Tanques de Almacenamiento y Separadores

ÍNDICE INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................... 3 OBJETIVOS ........................................................................................................................................... 3 DESARROLLO ....................................................................................................................................... 4 TANQUES DE ALMACENAMIENTO................................................................................................... 4 Información básica para el diseño de un tanque de almacenamiento ........................................... 4 CLASIFICACIÓN DE LOS TANQUES ................................................................................................... 5 CLASIFICACIÓN DE LOS TANQUES SEGÚN SU DISEÑO .................................................................... 5 CLASIFICACIÓN DE LOS TANQUES SEGÚN SU FORMA .................................................................... 5 TANQUES CILÍNDRICOS VERTICALES ............................................................................................... 5 -Techo soportado: ....................................................................................................................... 7 FUNCIONES DEL TECHO FLOTANTE: .................................................................................................... 8 CARACTERISTICAS DEL TECHO FLOTANTE EXTERNO ....................................................................... 8 - Techo Flotante tipo Pontón. ................................................................................................... 11 - Techo Flotante Doble Cubierta. .............................................................................................. 12 CARACTERISTICAS DE TANQUES DE TECHO FLOTANTE INTERNO ................................................. 13 TANQUES DE TECHO CÓNICO ....................................................................................................... 15 TANQUES CILINDRICOS CON TAPA CÓNCAVA .............................................................................. 16 TANQUES CILINDRICOS HORIZONTALES O CIGARROS .................................................................. 17 TANQUES ESFERICOS O ESFEROIDALES......................................................................................... 17 CLASIFICACIÓN DE TANQUES SEGÚN EL PRODUCTO ALMACENADO ............................................... 18 TANQUES ADAPTADOS PARA EL ALMACENAMIENTO .................................................................. 19 TANQUES ADAPTADOS PARA LOS PROCESOS ............................................................................... 19 CRIOGÉNICOS ESTACIONARIOS ................................................................................................. 19 CRIOGÉNICOS MÓVILES............................................................................................................. 20 CLASIFICACIÓN POR EL TIPO DE UNIÓN DE LAS LÁMINAS. ............................................................... 21 NORMAS API EN EL DISEÑO DE TANQUES ........................................................................................ 21 INSTRUMENTOS Y DISPOSITIVOS ASOCIADOS AL TANQUE DE ALMACENAMIENTO .................... 22 EN EL TECHO.............................................................................................................................. 23 EN LA ENVOLVENTE ................................................................................................................... 24 SERVICIOS AUXILIARES .................................................................................................................. 25 SISTEMA CONTRAINCENDIOS .................................................................................................... 25 1

DRENAJE .................................................................................................................................... 25 RECINTO .................................................................................................................................... 26 ACUMULADOR/SEPARADOR ......................................................................................................... 27 Secciones del Separador ........................................................................................................... 27 SEPARADOR VERTICAL BIFÁSICO ................................................................................................... 28 SEPARADORES HORIZONTALES ..................................................................................................... 30 SEPARADOR ESFÉRICO .................................................................................................................. 32 SEPARADORES TRIFÁSICOS ........................................................................................................... 33 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................................... 33

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INTRODUCCIÓN La creciente utilización de los productos derivados del petróleo, en particular los combustibles, lubricantes y posteriormente los productos de la industria petroquímica han provocado un enorme desarrollo en el almacenamiento y también el tráfico marítimo de petróleo crudo y sus derivados. La industria petrolera tiene esa característica principal de operar con grandes cantidades de líquidos, para la obtención de productos que permitan el desarrollo de las actividades humanas, de ahí la importancia de este tema que lo convierte en uno de los principales desafíos que se plantea con respecto a los líquidos es el almacenamiento como paso previo o posterior a un proceso de producción. Normalmente el almacenamiento de estos líquidos se realiza en los denominados tanques de almacenamiento. La construcción de tanques de almacenamiento ha sido una necesidad creciente debido a las variaciones de producción-venta, desastres naturales que afecten el transporte de los hidrocarburos a los buques tanques, mantenimiento de líneas de llenado y distribución, mantenimiento de tanques existentes, disminución del tiempo de residencia disponible, necesidad de equipos de relevo para tanques existentes, entre otros. Todo con esto para salvaguardar los productos que son de gran valor económico y algunos que son peligrosos al ser expuestos al medio ambiente. El proceso de separación del gas y el petróleo es uno de los primeros y más importante proceso que se desarrolla en la industria petrolera, la eficiencia de estos procesos es de vital importancia, para la industria de los hidrocarburos. La producción de los fluidos petroleros no es nada fácil, al contrario, es bien complicada. OBJETIVOS 

Analizar los diferentes tipos de tanques existentes para el almacenamiento en la Industria Hidrocarburíferas.



Identificar las normas vigentes para la selección y diseños de Tanque de almacenamiento.



Mostrar los diferentes tipos de separadores que existen y sus funciones. 3

DESARROLLO TANQUES DE ALMACENAMIENTO Los tanques de almacenamiento se utilizan como depósitos para contener una reserva suficiente de algún producto para su uso posterior y/o comercialización. Información básica para el diseño de un tanque de almacenamiento Para un almacenaje óptimo, es necesario conocer los diferentes tipos de almacenamiento y su rango de aplicabilidad. Los tipos de tanques, de almacenamiento son muchos y variados, y requieren numerosos tipos de precauciones de seguridad. La mayor parte de dichos tanques en la industria son del tipo sobre tierra. Se debe escoger el tanque de almacenamiento según los diferentes parámetros:  Localización del recipiente: es el lugar donde se ubicará el tanque de almacenamiento, aquí se tomarán en cuenta: temperatura, humedad, sismicidad, precipitaciones, velocidades del viento, entre otros.  Función que deberá cumplir: qué tipo de fluido va a almacenar y/o si es un relevo de otros tanques.  Propiedades del fluido a almacenar: se debe conocer el tipo de fluido a almacenar con un análisis PVT.  Volumen por almacenar: este es definido en función de la producción que se tiene y el tiempo de residencia en las baterías.  Materiales

disponibles:

se

deben

de

conocer

las

propiedades

fisicoquímicas y mecánicas para almacenar los fluidos de una forma segura.  Costos de fabricación: son los asociados a la construcción del tanque.  Tiempo de vida útil: es el tiempo considerado para que trabaje de una manera segura y tomando en cuenta la depreciación del mismo.  Mantenimiento: dependiendo de los materiales y el tipo de fluidos que serán almacenados, se hará un mantenimiento correctivo y preventivo cada determinado tiempo.  Financiamiento: se debe conocer la disponibilidad del financiamiento para su fabricación. Es necesaria una evaluación económica del proyecto. 4

CLASIFICACIÓN DE LOS TANQUES CLASIFICACIÓN DE LOS TANQUES SEGÚN SU DISEÑO Los tanques de almacenamiento se pueden clasificar según su diseño, dependiendo principalmente de la operación a realizar. Estos tanques se diseñan y construyen con el fin de almacenar productos a presión atmosférica. Estos se clasifican según el tipo de techo usado, en los tres tipos: de techo fijo, de techo flotante externo y de techo flotante interno. En aquellos casos en los cuales los tanques operaran a temperaturas por debajo de las ambientales, se les denominan tanques refrigerados o criogénicos. El tanque de almacenamiento atmosférico de techo fijo normalmente almacena crudos y productos poco volátiles. Los tanques de techo flotante, externo e interno, se utilizan para minimizar las mermas por evaporación CLASIFICACIÓN DE LOS TANQUES SEGÚN SU FORMA La clasificación de los tanques según sus formas, se asocia fundamentalmente con su forma geométrica, pero en algunos casos también incluye las dimensiones del tanque. Basándose en estos criterios los tanques se pueden clasificar de la manera siguiente: 1.

Tanques Cilíndricos: Vertical, horizontales.

2.

Tanques esféricos: Esféricos o esferoidales y esféricos de alta presión.

TANQUES CILÍNDRICOS VERTICALES Los tanques cilíndricos verticales se usan generalmente para el almacenaje de un producto o materia prima. Ejemplos típicos de esos tanques son: - TANQUES DE TECHO FIJO Son del tipo cilíndrico vertical con techo soldado al cuerpo, donde su altura es constante. Posee un punto de referencia que no es más que la altura del tubo de aforo y es determinada desde la placa del piso (datum) hasta la parte superior de la boca de aforo. 5

Constan de un fondo plano, una pared cilíndrica y un techo fijo. Los venteos libres o cuellos de ganso, permiten la emisión de vapores, logrando de esta manera que el interior del tanque se mantenga aproximadamente a la presión atmosférica, aunque las pérdidas de vapores por la variación de la temperatura son inevitables. Este tipo de tanque es ideal para almacenar productos tales como: diésel, asfalto, petróleo y lubricantes.

El techo puede ser soportado o auto soportado:

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- Techo auto soportado: Estos no requieren estructuras internas ya que su diseño toma en cuenta el espesor de la placa de techo y el ángulo formado entre la horizontal con el techo, con estos datos se determina si requiere o no de una estructura interna. El diámetro es menor a 15 m.

-Techo soportado: Estos si requieren de una estructura interna debido a su pendiente y su diámetro, esta estructura es más compleja al incrementarse su diámetro. Diámetro mayor a 15 m.

-TANQUES CILÍNDRICOS DE TECHO FLOTANTE

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En algunos tanques de almacenamiento, es deseable instalar techos flotantes, los cuales flotan encima del producto almacenado. Esto se hace con la intención de disminuir el espacio entre el techo y la superficie del líquido, lo que disminuirá la acumulación de vapores y su posterior expulsión a la atmósfera. Los techos se diseñan de manera tal, que puedan moverse verticalmente dentro

del

tanque.

Generalmente, los tanques de techo flotante se usan con productos

almacenados

a

presiones cercanas a la presión atmosférica. Los tanques de techo flotante se usan para almacenar fluidos volátiles (30-39.9 °API) tales como las gasolinas, nafta, alcohol, crudo ligero, entre otros. FUNCIONES DEL TECHO FLOTANTE: Entre las principales funciones de los tanques con techo flotante, se distinguen las siguientes: -El techo debe flotar en el líquido almacenado. - El sello entre el techo y la pared del tanque reduce a un mínimo las pérdidas de hidrocarburos por evaporación. - El techo debe permitir que se incremente el grado de seguridad con respecto a un tanque de techo fijo. CARACTERISTICAS DEL TECHO FLOTANTE EXTERNO También conocidos como “tanques abiertos de techo flotante”, no poseen un techo fijo. Este techo usualmente es de tipo pontón o doble cubierta, la cual flota en la superficie del líquido, para ello posee accesorios y un sistema de sello de aro. La hendidura entre la pared interna del tanque y la periferia del techo flotante se mantiene sellada, mediante un material especial conocido como “sello de tanque 8

flotante”. Este sello permite el movimiento vertical del techo, además de reducir de manera apreciable las pérdidas por evaporación.

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Las principales razones para usar tanques de techo flotante, en lugar de tanques de techo fijo, son: - Las pérdidas por evaporación son menores, por lo cual se logran ahorros substanciales en el manejo de productos volátiles. - Las posibilidades de incendio se reducen apreciablemente, gracias a la disminución de la evaporación. - Se reduce la contaminación ambiental causada por los vapores que se escapan a la atmósfera. - Se determina el nivel de crudo por medición directa. - Se reduce la corrosión de las caras interiores del tanque.

Existen en los tanques varios tipos de techo flotante externo, entre ellos:

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- Techo Flotante tipo Pontón. El techo tipo pontón es aquel que posee dos (02) compartimientos: una cubierta central sencilla y un reborde anular, el cual está diseñado para flotar directamente sobre el producto. La plataforma superior del pontón posee una inclinación hacia el centro del techo y hacia abajo. Esto crea un espacio sobre el pontón para el almacenamiento del agua de lluvia, lo cual facilita el drenaje de agua a través de una manguera. El techo puede retener aproximadamente diez pulgadas de agua en 24 horas. En algunos casos, este volumen de retención de agua puede ser incrementado si la zona así lo requiere. Generalmente, los diámetros en los tanques que utilizan techo tipo pontón varían entre 50 y 300 pies.

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- Techo Flotante Doble Cubierta. Los tanques con techo flotante tipo doble cubierta se caracterizan por poseer compartimentos múltiples que abarcan toda el área del techo. Además, poseen un volumen suficiente para lograr mayor estabilidad que el de una sola cubierta, abonando a un sistema de drenaje de emergencia adicional al de drenaje convencional. Sin embargo, de una manera similar al techo pontón, está diseñado para flotar directamente sobre el líquido almacenado.

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CARACTERISTICAS DE TANQUES DE TECHO FLOTANTE INTERNO Los tanques de techo flotante interno se caracterizan por poseer un techo fijo y uno flotante interno, por lo tanto, este tipo de techo combina las ventajas de ambos. Generalmente, este tipo de tanques se diseña con diámetros de hasta 320 pies.

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En la actualidad, la mayoría de los tanques de techo flotante interno en servicio tienen cubiertas de no contacto, en tal sentido, el techo fijo cubre completamente el tanque y el techo interno flota sobre el producto almacenado. Entre las principales ventajas de los tanques de techo flotante tipo interno se tienen: - No requiere sistemas de drenaje. - En el techo flotante interno no se acumula agua de lluvia ni objetos extraños que puedan caer sobre el tanque. Por lo tanto, no se requiere remover agua ni colocar extensiones de drenaje. - El techo flotante interno 14

se puede adaptar a tanques nuevos o a tanques originalmente sólo de techo fijo y que luego se pueden convertir a tanques de techo flotante interno. - El techo flotante interno está relativamente protegido del daño ambiental, como por ejemplo la corrosión que puede causar el agua de lluvia o la lluvia ácida. Generalmente, los costos de mantenimiento de estos tanques son menores que los requeridos en tanques de techo flotante externo. TANQUES DE TECHO CÓNICO Se usan para almacenar crudos o derivados que tengan una presión relativamente baja. Los fluidos que son almacenados en este tanque no tienen una tendencia a producir vapores a temperatura ambiente, la presión interior del tanque no sobrepasa la presión atmosférica y esto facilita el almacenamiento de crudo, diésel, jet fuel, entre otros. Son construidos con láminas de acero y soldados herméticamente para resistir presiones no mayores a la atmosférica.

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TANQUES CILINDRICOS CON TAPA CÓNCAVA Son empleados para almacenar producto que tengan una presión de vapor relativamente alta, es decir, a temperatura ambiente emiten vapores. Estos tanques son aptos para el almacenamiento de condensados, gasolinas, GLP, etc.

Se requieren condiciones de presión mayores a la atmosférica, son de forma cilíndrica vertical, con fondo plano y techo abombado. Este tanque es diseñado con una línea de llenado en la parte superior y una línea de purga en la parte inferior. Cuenta con válvulas de bloqueo de accionamiento remoto en caso de siniestros, y con un sistema de doble lectura de niveles independientes. Este tanque se complementa con una instalación contra incendios (rociadores, monitores, inyección de espumas).

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TANQUES CILINDRICOS HORIZONTALES O CIGARROS

Los recipientes horizontales (cigarros) se utilizan para presiones mayores a las presiones atmosféricas, y se emplean hasta un determinado volumen de capacidad. Para volúmenes mayores se utilizan las esferas. Los casquetes de los cigarros son toriesféricos, semielípticos o semiesféricos. TANQUES ESFERICOS O ESFEROIDALES

Un tanque esférico es utilizado para el almacenamiento de aceites muy volátiles que desarrollan alta presión de vapor, aunque estos tanques son más capaces de resistir las deformaciones que los tanques de forma convencional, como resultados de las altas presiones internas. En estos tanques, los esfuerzos se distribuyen uniformemente. Tanques de estos tipos pueden resistir presiones internas de hasta 7 Kg/cm2, se usan principalmente para el almacenamiento de GLP. Son recipientes construidos de láminas de acero y soldados herméticamente para soportar presiones moderadas superiores a 2.1 [kg/ ]. Almacenan gases como: gas natural, 17

butano, propano, isobutileno, hidrógeno, entre otros. Estos se miden de dos formas ya sea por medición directa del líquido (instrumento rotogauge) y por medio de flotadores (instrumento magnetrol).

CLASIFICACIÓN DE TANQUES SEGÚN EL PRODUCTO ALMACENADO La clasificación de los tanques según su producto, que almacenan se basa fundamentalmente en el tipo de aplicación dada al tanque. De acuerdo con este criterio, los tanques se pueden clasificar en las dos categorías, a saber: - Tanques adaptados para el Almacenamiento. - Tanques adaptados para los procesos (tanques presurizados). Se deben tomar en cuenta las siguientes características: 

Propiedades de los fluidos a ser manejados. Antes que nada se deben de conocer las propiedades del fluido que será almacenado. Dependiendo si el hidrocarburo sea ligero, pesado, si tiene alto contenido de impurezas (nitrógeno, ácido sulfhídrico, bióxido de carbono), se deberá construir con materiales especiales que resistan la corrosión y los cambios de estado dentro del tanque.  Flujos volumétricos a ser manejados, máximos y mínimos. Se debe de conocer la producción del campo o yacimiento del cual se recibirán los fluidos para ser almacenados. Dependiendo de las producciones máximas o mínimas, se estimará el tiempo de residencia en el tanque. De esta forma se sabrá cuanto tiempo tiene disponible el tanque antes de ser llenado totalmente y si cuenta con la capacidad suficiente para cumplir con su objetivo.  Temperaturas y presiones de las corrientes de entrada y salida del tanque. Es importante conocer las presiones de entrada y de salida del tanque, ya que se deben diseñar las líneas de llenado y vaciado, las válvulas de seguridad entre otros accesorios necesarios para el control de flujo de fluidos. La temperatura debe ser medida por dispositivos que cumplan con la normatividad y los rangos de medición.

 Rango de operación de temperaturas y presión del tanque. Las presiones pueden ir desde presiones atmosféricas hasta 15 Kg/, y temperaturas desde las ambientales hasta bajo cero.  Capacidad del tanque. La capacidad de los tanques va desde unos cuantos barriles, siguiendo por 500 hasta 20000 barriles.  Ubicación de la instalación (datos del viento y sísmica). El conocimiento del tipo de suelo, fases químicas, litología, proximidad de los mantos freáticos, cercanía a las poblaciones, temperaturas mínimas a máximas, son 18

algunos factores que se analizan durante esta etapa. La velocidad y dirección del viento, al igual que la sismicidad, sus intensidades y frecuencias; son factores complementarios que se analizan para tener una ubicación segura de la instalación.  Características asociadas de las tuberías del tanque. Las características de la tubería van de acuerdo con el diseño del tipo de tanque, al igual de las propiedades de los fluidos que serán almacenados.

TANQUES ADAPTADOS PARA EL ALMACENAMIENTO. Los tanques adaptados para el almacenamiento, se diseñan y se construyen con el fin de almacenar productos, tales como: - Crudo - GLP - GNL - Propano - Normal butano - Isobutano - Gasolina y diésel TANQUES ADAPTADOS PARA LOS PROCESOS Entre los tanques almacenados adaptados par a los procesos tenemos: - Criogénicos estacionarios - Criogénicos Móviles CRIOGÉNICOS ESTACIONARIOS

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CRIOGÉNICOS MÓVILES - Camiones Criogénicos - Buques metaneros CAMIONES CRIOGÉNICOS Los camiones Criogénicos pueden tener una capacidad de 20 a 22 Tn de GNL y se diferencian por: - Presión de Transporte: las más comunes son de 2;4;7 bar. - Sistema de aislación térmica; Entre el tanque interno (de acero inoxidable) y el externo (acero al carbono o Inox) se usa poliuretano, lana mineral, perlita, vacío o una combinación de ellos. BUQUES METANEROS 









COASTAL TANKER (COSTEROS) Se trata de buques de hasta 16.500 DWT. Por lo general son utilizados en trayectos costeros, cortos y/o cautivos. Pueden transportar petróleo crudo o derivado GENERAL PORPOUSE TANKER (MULTIPROPÓSITO) Desde 16.500 DWT hasta 25.000 DWT. Operan en tráficos diversos. Transportan petróleo crudo o derivados. HANDY SIZE TANKER Se trata de módulos de 25.000 DWT hasta 30.000 DWT. Ejemplos de áreas de operación son el Caribe y la costa Este de los Estados Unidos o puertos del mar Mediterráneo y del Norte de Europa. Pueden transportar petróleo crudo o derivados. PANAMAX Su tonelaje puede variar entre los 55.000 DWT hasta los 80.000 DWT. En otros términos, poseen una capacidad que oscila entre los 350.000 y los 500.000 barriles de petróleo. El nombre de este módulo se debe a que, originalmente, las dimensiones de estos buques, cumplían con las máximas permitidas para su tránsito por el Canal de Panamá (unos 274 m de eslora, poco más de 32 m de manga y entre 12 y 13 m de calado). Se trata de buques que transportan petróleo crudo aunque también existen tráficos con cargamentos de derivados livianos (por ejemplo, Golfo Pérsico – Japón). En lo que respecta a petróleo crudo, como ejemplo de tráficos clásicos, podemos mencionar el Caribe, el mar Mediterráneo o el Norte de Europa. En el cabotaje de la Argentina es uno de los módulos utilizados usualmente para el embarque y transporte de crudo desde las terminales ubicadas en nuestra Patagonia. SUEZMAX Sus módulos van desde los 120.000 DWT hasta los 200.000 DWT. Transportan entre 900.000 y 1.200.000 barriles de petróleo crudo. En sus orígenes, su nombre estaba vinculado a que el módulo con su mayor carga cumplía con las máximas dimensiones permitidas para el tránsito por el Canal de Suez. Hoy en día navegan por ese canal buques de hasta 20



300.000 DWT. Su demanda se concentra en la costa Oeste de África con destino al Caribe, la costa Este de los Estados Unidos o el Norte de Europa y el Mar Negro. V.L.C.C. (VERY LARGE CRUDE CARRIER) Módulos desde los 200.000 DWT hasta los 320.000 DWT. En promedio, transportan dos millones de barriles. Por sus dimensiones se trata de buques que operan por lo general en terminales de mar adentro. Entre sus tráficos habituales, de largas distancias, cargan crudo en el Golfo Arábigo con destino a los Estados Unidos o puertos de la India y Asia.

CLASIFICACIÓN POR EL TIPO DE UNIÓN DE LAS LÁMINAS. - Tanques Soldados: Son tanques para grandes capacidades que varían de 65 a 350000 BBL. Generalmente, están construidos con láminas de acero soldadas eléctricamente. Los tanques pequeños de hasta 250 BBL, pueden amarse en las mismas plantas de fabricación y luego ser transportados; mientras los más grandes deben armarse y soldarse en el mismo sitio donde se lo va a utilizar. Estos son muy fuertes y seguros contra escurrimientos, se usan en instalaciones permanentes ya que es muy difícil armar y desamar para transportarlos. - Tanques atornillados o empernados: Son diseñados y acondicionados como elementos segmentados los cuales son montados en localidades para poder proporcionar un completo vertical, cilíndrico, encima del terreno. Los tanques empernados API estandarizados están disponibles en capacidad nominal de 100 a 10000BBL, diseñados a una presión atmosférica dentro de los tanques. Estos tanques ofrecen la ventaja de ser fácilmente transportados en cualquier localidad y levantados manualmente o sea que pueden ser usados en instalaciones provisionales ya que, pueden armarse y desarmarse fácilmente. - Tanques remachados: Son tanques de acero muy grandes, que se usan para almacenar el petróleo en las concesiones y patios de tanques, la capacidad varía de 240 a 134000 BBL según las normas API. Los techos cónicos bajos usados en estos tanques tienen un declive de 19 mm en cada 300 mm y están soportados en columnas de acero estructural. NORMAS API EN EL DISEÑO DE TANQUES Los tanques de almacenamiento de crudos y productos derivados, suelen utilizar normas API (“American Petroleum Institute”) para la caracterización de su construcción. Estas se presentan en diversas especificaciones de acuerdo con las características básicas de diseño. Ejemplo de estas normas son las siguientes: NORMAS API 12 A: Especificaciones y requisitos para material, proyecto, fabricación y montaje de tanques de acero, verticales, cilíndricos no enterrados, con

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costado remachado, con capacidad nominal de 240 a 250.000 bbl, destinados a servicios de producción de campo. NORMAS API 12B: Especificaciones y requisitos para material, proyecto, fabricación, montaje y pruebas de tanques de acero, verticales, cilíndricos no enterrados, con costado empernado, con capacidad nominal de 100 a 10.000 bbl, destinados a servicios de producción de campo. NORMAS API 12 E: Especificaciones y requisitos para material, proyecto, fabricación y montaje de tanques de madera, verticales, cilíndricos no enterrados, con capacidad nominal de 130 a 1.500 bbl, destinados a servicios de producción de campo. NORMAS 12 F: Especificaciones y requisitos para material, proyecto, fabricación y montaje de tanques pequeños de acero, verticales, cilíndricos no enterrados, soldados en taller, con capacidad nominal de 90 a 750 bbl, destinados a servicios de producción de campo. NORMAS API 650 Y API 620 Las normas API 650 Y API 620, utilizadas en el diseño y construcción de tanques de techo fijo y tanques de techo flotante, son aquellas que permiten un alto grado de flexibilidad en lo relacionado con los detalles de diseño. Por esta razón, en muchos casos los diseños se registran como propiedad particular, por lo tanto, varían de una manera apreciable entre los diversos fabricantes y países. Estas normas están relacionadas, e indican lo siguiente: - Espesor mínimo del techo - Esfuerzos permisibles - Carga de diseño - Otras características. Por lo general, en algunos países las normas son más exigentes que la API 650 y la API 620, ya que en tales países se requiere un número mayor de detalle.

INSTRUMENTOS

Y

DISPOSITIVOS

ASOCIADOS

AL

TANQUE

DE

ALMACENAMIENTO Existen más instrumentos y dispositivos que son parte del tanque, algunos colocados en el techo como medidas de seguridad y otros en la envolvente. Dependiendo de las necesidades con las cuales fue construido algunos elementos pueden cambiar de posición. En esencia estos son elementos básicos que son colocados en el techo y en la envolvente de los tanques. 22

EN EL TECHO -

Boca de aforo: Abertura sobre el techo del tanque a través del cual se realizan las medidas y muestras para el aforo (estimar la capacidad). Es un tubo ranurado generalmente de 6 u 8 pulgadas de diámetro utilizado para introducir la cinta de medición.

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Válvula de presión - vacío: Su función es liberar el exceso de presión o vacío que se puede generar en el interior del tanque debido a los cambios de temperatura y a los movimientos de carga y descarga de líquido.

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Válvula de emergencia: Su función es liberar el exceso de presión que se puede generar en el interior del tanque debido a fuego externo. Entrada de hombre: Permite el acceso del personal de mantenimiento por el techo del tanque, un ejemplo del diámetro de estos es de 24”. Elemento de temperatura tipo sonda: Su función es medir la temperatura del aceite almacenado en el tanque.

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EN LA ENVOLVENTE -

Entrada de hombre: Su función es permitir el acceso del personal de mantenimiento por el casco del tanque, son bocas de aproximadamente 600 mm de diámetro para el ingreso al interior del tanque.

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Transmisor indicador de presión: Su función es medir la presión del líquido almacenado en el tanque. Escaleras y plataformas: Medio por el cual permite al personal acceder al tanque para efectuar operaciones en este.

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Base de Hormigón: Se construye un aro perimetral de hormigón sobre el que debe apoyar el tanque para evitar hundimiento en el terreno y corrosivo de la chapa.

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SERVICIOS AUXILIARES Estos son elementos adicionales son usados en caso de contingencias o contaminación de los hidrocarburos con agua o fluidos no deseados dentro del tanque. Los servicios auxiliares ayudan a controlar este tipo de problemas, aunque no garantizan siempre el control de algún siniestro que pudo ser evitado con una buena planeación de trabajo. Para ello la prevención es la mejor forma de mantener la seguridad en una instalación. SISTEMA CONTRAINCENDIOS Está conformado por un sistema de aspersión (para el enfriamiento del tanque en caso de un incendio cercano) y un sistema de inyección de espuma superficial (para la extinción del fuego por medio de cámaras de espuma y un sistema de inyección de espuma subsuperficial).

DRENAJE Es el conducto por el cual se eliminan los excesos de fluidos dentro del tanque de almacenamiento. Los tanques de almacenamiento deberán contar con una o varias 25

boquillas para la toma de drenaje de las aguas aceitosas, las cuales deberán estar al ras del fondo o dependiendo a 30 o 50 centímetros del fondo. Dentro de los tipos de drenaje existen 2 de ellos: -

-

Drenaje automático: Consiste en instalar un sensor agua-crudo a un nivel determinado y mediante un sistema de automatización incluyendo una válvula de control, el sistema es capaz de drenar toda el agua contenida en el tanque de manera efectiva, esta acción era llevada a la sala de control donde se reflejaba la cantidad de agua drenada y las aperturas/cierres de la válvula de control. Drenaje por la línea de succión del tanque: Procedimiento el cual nos permite transferir grandes volúmenes de agua y se realiza una transferencia de tanque a tanque por la línea de succión, permite drenar o sacar la mayor cantidad de agua del tanque que está entregando, pero genera o se transfiere el problema al tanque que está recibiendo. Las aguas drenadas son llevadas a un proceso de clarificación, donde las mismas son tratadas para su disposición final.

RECINTO Debe existir alrededor del tanque un recinto capaz de contener hasta el 10% más de la capacidad máxima del tanque. En caso de haber más de un tanque dentro del recinto, el mismo deberá ser capaz de contener la capacidad máxima del tanque más grande, más el 50% de la capacidad total de los tanques restantes. Dicho recinto estará limitado por un muro o por un talud de tierra. Los tanques de 10000 m3 de capacidad o mayores deberán ubicarse en recintos individuales.

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ACUMULADOR/SEPARADOR En general un separador para realizar sus funciones de retirar todo el líquido del gas y todo el gas del líquido consta de las cuatro secciones, pero además posee una serie de dispositivos en cada una de sus secciones que ayudan a un funcionamiento más efectivo del separador. Los equipos de separación, como su nombre lo indica, se utilizan en la industria petrolera para separar mezclas de líquido y gas. Un separador es un recipiente cerrado que trabaja a presión en el cual se separan dos o tres fases del fluido producido por los pozos. Cuando se separan dos fases son líquidos y gas, y cuando se separan tres fases son gas, petróleo y agua. Secciones del Separador Para efectuar una separación lo más completa posible un separador consta generalmente de cuatro secciones, aunque esto puede variar dependiendo del tipo de separador. Las cuatro secciones son:

-

-

Sección de separación primaria: La separación en esta sección se realiza mediante un cambio de dirección de flujo. El cambio de dirección se puede efectuar con una entrada tangencial de los fluidos al separador; o bien, instalando adecuadamente una placa desviadora a la entrada. Con cualquiera de las dos formas se le induce una fuerza centrífuga al flujo, cola que se separan del gas grandes volúmenes de líquido. Sección de separación secundaria: En esta sección se separa la máxima cantidad de gotas de líquido de la corriente de gas. Las gotas se separan principalmente por la gravedad por lo que la turbulencia del flujo debe ser mínima. Para esto, el separador debe tener suficiente longitud. En algunos diseños se utilizan veletas o aspas alineadas para reducir aún más la 27

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turbulencia, sirviendo al mismo tiempo como superficies colectoras de gotas de líquido. La eficiencia de separación en esta sección, depende principalmente de las propiedades físicas del gas y del líquido, del tamaño de las gotas de líquido suspendidas en el flujo de gas y del grado de turbulencia. Sección de extracción de niebla: En esta sección se separan del flujo de gas, las gotas pequeñas de líquido que no se lograron eliminar en las secciones primaria y secundaria del separador. En esta parte del separador se utilizan el efecto de choque y/o la fuerza centrífuga como mecanismos de separación. Mediante estos mecanismos se logra que las pequeñas gotas de líquido, se colecten sobre una superficie en donde se acumulan y forman gotas más grandes, que se drenan a través de un conducto a la sección de acumulación de líquidos o bien caen contra la corriente de gas a la sección de separación primaria. Sección de almacenamiento de líquidos: En esta sección se almacena y descarga el líquido separado de la corriente de gas. Esta parte del separador debe tener la capacidad suficiente para manejar los posibles baches de líquido que se pueden presentar en una operación normal. Además, debe tener la instrumentación adecuada para controlar el nivel de líquido en el separador. Esta instrumentación está formada por un controlador y un indicador de nivel, un flotador y una válvula de descarga.

SEPARADOR VERTICAL BIFÁSICO En la figura se muestra un separador vertical bifásico y en ella se identifican las cuatro secciones. La mezcla de fluidos entra por un punto intermedio del separador (sección de separación primaria) y al hacerlo pasa por el elemento degasificador el cual se encarga de distribuir el chorro de fluido que está entrando y facilitar así la separación del gas y el líquido que vienen libres además de mejorar la posibilidad de escape del gas del líquido (gas que aún no se ha liberado). Algunas veces al entrar el fluido al separador no pasa por elemento degasificador, especialmente cuando hay poco gas, sino que más bien el chorro de líquido al entrar choca contra una placa deflectora o contra un elemento giratorio buscando con esto distribuir la dirección de flujo en el primer caso o generar fuerza centrífuga en el segundo caso; en ambos casos se mejora la oportunidad de separar el gas y el líquido; al chocar la corriente de fluido contra la placa deflectora ésta se distribuye a través de toda el área del separador y será mucho más fácil la separación de gas y líquido; cuando la corriente choca contra un elemento giratorio éste al recibir el impacto empieza a rotar y al hacerlo impulsa el fluido que choca contra él hacía a las paredes del separador, pero como el líquido es más pesado que el gas adquiere mayor fuerza centrífuga y trata de escaparse más rápido hacia las paredes, de esta manera la fuerza centrífuga ayuda a separar gas y líquido. En consecuencia, en esta sección primaria las fuerzas de separación son gravedad y fuerza centrífuga.

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Después de la sección de separación primaria, el gas sigue hacia arriba y pasa por la sección de separación secundaria donde algunas gotas de líquido que han sido arrastradas por el gas que se separó en la sección primaria, se caen por gravedad. En esta sección generalmente no hay medios mecánicos que ayuden a la separación, esta es por gravedad.

Sistemas para Extracción de Niebla en un Separador. a, b) Canales de Flujo con Obstáculo. c) Filtro Elaborado con Alambre Enrollado.

Luego de la sección secundaria, el gas pasa por la sección extractora de humedad en la cual todas las gotas del líquido que no alcanzaron a separarse en la sección secundaria son extraídas mediante algún método mecánico; esta sección hace las veces de un filtro por el cual pasa el gas, pero no alcanza a pasar el líquido. En el extractor de humedad el gas va a encontrar una serie de obstáculos con los cuales choca y al hacerlo queda adherida parte del líquido en forma de pequeñas gotas las cuales se van uniendo y luego caen. Se debe aclarar que un extractor en forma de 29

filtro a base de alambre enrollado no es recomendable cuando se tiene producción de crudos que presentan depositación de parafinas. En la sección extractora de humedad el mecanismo de separación es una combinación de impacto, adsorción y gravedad. Después de pasar el gas por la sección extractora de humedad sale a la parte superior del separador en donde se encuentra la salida para el gas. El líquido que se separa en la sección de separación primaria además de las gotas que caen de las secciones de separación secundaria y extractora de humedad se cae hacia la sección de acumulación de líquido que, como ya se dijo, cumple con dos funciones importantes, por una parte permitir que el líquido permanezca un determinado tiempo en reposo y así el gas que haya podido venirse atrapado en el líquido tenga oportunidad de escaparse, y por otra parte el colchón de líquido impide que el gas se escape por la salida del líquido. Muchas veces la sección de acumulación de líquido está separada del resto del separador por un bafle o placa cuya función es tratar de mantener la superficie del líquido lo menos turbulenta posible, lo cual también facilita la liberación del gas; el líquido antes de pasar hacia la sección de acumulación de líquido cae sobre el bafle o placa y pasa hacia abajo a través de orificios o ranuras del bafle. SEPARADORES HORIZONTALES Se usan generalmente cuando la producción de gas empieza a ser alta, la producción de líquido es más o menos uniforme y no se presentan variaciones bruscas en el nivel de fluido dentro del separador. Cuando hay producción alta tanto de líquido como de gas se usan los separadores horizontales de dos tubos en el cual en el tubo superior se maneja el gas y en el inferior el líquido. Un separador horizontal bifásico que funciona de la siguiente manera: la mezcla de fluidos entra a este tipo de separadores por un extremo del cilindro y al hacerlo choca contra un elemento giratorio el cual le imprime fuerza centrífuga a las fases líquida y gaseosa ayudando a que se separen y al hacerlo, el líquido cae por gravedad hacia la parte inferior del separador; la zona donde se presenta esta separación inicial de fluidos se puede considerar como la sección de separación primaria.

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Como en el separador horizontal no hay un trayecto en dirección vertical apreciable por donde pueda viajar el gas y permitir que parte de las gotas de líquido que ha arrastrado caigan, se recurre a medios mecánicos para retirarle la humedad al gas; por este motivo el gas se hace pasar por una serie de placas, llamadas placas de rectificación con las cuales va establecer contacto con el gas y al hacerlo, gran parte de las gotas de líquido que está arrastrando se adherirán a las placas y luego caerán al fondo del separador; esta sección de rectificación viene a desempeñar la función de la sección de separación secundaria. Después de salir el gas de la sección de rectificación pasa hacia la sección extractora de humedad cuya forma y funcionamiento es similar a las descritas en el separador vertical; se debe aclarar sin embargo que la sección extractora de humedad no es tan necesaria en los separadores horizontales como en los verticales pues, por una parte la sección rectificadora la mayoría de las veces es bastante efectiva y, por otra parte el recorrido del gas es más largo que en el caso vertical, lo cual da más oportunidad de que el líquido se separe del gas; en caso de usar sección extractora de humedad se debe tener en cuenta el tipo de crudo que se vaya a tratar para seleccionar el filtro, pues, por ejemplo, no se debe usar un filtro de alambre enrollado si el crudo presenta depositación de parafinas; después de pasar el gas por la sección extractora de humedad busca la salida para el gas. El líquido que se ha separado en las secciones primarias, de rectificación y extractora de humedad busca la sección de acumulación de fluidos, la cual es la sección inferior del cilindro y está separada de las demás secciones por una placa o bafle horizontal con orificios o ranuras a través de las cuales pasa el líquido hacia abajo; 31

esta sección posee la salida del separador para la fase líquida pero como la altura de la columna de fluido en esta sección es tan pequeña la mayoría de las veces, en esta salida se pueden formar vórtices lo cual permitiría que se escapara gas con el líquido, para evitar esto se usa el tubo ranurado, conocido como rompedor de vórtices. Un separador horizontal bifásico de un solo tubo presenta dos diferencias principales con respecto a un separador bifásico de dos tubos: por una parte el chorro de fluido no choca al entrar con un elemento giratorio sino con una placa deflectora y por otra parte no posee el filtro o colchón extractor de humedad; generalmente cuando la RGL es alta es común usar separadores de dos tubos y cuando la RGL es baja se puede usar un separador horizontal sin colchón extractor de humedad. Cuando se tiene un separador horizontal de dos tubos, las secciones de separación primaria, de rectificación y extractora de humedad se encuentran en el tubo superior, es decir el tubo superior es semejante a un separador horizontal de un solo tubo con la excepción de que no posee sección de acumulación de líquido, esta función la cumple el tubo inferior; el tubo superior está comunicado, generalmente en sus dos extremos, con el tubo inferior para permitir el paso del líquido. SEPARADOR ESFÉRICO Este tipo de separador se usa principalmente cuando hay una producción alta, y además a presión alta, de gas. El chorro de fluido entra por un punto dado y es llevado hacia el extremo opuesto en donde se divide en dos chorros que hacen ángulo de 180°; con este método se busca distribuir la corriente a través de toda la circunferencia del separador para mejorar la separación de fases; así ocurre la separación inicial de líquido y de gas, el líquido se va al fondo y el gas se va hacia arriba. En la parte superior del separador hay una sección extractora de humedad por la cual tiene que pasar el gas antes de buscar la línea de salida. En este separador el volumen ocupado por la sección de acumulación de líquidos debe ser pequeño comparada con el volumen del separador a fin de que pueda manejar una cantidad alta de gas y éste pueda salir bien seco. El bafle horizontal con orificios se usa para separar las zonas de gas y de líquido.

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SEPARADORES TRIFÁSICOS Son casi siempre verticales u horizontales y aunque no son tan comunes como los bifásicos se usan en aquellos campos donde la producción de agua es muy baja, casi nula, y además ésta no viene emulsionada con el petróleo, sino que en la sección de asentamiento de líquido el agua y el aceite se separan por segregación. La diferencia entre el separador bifásico y el trifásico está en la sección de acumulación de líquidos pues en este último hay separación de agua y aceite y por tanto la sección de acumulación de líquido tendrá una salida para el agua y una para el aceite y un sistema de control para la interfase agua – aceite y otro para la interfase aceite - gas. Como casi siempre el petróleo es más liviano que el agua la capa de aceite estará por encima de la de agua.

BIBLIOGRAFÍA https://es.scribd.com/doc/310513196/Tipos-de-Tanques-de-Almacenamiento-deHidrocarburos-Imprimir http://instructivoseparador.blogspot.com/p/funcionamiento-de-un-separador.html https://es.scribd.com/doc/91985276/Separadores-de-la-industria-petrolera

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