL ------------------------------------------------------------ 98 5.1.3.3.- MÉTODO DE LÍQUIDOS PENETRANTES------------------------------- 99 5.1.3.4.- MÉTODO DE VACÍO -------------------------------------------------------- 100 5.1.3.5.- MÉTODO RADIOGRÁFICO------------------------------------------------ 100 5.1.4.- PRUEBAS HIDROSTÁTICAS ------------------------------------------------ 101 5.1.5.- PRUEBAS DE ASENTAMIENTO-------------------------------------------- 103 5.1.6.- PRUEBA DE RECUBRIMIENTO -------------------------------------------- 104 5.1.7.- PRUEBAS DE CAMPO -------------------------------------------------------- 105 5.1.8.- PRUEBA DE TANQUE -------------------------------------------------------- 105 5.1.8.1.- FONDO ------------------------------------------------------------------------- 105 5.1.8.2.- BASES -------------------------------------------------------------------------- 106 CAPÍTULO VI---------------------------------------------------------------------------------- 108 6.1.- SEGURIDAD AMBIENTAL-------------------------------------------------------- 108 6.2.- REGLAMENTO AMBIENTAL ---------------------------------------------------- 108 6.3.- SEGURIDAD INDUSTRIAL ------------------------------------------------------- 110 6.4.- SISTEMA CONTRA INCENDIOS ------------------------------------------------ 110 6.5.- PREVENCIÓN ------------------------------------------------------------------------ 112 6.6.- ELEMENTOS DE PROTECCIÓN ------------------------------------------------- 112 6.6.1.- MURO CONTRA FUEGO ----------------------------------------------------- 112 6.6.2.- RED DE AGUA CONTRA INCENDIOS ------------------------------------ 113 X
6.6.3.- ESPUMAS ------------------------------------------------------------------------ 114 6.6.4.- ESPUMA QUÍMICA ------------------------------------------------------------ 115 6.6.5.- ESPUMA MECÁNICA --------------------------------------------------------- 115 6.6.6.-CÁMARA DE ESPUMA MECÁNICA ------------------------------------------ 115 6.6.7.- SISTEMAS DE ESPUMA --------------------------------------------------------- 116 6.6.8.- SISTEMA FIJO PARA ESPUMA MECÁNICA ---------------------------- 116 6.6.9.- SISTEMA EMIFIJOPARA ESPUMA MECÁNICA ----------------------- 117 6.6.10.- SISTEMA PORTÁTILPARAESPUMA MECÁNICA (auxiliar). ------- 117 6.7.- QUÍMICOS SECOS ------------------------------------------------------------------ 117 6.8.- ALARMAS CONTRA INCENDIOS----------------------------------------------- 118 6.9.- APÉNDICES--------------------------------------------------------------------------- 119 6.9.1.- APÉNDICE A: BASES DE DISEÑO OPCIONAL PARA TANQUES PEQUEÑOS------------------------------------------------------------------------------- 120 6.9.2.- APÉNDICE B: RECOMENDACÓNES PARA EL DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE LA FUNDACIÓN CIVIL PARA TANQUES DE ALMACENAMIENTO SOBRE LA SUPERFICIE --------------------------------- 120 6.9.3.- APÉNDICE C: TECHOS FLOTANTES EXTERNOS --------------------- 121 6.9.4.- APÉNDICE D: CONSULTAS TÉCNICAS---------------------------------- 121 6.9.5.- APÉNDICE E: DISEÑO SISIMICO DE TANQUES DE ALMACENAMEINTO ------------------------------------------------------------------ 121 6.9.6.- APÉNDICE F: DISEÑO DE TANQUES PARA PRESIONES INTERNAS PEQUEÑAS------------------------------------------------------------------------------- 122 6.9.7.- APÉNDICE G: TECHOS DE TIPO DOMO DE ALUMINIO ESTRUCTURALMENTE SOPORTADOS ------------------------------------------ 122 6.9.8.- APÉNDICE H: TECHOS FLOTANTES INTERNOS---------------------- 123 6.9.9.- APÉNDICE I: DETECCIÓN FUGAS POR DEBAJO DEL TANQUES Y PROTECCIÓN DEL SUELO----------------------------------------------------------- 123 6.9.10.- APÉNDICE J: TANQUES DE ALMACENAMIENTO ENSAMBLADOS EN PLANTA ------------------------------------------------------------------------------ 123 6.9.11.- APÉNDICE K: EJEMPLOS DE APLICACIÓN DEL MÉTODO DE DISEÑO DE PUNTO VARIABLE PARA DETERMINAR EL ESPESOR DE LAS LÁMINAS DEL CUERPO ------------------------------------------------------- 124 6.9.12.- APÉNDICE L: HOJAS DE DATOS (DATA SHEETS) PARA TANQUES CÓDIGO API 650 ------------------------------------------------------------------------ 124 6.9.13.- APÉNDICE M: REQUERIMIENTOS PARA TANQUES QUE OPERAN A TEMPERATURAS ELEVADAS --------------------------------------------------- 124 6.9.14.- APÉNDICEN: USO DE NUEVOS MATERIALES QUE NO ESTAN IDENTIFICADOS------------------------------------------------------------------------ 125 6.9.15.- APÉNDICE O: RECOMENDACIONES PARA CONEXIONES POR DEBAJO DEL FONDO ----------------------------------------------------------------- 125 6.9.16.- APÉNDICE P: CARGAS EXTERNAS PERMISIBLES EN CONEXIÓNES DEL CUERPO -------------------------------------------------------- 125 6.9.17.- APÉNDICE S: TANQUES DE ALMACENAMIENTO EN ACERO INOXIDABLE ---------------------------------------------------------------------------- 126 XI
CONCLUSIONES--------------------------------------------------------------------------- 127 RECOMENDACIONES-------------------------------------------------------------------- 129 SIGLAS --------------------------------------------------------------------------------------- 131 CITAS------------------------------------------------------------------------------------------133 BIBLIOGRAFÍA ---------------------------------------------------------------------------- 134 ANEXOS ------------------------------------------------------------------------------------- 135 ANEXO I ------------------------------------------------------------------------------------- 135 ANEXO II ------------------------------------------------------------------------------------ 136 ANEXO IV ----------------------------------------------------------------------------------- 144
XII
CAPÍTULO I
1.1.- INTRODUCCIÓN
El presente trabajo pretende generar una guía, que permita entender el procedimiento correcto para la construcción de tanques de almacenamiento a presiones atmosféricas o bajas presiones y de tamaños relativamente grandes, utilizando reglas de construcción y diseño que están basadas en los siguientes códigos:
•
API 650
Norma de construcción de tanques atmosféricos y compresiones
de gas de hasta 2.5 psi. •
API 12D
Norma de construcción para tanques desde 500 hasta 10000
barriles, soldados en campo. •
API 12F
Norma de construcción para tanques desde 90 hasta 750 barriles,
soldados en planta. •
API 620
Norma de construcción para tanques con presiones de gas de
hasta 15 psi.
Las normas API son establecidas siempre para tratar problemas de naturaleza general, son revisadas, modificadas, reafirmadas o eliminadas al menos cada 5 años. Los estándares API son publicados para facilitar una amplia aplicación de buenas prácticas comprobadas de ingeniería y operación. Estos estándares no tienen la intensión de obviar la necesidad de la aplicación de los criterios de la buena ingeniería. 1
1.2.- OBJETIVO GENERAL
Establecer un procedimiento para la construcción de tanques bajo la norma API 650.
1.3.- OBJETIVOS ESPECÍFICOS
•
Generar un resumen de la norma API 650 que sirva como guía para la construcción de tanques de almacenamiento.
•
Describir otras normas y especificaciones necesarias para el diseño y construcción de tanques de almacenamiento.
•
Determinar el mejor procedimiento para elegir el material más idóneo durante la construcción de tanques de almacenamiento.
•
Conocer la conformación general de un tanque de almacenamiento y sus accesorios.
•
Enumerar las pruebas a las que son sometidos los tanques antes de su aprobación y funcionamiento.
1.4.-JUSTIFICACIÓN
El presente trabajo pretende dar a conocer la importancia de la construcción de tanques para el almacenamiento de petróleo y sus derivados, así como también las normas
2
aplicadas a esta tarea, una de las más importantes y vitales en la industria, generando de la mayor cantidad de recursos económicos para el país. Recordemos que las necesidades de los tanques se justifican por que:
•
Actúan como un pulmón entre producción y transporte para controlar las variaciones de consumo.
•
Es un elemento básico para la exportación de petróleo que genera espacios temporales.
•
Permite la sedimentación de agua y lodos del crudo antes del despacho por el oleoducto a hacia la destilación.
•
Brindan flexibilidad operativa a las refinerías.
1.5.-IDEA A DEFENDER
Justificar el uso de la norma API 650 identificando cada una de las especificaciones y códigos establecidos en la misma se podrá determinar un correcto procedimiento para el diseño y construcción de tanques de almacenamiento en diferentes diámetros y capacidad volumétrica, esto permitirá desarrollar habilidad para el cálculo de espesores de las láminas de construcción y diseño del fondo, cuerpo y techo de los diferentes tanques.
3
1.6.- MARCO TEÓRICO
El código de la norma API 650 está basado en el conocimiento y la experiencia acumulada de fabricantes y usuarios de tanques de almacenamiento de petróleo soldados, de varios tamaños y capacidades, con una presión manométrica interna que no exceda de 2.5 psi. La intención de la norma es servir como una especificación de compra para tanques en la industria petrolera. El comprador o usuario deberá especificar ciertos requisitos básicos para la compra y podrá modificar, eliminar o ampliar los requerimientos del código, pero no podrá exigir certificación de que se cumplieron los requisitos de la norma, a menos que se hayan cumplido los requisitos mínimos o que no se hayan excedido sus limitaciones, es decir que las reglas de diseño establecidas en el código son requerimientos mínimos, se pueden especificar reglas más restrictivas por el cliente o ser dadas por el fabricante, cuando han sido acordadas previamente entre el comprador y el fabricante. El código no aprueba, recomienda o respalda ningún diseño en específico y tampoco limita el método de diseño o fabricación. Las ediciones, adendas o revisiones al código se pueden utilizar desde la fecha de publicación mostrada en la carátula de las mismas, pero serán obligatorios seis meses después de esta misma fecha de publicación. Durante este período de seis meses, el comprador deberá especificar cual será la edición adenda o revisión aplicable para el contrato. El código trae especificaciones en unidades del sistema común de unidades de Estados Unidos (US customary) y estándares norteamericanos además de unidades del sistema 4
internacional de medidas (SI sistema métrico) y estándares ISO aplicables, cuando se presenten conflictos entre las unidades, mandará el sistema US customary. El contenido de poscódigos de la norma API 650 son los siguientes:
1. ALCANCE. 2. MATERIALES. 3. DISEÑO. 4. FABRICACIÓN. 5. MONTAJE Y ENSAMBLAJE. 6. METODOS DE INSPECCIÓN DE LAS JUNTAS. 7. MARCO FINAL. 8. APÉNDICES.
1.7.- METODOLOGÍA
1.7.1.- TIPO Y DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN
La presente investigación se realizará basándose en estudios bibliográficos e investigativos.
5
1.7.2.- MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN A EMPLEARSE
Durante el estudio se utilizará los siguientes métodos de investigación: •
Método General: Método Síntesis
•
Método Específico: Método Explicativo
•
Modalidad: Descriptiva
•
Técnicas: Visita de Campo
•
Instrumentos: Consulta a expertos; Revisión de archivos; Revisión de documentos; Revisión de literatura; Trabajo de campo; Internet.
1.8.- TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN
Las técnicas a emplearse en el presente trabajo de investigación serán descriptivas y practicas así: 6
1.8.1.- REVISIÓN DE LITERATURA RELACIONADA.
Se relacionará la información literaria con las experiencias de campo para poder determinar las mejores técnicas de diseño, consideraciones, normas, códigos y procedimientos.
1.8.2.- VISITA DE CAMPO.
Se consultará a expertos para concluir un trabajo de calidad que sirva como medio de consulta en el futuro.
7
CAPÍTULO II
2.1.-TANQUES DE ALMACENAMIENTO INTRODUCCIÓN
Para conocer el número de tanques de almacenamiento que requerimos en cualquier localidad, primero debemos saber la cantidad de producto que vamos a manejar, por que no debemos olvidar que en nuestro país no se almacena producto para largos períodos de tiempo, sino de manera temporal y para su comercialización o refinación. Para saber el volumen exacto de petróleo que debemos almacenar tememos que conocer primero los datos de producción estimada de los campos de donde proviene. Segundo clasificar al producto, para poder determinar en que tanque serán almacenados dichos volúmenes. Y tercero conocer la cantidad de producto que se va a exportar y a que tiempo, a demás del volumen que necesitan tratar nuestras refinerías para cubrir la demanda interna de combustibles. Determinado el número necesario de tanques, definiremos su ubicación, es decir, si el tanque debe operar en pozo, subestaciones, plantas de deshidratación, centrales de almacenamiento, terminales de oleoducto o plantas de refinación. Y lo más importante es que debemos definir su estructura física, o configuración, relacionada con la volatilidad del producto, presión de vapor, temperatura de operación, dependerán la forma física, el tipo de materiales escogidos para su fabricación y su eventual mantenimiento.
8
2.2.- HISTORIA DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO
Durante el nacimiento de la Industria Petrolera, se presenta una primera etapa en la que el crudo extraído de los yacimientos era almacenado en depósitos tipo piscina, que presentaron problemas como: evaporación de productos livianos, contaminación del crudo por agua y elementos sólidos, y los eminentes peligros de incendios. Esto llevó a la modernización de los sistemas de almacenamiento, que en una segunda etapa, fue dominada por la utilización de la madera como elemento base para la construcción de recipientes almacenadores (tanques). La construcción de este tipo de tanques no presentó problemas mayores por la facilidad de manipulación de este elemento con herramientas simples. Pero al igual que la primera etapa del almacenamiento, tuvo problemas, en menor intensidad pero que se reflejaban en las ventas del producto, este problema se origino porque la madera no daba una hermeticidad total al tanque y se producían fugas por las uniones de las placas de madera, así como la evaporación de productos mas volátiles y esto a su vez generaba la posibilidad de incendios. Mientras la Industria Petrolera buscaba la solución a estos problemas en el almacenamiento, paralelamente la Industria Metalúrgica comenzó sus pasos con la industrialización del acero creando las láminas de este material en diferentes formas y tamaños, naciendo así una tercera etapa, que controlo la construcción de tanques de almacenamiento para la Industria del Petróleo, estas láminas fueron utilizadas para la construcción de tanques de almacenamiento de petróleo.
9
En un inicio estas láminas eran unidas con pernos lo que no solucionaba el problema de las fugas, ya que por las propiedades que presenta el petróleo con el pasar del tiempo se vencía la hermeticidad impuesta por la unión con pernos entre lámina y lámina lo que llevo a la utilización de los sistemas de soldadura como una solución técnica, que si daba la hermeticidad total a los tanques. A partir de esta tercera etapa entramos en una modernización de los sistemas de almacenamiento dentro de la Industria Petrolera, ya no solo, con la utilización de láminas de acero, si no también, láminas de aluminio dando como resultado una gama infinita de diseños de tanques de almacenamiento.
2.3.- CLASIFICACIÓN DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO
La clasificación que se puede observar a continuación es generalizada a todos los servicios de almacenamiento que prestan los diferentes modelos de tanques, de acuerdo a sus presiones de operación y producto que almacenan, pero si queremos generalizar podremos decir que tenemos tres tipos de tanques, que son tanques de techo fijo (cualquiera que sea su forma) tanques de techo flotante (cualquiera que sea su sistema de flotación) y esferas o tanques esféricos (almacenamiento de gas).
10
TANQUE
SUBDIVISIÓN
1.- Cilíndrico con Techo Cónico Fijo
1.1.-Soportados 1.2.- Auto Soportados
2.- Cilíndricos con Tapa Cóncavos 3.- Cilíndricos con Techo Flotante
3.1.- Tipo Pontones 3.2.- De Doble Cubierta
4.- Cilíndricos con Membrana Flotante 5.- Tanques de Cono Radial y Esféricos 6.- Tanques de Techo Flexible
Tabla Nº: 01 Elaborada por: Fernando Jibaja
2.3.1.- TANQUES CILÍNDRICOS DE TECHO CÓNICO FIJO
Se utilizan para almacenar petróleo crudo y productos con baja presión de vapor, es decir que almacenan productos que no emitan vapores a temperatura ambiente. En estos tanques el techo tiene una pendiente mínima del seis por ciento (6%), es decir la pendiente del techo debe ser de ¾” en un pie (ft), o mayor si así se especifica por el cliente y puede estar soportado o auto soportado.
Tema: Tanques de Techo Cónico Fijo Fotografía N °: 01 Tomada por: Fernando Jibaja
11
2.3.1.1.- TANQUES CIÍNDRICOS CON TECHO SOPORTADO
Son tanques de almacenamiento de forma cilíndrica con techo cónico fijo con la característica de que el techo cónico está construido sobre un sistema de vigas y columnas que soportan el peso y diseño cónico del techo, la siguiente fotografía muestra este sistema de vigas en el interior del tanque demostrando que todo el peso es absorbido este sistema de vigas.
Tema: Tanques de Techo Cónico Fijo Auto Soportado Fotografía N °: 02 Tomada por: Fernando Jibaja
2.3.1.2.- TANQUES CILÍNDRICOS CON TECHO AUTO SOPORTADO
En este tipo de tanque el techo se construye directamente sobre la estructura del mismo tanque, es decir que el peso del techo del tanque reposa directamente sobre la forma cilíndrica del tanque, adoptando la forma de un domo.
12
Ambos diseños poseen un fondo plano, con pared cilíndrica, son los más económicos en diseño y de construcción más simple.
Tema: Tanque Auto soportado Fotografía N °: 03 Tomada por: Fernando Jibaja
2.3.2.- TANQUES CILÍNDRICOS CON TAPA CÓNCAVOS
Son tanques de almacenamiento de forma cilíndrica cuya tapa adquiere una forma cóncava que sirve para almacenar productos con alta presión de vapor, aptos para almacenar GLP, gasolinas, etc.
Tema: Tanque Cilíndrico con Tapa Cóncavo Fotografía N °: 04 Tomada por: Fernando Jibaja
13
2.3.3.- TANQUES CILÍNDRICOS CON TECHO FLOTANTE
Similares en construcción a los tanques de techo fijo, con la diferencia que el techo es soportado por el propio fluido almacenado, el techo flotante puede ser interno (existe un techo fijo colocado en el tanque) o externo (se encuentra a cielo abierto) consta de una membrana ubicada sobre el producto a manera de espejo eliminando de esta manera el espacio libre que se generaba entre el fluido almacenado y la cubierta del tanque, esto provoca que la presión del tanque sea similar a la presión atmosférica, permitiendo de esta manera almacenar petróleos livianos y pesados así como también derivados más volátiles como gasolina, diesel, etc. En cualquier caso entre la membrana y la envolvente del tanque (cuerpo) debe existir un sello evitando así perdida del volumen por evaporación.
Tema: Tanque de Techo Flotante (Externo) Fotografía N °: 05 Tomada por: Fernando Jibaja
14
Tema: Tanque de Techo Flotante (Interno) Fotografía N °: 06 Tomada por: Fernando Jibaja
Dependiendo de la volatilidad del producto y el diámetro del tanque pueden ser Tanques de techo Flotante tipo Pontones y Tanque de Techo Flotante de Doble Cubierta (Double Deck).
2.3.3.1.- TANQUE DE TECHO FLOTANTE TIPO PONTÓNES
Está equipado con flotadores herméticos al fluido o pontónes, se caracteriza por que su techo está integrado por una cámara de aire anular, dividida en compartimentos que actúan como un flotador en el perímetro, y una cubierta simple en el centro, lo que hace que todo el conjunto del techo se mantenga a flote en la superficie del producto, la superficie superior del pontón está inclinada hacia abajo y hacia el centro para facilitar el drenaje, mientras que la superficie interior está inclinada hacia arriba y hacia el centro del techo para atrapar los vapores, la cubierta de espesor simple puede expandirse para
15
la acumulación de los vapores que pueden formarse, los vapores atrapados bajo el centro de la cubierta forman una capa aislante hasta que se condensan. Los techos de pontón están diseñados para flotar aún cuando el centro y los compartimentos estén perforados. Este tipo de tanque de techo flotante se usa para almacenar aceites ligeros y es de gran utilidad para eliminar las pérdidas por escape y evaporación.
Pontónes
Tema: Tanque de Techo Flotante Tipo Pontónes Fotografía N °: 07 Tomada por: Fernando Jibaja
2.3.3.2.- TANQUE DE TECHO FLOTANTE DE DOBLE CUBIERTA (DOUBLE DECK)
Constituido por dos niveles de fluido que forman en su intermedio un flotador total, dándole mayores ventajas a este tipo de techo, como una mayor flotabilidad, estructura más robusta, efectivo aislamiento a rayos solares, disminución de niveles de evaporación.
16
2.3.4.- TANQUES CILÍNDRICOS CON MENBRANA FLOTANTE
Son aquellos tanques que como alternativa a los pontones pueden utilizar membranas de contacto total evitando así el espacio vapor que queda entre el líquido y el techo flotante con pontones, pueden ser de aluminio o de polímeros patentados, en los que se coloca una membrana flotante o sabana en el interior del tanque con el propósito de que esta membrana flote sobre el producto almacenado, con el fin de disminuir la formación de gases y la evaporación del producto almacenado.
Tema: Tanque con Membrana Flotante Dibujo N °: 01 Fuente: Curso de Tanques (Guayaquil 2005)
2.4.- TANQUES DE TECHO CÓNICO RADIAL Y ESFÉRICOS
Este tipo de tanques no son muy utilizados para el almacenamiento de petróleo crudo, más bien se utilizan para almacenar productos volátiles con altas presiones de vapor como el GLP. Si se dispusiera a almacenar gas licuado de petróleo a presión atmosférica, se requerirían tanques que mantuvieran una temperatura de -42 º C, con 17
toda la complejidad que ello implica, por esto se utilizan recipientes de forma cilíndrica que trabajan a una presión interior de 15 Kg. /cm. 2 Aprox. Y a temperatura ambiente. Estos recipientes se diseñan de acuerdo a normas API, que consideran el diseño del recipiente a presión como lo hace el código ASME sección VIII. Como dice la Dra. Ing. Daniela Romano en su presentación Tanques de Almacenamiento de Hidrocarburos
(1)
: “Si comparamos un tanque con una esfera la
ventaja fundamental que presentan estos equipos es que cuando se los saca de servicio se los puede inspeccionar visualmente a ambos lados de la chapa en su totalidad (cuerpo)…” (21).
Tema: Tanque Esférico Fotografía N °: 08 Tomada por: Fernando Jibaja
2.5.- TANQUES DE TECHO FLEXIBLE
Diseñados para reducir las pérdidas de vapor que resultan
por los cambios de
temperatura. Este tanque está equipado con techo de lámina de acero flexible capaz de
18
expandirse o contraerse, según la presión del tanque, esto permite que se reduzca al mínimo los efectos de la evaporación del fluido. Los techos flexibles están equipados con válvulas de control que se abren únicamente cuando el techo se levanta a una altura prefijada, los tanques de este tipo son especialmente útiles cuando el producto se va a almacenar por mucho tiempo.
Tema: Tanque de Techo Flexible Fotografía N °: 09 Tomada por: Fernando Jibaja
2.6.- TANQUES SOLDADOS
Almacenan volúmenes desde los 65000 Bls .hasta los 350000 Bls., son construidos con láminas de acero soldadas entre sí eléctricamente, en sitio, es decir, en la localidad elegida para su fabricación. Tanques con menor capacidad de almacenamiento hasta los 250 Bls. Son armados en plantas de fabricación y luego transportados al sito donde serán ubicados. Este tipo de junta evita, escurrimientos, y son los más utilizados en el país.
19
Tema: Tanque Soldado Fotografía N °: 10 Tomada por: Fernando Jibaja
2.7.-TANQUES ATORNILLADOS O EMPERNADOS
Su capacidad de almacenamiento varía de 30 a 10000 Bls. Son de fácil ubicación y permiten su reubicación, por lo que se utilizan en instalaciones provisionales de emergencia.
Pernos
Tema: Tanque Empernado Fotografía N °: 11 Tomada por: Fernando Jibaja
20
2.8.- TANQUES REMACHADOS DE TECHO CÓNICO
Son tanques de acero muy grandes que se utilizan para el almacenamiento de petróleo en las concesiones y patios de tanques, usualmente están construidos con placas de acero montadas en el campo. Los anillos horizontales están remachados unos con otros es decir uno arriba del otro, las placas de techo y fondo también son remachadas. Su capacidad de almacenamiento varía de 240 a 134000 Bls. Siguiendo las normas API. Los techos cónicos bajos usados en estos tanques tienen un declive de 19 milímetros en cada 30 centímetros y están soportados por columnas de acero estructural. Este tipo de tanques en el país solo se los encuentra en las instalaciones antiguas.
Tema: Tanque Empernado Fotografía N °: 12 Tomada por: Fernando Jibaja
21
2.9.- PROBLEMAS QUE PRESENTAN
La mejor manera de decidir cual va a ser la forma y servicio correcto para cualquier proyecto de construcción de un tanque de almacenamiento, es seguir muy cerca la norma de construcción, y sus normas complementarias, pero también se debe decidir en base al producto a almacenarse, es decir utilizando como herramienta la Clasificación de Almacenamiento de Hidrocarburos Líquidos (Anexo 1), el no utilizar esta clasificación para recomendar un trabajo posterior puede generar problemas de aplicación técnica durante la construcción del tanque.
2.9.1.- PÉRDIDAS DE HIDROCARBURO
En el almacenamiento de hidrocarburos existen pérdidas de producto provocadas por fugas, averías, mal manejo del producto y especialmente por evaporación del producto, que es inducida por el clima de la región donde está ubicado el tanque. Este problema genera un incremento en el costo de las operaciones del almacenamiento, la evaporación se produce cuando se incrementa la temperatura o se reduce la presión. La pérdida por evaporación se puede medir mediante cualquiera de los dos siguiente métodos:
•
Presión de Vapores Saturados; que es la presión a la cual los vapores se encuentran en equilibrio con la fase liquida a la temperatura dada, con el
22
aumento de fracciones livianas se aumenta la presión de vapores saturados con mayor pérdida de producto. •
Composición de Fracciones; generada por el incremento de la temperatura, que se asocia a la temperatura de ebullición, ya que en un día caluroso esta temperatura de ebullición se puede presentar, pero solo en tanques con techos fijos no herméticos.
La evaporación se aumenta cuando la temperatura se incrementa en la superficie del hidrocarburo o con la reducción de la presión en el espacio del gas en el tanque. Durante el día el tanque absorbe la energía solar y con el incremento de la temperatura y disminución de la presión, el espacio ocupado por el vapor se incrementa hasta el punto que dicha presión acciona la válvula de respiro provocando que los vapores salgan a la atmósfera, este fenómeno se denomina Respiración Pequeña, presente en tanques con volúmenes constantes, mientras que Respiraciones Grandes, se presentan en el momento de llenar o vaciar tanques.
2.9.2.- REDUCCIÓN DE PÉRDIDAS POR EVAPORACIÓN
Para mejorar las condiciones del almacenamiento y reducir las pérdidas podemos seguir las siguientes recomendaciones:
•
Mejorar la acción de los separadores de producción para reducir al máximo la presencia de gases. 23
•
Controlar la temperatura de almacenamiento: o Pintando los tanques con colores que reflejen el calor, como blanco y plateado, con esto se reducen las pérdidas por respiraciones pequeñas. o Rociando el techo y el cuerpo del tanque frecuentemente con agua.
•
Mantener una inspección constante del estado técnico del tanque: o Revisión de averías. o Revisión de corrosión y pinturas. o Calibración de válvulas de seguridad y respiración. o Revisión de sistema contra incendios.
24
CAPÍTULO III
3.- ALCANCE DEL CÓDIGO DE LA NORMA API 650
La norma API 650 es la que fija la construcción de tanques soldados en sitio para el almacenamiento de petróleo y derivados, determinando también la presión interna a la que pueden llegar a ser sometidos (15 psig.) y temperatura de operación (90º C). Cubre requerimientos para materiales, diseño,
fabricación, montaje y pruebas de
tanques soldados verticales cilíndricos, no enterrados con extremo superior abierto o cerrado en varios tamaños y capacidades, para presiones internas aproximadas a la atmosférica (no deben exceder el peso de las láminas del techo). El código aplica para tanques en los cuales la totalidad del fondo del tanque está soportado uniformemente y para tanques en servicio no refrigerado con temperaturas de servicio máximas de 200 º F (90 º C). Está diseñado para construir tanques con seguridad adecuada y costos razonables para almacenamiento de petróleo y sus derivados comúnmente usados y almacenados por la industria petrolera. El código no establece tamaños específicos de tanques y por el contrario se puede escoger cualquier tamaño que sea necesario. Su intención es ayudar a los clientes y a los fabricantes a comprar, fabricar y montar los tanques y no pretende prohibir la compra o fabricación de tanques que cumplan con otras especificaciones.
25
Los apéndices dan un número de opciones de diseño que requieren decisiones del Comprador, requerimientos estándar e información que suplementes la norma básica. Los apéndices se vuelven requerimientos obligatorios solamente cuando el cliente o el comprador especifiquen una opción cubierta por uno de ellos.
3.1.- LIMITACIONES DEL ALCANCE DEL CÓDIGO
Las reglas del código de la norma no son aplicables más allá de los siguientes límites en las tuberías conectadas interna o externamente al techo, cuerpo o fondo del tanque:
•
La cara de la primera brida en conexiones bridadas, excepto cuando se suministren tapas o bridas ciegas.
•
La primera superficie de sello en accesorios o instrumentos.
•
La primera junta roscada en conexiones roscadas.
•
La primera junta circunferencial en conexiones soldadas, si no están soldadas a una brida.
3.2.- CUMPLIMIENTO
El fabricante es el responsable del cumplimiento de todos los requerimientos del código de la norma. La inspección por el inspector del comprador no le quita al fabricante la
26
obligación de suministrar el control de calidad y la inspección necesarias para garantizar tal cumplimiento.
3.3.- ESTÁNDARES REFERENCIADOS
Los estándares, códigos, especificaciones y publicaciones citados en el código de la norma API 650, se deben utilizar en su última edición publicada a menos que se indique otra cosa en el código. La siguiente es una lista de los principales códigos y estándares referenciados:
API STD 620 Diseño y construcción tanques grandes de baja presión. STD 650 Diseño y construcción de tanques de almacenamiento atmosférico. RP651
Protección Catódica.
RP652
Recubrimientos de los fondos de tanques.
ASME Código de calderas y recipientes a presión. SECCION V
Ensayos no destructivos.
SECCION VIII
Recipientes a presión.
SECCION IX
Calificación de soldaduras.
27
ASNT SNT-TC-1A
Calificación y certificación de personal de ensayos no
destructivos.
ACI 318
Requerimientos de construcción con concreto reforzado.
350
Ingeniería ambientadle estructuras de concreto.
AISC Manual de construcción de acero. Diseño por esfuerzos admisibles – ASD.
AISI A-1
Diseño de estructuras en lámina – información útil.
ASCE STD 7-93 Cargas mínimas de diseño para edificios y otras estructuras.
3.4.- MATERIALES
Se deben utilizar los materiales utilizados en la sección 2 de materiales, sujetos a las modificaciones y limitaciones indicadas en el código API 650. Se pueden utilizar materiales producidos de acuerdo con especificaciones no listadas si se certifica que el
28
material cumple con todos los requisitos de una especificación aceptada y su uso es aprobado por el comparador. Se puede utilizar materiales que no estén listados o que no estén completamente identificados, siempre y cuando los materiales pasen todas las pruebas establecidas en el apéndice N.
3.5.- LÁMINAS
Se pueden pedir las láminas para fondo, cuerpo y techo sobre la base de espesores en el borde en pulgadas (in) o mm o sobre la base de peso por unidad de área en lb/ft 2 o kg/mm 2 . El espesor ordenado no debe ser menor que el espesor calculado o el espesor mínimo permitido. El peso ordenado debe ser suficientemente grande para dar un espesor que no debe ser menor que el espesor calculado o el espesor mínimo permitido. En cualquiera de los caso, el espesor real medido no puede estar mas de 0.01 in (0.25 mm) por debajo del espesor calculado o el espesor mínimo permitido. El espesor máximo de lámina por API 650 es de 1.75 in (45 mm), excepto para láminas usadas como insertos o bridas, las cuales pueden ser más gruesas. Láminas de más de 1.5 in deben ser normalizadas o revenidas (quench tempered) calmadas (killed) fabricadas con método de grano fino y con pruebas de impacto.
29
Tema: Láminas Fotografía N °: 13 Tomada por: Fernando Jibaja
3.5.1.- PRUEBAS DE IMPACTO DE LÁMINAS
Cuando es requerido por el comprador o por los requisitos de esta sección del código se debe sacar un juego de probetas de impacto de las láminas después del tratamiento térmico (si ha sido tratada) y estas deben cumplir con los valores de energía absorbida especificado. El procedimiento para preparar las probetas se láminas debe seguir los requerimientos de ASTM A-20. La prueba consiste de tres probetas tomadas del material a ser ensayado. El valor promedio de la energía absorbida de las tres probetas deberá cumplir con el valor mínimo especificado. Con no más de uno de los valores de las tres probetas por debajo de este valor. Si más de uno de los valores está por debajo del valor mínimo especificado o uno de ellos es menor de 2/3 ese valor, debe ser probado con tres probetas adicionales. Se evalúa en términos de la tenacidad del material a bajas temperaturas. La resistencia al impacto del metal se determina midiendo la energía absorbida en la fractura de la 30
probeta de impacto, expresada en lb/ft (kg/m o Julios). También se puede medir la expansión lateral de la probeta en el área de rotura. El método a utilizar es el ensayo Charpa con entalla de V tipo A de acuerdo con los requerimientos se ASTM A-370, con la entalla o ranura perpendicular a la superficie de la lámina a ser ensayada. La probeta a ensayar se lleva ala temperatura de prueba, se pone en la máquina sobre soportes y es golpeada con el péndulo en el lado opuesto de la ranura. Los espesores y temperaturas mínimas de diseño se todas las láminas del cuerpo, láminas de refuerzo del cuerpo, láminas insertadas del cuerpo, láminas del fondo soldadas al cuerpo, láminas usadas para entradas de hombre (man-hole) y para cuellos de conexiones, láminas usadas embridas de conexiones el cuerpo, bridas ciega y tapas de las entradas de hombre, deben estar de acuerdo a la especificaciones. La evaluación para impacto de bridas a partir de lámina, bridas ciegas y tapas de las entradas de hombre se hace con base en el espesor que gobierna como dice la norma API 650 en el párrafo 2.5.5.3
(2 )
:
Las láminas con espesores mayores de 40 mm (1.5 in) deberán ser de acero calmado (killed steel), fabricados con práctica de grano fino y tratados térmicamente por normalización, y revenido (tempering)
o temple y revenido (quenching and
tempering) y cada lámina en condición tratada deberá tener la pruebas de impacto mencionadas anteriormente. Las láminas con espesores menores o iguales a 40 mm (1.5 in) pueden ser utilizadas a temperaturas iguales o por encima de la indicada en la figura 2-1 de la norma API 650
31
(Anexo 2) para el grupo de materiales correspondientes sin la necesidad de hacerles prueba de impacto. La temperatura mínima de diseño debe ser asumida como 8º C (15 º F) por encima de la temperatura medida más baja de un día de la localización donde estará el tanque. Mapas con líneas isotérmicas que muestran estos valores para los diferentes países permiten la determinación de las temperaturas mínimas de diseño. Estas temperaturas no están relacionadas con las de tanques refrigerados. Los requerimientos anteriores aplican solamente para láminas usadas en el cuerpo, conexiones del cuerpo y sus refuerzos. Los materiales usados para conexiones del techo no requieren pruebas de impacto.
3.5.2.- TUBERÍAS Y FORJAS
Deben ser de acuerdo con las especificaciones listadas en el código o de acuerdo con estándares nacionales equivalentes. Los requerimientos de impacto de las tuberías y forjas se determinan con la siguiente tabla:
32
3.5.3.- BRIDAS
Pueden ser del tipo “hub”, “sli-on” y con cuello soldado (“welding neck”) (“welding neck”) y deben estar de acuerdo con los requerimientos de materiales de ASMEB16.5 para bridas forjadas de acero al carbón. Las láminas usadas para hacer bridas deben tener propiedades físicas iguales o mejores que aquellas requeridas por el estándar ASME B16.5. Para tuberías de tamaños nominales de 24” NPS (nominla pipe size) se pueden usar bridas que estén de acuerdo con los requerimientos de ASME B16.47 serie B, sujeto a la aprobación del comprador.
33
3.5.4.- TORNILLOS
Para la soldadura de materiales con una resistencia mínima de tensión menor de 550 Mpa (80 ksi) con proceso de electrodo revestido (SMAW) se deben utilizar electrodos con clasificación E-80XX-CX de la especificación AWS A5.5.
3.5.5.- JUNTAS
3.5.5.1.- JUNTA A TOPE SOLDADA POR AMBOS LADOS
Son Juntas soldadas entre miembros localizados frente a frente, con un mismo plano referencial inferior y con acceso para soldar por ambos lados.
3.5.5.2.- JUNTA A TOPE SOLDADA POR UN SOLO LADO Y CON UNA PLACA DE RESPALDO
Es una junta soldada entre dos miembros localizados frente a frente con un mismo plano inferior referencial, con acceso para soldar por un solo lado y con una placa de respaldo para el depósito en la raíz a lo largo de la junta.
34
3.5.5.3.- JUNTA TRASLAPADA SOLDADA POR AMBOS L A D O S
Es una junta soldada entre dos miembros traslapados, en donde los bordes de ambos miembros son soldados mediante soldadura de filetes.
3.5.5.4.- JUNTA TRASLAPADA SOLDADA POR UN SOLO LADO
Es una junta soldada entre dos miembros traslapados en donde es soldado solo uno de los bordes de la junta mediante soldadura de filetes.
3.5.5.5.- JUNTAS A TOPE
Es la soldadura localizada en la ranura entre dos miembros ubicados frente a frente, la ranura puede ser formada por simple separación de bordes, preparando biseles en los bordes para formar una V, X, U o doble U, los biseles simples o dobles pueden también corresponder a uno solo de los miembros de la junta.
35
3.5.5.6.- SOLDADURA DE FILETE
Es un depósito de soldadura de sección transversal aproximadamente triangular, (cóncavo, convexo, plano, perfil), que con dos superficies localizadas en ángulo recto entre si (juntas, traslapadas, en T, en esquinera).
3.5.5.7.- SOLDADURA DE FILETE DE GRAN PENETRACIÓN
Es una soldadura de filete en la cual el tamaño del filete es igual al espesor del miembro más delgado de la junta.
36
3.5.5.8.- SOLDADURA CON FILETES INTERMITENTES
Corresponde a filetes de soldadura utilizando para sostener o puntear los miembros de la junta en adecuado alineamiento hasta que el depósito de soldadura definitivo sea ejecutado.
3.5.5.9.- JUNTAS VERTICALES EN LA PARED DEL TANQUE
Se la realiza a tope con penetración total y fusión completa si es necesario soldando con acceso por ambos lados de la junta, con el objeto de obtener la misma calidad de ambos lados. El depósito de soldadura vertical que une dos planchas en un determinado nivel, no podrá estar alineado con el depósito, de los niveles contiguos y deberán estar desfasados entre si, al menos cinco veces el espesor de la placa más gruesa de las juntas en referencia.
3.5.5.10.- JUNTAS HORIZONTALES EN LA PARED DEL TANQUE
Para unir las placas que conformarán la pared del tanque la soldadura se realizará a tope con penetración total y fusión completa, excepto que puede usarse como alternativa de unión de perfiles angulares con el perfil horizontal hacia arriba soldados mediante junta traslapada con doble filete. 37
Si no se especifica otra manera, todas las juntas horizontales a tope tendrán una línea de centros verticales comunes.
3.5.5.11.- JUNTAS TRASLAPADAS Y A TOPE EN LA BASE DEL TANQUE
Las placas en la base del tanque se unen mediante juntas traslapadas, tendrán bordes cortados a noventa grados (90º). Tres juntas traslapadas no podrán estar más cerca de doce pulgadas (12 pulg.), entre si, lo mismo respecto con la ubicación lateral del tanque. Se utilizan juntas con acceso por un solo lado formando la ranura únicamente con la separación de los bordes de los miembros de la junta, preparando en bisel en cada borde para tomar una ranura en V. 38
3.5.6.- UNIÓN DE LA BASE CON EL CUERPO DEL TANQUE
Se la realizará mediante un cordón continuo de filete que se coloca por ambo lados del cuerpo.
39
El tamaño de cada soldadura no deberá ser mayor de ½ pulg. Ni menor que el espesor nominal de la lámina más delgada, ni menor que los valores dados en la siguiente tabla.
TAMAÑOS DE FILETES MENOS ESPESOR DE LAS PLACAS TAMAÑO MINIMO DE FILETES MÁXIMO ESPESOR DE PARED DEL TANQUE Mm pulg. Mm pulg. 4,8 3/16 4,8 0,1875 6,4 ¼ > 4,8 - 19,1 >0,1875 – 0,75 7,9 5/16 >19,1 -31,8 >0,75 - 1,25 9,5 3/8 >31,8 – 44,5 >1,25 - 1,75
Tabla Nº: 02 Elaborado por: Fernando Jibaja
Si no se usa anillo de fondo, las láminas del mismo debajo del anillo inferior del cuerpo se deben armar como se muestra a continuación:
40
3.5.7.-JUNTAS EN EL TECHO Y EN EL PERFIL ANGULAR
Las juntas en el techo y en el perfil angular se localizan en la parte superior del tanque, las placas que conforman el techo serán soldadas únicamente en la superficie exterior mediante filetes de gran penetración, a lo largo de toda la junta en forma continua. Las placas del techo serán ensambladas al perfil angular de la parte superior del tanque mediante soldadura de filetes continuos a lo largo de la junta y solamente en una superficie exterior.
3.5.8.- JUNTAS DE LA VIGA CONTRA VIENTO (WIND GRIDER)
Se deben usar soldaduras a topo de completa penetración para la unión de las secciones del anillo. Se debe usar soldadura continua para todas las juntas horizontales del laso superior y para todas las juntas verticales. Si es especificado por el comprador se debe hacer soldaduras de sello por el lado inferior del anillo.
3.5.9.- JUNTAS DE TECHO Y ÁNGULO SUPERIOR DE CUERPO
Las láminas de techo se deben soldar por el lado superior como mínimo, con filetes continuos en todas las juntas de las láminas. Las láminas de techo se deben unir al ángulo superior del tanque con filete continuo en el lado superior. 41
3.5.10.- ÁNGULO SUPERIOR
Excepto para tanques abiertos, el tamaño mínimo del ángulo superior deberá ser:
•
2”x2”x3/16” para tanques hasta 35 ft (11 m) de diámetro.
•
2”x2”x1/4” para tanques hasta 60 ft (18 m) de diámetro.
•
3”x3”x1/4” para tanques mayores de 60 ft (18 m) de diámetro.
3.5.11.- MEDIDAS DE CONTROL PREVIAS A UNA SOLDADURA
•
No ejecutar una soldadura en lugares húmedos.
•
Cada pasada será limpiada de escoria.
•
Los ensambles deben tener continuidad entre el metal base y metal depositado no se aceptan ángulos agudos.
•
Entre juntas traslapadas las superficies deberán mantener el mayor contacto posible entre si.
•
Deben utilizarse electrodos revestidos básicos (bajo H2) para efectuar todos los depósitos de soldadura en la pared del tanque.
•
La soldadura de filetes intermitentes, en montaje de juntas verticales no permanecerá cuando se haya concluido los depósitos, si el trabajo se realiza con electrodos revestidos.
42
3.5.12.- SOLDADURA EN LA BASE DEL TANQUE
El constructor deberá establecer el montaje de las placas con puntos de unión, la soldadura empieza cuando las láminas están colocadas, se limpia los puntos de soldadura antes de iniciar la soldadura definitiva, la soldadura de placas marginales y enteras se realiza el mismo tiempo, la soldadura de la base del tanque con la pared lateral se iniciará antes de terminar la soldadura de la base para compensar el efecto de contracción
que se puede generar en la base del tanque y por tanto lograr un
asentamiento adecuado.
Tema: Soldadura en la Base del Tanque Fotografía N °: 14 Tomada por: Fernando Jibaja
3.5.13.- SOLDADURA EN LA PARED LATERAL DEL TANQUE
De igual manera se alinearán antes de unirse definitivamente de la siguiente forma:
•
Soldadura de las grandes placas entre si.
•
Soldadura de las palcas marginales sobre el ángulo de tope. 43
•
Soldadura de las placas marginales entre si.
•
Soldadura de las placas grandes longitudinales.
•
Soldadura del cuadro de construcción.
Los desalineamientos en placas de espesor sobre las 5/8 pulg. En la juntas verticales no podrán exceder el 10 % del espesor de las placas con un máximo de 1/8 pulg. En juntas horizontales la superficie de la placa inferior podrá sobresalir respecto de la posición de la plancha inferior mas el 20 % del espesor de la placa superior, con un máximo de 1/8 pulg. Si el espesor de las placas superior es menor que 5/16 pulg. Entonces esta placa no podrá sobresalir más de 1/16 pulg.
Tema: Soldadura en la Pared Lateral del Tanque Fotografía N °: 15
Tomada por: Fernando Jibaja
44
CAPÍTULO IV
4.1.- CONSIDERACIONES GENERALES
El proceso de construcción de tanques relaciona trabajos de diferentes tipos de ingeniería, por lo que debemos definir cada una de ellas:
Obras civiles: Son los trabajos básicos de movimientos de tierras, implementación de bases permeables para los cubetos, obras de concreto simple y concreto armado (electos que conforman el anillo de concreto), mejoramiento de la capacidad portante del suelo, que se realizará con la selección de material seleccionado y compacto.
Metal mecánica de la obra: Encargada de controlar, verificar, moldear todo el material metálico utilizado durante la construcción del tanque.
Factores de diseño: El comprador debe establecer la temperatura de diseño del metal, la gravedad específica de diseño del líquido contenido, la tolerancia de corrosión y la velocidad de diseño del viento.
45
Cargas externas: También deberá establecer la magnitud y dirección de las cargas externas y las restricciones, si hay alguna, para las que se debe diseñar el cuerpo o las conexiones.
Medidas de protección: El comprador debe tener especial cuidado y consideración con la fundación civil, las tolerancias de corrosión, las pruebas de duraza y cualquier otra medida de protección que se estime necesaria.
Presiones externas: El código API 650 no contiene ninguna medida para el diseño de tanques que están sujetos a vacíos parciales internos. Sin embargo los tanques que cumplen con todos los requisitos del código se pueden someter a un vacío parcial de 1 in de agua (0.25 kPa).
Capacidad del Tanque: El comprador debe especificar la máxima capacidad del tanque y el nivel de la protección para el sobre llenado del mismo (o volumen). La máxima capacidad es el volumen de producto en un tanque que está lleno hasta el nivel de diseño del líquido. La capacidad neta de trabajo es el volumen de producto disponible bajo las condiciones normales de operación. Esta capacidad se igual a la máxima capacidad, menos el volumen mínimo de operación que permanece en el tanque, menos el nivel de la protección párale sobre llenado del tanque.
46
Fundación civil: La selección de la localización del tanque, el diseño, y la construcción de la fundación civil deben tener una consideración cuidadosa, como se sugiere en el apéndice B, para garantizar un soporte adecuado para el tanque, la cimentación es superficial conformada por dos elementos bien definidos, en el fondo es cimiento corrido de concreto ciclópeo de un factor de compresión Fc = 140 kg/cm 2 .
La adecuada fundación civil es
responsabilidad del cliente.
Tolerancia de corrosión: Es responsabilidad del cliente determinar el sobre espesor requerido para la tolerancia a la corrosión. Condiciones de servicio: Es responsabilidad del cliente determinar se las condiciones de servicio incluyen la presencia de sulfuro de hidrógeno u otras condiciones que puedan ocasionar grietas por el hidrógeno.
Dureza de las soldaduras: Cuando sea especificado por el cliente para materiales IV, IVA, V o VI la dureza de las soldaduras se debe evaluar por uno de los dos métodos establecidos en el párrafo 3.3.4 de la norma API 650.
47
4.2.- TRABAJOS PREVIOS
Antes de empezar con el montaje del tanque se debe realizar un estudio geológico de las características del suelo donde va a ser ubicado el tanque, para determinar las propiedades de compactación del mismo y así evitar el hundimiento del mismo con una cimentación estable. La cimentación está expuesta a fuerzas horizontales generadas por sismos y acción del viento, y fuerzas verticales producidas por la compresión provocando que el tanque tienda a levantar la cimentación. Para cualquier tanque pequeño o grande se realiza estos estudios para obtener los valores permisibles de presión y profundidad necesarios para la cota de cimentación. Debe haber un factor de seguridad de mínimo 1.5 contra el levantamiento posible, las fuerzas críticas en este caso con causadas por el viento que actúa sobre el tanque vacío.
4.2.1.- SUELO DE CIMENTACIÓN
Efectuaremos perforaciones y pruebas de carga para determinar si este suelo es capaz de soportar la carga del tanque y su contenido. Con el conocimiento de estas pruebas se puede determinar el asentamiento que experimentará la estructura y sus posibles efectos sobre la cimentación.
48
Tema: Suelo de Cimentación Fotografía N °: 16 Tomada por: Fernando Jibaja
4.2.2.- CONSIDERACIONES PARA CIMENTACIÓN
•
Identificación del tipo de terreno, que puede ser firme, roca, o suelos inestables, el tanque puede ser ubicado necesariamente en uno de estos suelos o una combinación de ellos.
•
Identificación del tipo de zona, variara en zonas pantanosas y zonas que necesitan relleno, ambas poseen capas de vegetación o fango que pueden estar en la superficie o bajo ella, o donde materiales inestables o corrosivos han sido depositados como rellenos.
•
Identificación de zonas arcillosas, lugares donde existan arcillas expansivas, las cuales no puedan soportar cargas permanentes ya que experimentarían asentamientos diferenciales considerables.
•
Identificación de zonas inestables como, sitios adyacentes a corrientes de agua o excavaciones donde su estabilidad lateral se cuestiona.
49
•
Lugares cercanos a construcciones con estructuras pesadas, las cuales distribuyen parte de su carga al suelo, bajo el sitio del tanque reduciendo su capacidad para soportar cargas adicionales de un asentamiento excesivo.
•
Sitios donde los tanques están expuestos a inundaciones que puedan producir expansión, desplazamiento o corrimiento del suelo, con posibilidades de que el tanque se desplace por flotación a otro sitio.
4.2.3.- MÉTODOS PARA REFORZAR LA BASE DEL TANQUE
•
Remover material inservible y reemplazarlo por material compacto como arena limpia, grava, piedra, etc.
•
Compactar el material suave, con pilotes o con la aplicación de cargas de tierra con facilidad de drenaje u otro material.
•
Estabilizar el material suave por medios químicos o mediante inyección de una mezcla de cemento.
4.2.4.- NIVEL DEL TANQUE
Es nivel del tanque, es la superficie sobre la cual descansará el fondo del tanque, y debe ser construido sobre un cerco que tiene las siguientes características:
50
•
Deberá tener 30.5 centímetros sobre la superficie del suelo, esto dará un buen drenaje, manteniendo el fondo del tanque seco, además de compensar pequeños asentamientos.
•
La capa final de la superficie será de 8 a 10 centímetros, de arena limpia, grava, piedra triturada en una cantidad no mayor a los 2.5 centímetros o de algún otro material similar.
•
El nivel o superficie final del fondo del tanque debe ser ligeramente cónico, se sugiere la inclinación de 1:10 como mínimo lo cual presta facilidades para el drenaje y limpieza.
•
Si el fondo del tanque es construido sobre una loza plana, se recomienda una superficie final similar a la anterior.
4.2.5.- ANILLO DE CONCRETO
El anillo de concreto es una capa de concreto que va sobre el nivel, que sirven de base para la construcción de tanques grandes con cuerpos altos, es importante la construcción de un anillo de concreto para soportar las cargas impuestas, este permitirá:
•
Distribuir de mejor forma las cargas del tanque.
•
El nivel permanecerá sólido y estable.
•
Evita la erosión de los materiales bajo los tanques.
51
El diseño del anillo de concreto debe estar bien dimensionado de tal manera que el promedio de la carga unitaria del suelo bajo la pared, sea la misma que la del resto de la tierra confinada a la misma profundidad. Se recomienda que el espesor de la pared no sea menor a 30.5 centímetros y de igual diámetro que el diámetro nominal del tanque.
Tema: Anillo de Concreto Fotografía N °: 17 Tomada por: Fernando Jibaja
4.3.- DISEÑO DEL TANQUE
El diseño básico de todos los tanque se realiza bajo los requerimientos de la norma API 650 “Welded Steel Tank for Oil Satorage” incluyendo los apéndices D, G y K si estos son aplicables. El espesor de diseño de las paredes del tanque si se almacenará petróleo se deberá basar el cálculo en la gravedad específica del agua, esto quiere decir no mayor a 1 gr. / cc. Para la construcción de un tanque que no almacena petróleo se debe realizar el mismo calculo con la gravedad específica del fluido a almacenar. 52
4.3.1.- TANQUE DE TECHO FLOTANTE CON DOBLE CUBIERTA (DOUBLE DECK)
Tratando de evitar las perdidas de por evaporación en los tanques de techo cónico, viene un progreso en el diseño, que elimina la existencia del espacio de vapor, con la creación de un techo que flota sobre el líquido. El espacio de vapor se reduce ahora a un espacio anular pequeño entre el techo flotante y el cuerpo del tanque donde se coloca un sello, aumentando la seguridad contra incendios ya que el vapor en combinación con el aire pueden provocar un incendio. La solución para este inconveniente es la presencia de flotadores, un tanque de techo flotante posee un flotador anular y una cubierta de lámina sencilla en el centro, la región entre el área del flotador y el área total, depende del tamaño del tanque y de los requerimientos de flotación. Además de aumentar la flotación, el flotador aísla del calor del sol evitando que se caliente el producto anular y la cubierta simple, puede levantarse hacia arriba dando un espacio para los vapores que se forman. Los vapores atrapados en el centro de la cubierta sirven a su vez como aislantes y son retenidos dentro hasta que la temperatura atmosférica decrece permitiendo que nuevamente se condensen. Si los productos almacenados son hidrocarburos será necesario aislar el producto del calor producido por el sol, utilizándose entonces tanques de Techos Flotantes de Doble Cubierta, que proporcionen una cámara que presta la necesaria aislamiento térmica de
53
toda la superficie de contacto, como también mayor rigidez a las deformaciones especialmente en tanques de gran tamaño. En la construcción del Techo Doble, la cubierta superior tiene una inclinación hacia el centro para permitir el drenaje del agua a la cubierta inferior, la cual fleja hacia arriba permitiendo una pendiente que parte del centro hacia los costados debido ala formación de vapores que e acumulan en el centro.
4.3.2.- CARACTERISTICAS GENERALES DEL DISEÑO
•
Propietario: Empresa dueña del tanque.
•
Servicio: Almacenamiento
•
Localización: Lugar seleccionado.
•
Tanque: Identificación y número de tanque.
•
Capacidad nominal: 100000 Bls.
•
Capacidad operacional: 96000 Bls.
•
Rata de bombeo: o Ingreso: 6000 Bls./h o Salida: 8000 Bls./h
•
Máxima temperatura de operación: 120º F
•
Producto almacenado: Petróleo
•
Densidad específica gravitacional: 19º API a 60º F
•
Presión de vapor del producto: 4.2 psig.
•
Diámetro Nominal del Tanque: 134 pies 54
•
Altura Nominal del Tanque: 42 pies
4.3.3.- NORMAS DE DISEÑO
•
Norma: API S 650
•
Techo: Double Deck
•
Carga viva en el techo: 25 lb./pie 2
•
Diseño para terremotos: zona 2.
•
Velocidad del viento: 90 millas/hora.
•
Tipo de fundición: anillo de hormigón. 55
•
Inspección de soldadura: API S 650 sección 6.
•
Prueba de Fondo y Techo: Cámara de Vacío.
4.3.4.- CONDICIONES CLIMÁTICAS
•
Temperatura
•
Coeficiente sísmico
•
Factor del viento
4.3.5.- FUNDACIONES
Como dice la norma API 650
(3 )
: “de acuerdo a resultados de los estudios realizados a
los suelos, especificar las cargas permisibles de los tanques, las tolerancias aceptables y cualquier otro dato adicional que se requiera”.
4.3.6.- PRUEBAS
•
De soldadura
•
Hidrostática
•
Vacío
•
Asentamiento
•
Recubrimiento 56
4.3.7.- DISEÑO ESTRUCTURAL
Cimentación: •
Estudio del suelo
•
Nivel
•
Anillo de concreto
•
Fundación
Diseño del tanque: •
Carga del tanque vacío
•
Carga del tanque más el volumen de agua durante las pruebas.
•
Carga del tanque más el producto.
4.3.8.- MATERIALES
4.3.8.1.- PLANCHAS
Son los elementos con los cueles vamos a conformar mediante su unión por soldadura, el fondo, cuerpo y techo del tanque y deberán sujetarse a las siguientes especificaciones:
•
ASTM 5: o A 36 Acero estructural
57
o A283 Fuerza de tensión baja e intermedia, planchas de acero al carbón para recipientes de presión grado C solamente. •
CSA 5: o 640.21 Acero de calidad estructural grado 38 W y grado 44 W
•
ASTM A 570, Aleaciones de hierro pueden ser utilizadas, si están muy bien especificadas en la orden de la persona que los adquiere, las planchas pueden ser ordenadas sobre las bases de peso o espesor, con la opinión del constructor del tanque.
4.3.8.2.- ELECTRODOS DE SOLDADURA
Los electrodos de soldadura que serán utilizados en la fabricación del tanque de almacenamiento de petróleo, conforman las series:
•
E - 60
•
E - 70
Que se ajustan para las características de la corriente eléctrica requerida y la posición de la soldadura.
58
4.4.- DESCRIPCIÓN DE CONSTRUCCIÓN
Luego de haber realizado todos los trabajos previos a esta parte del proceso, como: mejora del suelo de cimentación, preparación del nivel y adquisición de materiales, procederemos a la descripción general de cómo debemos construir un Tanque de Doble Cubierta o Double Deck de 100000 Bls., de capacidad. El tanque será armado y construido en su totalidad en sitio, quiere decir que todos los trabajos se realizaran en el lugar escogido para su construcción. La primera parte a construir
deberá ser el fondo del tanque, luego su cuerpo, y
finalizaremos con el techo del mismo.
4.5.- CONSTRUCCIÓN DEL FONDO
Esta es la parte más importante del proyecto ya que de aquí en adelante todo operación será de corte y soldadura, en la que los constructores y diseñadores del tanque deben reflejar un buen trabajo en equipo, por que no debemos olvidar que uno de los objetivos del trabajo es construir un recipiente hermético, y esta hermeticidad dependerá directamente del armaje y soldadura del tanque. Los soldadores del tanque deberán ser calificados, seleccionados, e inspeccionado su trabajo durante cada una de las operaciones realizadas, por sus supervisores, el diseño se respetará, siendo flexible en zonas que está sujetas a fuerzas de compresión en el momento de unir el fondo con el cuerpo del tanque.
59
4.6.- PROCEDIMIENTO
En el capitulo numero tres ya determinamos las características y especificaciones que deben cumplir los materiales que vamos a utilizar, en esta sección del trabajo indicaremos como se debe calcular es espesor requerido por las planchas de acero al carbón para la construcción del fondo, cuerpo y techo del tanque, que serán de distinta numeración por soportar a su vez distintas tensiones de carga.
4.6.1.- CÁLCULO DE LOS ESPESORES DE LAS PLANCHAS DEL FONDO
No todas las planchas o placas de acero en el fondo del tanque son las mismas, debemos identificar primero placas mas gruesas para formar el Fondo Anular, que es un anillo de acero que soportara el peso directamente del cuerpo del tanque, y las placas del fondo en si que serán menos gruesas por soportar el peso del liquido almacenado en este caso petróleo pesado, para esto utilizaremos una variable para los cálculos que es la gravedad específica, pero no la del fluido a almacenarse sino la gravedad específica del agua ya que es el elemento con una mayor gravedad específica que el petróleo y fácil de manejar para las pruebas de hidrostática, esta gravedad específica será igual a la unidad.
60
4.6.2.- FONDO ANULAR
La construcción de el anillo base o fondo anular se realiza uniendo por soldadura varias placas anulares llamadas así por la forma que adquiere cada una de las placas rectangulares con cortes convexos y deberá realizarse de la siguiente manera: Como dice el Párrafo 3.5.2 de la norma API
650 (4 ) : “las placas del Fondo Anular
tendrán una anchura o distancia radial mínima de 24 pulg. Y un espesor mínimo de 2 pulg. Cuando se requieran valores mayores se calcula de la siguiente manera:”
drm =
390tb drm HG ⇒ tb = 0.5 390 (HG )
Fórmula Nº: 01 Fuente: Norma API 650
Donde: Drm = Anchura o distancia radial mínima (pulg.). 390 = constante. Tb = Espesor de la plancha anular (pulg.). H = Altura máxima del nivel del fluido (pies). G = Gravedad específica del fluido (lb/pulg. 2 ).
61
Cálculo:
tb =
24 pu lg . * 504 pu lg . *1lb / pu lg .2 390
tb = 1.38 pu lg . ⇒ 35mm tb =
9 pu lg . 25
Cálculo Nº: 01 Fuente: Norma API 650
Para garantizar la integridad del tanque se considera el valor de 1 para la gravedad específica que es la gravedad específica del agua. El valor del diámetro nominal del Tanque que es 134 pies o 40.84m, lo relacionamos con los valores de Espesor Nominal de la Placa, que es de 5/16 pulg. o 8 mm. Según la siguiente tabla:
Diámetro Nominal del Tanque M Pies <15 < 50 15 < 36 50 < 120 36 < 60 120 a 200 > 60 > 200
Espesor Nominal de la Placa Mm pulg. 5 3/16 6 ¼ 8 5/16 10 3/8
Tabla Nº: 3 Elaborada por: Fernando Jibaja. Fuente: Norma API S 650 3.6 Shell Desing
Luego de obtener el espesor de la placa nominal comercial, relacionamos los datos obtenidos con la tabla de Espesores de las Placas del Fondo Anular, para determinar la resistencia de la placa a la presión y tensión generada por la prueba hidrostática, que 62
como dice el párrafo 3.5.1 de la Norma API S 650 (5 ) : “La presión que debe soportar el fondo del tanque debe se como mínimo de 160 MPa. Y una tensión de prueba hidrostática de 23200 lb.-pie/pulg.” Como lo veremos en la siguiente tabla: Espesores de las Placas del Fondo Anular Espesor de la placa Nominal Resistencia a la Prueba Hidrostática mm Mpa <=190 <=210 <=230 t <= 19 6 6 7 19 < t <= 25 6 7 10 25 < t <= 32 6 9 12 32 < t <= 38 8 11 14 38 < t <= 45 9 13 16
<=250 9 11 14 17 19
Tabla Nº: 04 Elaborado por: Fernando Jibaja
Una vez identificado el valor de la placa para la prueba hidrostática que es igual a un nivel 8 en Mpa, requeriremos este valor en lb.-pie/ pulg. 2 Mediante la siguiente tabla.
Espesores de las Placas del Fondo Anular Espesor de la placa Nominal Resistencia a la Prueba Hidrostática pulg. lb.-pie/pulg2 <=27000 <=30000 <=33000 <=36000 T <= 0,75 ¼ 1/4 9/32 11/32 0,75 < t <= 1,00 ¼ 9/32 3/8 7/16 1,00 < t <= 1,25 ¼ 11/32 15/32 9/16 1,25 < t <= 1,50 5/16 7/16 9/16 11/16 1,50 < t <= 1,75 11/32 1/2 5/8 ¾
Tabla Nº: 05 Elaborado por: Fernando Jibaja Fuente: Norma API S 650 Tabla 3.1
Luego de obtener el espesor necesario de las placas que conformarán el Fondo Anular, debemos calcular cuantas placas necesitaremos para formar dicho fondo, de la siguiente manera: 63
Cálculo del Perímetro de la Circunferencia del Tanque:
P = 2 *π * r P = 2 * 3.1416 * 67 P = 420.97 pies Fórmula y Cálculo Nº: 02 Fuente: Norma API 650
Cálculo del número de láminas requeridas:
P L arg o 420.97 pies Nº L = 31.5 pies N º L = 13.36 pies Nº L =
Fórmula y Cálculo Nº: 03 Fuente: Norma API 650
Donde: el valor de L es Standard. Conocido el perímetro que debemos cubrir, y el espesor necesitado para las placas, según la Norma ASTM A283 Gr. C. tenemos unas láminas de acero de las siguientes características:
4.6.3.- DIMENSIONES DE LA PLACAS DEL FONDO ANULAR
Espesor Ancho Largo Pulg. Pies Pies 5/16 6 31.5
Tabla Nº: 06 Elaborado por: Fernando Jibaja
64
De estos valores el único sometido a cálculo fue es espesor ya que los dos valores restantes son Standard según la Norma ASTM A283 Gr. C. Como conclusión para construir el Fondo Anular del Tanque de 100000 Bls. Necesitamos de 14 láminas con las medidas antes indicadas. Para luego proceder a dar a cada una de estas placas la forma necesaria para armar el Fondo Anular, de la siguiente manera y con las siguientes medidas:
65
4.6.4.- CORTE DE LÁMINA DEL FONDO ANULAR
Dibujo Nº: 02 Elaborado por: Fernando Jibaja
Todas las láminas que forman el Fondo Anular deberán soportar el cuerpo del tanque por lo que son de un espesor mayor, el resto de las láminas que completarán el fondo de el tanque serán de un espesor menor, recomendando un nivel menos que el calculado para reducir así el costo de la operación, siendo las dimensiones las siguientes:
4.6.5.- DIMENSIONES DE LAS PLACAS DE LA BASE
Espesor Ancho Largo Pulg.
Pies
Pies
¼
6
31.5
Tabla Nº: 07 Elaborado por: Fernando Jibaja
66
Una vez determinado el espesor de las láminas que conformarán el Fondo Anular, y la Base procederemos a realizar la unión por medio de soldadura. La forma correcta de soldar las láminas luego de ubicarlas a escala traslapadas entre sí y de ser posible tratando de ubicarlas completas para ahorrar material es: •
Dividimos al fondo del tanque luego de armar el Fondo Anular por su diámetro, para así a escala ir colocando cada una de las láminas necesarias para completar toda la superficie de la base del tanque, sin olvidar que deben ir traslapadas.
•
Las láminas del fondo con soldadura a traslape deben ser soldadas por el lado superior, esta soldadura debe ser de filete completo continuo en todas las costuras, los bordes de las láminas soldadas y ajustadas a traslape, deben tener bajo el punto de unión con el cuerpo una forma perpendicular para proveer un apoyo liso a las placas del cuerpo.
4.6.6.- DISEÑO DEL FONDO ANULAR Y BASE DEL TANQUE
Dibujo Nº: 03 Elaborado por: Fernando Jibaja
67
4.6.7.- CUADRO DE RESULTADOS
Nº LÁMINAS ESPESOR LARGO ANCHO
TABLA DE RESULTADOS FONDO ANULAR 14 5/16 pulg. 31,5 pies 6 pies
BASE 71 1/4 pulg. 31,5 pies 6 pies
Tabla Nº: 08 Elaborado por: Fernando Jibaja
4.7.- DISEÑO DEL CUERPO
Partiremos de dos parámetros fundamentales que son:
•
Capacidad Nominal
•
Diámetro Requerido
El primer parámetro se refiere al requerimiento de almacenamiento y depende de las condiciones del terreno, capacidad de almacenamiento, lugar, producto a almacenar, etc. Que determina la medida más adecuada para el segundo parámetro que es el diámetro que tendrá el tanque a ser construido. Capacidad = 0.14 D 2 H H=
Cap 0.14 D 2
Fórmula Nº: 04 Fuente: Norma API 650
68
Como la capacidad de nuestro tanque ya la conocemos que es de 100000 Bls. Procederemos con los cálculos del espesor de las placas de los Anillos, que son las placas o láminas de acero al carbón que irán conformando los pisos del tanque. Cálculo del espesor de las placas del Anillo: (no utilizar para tanques con diámetro mayor a 200 pies).
td =
2.6 * D(H − 1)G + CA Sd
tt =
2.6 * D(H − 1)G St
Fórmulas Nº: 05 y 06 Fuente: Norma API 650
Donde: Td = Espesor del diseño de la pared del tanque (pulg.). Tt = Espesor de la pared para prueba hidropática (pulg.). D = Diámetro nominal del tanque (pies). H = Altura máxima del nivel del fluido para el diseño (pies). G = Gravedad específica del líquido (lb. / pulg. 2 ). CA = Corrosión permitida (pulg.) especificado por el comprador del tanque 1/8 pulg., pared y 1/16 pulg. Techo. Sd = Esfuerzo permitido para las condiciones de diseño (lb. / pulg. 2 ). St = Esfuerzo permitido para las pruebas hidropáticas (lb. / pulg. 2 ). 2.6 = Factor de conversión. 0.85 = Factor de eficiencia.
69
4.7.1.- CONSTRUCCIÓN DE LOS ANILLOS DEL CUERPO
Si la altura nominal del tanque H, es igual a 42 pies, y si la anchura nominal de cada placa, lámina o plancha de acero al carbón es de 6 pies, entonces necesitaremos de 7 pisos de placas para cubrir la altura requerida. Los anillos del tanque son como las paredes de un edificio, deben tener mayor consistencia en la base para seguir elevando la construcción lo que en el caso del tanque se llamará de aquí en adelante erección del tanque, por lo que a cada sección de placas de cada anillo, se le realizará un cálculo de resistencia a prueba hidrostática y espesor de diseño, para determinar cual es el espesor necesario para cada una de la placas de cada anillo del tanque y poder relacionar estos valores con los espesores comerciales existentes en el mercado. Cálculo del espesor del Anillo con prueba hidrostática:
tt = Primer anillo:
2.6 * D (H − 1)G St
2 . 6 * 134 pies (42 pies − 1 pie )1 tt =
lb pu lg . 2
lb 0 . 85 * 24500 pu lg . 2
= 0 . 6859 pu lg .
Segundo Anillo: Consideración: D (H2 – H1) 2 . 6 * 134 pies (42 pies − 6 pie )1 tt = 0 . 85 * 24500
lb pu lg . 2
lb pu lg . 2
= 0 . 6022 pu lg .
Fórmula y Cálculo Nº: 06 Fuente: Norma API 650
70
Pág. 02 Tercer anillo: Consideración: H (H3 – (H1+H2))
2.6 *134 pies(42 pies − 12 pie)1 tt =
lb pu lg .2
lb 0.85 * 24500 pu lg .2
= 0.5018 pu lg .
Cuarto Anillo: 2.6 *134 pies (42 pies − 18 pie )1 tt =
lb pu lg . 2
lb 0.85 * 24500 pu lg . 2
= 0.4015 pu lg .
Quinto Anillo: 2.6 * 134 pies(42 pies − 24 pie )1 tt =
lb pu lg . 2
lb 0.85 * 24500 pu lg . 2
= 0.3011 pu lg .
Sexto Anillo: 2.6 * 134 pies(42 pies − 30 pie )1 tt =
lb pu lg . 2
lb 0.85 * 24500 pu lg . 2
= 0.2007 pu lg .
Séptimo Anillo: 2.6 * 134 pies(42 pies − 36 pie )1 tt =
lb pu lg . 2
lb 0.85 * 24500 pu lg . 2
= 0.1003 pu lg .
Fórmula y Cálculo Nº: 06 Fuente: Norma API 650
71
Pág. 03
Cálculo del diseño del Anillo: td =
2.6 * D(H − 1)G + CA Sd
Primer Anillo: 2.6 * 134 pies(42 pies − 1 pie )1 td = 20000
lb pu lg . 2
lb pu lg . 2
+
1 = 0.8392 pu lg . 8
+
1 = 0.7521 pu lg . 8
+
1 = 0.6476 pu lg . 8
+
1 = 0.5430 pu lg . 8
Segundo Anillo: 2.6 * 134 pies(42 pies − 6 pie )1 td = 20000
lb pu lg . 2
lb pu lg . 2
Tercer Anillo: 2.6 * 134 pies(42 pies − 12 pie )1 td = 20000
lb pu lg . 2
lb pu lg . 2
Cuarto Anillo: 2.6 * 134 pies(42 pies − 18 pie )1 td = 20000
lb pu lg . 2
lb pu lg . 2
Fórmula y Cálculo Nº: 06 Fuente: Norma API 650
72
Pág. 04 Quinto Anillo: 2.6 * 134 pies(42 pies − 24 pie )1 td = 20000
lb pu lg . 2
lb pu lg . 2
+
1 = 0.4385 pu lg . 8
+
1 = 0.3340 pu lg . 8
+
1 = 0.2295 pu lg . 8
Sexto Anillo: 2.6 * 134 pies(42 pies − 30 pie )1 td = 20000
lb pu lg . 2
lb pu lg . 2
Séptimo Anillo: 2.6 * 134 pies(42 pies − 36 pie )1 td = 20000
lb pu lg . 2
lb pu lg . 2
Fórmula y Cálculo Nº: 06 Fuente: Norma API 650
Tema: Construcción del Cuerpo Fotografía N °: 18 Tomada por: Fernando Jibaja
73
4.7.2.- CUADRO DE RESULTADOS
TABLA DE RESULTADOS ESPESOR CALCULADO ESPESOR COMERCIAL PRUEBA DISEÑO ESPESOR HIDROSTÁTICA DEL ANILLO ANILLO FRACCIÓN Nº ANILLO 1 2 3 4 5 6 7
pulg. 0,6859 0,6022 0,5018 0,4015 0,3011 0,2007 0,1003
pulg. 0,8392 0,7521 0,6476 0,543 0,4385 0,334 0,2295
pulg. 0,875 0,75 0,625 0,5 0,4375 0,3125 0,3125
Pulg. 7/8p 3/4p 5/8p 1/2p 7/16p 5/16p 5/16p
Tabla Nº: 09 Elaborado por: Fernando Jibaja.
74
4.7.3.- DISEÑO DEL CUERPO COMPLETO
Numeración de placas
Dibujo Nº: 04 Elaborado por: Fernando Jibaja
75
4.8.- CONSTRUCCIÓN DEL TECHO
El techo del tanque de 100000Bls. Para almacenamiento de petróleo pesado, será la parte de la construcción con mayor grado de dificultad, por ser un techo de Doble Cubierta, que impide la evaporación de los productos mas volátiles que pueda contener dicho petróleo (19 º API a 60 º F).
Tema: Construcción del Techo Fotografía N °: 19 Tomada por: Fernando Jibaja
4.8.1.- CONSIDERACIONES
•
Tipo de Techo Flotante: Doble Cubierta (double Deck).
•
Carga Viva sobre el Techo: 25 lb. / pie 2
•
Espesor de las Placas del Techo: 3/16 pulg.
76
•
Espesor mínimo de los elementos estructurales: 0.17 pulg. como dice el párrafo 3.10.2.4 de la Norma API S 650 (10 ) : “Los elementos estructurales del interior y exterior del tanque deberán tener un espesor mínimo de 0.17 pulg. en cualquier componente, para prever corrosión.”
4.8.2.- CONDICIONES DEL TECHO
Necesarias para determinar las características de flotabilidad del techo basadas en la dimensión del diámetro del techo del tanque y las condiciones de la sección del sello, que como dice el apéndice C, párrafo 3.4.1 de la Norma API 650 (11) : El techo debe flotar en un líquido con gravedad específica de 0.7 lb./ pulg. 2 , bajo las siguientes condiciones:
•
El techo debe flotar con una carga de 10 pulg. de agua por un período de 24 horas.
•
El Techo debe flotar con por lo menos dos compartimentos adyacentes llenos de agua (C1).
Estas condiciones nos permitirán realizar el cálculo bajo los requerimientos mínimos de operación que el tanque necesita.
77
Como dice el párrafo C.3.3.1 de la Norma API 650 (12 ) : “Un tan/que con techo flotante que trabaja con petróleo crudo, en su diseño no debe dejar espacio libre, entre el techo y la superficie del líquido para evitar la presencia de mezclas aire-vapor (C1).” Como dice el párrafo C.3.3.2 de la Norma API S 650 (13 ) : “A menos que se especifique por el comprador del tanque, las especificaciones de las placas del techo, serán: 3/16 pulg. De espesor y soportar una presión de: 7.65 lb./ pie 2 .
Cálculos: D = 131.69 pies Espesor de las Placas = 3/16 pulg. Y 7.65 lb./ pulg. 2
Peso de las Cubiertas (Deck): Área = A = π * r 2 ⎛ 131 .69 pies ⎞ Área = A = 3 .1416 * ⎜ ⎟ 2 ⎝ ⎠ 2 Área = A = 13620 .6 pies
2
lb . pie 2 Peso = 104197 .6lb . Peso = A * 7 .65
Peso _ Total = 104197 .6 * 2 Peso _ Total = 208395 .2lb .
Fórmula Nº: 07 Fuente: Norma API 650
78
Peso de las divisiones circunferenciales y divisiones de los pontones:
D1 = 117.26 pies.
H1 = 2.13 pies.
D2 = 32.39 pies.
H2 = 1.80 pies.
División de los Pontones: Son 32 pontones con un espesor de 3/16 pulg. por cada una de las placas, esto es igual a 35.0 pies 2 .
Peso de división 1 (D1): Perímetro (P1) = P1 = 2 * π * r P1 = 2 * 3.1416 *
117.26 pies 2
P1 = 368.4 pies.
Área = A = P1 * H 1 A = 368.4 pies * 2.13 pies. A = 784.7 pies 2 Peso D1 = Peso = Apie 2 * 7.65
lb. pie 2
Peso = 784.7 pie 2 * 7.65
lb. pie 2
Peso = 6002.9lb. Fórmula y Cálculo Nº: 08 Fuente: Norma API 650
79
Pág. 02 Peso de división 2 (D2): Perímetro (P2) = P1 = 2 * π * r P1 = 2 * 3.1416 *
32.39 pies 2
P1 = 101.8 pies.
Área =
A = P2 * H 2 A = 101.8 pies *1.80 pies. A = 183.24 pies 2
Peso D2 =
Peso = Apie 2 * 7.65
lb. pie 2
Peso = 183.24 pie 2 * 7.65
lb. pie 2
Peso = 1401.8lb.
Fórmula y Cálculo Nº: 08 Fuente: Norma API 650
Peso de la división de los Pontones: Area = A = 35 pie 2 * 32 pontones = 1120 pies 2 lb. Peso = 1120 pies 2 * 7.65 = 8568lb. pie 2
80
Pesos adicionales como vigas, ángulos de rigidez, olla de drenaje, soportes del techo, accesorios, tuberías, etc. Serán de un valor distinto en cada construcción individual de un tanque, ya que sus dimensiones varían por la capacidad volumétrica del tanque y su diámetro, razón por la cuál no podemos definir exactamente los pesos así que daré un peso aproximado.
Peso Total Adicional:
60338,5lb.
TABLA DE RESULTADOS CALCULOS DE PESOS EN EL TECHO 208395,2lb. Peso de las Cubiertas 6002,9lb. Peso de la División 1(D1) 1401,8lb. Peso de la División 2(D2) 8568lb. Peso de División de Pontones 60338,5lb. Pesos Adicionales Peso Total del Techo
284706,4lb.
Tabla Nº: 10 Elaborado por: Fernando Jibaja
Calculado el peso total del Techo, debemos realizar los cálculos para las pruebas especificadas por la norma en la cual hay que sumarle al peso total calculado el adicional de 10 pulg. De agua sobre el techo que estarán contenidas en el volumen de un cono de 7.08 pulg. De altura y un cilindro de 2.9 pulg. De altura por lo que tenemos:
Diámetro del techo: 131.69 pies. (40.14 m.). Altura del Cono:
0.6 pies. (7.08 pulg.); (0.18 m).
Altura del Cilindro: 0.246 pies. (2.9pulg.); (0.075m).
81
Cálculo del Volumen del Cono = Vco =
π 3
* r 2 * Hco 2
Vco =
3.1416 ⎛ 40.14m ⎞ *⎜ ⎟ * 0.18m 3 ⎝ 2 ⎠
Vco = 75.93m 3
Cálculo del Volumen del Cilindro =
Vci = π * r 2 * Hci 2
⎛ 40.14m ⎞ Vco = 3.1416 * ⎜ ⎟ * 0.075m ⎝ 2 ⎠ Vco = 94.90m 3 V = Vco + Vci V = 75 .93 m 3 + 94 .90 m 3 V = 170 .83 m 3
Cálculo del Peso del Agua =
ρ=
M ⇒ M = ρ *V V
Kg * 170.83m 3. 3 m . M = 170830 Kg (375826lb.) M = 1000
Fórmulas y Cálculos Nº: 09, 10, 11 Fuente: Norma API 650
Recordando que la norma exige una condición de flotabilidad con dos compartimentos contiguos llenos de agua tenemos: como el techo del tanque será diseñado con 32 pontónes, el volumen de cada uno de ellos es de 23 m 3 . Y por seguridad consideramos los pontones de los compartimentos que se encuentren más próximos al centro del techo entonces tenemos:
82
R1 = 9.87m Hmed = 0.5m V =π *r2 * H V = 3.1416 * (9.87m ) * 0.5m 2
V = 153.02m 3 / 2( D1) V = 76.51m 3 (7.651kg ); (16.83lb.). Fórmula y Cálculo Nº: 12 Fuente: Norma API 650
Por lo tanto para el cálculo de la flotabilidad del techo tomaremos un valor igual a la suma del peso total calculado más el peso calculado de las 10 pulg. De agua sobre el techo más el peso de dos compartimentos llenos de agua, dando los siguientes valores:
4.8.3.- CUADRO DE RESULTADOS
TABLA DE RESULTADOS Peso total Calculado
284706,4lb.
Peso de 10 pulg. de agua
375826.0lb.
Peso para Flotabilidad Peso Final
16.8lb. 660549.2lb.
Tabla Nº: 11 Elaborado por: Fernando Jibaja
83
Cálculo de la Línea de Flotabilidad:
Siendo H la altura que quedará sumergida, tenemos que el peso total que actúa sobre el techo debe ser igual al peso del volumen del líquido desalojado, siendo la gravedad específica de este igual a la unidad.
1)V = A * H M 2)V =
ρ
1= 2 A* H =
3) H =
H=
M
ρ
⇒H =
M ρ*A
M ρ *π * r 2 300249.6 Kg . 2
Kg ⎛ 40.14m ⎞ 1000 3 * 3.1416 * ⎜ ⎟ m ⎝ 2 ⎠ H = 0.2373m(0.78 pies); (10.88 pu lg .)
Fórmula y Cálculo Nº: 13 Fuente: Norma API 650
Por lo tanto el techo diseñado quedará sumergido en el fluido 10.88 pulg. (23cm), bajo las condiciones de cálculo consideradas.
84
4.9.- DISEÑO DEL TECHO DE DOBLE CUBIERTA
Dibujo Nº: 05 Elaborado por: Fernando Jibaja
4.10.- ACCESOS Y ACCESORIOS
Luego de describir la forma de cómo se debe construir un tanque de almacenamiento para petróleo pesado, continuaremos con la adecuación del mismo, en otras palabras el tanque necesitará de acceso para los operadores, técnicos, ingenieros que requieran trabajar en dichos tanques, además de accesorios, que permitirán el buen funcionamiento del tanque durante las operaciones del mismo. Los tanques de techo flotante son equipados con accesos normalizados para su funcionamiento en condiciones normales, los cuales son: •
Escaleras y Plataformas
•
Drenajes
•
Venteos Automáticos 85
•
Soporte del Techo
•
Medidor Automático
•
Entrada de Hombre
4.10.1.- ESCALERAS Y PLATAFORMAS
4.10.1.1.- ESCALERA HELICOIDAL
Son las escaleras que permiten la ascensión desde la base del tanque hasta el borde superior del mismo, donde se conecta con la escalera rodante. Ubicada helicoidalmente alrededor del tanque, con una inclinación de cuarenta y cinco grados (45º), que brinda todas las facilidades para su uso, por parte de operadores. Estas escaleras son fabricadas en taller y ubicadas en su sitio permanente por medio de soldadura.
86
Tema: Escalera Helicoidal Fotografía N °: 20 Tomada por: Fernando Jibaja
4.10.1.2.- ESCALERA RODANTE
Permite un fácil acceso desde el borde superior del tanque, hasta la parte superior de la primera cubierta del tanque. Su extremo superior se encuentra montado sobre un pivote que le permite girar sobre una plataforma a la que se encuentra sujeta. Su parte inferior consta de un riel que se monta en esta cubierta y que funciona a la par con el nivel del fluido contenido en el tanque, de tal forma que ascenderá o descenderá de acuerdo a la funcionalidad del tanque, entiéndase al nivel que el fluido contenido en el tanque determine, con un ángulo de inclinación de la escalera de hasta setenta y cinco grados (75º).
87
Tema: Escalera Rodante Fotografía N °: 21 Tomada por: Fernando Jibaja
4.10.2.- DRENAJES
4.10.2.1.- DRENAJES DEL TECHO
Estos drenajes son los encargados de remover el agua proveniente de la escorrentía o lluvia que se deposita en el techo del tanque y tenemos los siguientes:
4.10.2.2.- DRENAJES ABIERTOS
Ubicados en el centro del techo, compuestos de un tubo simple, abierto con un filtro en su parte superior, el agua recolectada es drenada por medio de válvulas operadas manualmente.
88
Tema: Olla de Drenaje del Techo Fotografía N °: 22 Tomada por: Fernando Jibaja
4.10.2.3.- DRENAJES DE SIFÓN
El uso de estos drenajes se condiciona a productos con gravedad específica de 0.85 gr o menor rango. cm 3
Teóricamente se podría utilizar un tubo largo para productos más pesados sin embargo se necesita elevar la posición mínima a la que puede trabajar el techo.
4.10.2.4.- DRENAJES CON TUBOS CON CODOS ARTICULADOS
Este sistema de drenaje provee una mejor eficiencia en su función, ya que los tubos de drenaje con codos llevan el agua desde el techo flotante hacia el exterior del tanque sin que el agua entre en contacto con el producto almacenado.
89
Dibujo Nº: 06 Tema: Manguera con Codos Articulados
4.10.2.5.- MANGUERAS FLEXIBLES
Estas mangueras son diseñadas con caucho sintético para manejar los hidrocarburos además de poseer una espiral de varilla acero como refuerzo, y son usadas para drenar el agua del techo. Existe una válvula de retención en el extremo del drenaje que da al techo, esta válvula tiene el objetivo de evitar que el producto inunde el techo, debido a fugas en el tubo o en la manguera.
Tema: Manguera Flexible Fotografía N °: 23 Tomada por: Fernando Jibaja
90
4.10.3.- VENTEOS AUTOMÁTICOS
Tienen que ser instalados en todos los tanques de techo flotante, los cuáles permiten la salida del aire cuando este comienza a llenarse, luego de que el fluido alcanza e nivel suficiente para levantar el techo, estos se cierran automáticamente justo antes de que los soportes del techo toquen el fondo ya que los vástagos de los venteos son mayores que los soportes, permitiendo que entre aire hasta alcanzar el equilibrio de presión dentro y fuera del techo y evitando que este sufra daños por diferencia de presiones.
Tema: Venteos Automáticos Fotografía N °: 24 Tomada por: Fernando Jibaja
4.10.3.1.- VENTEOS DE LA CORONA
Algunas veces se proporciona venteos en la corona para desalojar cualquier vapor que pudiera acumularse en el espacio de la corona.
91
4.10.4.-SOPORTES DEL TECHO
Son necesarios para mantener el echo flotante a una altura mínima de fondo, de tal manera que no dañe las instalaciones que se encuentran en el techo y bajo el, como drenaje y flotadores interiores. También permiten fácil acceso al interior del tanque para limpieza y mantenimiento. Son diseñados y espaciados de tal manera que soportan el techo del tanque con una carga uniforme de 25 lb./pie 2 , deben soldarse placas de apoyo al fondo del tanque para cada soporte para que la carga se distribuya de manera mas uniforme. Son construidos de tubo y tienen dos posiciones, una posición inferior a unos 2 pies 6 pulg. Sobre el fondo del tanque y una posición de 6 pies para cuando se requiera entrar en el tanque para limpieza. Existe el suficiente número de soportes para distribuir adecuadamente el peso del techo.
Tema: Pata o Soporte del Techo Fotografía N °: 25 Tomada por: Fernando Jibaja
92
4.10.5.- MEDIDORES AUTOMÁTICOS DE FLOTACIÓN
Deben ser instalados en un tubo de flotación para poder medir el nivel libre del líquido, los flotadores se encuentran conectados a la cinta de medición mediante un clavo de acero de 1/15 décimas de pulg. Para disminuir el error que se produce por la fuerza del viento a que está expuesta.
4.10.6.- VIGAS DE REFUERZO CONTRA EL VIENTO
Debido a que los tanques de techo flotante son generalmente tanques abiertos, la parte superior de la pared del tanque tiene que ser reforzada con una viga contra el viento para el caso de que pueda haber vendavales muy intensos. El tamaño de esta viga de refuerzo dependerá del tamaño del tanque, en algunos casos se la emplea como un corredor.
4.10.7.- SELLOS DE TECHO
El espacio entre la zona rígida del techo flotante y la pared del tanque se cierra por medio de un sello. El ello consiste en un anillo de metal, el fondo del cual permanece bajo la superficie del líquido.
93
Para cerrar el espacio entre el anillo sellante y el borde del techo flotante se emplea un tejido revestido de caucho sintético a prueba de la intemperie y hermético a los vapores, existen diferentes tipos de sellos, los más comunes son:
4.10.7.1.- SELLO DE ZAPATA MECÁNICA
Se encuentra entre la pared del tanque y la zona rígida del techo flotante, consta de una zapata que se desliza en contacto con la pared del tanque forzada con un resorte de compresión que está conectado entre el pontón y la zapata.
4.10.7.2.- SELLO DELTA
Este sello está formado por una cubierta de caucho sintético, que envuelve un colchón de espuma de poliuretano, la cual tiene una dimensión adecuada para ejercer la presión suficiente entre el techo flotante y la pared del tanque y de esta forma asegurar en perfecto sellado.
4.10.7.3.- ENTRADA HOMBRE (MAN HOLE)
Las entradas de hombre están ubicadas en la parte inferior de la estructura del tanque, las dimensiones y tamaños de los man hole del cuerpo deberán ser de acuerdo con la capacidad volumétrica y diámetro del tanque, existen dos tipos de man hole el primero 94
para uso estricto de la entrada y salida del personal operativo y de limpieza de forma circular que es soldado sobrepuesto a una de las láminas, ligeramente sobre la superficie y con una tapa empernada que se abrirá solo en operaciones de mantenimiento y limpieza.
Tema: Man Hole Fotografía N °: 26 Tomada por: Fernando Jibaja
Y otros en forma de una u invertida llamada puerta de limpieza o flush type que se utilizan únicamente para desalojar el sedimento acumulado durante el funcionamiento del tanque y sus operaciones diarias, llamado también man hole catedral por su forma, a la salida de este orificio, tenemos un drenaje que conduce el agua y los sedimentos lejos del tanque:
Tema: Flush Type Fotografía N °: 27 Tomada por: Fernando Jibaja
95
CAPÍTULO V
5.- PRUEBAS DE TANQUES
Estas pruebas se las debe realizar durante el transcurso de la construcción del tanque, y tanto al finalizar como durante las operaciones de mantenimiento del tanque, su objetivo es determinar características como: calidad del material, soldadura, resultados de las pruebas hidrostáticas, verificar el asentamiento de las bases y su capacidad portante, asegurar la estanqueidad de los tanques y asegurar la resistencia del conjunto antes de que entre en funcionamiento.
5.1.1.- PRUEBAS DE CALIDAD DE MATERIAL
Todo material debe cumplir con las especificaciones como dice el apéndice 3 de la Norma ASTM:
•
A36
•
A283
96
5.1.2.- CONROL DE LA PLACAS DE ACERO
El manejo adecuado de las placas de acero al carbón debe realizarse de la siguiente manera: •
Al recibir la placas revisar lo reportes y certificados del fabricante, para evitar perdidas de tiempo y entrega errónea de producto.
•
Revisar las características químicas y físicas de acuerdo a los requerimientos y las especificaciones.
•
Verificar el espesor de las placas.
•
Verificar que las placas no presenten defectos superficiales en su área y bordes que puedan afectar su espesor.
•
Comprobar la cuadratura de las placas y exactitud de los cortes.
•
Revisar biseles terminados.
5.1.3.- PRUEBAS DE SOLDADURA
Esta es quizá la prueba de mayor importancia a la que se somete el tanque ya que la soldadura de todas sus partes correctamente elaborada dará la hermeticidad requerida al tanque, por lo que le daré un especial detalle a esta sección del trabajo.
97
5.1.3.1.- CONTROL DE SOLDADURA
Existen varios tipos de pruebas para el control de soldadura:
•
Método radiográfico (practicado en el cuerpo del tanque).
•
Método de Líquidos Penetrantes (practicado en la unión del fondo con el cuerpo del tanque).
•
Método Visual (practicado en el fondo del techo y cuerpo).
•
Método de Vacío (practicado en la soldadura de las placas del fondo).
Todos los métodos utilizados serán aprobados por el inspector de soldadura bajo las regulaciones de API S 650.
5.1.3.2.- MÉTODO VISUAL
Es el más antiguo y trata de encontrar, mediante observación directa de la estructura, sistemas, componentes, dimensiones, aspectos superficiales, grado de acabad, existencia de defecto superficiales, fugas, e incluso revisión visual de ensayos anteriores, con la finalidad de encontrar fugas.
98
Dibujo Nº: 07 Fuente: Curso de Tanques (Guayaquil 2005)
5.1.3.3.- MÉTODO DE LÍQUIDOS PENETRANTES
Determina defectos como, rajadura, porosidades, etc. Revelando los escapes existentes, se aplica en superficies no absorbentes, es de bajo costo y de fácil interpretación. Las partes se deben limpiar previamente y luego de realizada la prueba, ya que la presencia de manchas dará lugar ala mala interpretación de los resultados. Las pruebas pueden ser realizadas con dos tipos de líquidos penetrantes, el primero para luz visible y el segundo para luz ultravioleta. Esta prueba se la realiza al fondo del tanque por su facilidad, el líquido penetrante se aplica a las juntas en forma de baño o flujo y se deja reposar por quince o treinta minutos, utilizando diesel como líquido penetrante. En una segunda etapa se limpia la junta y se deposita una cantidad determinada de diesel por unas cuatro horas para determinar la presencia o no, de fugas al exterior del tanque, para poder así realizar reparaciones.
99
5.1.3.4.- MÉTODO DE VACÍO
También usado para verificar las juntas del fondo del tanque, todas las juntas son empapadas con agua jabonosa para luego con una campana de vacío que soporte una depresión no menor a 2 lb./pulg. 2 Provocando un vacío al interior de la campana, con esto si se aprecia la presencia de burbujas, concluiremos la existencia de porosidades, rajaduras, o fuga, que serán marcadas para su reparación.
Dibujo N º: 08 Fuente: Curso de Tanques (Guayaquil 2005)
5.1.3.5.- MÉTODO RADIOGRÁFICO
Es una técnica de inspección que usa las propiedades de1os rayos “X” asociada al uso de ultrasonido, que al propagarse a través de los materiales genera un registro que es captado por una película radiográfica que muestra la condición de la soldadura por su 100
interior, ya que las juntas soldadas a tope entre placas tiene que ser soldada con penetración total y fusión completa. Por lo que las pruebas radiográficas serán realizadas de acuerdo al espesor a ser inspeccionado, es decir de acuerdo al espesor de las placas soldadas, estas medidas varían de entre, radiografías para placas que sean de una dimensión mayor a una pulgada (> 1 pulg.), radiografías para placas con espesor entre tres octavos de pulgada y una pulgada (3/8 pulg. – 1 pulg.), y placas con una espesor menor a tres octavos de pulgada (< 3/8 pulg.). Esta inspección se la realiza en todas las juntas horizontales y verticales de la siguiente manera: juntas verticales, la prueba radiográfica se la debe realizar en la totalidad de la superficie del primer anillo, es decir una revisión del cien por ciento (100%), de las juntas soldadas, y en los siguientes anillos, esta revisión se la debe realizar como mínimo una junta por cada placa revisada, incluyendo la intersección con la horizontal o el ángulo recto, y para las juntas horizontales se debe tomar radiografías en las placas ubicadas en los primeros diez pies (10 pies), de una junta horizontal completa, del mismo tipo y espesor y luego cada doscientos pies (200 pies).
5.1.4.- PRUEBAS HIDROSTÁTICAS
Su propósito es verificar la resistencia de la base bajo el efecto de la carga del producto almacenado, y verificación completa de la estanqueidad de la obra, además de la flotabilidad del techo.
101
Esta prueba consiste en llenar de agua al tanque, controlar la estanqueidad del conjunto y asegurarse de la resistencia del mismo, del buen funcionamiento del techo flotante, asentamiento y resistencia de la base. Estas pruebas son realizadas antes de colocar o aplicar el revestimiento al tanque, instalar tuberías, y antes de realizar protección interior y exterior. Las pruebas se realizan después de terminada la soldadura, pruebas de soldadura, pruebas de vacío y radiografía, el tanque es llenado con agua para verificar:
•
Que no exista presencia de fugas, que pueden ser producto de fisuras, acoples mal ubicados o generadas por la presión que ejerce el líquido de prueba en el interior del tanque.
•
También se verifica el asentamiento del tanque sobre sus cimientos ya que estos deben soportar el peso máximo del agua, sin generar un hundimiento o desnivel.
•
Y por último comprueba la verticalidad o estanqueidad del tanque que no debe rebasar los tres grados de inclinación (3º).
102
Dibujo N º: 09 Fuente: Curso de Tanques (Guayaquil 2005)
5.1.5.- PRUEBAS DE ASENTAMIENTO
Estas pruebas son necesarias para controlar que no exista deformación en el cuerpo del tanque, es decir controlar que el tanque no deje de ser un cuerpo cilíndrico vertical y redondo en su base. De lo contrario se podrían presentar ondulaciones. Estas ondulaciones serían el producto de la inestabilidad del asentamiento o pérdida de nivel en la base del tanque, ya que esta base esta compuesta generalmente con material suave y son sensibles al incremento del peso del tanque cuando el fluido de prueba es colocado. Se debe recoger testigos del suelo para analizarlos y si es necesario se debe mejorar la base a ser utilizada, con la adición de material mas compacto y si es necesario la construcción de un nivel o fundición. De lo contrario sin los resultados de estas pruebas se pueden generar: 103
•
Rupturas en el fondo del tanque.
•
Rupturas en el cuerpo.
•
Rupturas en la unión entre el fondo y el cuerpo.
•
Deformaciones.
•
Mal funcionamiento del techo.
5.1.6.- PRUEBA DE RECUBRIMIENTO
Estas pruebas determinan la calidad del recubrimiento de pintura al tanque, este recubrimiento será realizado por tres oportunidades, es decir tendremos que colocar tres capas de pintura. La prueba consiste en medir el espesor de las diferentes capas de pintura en estado húmedo
y
seco
respectivamente,
mediante
métodos
ópticos
y
magnéticos
respectivamente. La medición de una capa de pintura húmeda se la realiza en una superficie pequeña del tanque para evitar así desperdicio y errores mayores, evitando también la evaporación de productos volátiles que puedan provocar incendios. Se debe medir el espesor de la capa de pintura que variará de 0.1575 pulg. (4 mm), a 0.3150 pulg. (8 mm), utilizando un medidor de rueda que tiene tres líneas de rebordes a diferentes niveles los cuales al pasar el rodillo por la superficie húmeda toman una muestra de pintura y marcan el espesor en sus rebordes, y también podemos utilizar un peine, que al igual que el rodillo tiene peines a diferentes niveles que miden el espesor de la capa de pintura, se la mide para poder determinar el espesor aproximado que tendrá la capa al secarse totalmente. 104
Luego de terminado e trabajo de pintado y completamente secas las capas de pintura individualmente se procede a realizar nuevas revisiones del espesor del recubrimiento, pero ahora con aparatos magnéticos, que mediante la emisión de hondas atraviesan la capa de pintura, y chocan con el fondo metálico midiendo el tiempo de tránsito determinando así el espesor final y real del trabajo de recubrimiento. El recubrimiento que utilizará un tanque como el del ejemplo será 0.1969 pulg. (de 5 mm).
5.1.7.- PRUEBAS DE CAMPO
Las pruebas de campo son la puesta en práctica de todas las pruebas anteriormente mencionadas de acuerdo al orden que se requiera en el proceso.
5.1.8.- PRUEBA DE TANQUE
Se la realiza con el contratista y el dueño del tanque, que apreciarán personalmente los procedimientos seguidos y resultados obtenidos.
5.1.8.1.- FONDO
Esta prueba es parte de las pruebas hidrostáticas, para realizarla se construye un borde con tierra o arena de cincuenta centímetros (50 cm.), de altura, para luego llenar con 105
agua el fondo del tanque, el nivel que alcanzará el agua es de quince a veinte centímetros (15 – 20 cm.), para de este modo poder observar si existe algún indicio de fuga que será identificada, en todos los puntos donde se presente humedad, se señalara el lugar para luego proceder a su corrección, hasta que no existan porosidades. Luego se realiza una segunda prueba cuando el fondo y el primer anillo del cuerpo estén totalmente soldados, esta se realizara con un llenado de mínimo seis pulgadas (6 pulg.), o con campana de vacío, de presentarse fugas, la reparaciones pertinentes serán avaladas por el constructor y el dueño del tanque
5.1.8.2.- BASES
Las pruebas en los cimientos del tanque deben realizarse en conjunto con la pared del tanque. El dueño del tanque durante la prueba hidrostática puede ir registrando y observando datos de las bases, para este propósito se toma alturas de referencia a una cota de puntos permanentes en la circunferencia del tanque, las cuales deberán ser registradas y tomadas antes y durante la prueba hidrostática, y tabular los datos obtenidos posteriormente. En tanques con cimientos firmes, la prueba debe realizarse llenando el tanque con una taza máxima de 1 pie/h, el nivel de agua se mantiene sobre los 15 pies desde la base, y luego incrementamos el nivel del agua manteniendo el mismo caudal con intervalos de 10 pies sucesivamente hasta alcanzar el nivel máximo de llenado del tanque.
106
En tanque con suelos regulares, se debe ir llenando el tanque con una taza de 1 pie/h, hasta que el nivel de fluido llegue a 15 pies, este nivel se mantendrá por 24 horas, par luego de pasado este tiempo proceder a tomar las lecturas, de altura antes mencionadas. Si se observa estabilidad se continúa con la prueba, manteniendo la misma taza durante 24 horas con incrementos de nivel de 10 pies hasta llegar al nivel máximo de llenado del tanque. Si se observa un cambio rápido en el nivel de la base, la taza se reduce a 6 pies/h, y con incrementos de nivel de 5 pies, durante un tiempo de 24 horas de prueba hasta el llenado máximo. La taza mínima de llenado del tanque para la prueba hidrostática e de 3 pies/h. Si el tanque durante la prueba presenta alguna distorsión, la prueba será suspendida y se analizará las causas y posible soluciones para luego de implementadas, continuar con las pruebas. Hay que tratar en lo posible de realizar un buen anillo de concreto para evitar estas reparaciones que no dejan de ser perjudiciales para el tanque, por la complejidad de su implementación. Se debe realizar cualquier tipo de corrección cuando la distorsión del plano del tanque es mayor a 1 pulg. en 60 pies del perímetro del tanque.
107
CAPÍTULO VI
6.1.- SEGURIDAD AMBIENTAL
Dentro de la Industria Petrolera el manejo de este tipo de productos conlleva una gran responsabilidad para los técnicos encargados de la actividades de cada uno de los equipos que transportan, almacenan, distribuyen, etc. Petróleo y sus derivados, para lo cuál existen leyes que regularizan estas actividades tanto para compañías nacionales y extranjeras.
6.2.- REGLAMENTO AMBIENTAL
Como dice
El Reglamento Ambiental Para Operaciones Hidrocarburiferas en el
Ecuador (RAOHE), capítulo de Almacenamiento, Transporte y Comercialización de Petróleo y Derivados: “Art. 48.- Para tanques de almacenamiento de Petróleo y sus derivados se deberán observar las siguientes disposiciones (14 ) :
1. Los tanques o grupos de tanques de almacenamiento de crudo y sus derivados dispondrán de un cubeto debidamente impermeabilizado cuya capacidad sea del 110 % del volumen del tanque mayor, estas plataformas deberán contar con un sistema de drenaje para aguas de escorrentía.
108
2. El área deberá estar provista de cunetas y sumideros interiore que permitan e fácil drenaje, cuyo flujo deberá controlarse con una válvula o brazo basculante ubicado en el interior del recinto que permitirá la rápida evacuación de las aguas lluvia o hidrocarburos que se derramen en una emergencia y deberá estar conectada a un sistema de tanques separadores. 3. En cada grupo de tanques deberá existir una separación mínima igual al ¼ de la suma de sus diámetros, a fin de generar la debida seguridad. 4. Los tanques de almacenamiento de petróleo y derivados deberán ser protegidos contra corrosión a fin de evitar daños que puedan causar filtraciones de petróleo o derivados que contaminen el ambiente. 5. Se realizará inspecciones periódicas a los tanques de almacenamiento para prevenir y controlar fugas del producto y evitar contaminación del subsuelo. 6. Todo tanque estará dotado de una tubería de ventilación que se colocará preferentemente en áreas abiertas para evitar la concentración o acumulación de vapores y la contaminación del aire.
El diseño, fabricación y montaje se lo realizará de acuerdo a las mejores prácticas de ingeniería dando cumplimiento estricto de los códigos y normas aplicables de: API, ASTM, ASME. Todos los tanques deberán ser probados in-situ hidrostáticamente con agua limpia para verificar su hermeticidad previa a su utilización.
109
6.3.- SEGURIDAD INDUSTRIAL
La seguridad industrial es fundamental en tanques de almacenamiento y constituye uno de los objetivos principales, el riesgo de incendio es un elemento importante en la selección de tipo de almacenamiento para grandes volúmenes de petróleo, las perdidas que se provocan cuando se quema un tanque de almacenamiento son tan enormes que su prevención justifica el gasto de sumas considerables.
6.4.- SISTEMA CONTRA INCENDIOS
Tema: Sistema Contra Incendios Foto Nº: 28 Tomada por: Fernando Jibaja
Las principales causas de incendios en un tanque de almacenamiento de techo flotante son: •
Electricidad estática.
•
Rozamiento.
•
Descargas eléctricas. 110
Las medidas preventivas que deben usar son: •
Combatir la corrosión.
•
Prevención de fugas.
•
Instalación de pararrayos.
•
Separación de recipientes evitando así el sobrecalentamiento.
Los incendios y explosiones son el producto de la mala hermeticidad de un tanque, relacionada con la volatilidad del producto o provocada también por las altas presiones internas que se pueden generar en los tanques con malos sistemas de venteo, mal manejo del producto y desgaste por oxidación.
El fuego se crea por la unión de oxígeno, calor y un material comburente, elementos que juntos forman un triangulo de fuego, bases para su generación.
Por lo tanto la eliminación de uno de ellos controlará un incendio. El calor puede ser controlado por enfriamiento comúnmente con agua, el oxígeno se elimina del ambiente cubriendo elfuelo con espuma, pero el combustible es muy difícil d controlar por lo que solo se puede tomar muy en cuenta los factores para su almacenamiento, que son la temperatura de inflamación y temperatura de auto ignición.
111
CLASE
CLASIFICACIÓN DE INCENDIOS MITIGANTE
A
COMBUSTIBLE Madera, papel, telas, etc.
B
Gasolina, Aceite, grasa.
C
Equipos eléctricos
agua, espuma Capa de extinción, Chorro de agua continuo, Niebla de agua, Extintores polvo seco. Agente extintor no conductor
D
Mg, Na, Li, K, Al, Ti, Zn.
Extintores tipo D
BASE ABC ( fosfato monoamónico)
CO2 CO2 NaCl, Aditivos de fosfato tricálcico, Compuestos de grafito, Compuestos de coque.
Tabla Nº: 12 Elaborado por: Fernando Jibaja
6.5.- PREVENCIÓN
Las explosiones generalmente son ocasionadas por las emanaciones de gases dentro de los tanques de almacenamiento, este gas al inflamarse transmite la flama generada a la superficie del producto almacenado. El área de mayor riesgo en tanques de techo flotante es el sello, por contener dos de los elementos esenciales para la producción del fuego.
6.6.- ELEMENTOS DE PROTECCIÓN 6.6.1.- MURO CONTRA FUEGO
Es una barrera, que se construye alrededor del tanque o los tanques y tiene una forma rectangular, hecho de arena o material pétreo, actúa como un dique de contención que puede abarcar todo el producto que por cualquier circunstancia se hubiese derramado el 112
tanque, así como también aísla al tanque en casos de incendio, impidiendo así una mayor propagación del fuego.
6.6.2.- RED DE AGUA CONTRA INCENDIOS
Su objetivo es el de actuar como un agente enfriante, bajando la temperatura del combustible para que no se produzca una flama mayor, este sistema o red contra incendios esta compuesta de los siguientes elementos: •
Fuente de Abastecimiento (tanques elevados, cisternas etc.…).
•
Equipo de Bombeo (genera presión).
•
Red de Distribución (Tuberías interconectadas en forma de anillo).
•
Hidrantes (situados en áreas estratégicas y conectados a un acueducto).
•
Monitores (descarga caudales de agua o espuma con giro de 120º en plano vertical).
•
Equipo Complementario: o Mangueras o Boquillas o Proporcionadores (generadores de espuma).
113
Proporcionador
Tema: Generador de Espuma Foto Nº: 29 Tomada por: Fernando Jibaja
6.6.3.- ESPUMAS
Es una solución de agua aireada y un pequeño porcentaje de liquido concentrado de espuma, las espumas son un aguado de burbujas llenas de gas que flotan sobre la superficie del líquido inflamable, enfriando el combustible, extinguiendo de esta manera el fuego y previniendo su reignición, evitando nuevas mezclas de aire y vapor.
Sus objetivos principales son: •
Sofocar el fuego y evitar mezclas de aire y vapor.
•
Reprimir vapores inflamables y evitar su descarga.
•
Separar las llamas de la superficie del combustible.
•
Enfriar el combustible y las superficies del metal adyacente.
Las espumas pueden tener dos tipos diferentes de bases en su composición:
114
6.6.4.- ESPUMA QUÍMICA
Esta se obtiene a partir de la reacción de dos soluciones, una alcalina y una ácida, generalmente bicarbonato de sodio y sulfato de aluminio, estas sustancias vienen en dos tipos de polvos, uno denominado polvo único, que es la mezcla de las dos sustancias, y otro en el que vienen separadas para mezclarse con agua en un generador (proporcionador) con doble tolva.
6.6.5.- ESPUMA MECÁNICA
Se produce al adicionarle agua y aire a un líquido espumante, lo cual se logra con un reductor de bomba proporcionadora, generalmente existen dos clases de líquidos formadores de espuma, los de baja expansión de base proteínica que agrupa los que se emplean en solución al 3 % y 6 %, y el tipo alcohol al 6%, y los de base sintética de alta expansión usados de l 1 % al 3 %.
6.6.6.-CÁMARA DE ESPUMA MECÁNICA
Instalada permanentemente en la parte superior de la pared externa del tanque, utilizada para formar e introducir la espuma al tanque, posee un sello que impide la fuga de vapores del líquido inflamable almacenado.
115
6.6.7.- SISTEMAS DE ESPUMA
Los sistemas de protección contra incendios que mencionare de aquí en adelante serán exclusivamente para espuma mecánica, ya que es la de mejor eficiencia en aso de un incendio. Y todos tendrán de una u otra forma los siguientes componentes: •
Fuente (capaz de producir espuma).
•
Fuente de Agua.
•
Equipo Generador de Espuma.
•
Equipo Aplicador de Espuma.
•
Líneas de Conexión.
•
Dispositivos de Control.
6.6.8.- SISTEMA FIJO PARA ESPUMA MECÁNICA
Fuente de Agua •
Bombas generadoras de presión.
•
Casa de Espuma (red de tuberías que conducen a cada uno de los tanques).
•
Depósito de Líquido Espumador (dentro de la casa de espuma).
•
Proporcionadores (dentro de la casa de espuma).
•
Bombas de agua.
116
6.6.9.- SISTEMA EMIFIJOPARA ESPUMA MECÁNICA
•
Formadores y Descargadores de Espuma Fijos.
•
Tuberías.
•
Hidrantes.
•
Unidad Móvil Dosificadora (camión o remolque).
•
Mangueras.
•
Depósito del Líquido Espumante (dentro de la unidad móvil dosificadora).
6.6.10.- SISTEMA PORTÁTILPARAESPUMA MECÁNICA (auxiliar).
•
Mangueras.
•
Hidrantes.
•
Proporcionadores (personales).
•
Boquillas Generadoras de Espuma.
•
Extintores.
6.7.- QUÍMICOS SECOS
Pueden controlar un incendio siempre y cuando el producto llegue a toda la superficie afectada de manera ininterrumpida, el polvo se divide y actúa como una reacción que rompe las cadenas inhibiendo el proceso de oxidación dentro de la flama. 117
Estos son usualmente utilizados para controlar fugas en tanques de techo flotante ya que sea solos o combinados son espuma, cuando una gran área del sello está quemándose, los químicos que se pueden utilizar son: •
Bicarbonato de Sodio: o Normal. o Compatible con Espuma.
•
Bicarbonato de Potasio.
•
Carbonato de Potasio.
•
Cloruro de Potasio.
•
Fosfato de Monoamonio.
•
Sulfato de Potasio.
6.8.- ALARMAS CONTRA INCENDIOS
•
Este es el último componente de los sistemas contra incendios, que son los equipos encargados del monitoreo, detección y alarma de cualquier tipo de señal de incendio en los sistemas de almacenamiento, por lo general cualquier sistema de alarmas está compuesto de:
•
Sensores: o Temperatura o Infrarrojos (IR).
118
o Ultravioletas (UV). o Duales (IR - IR ó UV - UV). o Combinados (UV – IR).
•
Tablero de Control.
•
Detectores de Incendio: o Calor:
Temperatura fija.
Incremento de Temperatura.
o Humo:
Iónicos.
Fotoeléctricos.
6.9.- APÉNDICES
El código también tiene 19 apéndices que cubren diferentes aspectos del diseño y construcción de los tanques que requieren decisiones del comprador, requerimientos estándar e información que suplementa la norma básica. Los apéndices se vuelven requerimientos obligatorios solamente cuando el cliente o el comprador especifiquen una opción cubierta por uno de ellos, los apéndices serán resumidos a continuación:
119
6.9.1.- APÉNDICE A: BASES DE DISEÑO OPCIONAL PARA TANQUES PEQUEÑOS
Este apéndice tiene requerimientos para tanques montados en campo, de capacidades relativamente pequeñas (hasta aproximadamente 100.000 barriles), en los cuales los componentes sometidos a esfuerzos tienen un espesor nominal se 12.5 mm (1/2 in) incluyendo la tolerancia de corrosión. Este apéndice da solamente los requerimientos que difieren de la norma básica en el código cuando no se establecen diferentes requerimientos en el apéndice, se deben seguir las normas básicas. El máximo esfuerzo de tensión usado, antes de aplicar el factor de eficiencia de la junta es 145 Mpa (21000 psi).
6.9.2.-
APÉNDICE
B:
RECOMENDACÓNES
PARA
EL
DISEÑO
Y
CONSTRUCCIÓN DE LA FUNDACIÓN CIVIL PARA TANQUES DE ALMACENAMIENTO SOBRE LA SUPERFICIE
Este apéndice tiene importantes consideraciones para el diseño y construcción de la fundación civil de tanques con fondos planeos. Las recomendaciones se dan para indicar la buena práctica y para puntualizar algunas precauciones que se deben considerar en el diseño y construcción de la fundación civil.
120
6.9.3.- APÉNDICE C: TECHOS FLOTANTES EXTERNOS
Este apéndice tiene requerimientos mínimos que aplican a los techos tipo plato (pantype), los de tipo pontón (pontoon-type) y los de tipo pontón de doble cubierta (doubledeck-type). La intención de este apéndice es la de limitar solamente aquellos factores que afectan la seguridad y la durabilidad de la instalación y que son considerados consistentes con los requerimientos de calidad del código.
6.9.4.- APÉNDICE D: CONSULTAS TÉCNICAS
Este apéndice da las indicaciones para hacer las consultas técnicas a los comités encargados de la elaboración del código incluye algunas respuestas seleccionadas a solicitudes de interpretación del código. La lista completa de las interpretaciones disponibles se puede encontrar en la página web de API (www. api.org) en la sección Commitiees/Standards.
6.9.5.-
APÉNDICE
E:
DISEÑO
SISIMICO
DE
TANQUES
DE
ALMACENAMEINTO
En este apéndice los requerimientos mínimos que pueden ser especificados por el comprador para el diseño de tanques de almacenamiento sujetos s cargas de sismo. Estos requerimientos representan la práctica aceptada para la aplicación en tanques de 121
fondo plano, cualquier desviación de los requerimientos del apéndice debe ser por acuerdo entre el comprador y el fabricante.
6.9.6.- APÉNDICE F: DISEÑO DE TANQUES PARA PRESIONES INTERNAS PEQUEÑAS
Este apéndice permite el incremento de la presión interna en tanques de techo fijo hasta la máxima permitida, cuando se cumplen los requerimientos adicionales allí establecidos, este apéndice aplica para tanques no refrigerados. La máxima presión interna de diseño permitida por este apéndice es de 18 kPa (2.5 psi).
6.9.7.-
APÉNDICE
G:
TECHOS
DE
TIPO
DOMO
DE
ALUMINIO
ESTRUCTURALMENTE SOPORTADOS
Este apéndice establece los criterios mínimos para el diseño, fabricación y montaje de este tipo de techos. Un techo tipo domo de aluminio es una estructura triangular completa en el espacio en la que las vigas (strusts) están unidas en puntos cuyo arreglo caen en la superficie de una esfera, el techo está unido y soportado al tanque en puntos de montaje igualmente espaciados en el perímetro del tanque.
122
6.9.8.- APÉNDICE H: TECHOS FLOTANTES INTERNOS
Este apéndice da los requerimientos mínimos que aplican a tanques con techo flotantes internos y fijos en la parte superior del tanque.
6.9.9.- APÉNDICE I: DETECCIÓN FUGAS POR DEBAJO DEL TANQUES Y PROTECCIÓN DEL SUELO
Este apéndice da detalles de construcción aceptables para la detección de fugas a través del fondo de los tanques sobre la superficie y también da guías para los tanques soportados en rejillas.
6.9.10.- APÉNDICE J: TANQUES DE ALMACENAMIENTO ENSAMBLADOS EN PLANTA
Este apéndice da los requerimientos mínimos para el diseño y fabricación de tanques verticales en tamaños que permiten la fabricación completa en planta y ser enviados al sitio de instalación en una sola pieza, los tanques diseñados con este apéndice no deben exceder de 6 m (20 ft) de diámetro.
123
6.9.11.- APÉNDICE K: EJEMPLOS DE APLICACIÓN DEL MÉTODO DE DISEÑO DE PUNTO VARIABLE PARA DETERMINAR EL ESPESOR DE LAS LÁMINAS DEL CUERPO
En este apéndice podremos encontrar ejemplos de aplicación, para la elaboración de los cálculos de espesores de las láminas utilizando un método alternativo, los ejemplos son prácticos y explicativos de manera que su comprensión se garantiza.
6.9.12.- APÉNDICE L: HOJAS DE DATOS (DATA SHEETS) PARA TANQUES CÓDIGO API 650
Este apéndice da las hojas de datos que deben ser usadas por el comprador cuando ordena y por el fabricante cuando cotiza la construcción de un tanque de almacenamiento.
6.9.13.- APÉNDICE M: REQUERIMIENTOS PARA TANQUES QUE OPERAN A TEMPERATURAS ELEVADAS
Este apéndice especifica los requerimientos adicionales para tanques con una temperatura máxima de operación que excede de 90 º C (200 º F).
124
6.9.14.- APÉNDICEN: USO DE NUEVOS MATERIALES QUE NO ESTAN IDENTIFICADOS
Este apéndice da las indicaciones necesarias para el uso de láminas o chapas nuevas o no usadas y de tubos con o sin costura que no están completamente identificados cumpliendo con una de las especificaciones permitidas por el código.
6.9.15.- APÉNDICE O: RECOMENDACIONES PARA CONEXIONES POR DEBAJO DEL FONDO
Este apéndice contiene recomendaciones para ser usadas en el diseño y construcción de estas conexiones en el tanque. Se deberá hacer referencia al apéndice B para las consideraciones que involucran la fundación civil y el suelo.
6.9.16.-
APÉNDICE
P:
CARGAS
EXTERNAS
PERMISIBLES
EN
CONEXIÓNES DEL CUERPO
Este apéndice presenta dos procedimientos diferentes para tratar con las cargas en el cuerpo de los tanques, la sección P.2 establece las cargas límites y la sección P.3 está basada en los esfuerzos permisibles.
125
6.9.17.- APÉNDICE S: TANQUES DE ALMACENAMIENTO EN ACERO INOXIDABLE
Este apéndice cubre los requerimientos de materiales, diseño, fabricación y prueba de tanques de almacenamiento verticales, cilíndricos, sobre superficie, con extremo superior abierto o cerrado, soldados y construidos de aceros inoxidables tipo 304, 304l, 316, 316l, 317 y 317l. El apéndice no cubre láminas clad de acero inoxidable ni construcción con recubrimiento con plantillas.
126
CONCLUSIONES
La aplicación correcta de los cálculos que la norma API 650 establece en la sección 2 de su adendun, son esenciales para garantizar una larga vida útil al tanque ya que determinan el espesor de las láminas de cada parte del tanque: fondo, cuerpo, techo ciñéndose al sobre dimensionamiento estándar de los materiales.
Es importante exigir a cualquier fabricante el Dossier de fabricación que incluye además de los materiales utilizados en la obra, los planos definitivos al término del montaje.
Es necesario elaborar los planos de fabricación y montaje del tanque tal como se ejecutaron en el proceso de la obra, una vez concluido todo el proceso del montaje se elaboraran los planos llamados AS BUILT donde se muestren la variaciones y cambios efectuados durante el proceso de montaje.
Se deben cumplir al pie de la letra los permisos y reglamentaciones ambientales, estipuladas en los contratos y emitidas por la DNH. La buena comprensión de estos reglamentos nos permitirán realizar un trabajo de condiciones adecuadas y que cumpla con toda la reglamentación necesaria.
La impermeabilización del suelo base es muy importante, podemos utilizar productos geocintéticos, concreto, arcillas que tengan una permeabilidad de10 – 7 cem/seg.
Es importante un trabajo de planificación de contingencias inicial que garantice un procedimiento adecuado en caso de presentarse riesgos en la elaboración del tanque. 127
La selección del tipo y forma de tanque tiene que incluir el estudio de la Clasificación de Almacenamiento de Hidrocarburos Líquidos presentada en el Anexo 1.
El uso de la norma garantiza la calidad del tanque construido y es flexible en la aplicación de sus apéndices.
No
se podrán aceptar construcciones que no basen su trabajo en la
aplicación de la norma API 650 total o parcialmente.
Todas las características de diseño del tanque serán estrictamente definidas por el dueño del mismo.
El resumen de los apéndices es claro y explicativo, lo que garantiza el buen uso de la norma.
El procedimiento para la erección del tanque o montaje fue seleccionado por ser el más complejo con el fin de explicarlo de la mejor manera posible.
Es indispensable que todas las pruebas solicitadas por el dueño del tanque sean realizadas por personal capacitado y con experiencia.
128
RECOMENDACIONES
El sobre dimensionamiento de los materiales no debe ser tomado en función de ideas de mayor seguridad, si no que debe regirse a especificaciones exactas por parte de quien esté a cargo de la construcción del tanque, recordemos que no necesariamente el colocar láminas de mayor espesor me da mayor seguridad o tiempo de vida en el tanque.
Siempre será necesario establecer el tipo de producto a ser almacenado para determinar el tipo de tanque a construir, esto por la variedad de formas de los mismos y sus diversas condiciones de operación.
Los resultados de las pruebas de soldadura serán los más importantes por que determinan la hermeticidad total del tanque razón por la cual todos los datos deben ser apuntados en las hojas de registro para calificación y revisión de soldadura.
Antes de entrar el uso el tanque se deben realizar las tablas de calibración del mismo las que determinan los valores críticos de operación y los máximos y mínimos del llenado del tanque esto deberá ser aprobado en el caso de nuestro país por la DNH para que así el tanque pueda entrar en operación.
Es recomendable realizar las pruebas de tanque no solo en vacío sin presencia de líquido, si ni que también se deberá realizar dichas pruebas en presencia de agua, para poder apreciar algún indicio de pandeo.
La lineabilidad y verticalidad del tanque solo deberá exceder 2º como máximo, pero esto no implica que el tanque esté mal construido y toda la obra se
129
rechazará, al contrario se aprobará su funcionamiento luego de aplicar factores recorrección para asumir los niveles operativos necesarios.
Cuando la presión interna del tanque a construir sea mayor a 2.5 psi se recomienda acudir a la norma de fabricación de tanques según la API 6202 aplicable a tanques de techo fijo.
Es necesario recomendar el estudio del alcance de un BLAVE que es el área de daño y destrucción en caso de producirse un incendio con explosión del tanque, para poder así determinar planes de remediación ambiental.
130
SIGLAS
1. ACI (American Concrete Institute) 2. AISC (American Institute of Steel Construction) 3. AISI (American Iron and Steel Institute) 4. API (American Petroleum Institute) 5. ASME (American Society of Mechanical Engineers) 6. ASCE (American Society of Civil Engineers) 7. ASTM (American Society for Testing and Materials) 8. AWS (American Welding Society) 9. DNH (Dirección Nacional de Hidrocarburos) 10. ISO (International Organization for Standardization) 11. NFPA (National Fire Protection Association) 12. LPG (Licuad Petroleum Gas) 13. RAOHE (Reglamento Ambiental Para Operaciones Hidrocarburíferas en el Ecuador)
131
CITAS:
1. Romano, Daniela, “Tanques de Almacenamiento de Hidrocarburos” en Técnicas Energéticas, Facultad de Ingeniería de la Universidad de Buenos Aires, Argentina, 2º cuatrimestre, 2005. 2. Norma, API 650, párrafo 2.5.5.3, “Welded Steel Tanks for Oil Storage”, Tenth Edition, 1220 L. Street Northwest, Washington D.C. 20005-4070, March 2000. 3. Norma, API 650, “Welded Steel Tanks for Oil Storage”, Tenth Edition, 1220 L. Street Northwest, Washington D.C. 20005-4070, March 2000. 4. Norma, API 650, párrafo 3.5.2, “Welded Steel Tanks for Oil Storage”, Tenth Edition, 1220 L. Street Northwest, Washington D.C. 20005-4070, March 2000. 5. Norma, API 650, párrafo 3.5.1, “Welded Steel Tanks for Oil Storage”, Tenth Edition, 1220 L. Street Northwest, Washington D.C. 20005-4070, March 2000. 6. Norma, API 650, párrafo 3.10.2.4, “Welded Steel Tanks for Oil Storage”, Tenth Edition, 1220 L. Street Northwest, Washington D.C. 20005-4070, March 2000. 7. Norma, API 650, párrafo 3.4.1, “Welded Steel Tanks for Oil Storage”, Tenth Edition, 1220 L. Street Northwest, Washington D.C. 20005-4070, March 2000. 8. Norma, API 650, apéndice C, párrafo 3.3.1, “Welded Steel Tanks for Oil Storage”, Tenth Edition, 1220 L. Street Northwest, Washington D.C. 200054070, March 2000. 9. Norma, API 650, apéndice C, párrafo 3.3.2, “Welded Steel Tanks for Oil Storage”, Tenth Edition, 1220 L. Street Northwest, Washington D.C. 200054070, March 2000.
132
10. Norma, API 650, párrafo 3.10.2.4, “Welded Steel Tanks for Oil Storage”, Tenth Edition, 1220 L. Street Northwest, Washington D.C. 20005-4070, March 2000. 11. Norma, API 650, apéndice C, párrafo 3.4.1, “Welded Steel Tanks for Oil Storage”, Tenth Edition, 1220 L. Street Northwest, Washington D.C. 200054070, March 2000. 12. Norma, API 650, apéndice C, párrafo 3.3.1, “Welded Steel Tanks for Oil Storage”, Tenth Edition, 1220 L. Street Northwest, Washington D.C. 200054070, March 2000. 13. Norma, API 650, apéndice C, párrafo 3.3.2 “Welded Steel Tanks for Oil Storage”, Tenth Edition, 1220 L. Street Northwest, Washington D.C. 200054070, March 2000. 14. RAOHE, Reglamento Ambienta para Operaciones Hidrocarburiferas en el Ecuador (ley), capítulo de Almacenamiento, Transporte y Comercialización de Petróleo y Derivados Art. 48.
133
BIBLIOGRAFÍA
1. Romano, Daniela, “Tanques de Almacenamiento de Hidrocarburos” en Técnicas Energéticas, Facultad de Ingeniería de la Universidad de Buenos Aires, Argentina, 2º cuatrimestre, 2005. 2. Norma, API 650, “Welded Steel Tanks for Oil Storage”, Tenth Edition, 1220 L. Street Northwest, Washington D.C. 20005-4070, March 2000. 3. Norma, API 651, “Cathodic Protection of Aboveground Petroleum Storage Tanks”, Second Edition, 1220 L. Street Northwest, Washington D.C. 200054070, November 1997. 4. Norma, API 653, “Tank inspection, Repair, Alteration and Reconstruction”, Second Edition, 1220 L. Street Northwest, Washington D.C. 20005-4070, December 1995. 5. Norma, API 2003, “Protection Against Ignitions Arising Out of Static, Lightning and Stray Currents”, Sixth Edition, 1220 L. Street Northwest, Washington D.C. 20005-4070, September 1998. 6. Goicoechea, Félix, Diseño, Construcción e inspección de Tanques (Curso), Petrocomercial, Guayaquil, octubre 2005. 7. Norma, API 650 – 653, Diseño, Fabricación, Montaje y Reconstrucción de Tanques Soldados (Curso), Petrocomercial, Quito, abril 2005. 8. RAOHE, Reglamento Ambienta para Operaciones Hidrocarburiferas en el Ecuador (ley) capítulo de Almacenamiento, Transporte y Comercialización de Petróleo y Derivados Art. 48. 134
ANEXOS
ANEXO I
135
ANEXO II
136
ANEXO III
DATA SHEETS
137
138
139
140
141
142
143
ANEXO IV
DATA HEETS DE PRUEBAS:
PRUEBA RADIOGRÁFICA
144
FORMATO DE CONTROL DIMENSIONAL
145
FORMATO DE RADIOGRAFÍA INDUSTRIAL
146
FORMATO DE REGISTRO PARA LÍQUIDO PENETRANTE
147
REPORTE DE INSPECCIÓN TÉCNICA
148
BLEVE
149
