Número de documento NRF-113-PEMEX-2007 05 de enero de 2008
COMITÉ DE NORMALIZACIÓN DE PETRÓLEOS MEXICANOS Y ORGANISMOS SUBSIDIARIOS
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SUBCOMITÉ TÉCNICO DE NORMALIZACIÓN DE PEMEX-EXPLORACIÓN Y PRODUCCIÓN
DISEÑO DE TANQUES ATMOSFÉRICOS
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DISEÑO DE TANQUES ATMOSFÉRICOS
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CONTENIDO CAPÍTULO
PÁGINA
0.
INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………………...............
4
1.
OBJETIVO……………………………………………………………………………………………...
4
2.
ALCANCE……………………………………………………………………………………………....
5
3.
CAMPO DE APLICACIÓN…………………………………………………………………………....
5
4.
ACTUALIZACIÓN……………………………………………………………………………………..
5
5.
REFERENCIAS………………………………………………………………………………………..
5
6.
DEFINICIONES………………………………………………………………………………………...
6
7.
SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS……………………………………………………………………..
8
8.
DESARROLLO…………………………………………………………………………………….......
10
8.1
Generalidades........……………………………………………………………………..….....
10
8.2
Procedimientos alternativos para el cálculo del espesor del tanque…………………….
70
8.3
Diseño alternativo para la envolvente del tanque………...........................……………..
75
8.4
Diseño de la envolvente por alto esfuerzo…………………......................……………....
86
8.5
Diseño de tanques para presiones internas pequeñas……........................………........
96
8.6
Tanques de almacenamiento armados en taller………………......................………......
100
8.7
Techo flotante…………………………………………………................…………………...
115
8.8
Venteo para tanques de almacenamiento atmosférico y de baja presión…………...…
122
8.9
Diseño de cimentaciones de tanques cilíndricos verticales...........................................
132
8.10
Detección de fugas en el fondo del tanque y protección subsuperficial........................
132
8.11
Llenado inicial de tanques..............................................................................................
143
9.
RESPONSABILIDADES….……………………………………………………………………….….
145
10.
CONCORDANCIA CON NORMAS MEXICANAS O INTERNACIONALES………..............…
146
11.
BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………………………………….….
146
12.
ANEXOS…...............…………………………………………………………………………….…….
149
12.1
149
Requisitos para el cumplimiento del término “Equivalente”….………………………......
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DISEÑO DE TANQUES ATMOSFÉRICOS
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INTRODUCCIÓN.
PEMEX y sus Organismos Subsidiarios en cumplimiento de la Ley Federal sobre Metrología y Normalización, y con la facultad que le confiere la Ley de Adquisiciones, Arrendamientos y Servicios del Sector Público y la Ley de Obras Públicas y Servicios Relacionados con las Mismas, expide la presente norma de referencia para el diseño de tanques atmosféricos. El almacenamiento de hidrocarburos refinados, petroquímicos, petróleo crudo, así como otros productos líquidos se lleva a cabo en Petróleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios (PEMEX) mediante el empleo de diferentes tipos de recipientes siendo de los más utilizados los tanques atmosféricos cilíndricos verticales de acero, los cuáles se utilizan para almacenar pequeños y grandes volúmenes de productos petrolíferos y sus derivados, agua o algún otro producto utilizado en las instalaciones de PEMEX. En la elaboración de esta norma, participaron las entidades, instituciones y empresas que se indican a continuación: Petróleos Mexicanos. Pemex- Exploración y Producción. Pemex- Gas y Petroquímica Básica. Pemex- Petroquímica. Pemex- Refinación. Instituto Mexicano del Petróleo. Colegio de Ingenieros Petroleros de México Confederación de Cámaras Nacionales de Comercio Cámara Nacional de la Industria de la Transformación Cámara Nacional de Empresas de Consultoría Confederación de Cámaras Industriales Cámara Mexicana de la Industria de la Construcción Welmon, S. de R. L. de C.V. Tubos y Tanques la Fe, S.A. de C.V. Fasein, S.A. de C.V. Melter, S.A. de C.V. Construcciones y Desarrollo Industrial, S.A. de C.V. Latinoamericana de Obras y Servicios, S.A. de C.V. LM VAGA Construcciones, S.A. de C.V. Aceros y Métales Villarreal, S.A. de C.V. Protectotank
1.
OBJETIVO
Establecer los requisitos técnicos y documentales para la adquisición o contratación en el diseño y selección de materiales para tanques atmosféricos de acero, para el almacenamiento de petróleo y sus derivados en las instalaciones de Petróleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios.
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2.
DISEÑO DE TANQUES ATMOSFÉRICOS
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ALCANCE.
Esta norma de referencia cubre el diseño y materiales de tanques atmosféricos cilíndricos verticales de acero, soldados, cerrados o abiertos en su parte superior. El diseño de estos tanques debe soportar presiones internas hasta 2 lb/pulg2. En esta norma se establecen los métodos para el cálculo de los espesores de las placas del fondo, envolvente y techo de los tanques. Al entrar en vigor esta norma de referencia, sustituye a la especificación técnica P.2.0341.03: 2007 CN, “Diseño de tanques atmosféricos”, Tercera Edición de junio de 2007. 3.
CAMPO DE APLICACIÓN.
Esta norma de referencia es de aplicación general y observancia obligatoria en la adquisición y contratación del diseño de tanques atmosféricos, para las instalaciones de PEMEX. Por lo que debe ser incluida en los procedimientos de contratación: licitación publica, invitación a cuando menos tres personas, o adjudicación directa, como parte de los requisitos técnicos que debe cumplir el proveedor, contratista o licitante. 4.
ACTUALIZACIÓN.
Las sugerencias para la revisión y actualización de esta norma deben enviarse al Secretario del Subcomité Técnico de Normalización de PEP, quien debe programar y realizar la actualización de acuerdo a la procedencia de las mismas, y en su caso, a través del Comité de Normalización de Petróleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios de PEMEX, procederá a inscribirla en el programa anual de normalización de PEMEX. Sin embargo, esta norma se debe revisar y actualizar, al menos cada cinco (5) años o antes, si las sugerencias y recomendaciones de cambio lo requieren. Las propuestas y sugerencias, se deben enviar por escrito a: PEMEX-Exploración y Producción. Subdirección de Distribución y Comercialización. Coordinación de Normalización. Dirección: Bahía de Ballenas N° 5, Edificio “D” Planta Baja. Col. Verónica Anzures, México, D.F. C.P. 11311. Teléfono directo: 1944-9286. Conmutador: 1944-2500, ext. 380-80. Correo electrónico
[email protected] 5.
REFERENCIAS.
5.1
ISO 630 1995
5.2
NRF-003-PEMEX-2007 Diseño y evaluación de plataformas marinas fijas en el Golfo de México.
5.3
NRF-015-PEMEX-2003 Protección de áreas y tanques de almacenamiento de productos.
5.4
NRF-028-PEMEX-2004 Diseño y Construcción de Recipientes a Presión.
5.5
NRF-049-PEMEX-2006 Inspección de bienes y servicios.
5.6
NRF-111-PEMEX-2006 Equipos de medición y servicios de metrología.
Structural Steels-plates, wide flats, bars, sections and profiles (Acero Estructural- placas, barras, secciones y perfiles).
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6.
DEFINICIONES.
6.1
Anclaje:
DISEÑO DE TANQUES ATMOSFÉRICOS
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Son elementos de acero al carbono, con rosca en el extremo libre ahogados en el concreto o en la cimentación, con el objeto de evitar desplazamientos del tanque en cualquier dirección, y bajo ciertas condiciones contrarrestar el efecto de volteo por sismo y el arrastre o volteo por viento. 6.2
Ángulo de coronamiento:
Perfil estructural soldado en la parte superior del último anillo de los tanques para proporcionarle mayor rigidez a la envolvente. 6.3
Anillos atiesadores:
Perfiles estructurales soldados a la envolvente que evitan deformaciones en las placas de los anillos del tanque, originadas por la carga de viento. 6.4
Boquillas:
Conexiones instaladas en la envolvente, fondo o techo del tanque; las cuales deben estar en su conexión al tanque soldadas y en su otro extremo bridada o roscado. 6.5
Espesores de diseño:
Se refiere al valor obtenido mediante cálculos tomando en consideración las condiciones de servicio del tanque atmosférico, incluyendo la tolerancia por corrosión. 6.6
Espesor mínimo:
Se refiere al requerido para las placas del tanque atmosférico o cualquiera de sus partes, antes de agregar el espesor por corrosión. 6.7
Geotextile:
Producto elaborado por fibras sintéticas no biodegradables; se caracteriza por su estructura impermeable, resistente a la tensión, al desgarre y al deterioro químico. 6.8
Hoja de datos:
Es el documento en el que se definen las dimensiones, datos de diseño y características generales de un tanque atmosférico. 6.9
Materiales.
6.9.1
Lámina y placa:
Materiales fabricados mediante el proceso de laminación del acero de forma generalmente rectangular cuya diferencia principal entre ellas se basa en su espesor de acuerdo a lo siguiente. Lámina. Espesor hasta 5 mm (3/16 pulg) inclusive. Placas. Espesores mayores de 5 mm (3/16 pulg). 6.9.2
Solera:
Material producto del proceso de laminación del acero, de perfil rectangular cuyo ancho máximo es de 152 mm (6 pulg).
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6.10
DISEÑO DE TANQUES ATMOSFÉRICOS
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Nivel de diseño:
Es la altura o nivel del producto manejado, medida desde el fondo del tanque, considerada par a el diseño. 6.11
Placa anular del fondo:
Son las placas de la periferia del fondo sobre las que se suelda el anillo inferior del tanque en todo su perímetro. 6.12
Presión de diseño:
Es la presión considerada para el cálculo de las paredes del tanque y es la suma de la presión interna del gas o vapor dentro del tanque más la columna del líquido almacenado. 6.13
Registro de hombre:
Son accesorios instalados en el primer anillo o techo de los tanques atmosféricos; los cuales normalmente van soldados con tapa bridada y sirven para tener acceso al interior del tanque. 6.14
Tipos de techo.
6.14.1 Techo cónico soportado: Techo en forma de cono, apoyado ya sea en largueros sobre trabes y columnas, o largueros sobre armaduras con o sin columnas. 6.14.2 Techo cónico autosoportado: Techo que se soporta por sí mismo, apoyado en su periferia del último anillo de la envolvente y tiene forma de cono. 6.14.3 Techo autosoportado tipo domo: Techo que se soporta por sí mismo en el último anillo de la envolvente y tiene su superficie curvada. 6.14.4 Techo autosoportado tipo sombrilla: Es un techo tipo domo modificado en donde cualquier sección horizontal es un polígono regular con tantos lados como caras tenga la superficie del techo. 6.15
Techo o membrana flotante:
Pueden ser externo o interno (membrana flotante), diseñado en tal forma que le permite flotar sobre el líquido almacenado evitando los grandes volúmenes de gases y vapores que existen en los tanques de techo fijo, pueden ser de: 6.15.1 Techos con boyas y pontón perimetral: Es aquel formado de boyas y pontones completamente herméticos y distribuidos en el techo y en el canto del perímetro de la cubierta respectivamente, permitiendo flotar al techo en contacto con el producto almacenado. 6.15.2 Doble cubierta: Está formado por dos cubiertas una superior y otra inferior; separadas por bordes circulares que dividen el espacio interior en una serie de pontones concéntricos. Está diseñado para flotar en contacto con el producto almacenado.
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6.16
DISEÑO DE TANQUES ATMOSFÉRICOS
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Techo flotante interno (membrana flotante):
Está formado por un techo cónico autosoportado y una cubierta de aluminio soportada por flotadores tubulares cerrados los cuales la mantienen por encima de la superficie del líquido. 6.17
Tipo de juntas.
6.17.1 Junta a tope con soldadura doble: Es la unión de dos placas situadas en el mismo plano, en contacto por uno de sus bordes, que se sueldan por ambos lados. 6.17.2 Junta a traslape con soldadura sencilla: Unión de dos placas traslapadas en la que el borde de una de ellas se suelda sobre la otra con soldadura de filete. 6.18
Tipos de soldadura.
6.18.1 Soldadura a tope: Es la soldadura que se deposita en la ranura entre dos elementos situados en el mismo plano (a tope) y cuyos bordes no quedan en contacto. Los bordes pueden ser rectangulares, en V (simple o doble) o en U (simple o doble). 6.18.2 Soldadura de filete: Soldadura que tiene sección transversal aproximadamente triangular y que une dos superficies situadas aproximadamente en ángulo recto como las ensambladas en T. 6.18.3 Soldadura de filete: Soldadura de filete, cuyo tamaño es igual al espesor de la pieza más delgada por unir. 6.19
Tamaño de la Soldadura:
6.19.1 En juntas a tope, es el espesor de las placas a unir. 6.19.2 En soldadura de filete de lados iguales, es la longitud de cualquiera de los lados del mayor triángulo rectángulo isósceles que pueda ser inscrito, dentro de la sección transversal. 6.19.3 En soldadura de filete de lados desiguales, es la longitud del lado mayor del triángulo rectángulo que pueda ser inscrito dentro de la sección transversal del filete de soldadura. 6.20
Válvula de presión-vacío (PV):
Es el dispositivo de protección instalado en los tanques atmosféricos con techo fijo, diseñado para ventear vapores de hidrocarburos del tanque durante el llenado y admitir aire durante el vaciado del producto almacenado. El objeto es evitar daños en el tanque por la diferencia de presión positiva o negativa con respecto a la presión atmosférica.
7. 7.1
SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS. AISC
American Institute of Steel Construction (Instituto Americano de Construcciones de Acero).
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7.2
API
(American Petroleum Institute (Instituto Americano del Petróleo).
7.3
ASME
American Society of Mechanical Engineers (Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos).
7.4
ASTM
American Society for Testing and Materials (Sociedad Americana para Pruebas y Materiales).
7.5
AWS
American Welding Society (Sociedad Americana de Soldadura).
7.6
CSA
Canadian Standards Association (Asociación Canadiense de Normalización).
7.7
ºC
Grados Celsius.
7.8
Cl
Clase.
7.9
CA
Corriente alterna.
7.10
CD
Corriente directa.
7.11
cm3
Centímetros cúbicos.
7.12
DN
Diámetro Nominal.
7.13
ºF
Grados Fahrenheit.
7.14
Gr.
Grado.
7.15
h
Hora.
7.16
ISO
Internacional Organization Normalización).
7.17
kg/cm2
Kilogramos por centímetro cuadrado.
7.18
kg/m2
Kilogramos por metro cuadrado.
7.19
kg/dm3
Kilogramos por decímetro cúbico.
7.20
kPa
Kilo Pascales.
7.21
Kpsi
Miles de libras por pulgada cuadrada.
7.22
lb/pulg2
Libras por pulgada cuadrada.
7.23
lbf/pulg2
Libras fuerza por pulgada cuadrada
7.24
lb/pie2
Libras por pie cuadrado.
7.25
m
Metros.
for
Standardization
(Organización
Internacional
de
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7.26
mm
Milimetros.
7.27
mils
Milésimas de pulgada
7.28
MPa
Mega Pascales.
7.29
N
Newtons
7.30
NOM
Norma Oficial Mexicana.
7.31
NPS
Tamaño Nominal de la Tubería.
7.32
NRF
Normas de Referencia
7.33
Pa
Pascales.
7.34
PEMEX
Petróleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios.
7.35
pulg
Pulgada.
7.36
S.I.
Sistema Internacional
7.37
t
Espesor
7.38
TMCP
Termo-mechanical control process (Control del proceso termo-mecánico).
7.39
U.S.
Unidades Inglesas usuales
7.40
%
Por ciento.
7.41
<
Menor o igual que.
7.42
<
Menor que
7.43
µm
Micras
8.
DESARROLLO.
8.1
Generalidades.
Las dimensiones de los tanques atmosféricos, sus características, condiciones de diseño, capacidad, materiales y fluido contenido se muestran en las hojas de datos o información proporcionada por PEMEX. El diseño del tanque en su conjunto o cualquiera de sus partes, debe cumplir con lo establecido en esta norma de referencia.
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8.1.1
DISEÑO DE TANQUES ATMOSFÉRICOS
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Materiales.
Los materiales fabricados bajo alguna especificación diferente de las enlistadas en la Tabla 1 se pueden emplear siempre y cuando, tengan características equivalentes o superiores a los de dicha tabla y PEMEX apruebe su uso. Cuando por condiciones de servicio se justifique el uso de mejores materiales, se puede utilizar cualquier material de los indicados en la Tabla 2, estando sujeto a las limitaciones y modificaciones indicadas en esta norma de referencia. Se pueden emplear materiales fabricados bajo otra especificación, siempre y cuando cumplan los requisitos de una de las especificaciones enlistadas en las Tablas 1 y No. 2, además de que PEMEX apruebe su uso. El espesor de diseño de las placas, se debe verificar en la orilla de molino recortada de todas las placas. Las placas se deben fabricar únicamente por el proceso de hogar abierto, oxigeno básico u horno eléctrico. Los aceros producidos por el proceso de control termo–mecánico (TMCP) pueden ser usados. Las placas de la envolvente están limitadas a un espesor máximo de 45mm (1,75 pulg). 8.1.1.1
Placas.
Las placas deben cumplir con las especificaciones indicadas en la Tabla 1. “Materiales para la fabricación de tanques de almacenamiento”. Las tolerancias de fabricación de las placas deben cumplir con la última edición de la especificación ASTM A6 o equivalente. 8.1.1.2
Perfiles estructurales.
Los aceros estructurales deben ser fabricados por el proceso de Hogar Abierto, Horno Eléctrico u Oxígeno Básico y deben cumplir con alguna de las especificaciones siguientes: ASTM A 36/A 36M; A 131/A 131M y A 992/A 992M o equivalente. CSA G40.21 Gr. 38W/(260W), 44W/(300W), 50W/(350W), 38WT/(260WT), 44WT/(300WT) y 50WT/(350WT). ISO 630 grados E 275 calidad B, C y D.
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ESPECIFICACIÓN DE MATERIAL ASTM A 36 / A 36M ASTM A 131 / A 131M ASTM A 283 / A 283M ASTM A 285 / A 285M
ASTM A 516 / A 516M
ASTM A 537 / A 537M
GRADO
MÁXIMO ESPESOR DE PLACA (pulg)
40
(1½)
A B CS EH 36 C
12,5 25 40 45 25
(½) (1) (1½) (1¾) (1)
C
25
(1)
40
(1½)
Placa de acero al carbono para recipientes a presión en servicios de baja y moderada temperatura.
45
(1¾)
Placas de acero al carbono-manganeso-silicio tratadas térmicamente, para recipientes a presión. Placas de acero al carbono con tenacidad mejorada.
55 (380) 60 (415) 65 (450) 70 (485) 1 2
(1½)
ASTM A 633 / A 633M
45
(1¾)
ASTM A 662 / A 662M
B C
40
(1½)
ASTM A 737 / A 737M
A B B
40 45 40
(1½) (1¾) (1½)
ASTM A 841 / A 841M
A Clase 1 B Clase 2
40
(1½)
38W (260W) 44W (300W) 50W (350W) 38WT (260WT) 44WT (300WT) 50WT (350WT)
25 25 45 40 40 50
(1) (1) (1¾) (1½) (1½) (2)
E275 C y D E355 C y D
40 45
(1½) (1¾)
CSA G40.21
ISO 630
OBSERVACIONES
mm
40
ASTM A 678 / A 678M
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58 (400) 65 (450) 70 (485) C D
ASTM A 573 / A 573M
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Cuando se indique en este documento y PEMEX lo apruebe por escrito. Acero estructural para embarcaciones. Calidad estructural únicamente. Placa de acero al carbono de calidad estructural de aplicación general. Placa de acero al carbono, con esfuerzos de tensión bajos e intermedios, para soldaduras de fusión en recipientes a presión.
Placa de acero de aleación estructural normalizado, para servicios bajos -45 °C (50 °F) de temperatura ambiental Placa de acero al carbono-manganeso-silicio para recipientes a presión en servicio de baja y moderada temperatura -46 a -60 °C (-5ª a -75 °F). Placa de acero de aleación estructural, con proceso de recocido y templado. Placa de acero de aleación, para recipientes a presión soldados y componentes de tuberías. Placa de acero producida por el proceso de control termo-mecánico (TMCP), para recipientes a presión soldados. Acero estructural. Los grados W pueden ser semicalmados o totalmente calmados. Los aceros totalmente calmados fabricados con grano fino como práctica deben ser especificados cuando se requieran. La adición de elementos para refinar el grano o aumentar su resistencia esta limitada a la Tabla 35. Para placas, la resistencia a la tensión debe 2 ser de 1406 kg/cm (20 Kpsi) arriba de la mínima indicada por el grado. Aceros estructurales.
Tabla 1 Materiales para la fabricación de tanques de almacenamiento
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Grupo I Tal como se roló Semicalmado Material Notas A 283M Gr. C 2 A 285M Gr. C 2 A 131M Gr. A 2 A 36M 2, 3 Grupo IV Tal como se roló, Calmado Pràctica de Grano Fino Material A 573M Gr. 450 A 573M Gr. 485 A 516M Gr. 450 A 516M Gr. 485 A 662M Gr. B G40.21 Gr. 300W G40.21 Gr. 350W E 275 E 355
Notas
9 9 4, 9 9
DISEÑO DE TANQUES ATMOSFÉRICOS
Grupo II Tal como se roló, Calmado o Semicalmado Material Notas A 131M Gr. B 7 A 36M 2, 6 G40.21-260W
Grupo IV A Tal como se roló, Calmado Práctica de Grano Fino Material A 662M Gr. C A 573M Gr. 485 G40.21 Gr. 300W G40.21 Gr. 350W
Notas 11 9, 11 9, 11
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Grupo III Tal como se roló, Calmado Práctica de grano fino Material Notas A 573M Gr. 400 A 516M Gr. 380 A 516M Gr. 415 G40.21-260W 1, 8, 14
Grupo III A Normalizado Calmado Práctica de Grano Fino Material Notas A 131M Gr. CS A 573M Gr. 400 10 A 516M Gr. 380 10 A 516M Gr. 415 10 G40.21-260W 1, 9, 10, 14 Grupo VI Grupo V Normalizado o Templado y Normalizado Calmado Práctica Revenido, Calmado Práctica de de Grano Fino Grano Fino Carbono Reducido Material Notas Material Notas A 573M Gr. 485 10 A 131M Gr. EH 36 A 516M Gr. 450 10 A 633M Gr. C A 516M Gr. 485 10 A 633M Gr. D G40.2 Gr. 300W 9, 10 A 537M Clase 1 G40.21 Gr. 350W 9, 10 A 537M Clase 2 13 A 678M Gr. A A 678M Gr. B 13 A 737M Gr. B A 841 M, Grado A, Clase 1 12, 13,14 A 841 M, Grado B, Clase 2 12, 13,14
Notas: ASTM 1) Para la mayoría de los números de la especificación del material enlistado, se debe referir a las especificaciones ASTM (incluyendo grado o clase); sin embargo hay algunas excepciones: G40.21 (incluyendo grado) que es una especificación CSA; los grados E 275 y E 355 (incluye calidad) están dentro del ISO 630. 2) Debe ser semicalmado o calmado. 3) Espesores < 20 mm. 4) Máximo contenido de manganeso 1,5%. 5) Para espesores máximos de 20 mm cuando el rolado del acero esté controlado, se puede usar en lugar de acero normalizado. 6) El contenido de manganeso por análisis de colada debe ser 0,80–1,2% para espesores mayores de 20 mm, excepto que por cada reducción de 0,01% abajo del carbón máximo especificado, se permite un incremento del 0,06% de manganeso arriba del máximo especificado hasta un máximo de 1,35%. Espesores < 20 mm deben tener un contenido de manganeso de 0,8–1,2% por análisis de colada. 7) Espesores < 25 mm. 8) Debe ser calmado. 9) Debe ser calmado y como práctica fabricado con grano fino. 10) Debe ser normalizado. 11) Debe tener una composición química (en caliente) modificada con un contenido máximo de carbono de 0,20% y un contenido máximo de manganeso de 1,60%. 12) Producida con Control del Proceso Térmico-Mecánico (TMCP). 13) Cuando en ensambles se utiliza relevado de esfuerzos, los aceros templados y revenidos tales como A 537 Cl 2 y A 678 Gr. B, y el acero A 841 con TMCP se deben representar por medio de probetas que han sido sometidas al mismo tratamiento térmico que se utiliza para el ensamble. 14) Para los requerimientos de prueba de impacto ver el numeral 8.4.4.
Tabla 2 Grupo de Materiales ASTM o equivalente, SI Unidades (ver nota 1)
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8.1.1.3
DISEÑO DE TANQUES ATMOSFÉRICOS
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Láminas.
Se deben ajustar de acuerdo a lo establecido en la norma ASTM A 283 Gr. C o equivalente, fabricados por los procesos de Hogar Abierto y Oxigeno Básico, las láminas pueden ordenarse por peso o por espesor. 8.1.1.4
Electrodos para soldadura de arco protegido (SMAW).
Para los materiales de soldadura con un esfuerzo mínimo a la tensión menor de 550 MPa (79771 lbs/pulg²), los electrodos para soldadura por arco manual deben ser de acuerdo a la clasificación AWS serie E60 y E70 o equivalente (convenientes para las características eléctricas, la posición de la soldadura y otras condiciones de uso) y su selección debe ser de acuerdo con el diseño del tanque. (Ver Tabla 3). 8.1.1.5
Tubos y forjas.
Excepto cuando se indique otra cosa, los tubos, coples y forjas deben estar de acuerdo con cualquiera de las siguientes especificaciones ASTM, API o equivalentes.
Clave
Tipo de cubierta
Posición de la soldadura
Tipo de corriente eléctrica
E6010
Alta Celulosa Sódica
P, V, SC, H.
CD con polaridad invertida
E6011
Alta Celulosa Potásica
P, V, SC, H.
CA o CD con polaridad invertida
E6012 E6013 E6019 E6020
Alto Titanio Sódico Alto Titanio Potasio Oxido de Hierro y Titanio Potásico Alto Oxido de Hierro
P, V, SC, H. P, V, SC, H. P, V, SC, H Filetes horizontales, P
CA o CD sin cambio de polaridad CA o CD con cualquier polaridad CA o CD con cualquier polaridad CA o CD sin cambio de polaridad
E6022
Alto Oxido de Hierro
P
CA o CD con cualquier polaridad
E6027
Polvo de Hierro, Oxido de Hierro
Filetes horizontales, P
CA o CD sin cambio de polaridad
E7014
Polvo de Hierro, Titanio
P, V, SC, H
CA o CD con cualquier polaridad
E7015
Sodio al Bajo Hidrógeno
P, V, SC, H
CD con polaridad invertida
E7016
Potasio al Bajo Hidrógeno
P, V, SC, H
CA o CD con polaridad invertida
E7018
Polvo de Hierro, Bajo Hidrógeno
P, V, SC, H
CA o CD con polaridad invertida
E7024
Polvo de Hierro, Titanio
P, Filetes horizontales
CA o CD con cualquier polaridad
E7027
Polvo de Hierro, Alto Oxido de Hierro
Filetes horizontales, P
CA con cualquier polaridad
E7028
Polvo de Hierro, Bajo Hidrógeno
P, Filetes Horizontales
CA o CD con polaridad invertida
E7048
Potasio al Bajo Hidrógeno, Polvo de Hidrógeno
P, V, SC, H
CA o CD con cualquier polaridad
Notas: 1
Las posiciones de la soldadura son: P = Plana; H = Horizontal; SC = Sobre–Cabeza; V = Vertical.
2.
En las posiciones verticales y sobre–cabeza sólo se puedan emplear electrodos de 5 mm (3/16 pulg) y menores, excepto en el caso de los electrodos E7014, E7015, E7016 y E7018 donde únicamente se pueden usar electrodos de 4 mm (5/32 pulg) y menores.
3.
Polaridad invertida significa que el electrodo es positivo. Sin cambio de polaridad significa que el electrodo es negativo.
Tabla 3 Clasificación de los electrodos AWS o equivalente
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API Espec 5L Grado A, B y X42 ASTM A 53/A 53M Grado A y B ASTM A 106/A 106M Grado A y B ASTM A 234/A 234M Grado WPB ASTM A 333/A 333M Grado 1 y 6 ASTM A 334/A 334M Grado 1 y 6 ASTM A 420/A 420M Grado WPL6 ASTM A 671 Grado de acero al carbono Grados CA 55, CC 60, CC 65, CC 70, CD 70, CD 80, CE 55, y CE 60 Las siguientes especificaciones ASTM o equivalente son aceptables para forja. ASTM A 105/A 105M ASTM A 181/A 181M ASTM A 350/A 350M Grados LF1 y LF2 Se puede usar para propósitos estructurales la tubería de calidad soldable que cumpla las propiedades físicas de cualquiera de las especificaciones enlistadas anteriormente y que estén dentro de los esfuerzos permisibles establecidos en el listado 8.1.2.6 c. 8.1.1.6
Bridas
Las bridas deslizables y las de cuello soldable deben cumplir con los requisitos que se establecen para bridas forjadas de acero al carbono y estar conforme a lo indicado en ASME B 16.5 o equivalente. Para bridas mayores a DN 600 (NPS 24) que cumplan con lo especificado en ASME B16.47 Tipo B o equivalente, debe aceptarse como una alternativa siempre y cuando PEMEX apruebe su uso. Debe ponerse una especial atención en el apareamiento de los accesorios. Las bridas con cara plana no son permitidas por esta norma de referencia. 8.1.1.7
Tornillería.
El material para birlos, tornillos y espárragos deben cumplir con los requisitos de las especificaciones ASTM A 307, A 193 / A 193M y ASTM A 325 / A 325M ó equivalente. 8.1.1.8
Tuercas
El material de las tuercas debe cumplir con los requisitos de las especificaciones ASTM A 194 / A 194 M ò equivalente. 8.1.2
Diseño.
8.1.2.1
Diseño de juntas.
a)
Tamaño de soldaduras.
Deben basarse en los siguientes criterios:
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a.1) Soldadura de bisel. El tamaño del bisel de la soldadura está basado en la profundidad de la junta (esto es, la profundidad de los biseles más la penetración de la raíz cuando se especifique). a.2) Soldadura de filete. La soldadura de filete de piernas iguales, se basa en la longitud de la pierna más grande del triángulo rectángulo isósceles el cual puede ser inscrito dentro de la sección transversal de la soldadura de filete. La soldadura de filete de piernas desiguales se fundamenta en la longitud de la pierna más grande del triángulo rectángulo, el cual puede ser inscrito dentro de la sección transversal de la soldadura de filete. b) Restricciones en las juntas. Se aplican las siguientes restricciones respecto al tipo y tamaño de juntas o soldaduras: Las soldaduras por puntos o provisionales, se consideran sin ningún valor de resistencia estructural. El tamaño mínimo de la soldadura de filete debe ser como sigue: b.1) En placas de hasta 5 mm (3/16 pulg) de espesor, se deben usar filetes completos. b.2) En placas cuyo espesor es mayor de 5 mm (3/16 pulg), se deben usar filetes con tamaño mínimo de 1/3 del espesor de la placa más delgada en junta, pero no debe ser menor de 5 mm (3/16 pulg). Las Junta a traslape con soldadura sencilla sólo deben emplearse en las placas del fondo y del techo. Cuando se sujeten con soldadura de puntos juntas a traslape, éstas deben tener como mínimo un traslape de 5 veces el espesor nominal de la placa más delgada en la unión. En el caso de juntas a traslape con soldadura doble, el traslape máximo debe ser de 50 mm (2 pulg) y en el caso de juntas a traslape con soldadura sencilla, el traslape máximo es de 25 mm (1 pulg). c) Símbolos de la soldadura. Los símbolos de soldadura deben cumplir con los requerimientos del A.W.S o equivalente y se muestran en la Figura 8.1. d) Tipo de Juntas. Las juntas utilizadas en los tanques se muestran en las Figuras 8.2, 8.3 y 8.4. 8.1.2.2
Diseño del fondo.
a) Dimensiones de la placa del fondo. Deben tener un espesor nominal mínimo de 8 mm (5/16 pulg), o un peso de 0,610 kPa (12,75 lb/pie2), sin incluir la tolerancia por corrosión. Las placas deben tener forma rectangular y un ancho mínimo de 1829 mm (6 pies). Las placas de las orillas del fondo sobre las que descansa la envolvente del tanque que lleven un extremo rectangular, deben tener un ancho mínimo de 1829 mm (6 pies) en dicho extremo. Para el traslape de placas en la orilla del fondo el método de preparación debe ser como se indica en la Figura 8.5. Las dimensiones deben ser de un tamaño tal que una vez cortadas las orillas, sobresalgan cuando menos 25 mm (1 pulg) de la orilla exterior de la soldadura que une el fondo con la placa de la envolvente.
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b) Fijación de la envolvente con el fondo. En la fijación su borde inferior del primer anillo de la envolvente con las placas del fondo debe hacerse con soldadura de filete continuo sobre ambos lados de la placa de la envolvente. El tamaño de cada soldadura de filete no debe ser mayor de 13 mm (1/2 pulg) ni menor que el espesor de la placa más delgada en la junta, de acuerdo con los valores mínimo que se indica en Tabla 4:
Espesor Nominal de la Placa de la envolvente
Mínimo Tamaño de Filete de Soldadura
mm
(pulg)
mm
(pulg)
t=5
(3/16)
5
(3/16)
5 1,0 ≤ 1,50)
Para placas insertadas y bridas > 40 ≤ 51( > 1,50 ≤ 2,0) > 51 ≤ 76( > 2,0 ≤ 3,0) A 516 / A 516M
A 36 / A 36M Grado E 275 Calidad C
Grado E 355 Calidad C A 516 / A 516M
Arriba de 266 K (-7°C)
A 283 /A 283M Grado C A 131 / A 131M Grado A A 36 / A 36M Grado E 275 / E 355 Calidad C G40.21 Grado 260W (Grado 38W) G40.21 Grado 350W (Grado 44W)
A 131 / A 131M Grado B A 36 / A 36M Grado E 275 / E 355 Calidad C G40.21 Grado 260W (Grado 38W) G40.21 Grado 350W (Grado 44W)
A 573 / A 573M Grado 400 (Grado 58) A 36 / A 36M Grado E 355 Calidad C G40.21 Grado 260T (Grado 38T) G40.21 Grado 350T (Grado 44T) A 662 / A 662M gr. B A 516 / A 516M
Grado E 275 / E 355 Calidad D G40.21 Grado 260W (Grado 38W) G40.21 Grado 350W (Grado 44W) Arriba de 250 K (-23°C)
A 573 / A 573M Grado 400 (Grado 58) Grado E 275 / E 355 Calidad D G40.21 Grado 260T (Grado 38T) G40.21 Grado 350T (Grado 44T) A 516 A 662 / A 662M Gr.B
A 573 / A 573M Grado 400 (Grado 58) Grado E 275 / E 355 Calidad D (4) G40.21 Grado 260T (Grado 38T) G40.21 Grado 350T (Grado 44T) A 516 / A 516M A 662 / A 662M Gr.B
Grado E 355 Calidad D
A 131M / A131M Grado CS A 131 / A 131M Grado CS Arriba de 233 K (-40°C)
G40.21 Grado 260T (Grado 38T) G40.21 Grado 350T (Grado 44T) A 516 / A 516M A 662 / A 662M Grado B
G40.21 Grado 260T (Grado 38T) G40.21 Grado 350T (Grado 44T) A 516 / A 516M A 662 / A 662M Grado B
A 537 / A 537M Clase 1
A 131 /A 131M Grado CS G40.21 Grado 260T (Grado 38T) G40.21 Grado 350T (Grado 44T) A 516 / A 516M A 662 / A 662M Grado B
Tabla 32 LIMITACIONES DE LAS ESPECIFICACIONES DE PLACAS DE ACERO ASTM O EQUIVALENTE, PARA USARSE EN TANQUES ATMOSFÉRICOS
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17 mm (11/16 pulg) para 14,63 m (48 pies) < HG < 17,07 m (56 pies). 19 mm (3/4 pulg) para 17,07 m (56 pies) < HG < 19,51 m (64 pies). El mínimo espesor del cuello de la boquilla y pieza de transición tn debe ser de 16 mm (5/8 pulg). Las cargas externas aplicadas a la conexión puede requerir que tn sea mayor que 16 mm (5/8 pulg). Todas las soldaduras a tope en el cuello de la boquilla, piezas de transición, la primera soldadura circunferencial a tope del cierre del cuello a la envolvente, incluyendo la soldadura del cuello a la brida, reciben examinación radiográfica al 100%. Soldaduras de la boquilla a la envolvente del tanque y placa de refuerzo, así como las soldaduras de la envolvente a la placa de refuerzo del fondo, se deben examinar en su completa longitud por partículas magnéticas. La examinación de partículas magnéticas deben realizarse sobre la soldadura de raíz, a cada 13 mm (1/2 pulg) de soldadura depositada mientras estas deben ser efectuadas y sobre las soldaduras completas. Las soldaduras completas también deben examinarse visualmente. La examinación de las soldaduras debe ser realizada después del relevado de esfuerzos pero antes de la prueba hidrostática. El sumidero para drenaje, debe ser como se indica en la Figura 8.18 y Tabla 19 a menos que otra cosa sea especificada por PEMEX. 8.3.9.2 Relevado de esfuerzos térmico.
Todos los tipos de accesorios de limpieza exterior a ras y las conexiones a ras de la envolvente se deben relevar de esfuerzos, de acuerdo a lo indicado en el numeral 8.1.2.9. 8.3.10 Contraventeos intermedios para envolventes.
El espesor de la envolvente de los tanques diseñados de acuerdo con este numeral generalmente es menor que el diseñado por el método descrito el numeral 8.1.2.4 listado c, por lo tanto su resistencia al pandeo debido a la carga por viento permitida, se debe calcular cuidadosamente. Los tanques cerrados, diseñados de acuerdo con este numeral, se deben construir con ángulos en la parte superior de la envolvente que cumplan los requisitos del numeral 8.1.2.5 listado d. Los tanques abiertos incluyendo los de techo flotante, se suministrarán con anillos atiesadores, de acuerdo con el párrafo 8.7. Los tanques con techo auto-soportados deben cumplir los requisitos del ángulo colocado en la parte superior del tanque, ver numeral 8.1.2.6 listados h; i y j. La altura de la envolvente sin reforzar no debe exceder de la calculada con la siguiente ecuación: En unidades S.I. H1 = 0,0299
(100t )5 D3
En unidades U.S. ⎡ (100t )3 ⎤ H1 = 6(100 t ) ⎢ ⎥ ⎢⎣ D3 ⎥⎦
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Donde: H1 = Distancia vertical entre el refuerzo intermedio contra viento y el ángulo superior de la envolvente o contraventeo superior de un tanque abierto, m (pie). t = Espesor promedio de la envolvente en la altura H1, cm (pulg). Nota: Se deben usar los espesores de placa suministrados para calcular el espesor promedio, a menos que PEMEX especifique que se deba usar el espesor neto (espesor suministrado menos tolerancia para corrosión) para el cálculo de refuerzo contra el viento.
D = Diámetro nominal del tanque, m (pie). Nota: Esta ecuación está basada en una velocidad de 160 km/h (100 millas por hora); para otras velocidades, H1 se debe multiplicar por (160,9 /V)2 en el sistema internacional ó (100/V)2 en el sistema inglés; siendo V la velocidad en kilómetros por hora (millas por hora).
Para determinar la altura máxima de una envolvente sin reforzar, se debe hacer un cálculo inicial usando el espesor de la placa del anillo superior de ésta. Los cálculos adicionales se deben basar en el espesor promedio, aumentando por la inclusión de parte o todo el siguiente o siguientes anillos, hasta que la altura H1 sea igual o menor que la altura de la envolvente utilizada para la determinación del espesor promedio. Si H1 es mayor aún que la altura del tanque usada en el cálculo del espesor promedio, entonces no se requieren refuerzos intermedios. Después de determinar la localización del primer refuerzo intermedio cuando se requiera, se debe comprobar la parte de envolvente que queda abajo del anillo de refuerzo, suponiendo este primer anillo como parte superior del tanque y procediendo como se indica en este numeral. La localización del refuerzo intermedio contra viento a su máximo espaciamiento calculado de acuerdo a los párrafos anteriores, generalmente da mayor estabilidad contra las cargas por viento a la parte de abajo del refuerzo que a la parte superior. El anillo de refuerzo se puede localizar a una distancia menor que el espaciamiento máximo, pero la parte de envolvente que queda abajo del refuerzo, se debe comprobar contra la presión máxima del viento, como lo descrito anteriormente o en las siguientes descripciones de este numeral. El cálculo de la estabilidad de la parte inferior de la envolvente, promediando los espesores de los anillos inferiores da como resultado un valor mayor incorrecto. Una mejor solución es, cambiar el ancho “W” de cada anillo de la envolvente por un ancho “Wtr” con un espesor uniforme, de acuerdo con la siguiente ecuación. ⎡ t uniforme ⎤ Wt r = W ⎢ ⎥ ⎣ t real ⎦
5
Esta suma de los anchos modificados de cada anillo debe dar la altura modificada de la envolvente. Para igual estabilidad arriba abajo del anillo de refuerzo, este último se debe colocar en la parte media de la altura de la envolvente. La localización del refuerzo en la envolvente modificada, se debe trasladar a la envolvente real por medio de la ecuación de espesores anteriormente dada, usando el espesor real de anillo de envolvente en el cual se localizará finalmente el refuerzo y los espesores reales de todos los anillos arriba de éste.
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Si la mitad de la altura de la envolvente modificada excede la altura máxima de la envolvente sin reforzar, (basada en un espesor uniforme) calculada mediante H1, se debe usar un segundo refuerzo intermedio para reducir la altura de la envolvente sin reforzar a una altura menor que la máxima. Los anillos de refuerzo contra viento no se deben fijar a la envolvente dentro de una distancia de 150 mm (6 pulg) de las juntas horizontales. Cuando la localización preliminar de un anillo de refuerzo cae dentro de esta distancia, el anillo se debe localizar preferiblemente a 150 mm (6 pulg) debajo de la junta, cuidando la altura máxima de la envolvente sin reforzar, no se exceda. El módulo de sección mínimo necesario del refuerzo contra viento intermedio, se debe calcular de acuerdo a lo indicado en el numeral 8.1.2.5 listado b. Cuando el uso de envolventes modificadas permita localizar el refuerzo contra viento intermedio a una altura menor que H1 calculada, el espaciamiento a la mitad de la altura de la envolvente modificada y trasladada para la altura de la envolvente real H1, puede substituirse en el cálculo del módulo de sección mínimo si el refuerzo se fija en la localización trasladada. Módulo de sección del refuerzo intermedio contra viento se debe basar en las propiedades de los elementos fijados y puede incluir una parte de envolvente del tanque dentro de una distancia hacia arriba y hacia abajo del punto de fijación. En unidades S.I.
En unidades U.S.
13,4 (Dt )
0,5
1,47 (Dt )
0,5
Donde: t = Espesor de los elementos en la envolvente, en S.I. (mm) ; U.S. (pulg). D = Diámetro nominal del tanque en S.I. (m); U.S. (pie). Sus refuerzos intermedios que se proyectan como mínimo 150 mm (6 pulg) hacia fuera de la envolvente, no requieren aberturas en el anillo para el paso de una escalera cuyo ancho nominal sea de por lo menos 600 mm (24 pulg). Para una proyección mayor hacia el exterior de los anillos de refuerzo, el ancho de la escalera debe aumentarse para suministrar un ancho libre mínimo, de 450 mm (18 pulg) entre la parte exterior del anillo de refuerzo y el pasamano de la escalera. Si se hace necesaria una abertura, ésta se debe diseñar de acuerdo con lo indicado en el subíndice 8.1.2.5 listado f para aberturas en el refuerzo superior contra el viento, excepto que únicamente se necesita suministrar un ancho de 450 mm (18 pulg) a través del refuerzo. 8.4
Diseño de la envolvente por alto esfuerzo.
8.4.1
Generalidades.
Los aceros de alta resistencia con grado de tenacidad mejorada, se usan en el diseño por alto esfuerzo; el diseño se basa en la densidad relativa del producto. En este tipo de tanques se requiere una inspección adicional de la soldadura. Para minimizar las concentraciones de esfuerzos, las aberturas en la envolvente deben estar limitadas a ciertos detalles específicos. En virtud del poco espesor de sus placas, es necesario que la envolvente se revise por estabilidad contra cargas laterales, por lo que puede necesitarse un mayor número de refuerzos intermedios por viento.
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Valor promedio de impacto de tres muestras Espesor
Material de la placa
Longitudinal
Transversal
mm
pulg
J
lb-pie
J
lb-pie
Grupo I, II, III y IIIA
t≤12,5 12,5
