TANQUES DE ALMACENAMIENTO

TANQUES DE ALMACENAMIENTO MANUAL DE GESTION DE OPERACIONES

Tanques de Almacenamiento 

Las refinerías de Petróleo son industrias que requieren manejar cantidades muy importantes de líquidos y gases, por lo que necesitan disponer de una gran capacidad de almacenaje. El uso racional de los tanques implica un importante ahorro en los gastos de una refinería dada la inversión elevada que requiere su construcción y mantenimiento. Los productos petrolíferos se pueden dividir en tres clases de acuerdo con su volatilidad, a cada clase le corresponde tipos particulares de tanques que se diferencian esencialmente por su presión de servicio. Un tanque soporta, por una parte, la presión hidrostática creada por el líquido contenido, y por otra, la presión de la fase gaseosa situada sobre el líquido.

Tanques de Almacenamiento 

Las refinerías de Petróleo son industrias que requieren manejar cantidades muy importantes de líquidos y gases, por lo que necesitan disponer de una gran capacidad de almacenaje. El uso racional de los tanques implica un importante ahorro en los gastos de una refinería dada la inversión elevada que requiere su construcción y mantenimiento. Los productos petrolíferos se pueden dividir en tres clases de acuerdo con su volatilidad, a cada clase le corresponde tipos particulares de tanques que se diferencian esencialmente por su presión de servicio. Un tanque soporta, por una parte, la presión hidrostática creada por el líquido contenido, y por otra, la presión de la fase gaseosa situada sobre el líquido.

Tanques de Almacenamiento  De acuerdo con lo expuesto podemos establecer la siguiente clasificación.

Presion de Vapor

Producto

Tipos de Tanque Empleados

Siempre > 1 kg/cm2

Propano Butano

Esferas, Recipientes a Presión

Menos de 1 kg/cm2 y Mayor de 0 kg/cm2

Crudo Gasolinas Nafta Keroseno

Techo flotante Techo (Sabana/Pantalla) flotante interno

Despreciable Gas  – Oil (practicamente 0 kg/cm2) Fyuel - Oil

Techo fijo (algunas veces calorifugados y aislados)

Tanques de Almacenamiento  Tipos de tanques 1. Tanque de techo fijo Techo soportado. El tanque de techo soportado generalmente tiene un fondo plano, una envolvente cilíndrica y un techo cónico. Se utilizan generalmente hasta tamaños de 85 metros de diámetro y 20 metros de altura. Existe una estructura interna de soporte del techo. Se construye mediante chapas soldadas, adecuadamente curvadas para el caso de la envolvente, el fondo se construye plano pero con una capacidad de flexión tal que pueda adaptarse a la forma ligeramente cóncava de las fundaciones. El techo se construye mediante chapas soldadas y unidas a la envolvente en toda su periferia.

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Tanques de Almacenamiento  Techos auto-soportados (DOMO o Umbrella). Estos tanques son modificaciones de los tanques de techo cónico. En estos las chapas del techo son segmentos curvados esféricamente y unidos de tal modo que se convierten en una estructura autosoportada. Estos tipos de tanques son raros en diámetros de más de 30 metros de diámetro, se utilizan cuando no se esperan asentamientos importantes. En pequeños diámetros pueden tener techo cónico.

Tanques de Almacenamiento  2 Tanques de techo flotante Este tipo de tanque se usa con objeto de reducir pérdidas mediante la eliminación de la cámara de vapores sobre el líquido. Se usa para productos volátiles. El fondo y envolvente de estos tanques se construye igual que los de techo fijo. El techo por el contrario flota sobre el líquido deslizándose dentro de la envolvente y siguiendo al líquido en sus variaciones de nivel. Una junta especial asegura la estanqueidad entre las paredes y techo. Hay varios tipos de techos flotantes entre ellos el de pontoon anular en los cuales las cámaras de flotación se distribuyen en el anillo exterior mientras que la parte central es una chapa simple. El área con pontones puede variar entre el 20 y 60 % del total.

Iván Avilés B.

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Tanques de Almacenamiento  2 Tanques de techo flotante Existen dos variaciones de este tipo que son el "Low Deck pontoon" y "High Deck Pontoon". El Low Deck Pontoon establece un mayor contacto entre el velo y el producto impidiendo la corrosión por vapores, esto se consigue mediante un pontoon central. El High Deck Pontoon por el contrario establece una cámara de vapor entre techo y producto, no tiene muchas aplicaciones. El de doble velo en los cuales la cámara de flotación abarca toda la superficie del techo, este tipo es usado generalmente en tanques de diámetros no muy grandes. El más simple de los techos flotantes es el tipo "pan" que consiste en un velo de chapas soldadas

Iván Avilés B.

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Tanques de Almacenamiento  3 Sin techo Para productos de poca peligrosidad o importancia caso de agua, etc., en que no existe necesidad de techo, los tanques pueden ser construidos sin este elemento. 4 Pantalla/Sabana Flotante En estos, los tanques tienen un techo fijo generalmente auto-soportado y una pantalla que flota sobre el líquido, se utilizan para productos con alta presión de vapor

Tanques de Almacenamiento  Códigos de Diseño - Construcción  – Mantenimiento El Código de Diseño más utilizado en Refinerías en el Diseño y Construcción de Tanques de Almacenamiento atmosféricos es el API-650, mientras que para tanques a baja presión es el API-620, el API-653 se utiliza para la inspección, valoración y reparación de tanques existentes. Se describen a continuación los contenidos de las distintas Secciones y Apéndices del API 650: Sección 1. - Alcance Sección 2.- Materiales Sección 3. - Diseño Sección 4.- Fabricación Sección 5.- Montaje Sección 6.- Inspección soldaduras Sección 7. - Procedimientos soldadura y homologación soldadores Sección 8.- Chapa identificación

Tanques de Almacenamiento  Los distintos Apéndices se describen en la Tabla siguiente Apendice

Tema

Condicion

A

Diseños Opcionales para Tanques pequeños

Requerimiento Alternativos

B

Diseño y construcción de cimentaciones

Recomendaciones

C

Techos Flotantes Externos

Requerimientos

D

Consultas Técnicas

Requerimientos

E

Diseño Sismico

Opcional

F

Diseño para Presión Interna

Requerimientos

G

Techos Soportados Domo de Aluminio

Requerimientos

H

Techos Flotantes iNternos

Requerimientos

I

Detección de Pérdidas

Opcional

J

Construcción de Taller de Tanques

Requerimientos

K

Ejemplo de Cálculo por Método de “variable -design-point”

Información

L

Hoja de Datos API-650

Requerimientos

M

Tanques Operenado a Temperatura Elevada

Requerimientos

N

Uso de Nuevos Materiales que no son identificados

Requerimientos

O

Conexiones en Fondo

Recomendaciones

P

Cargas Exteriores Permitidas en Conexiones

Opcional

S

Tanques de Acero InoxidableAustenítico

Requerimientos

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Los estándares en el diseño y construcción de tanques de almacenamiento han variado poco con el tiempo. Los grandes tanques de almacenamiento, son cilindros de eje vertical en los que la principal fuente de tensiones viene determinada por el peso y temperatura del producto que almacenan. Las bases, sin embargo, tanto la superior (techo), como la inferior (fondo) han sido objeto de grandes modificaciones y avances tecnológicos para adaptarlos a las últimas exigencias legislativas, tanto en lo que se refiere a la seguridad de las personas y bienes como a la preservación del Medio Ambiente, sin contaminación.

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Desde el punto de vista del producto (temperatura) que contienen los tanques los podemos dividir en: - Tanques atmosféricos o calentados T > = 5 C - Tanques refrigerados T > = -50 C - Tanques criogénicos T < -50 C °

°

°

Aunque el código API-620 (Apend. Q) limita las temperaturas por encima de los -270 C, para los tanques criogénicos, suele ser aplicado hasta los -200 C, como por ejemplo, en los almacenamientos de oxígeno o nitrógeno licuados. °

°

El Apéndice M del API-650 contempla los requisitos para tanques con productos calientes 500 > T > 200 F. °

°

Tanques de Almacenamiento  Los estándares actuales se orientan hacia: a)Techos sin columnas. Las columnas son elementos que modifican su posición con el tiempo (asentimientos, movimientos horizontales, etc.), y provocan deformaciones en el techo que pueden conducir a su colapso. En los techos con pantalla pueden provocar el hundimiento de ésta si se queda trabada por las columnas, además de ser una fuente continua de pérdidas al darse en ellas el efecto de pared mojada. También suelen ser muy afectadas por la corrosión. b) Techo tipo cúpula (autosoportado) Si no son convenientes los tanques con columnas, la solución estructural alternativa es el techo esférico que permite salvar grandes luces (diámetro). Además esta forma geométrica resiste bien pequeñas presiones interiores.

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c) Tanques cerrados con válvulas P/V Las pérdidas por evaporación son muy altas en los tanques con ventilaciones abiertas. Esto implica gran cantidad de emisiones a la atmósfera que no permiten las legislaciones actuales, salvo para los productos de muy baja tensión de vapor; esta tendencia la suponemos más acentuada en el futuro. El cálculo de las mismas puede hacerse mediante API RP 2000. d) El techo cúpula junto con la disposición de válvulas de P/V Permiten presurizar la zona de vapores de los tanques mediante un gas neutro de blanketing (normalmente Nitrogeno, N2), con lo que se consiguen reducir las pérdidas por un lado y la distancia permitida entre tanques por otro.

Tanques de Almacenamiento  e) Fondos con detectores de fugas y protección catódica: Siendo el fondo un elemento del tanque que prácticamente no trabaja, es también, el elemento que más problemas acarrea para su conservación y mantenimiento. El problema se deriva de su contacto directo con la fundación y la dificultad de inspeccionar su exterior. Por el interior está afectado como el resto del tanque, e incluso de forma acentuada, debido a las acumulaciones de agua. Los tanques nuevos deberían diseñarse con detectores de fugas y protección catódica. El código API-650, Apéndice 1 contempla diferentes soluciones para detección de fugas por el fondo y el API RP 651, evalúa distintos métodos de protección catódica. f) Fundaciones con membrana de impermeabilización Evitaría contaminación del suelo, su diseño se hace según Apéndice 1 del API650.

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g) En relación con los techos flotantes Los avances mas señalados se refieren, en primer lugar, a la estabilidad del techo: La rigidez de los pontones, la evacuación de las aguas de lluvia, el diseño de la escalera rodante, etc., marcan de forma determinante la vida de los mismos. En función del diámetro se adopta el modelo de simple pontón, doble pontón o doble lámina si se requiere un techo flotante rígido. Su diseño puede hacerse de acuerdo con Apéndice “C" del API-650. El otro aspecto que ha variado profundamente es el diseño de la junta de cierre. Esta ha pasado de los antiguos sellos mecánicos con pantógrafos a los modernos dobles sellos flexibles.

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h) Los techos fijos con pantalla flotante Parecen marcar el futuro de los pequeños y medianos tanques de almacenamiento de productos con alta tensión de vapor a temperatura ambiente. Son obligatorios para los productos clase B y otros productos con tensión de vapor superior a los 27,6 Kpa. El tipo de pantalla más usada es el de acero por ser ésta la que más reduce las emisiones (pérdidas), y, al mismo tiempo, la más rígida. Así mismo, la pantalla de acero soporta mejor las reacciones de aspiraciones flotantes, que son cada vez más usuales, sobretodo si se requieren extracciones de gran pureza como ocurre en los tanques de A.T.K. y gasolinas. El Apéndice H del API-650 contempla su diseño.

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Normas de Diseño, Construcción, Mantenimiento e Inspección de Tanques

Tanques de Almacenamiento  Elementos de los tanques - diseño y construcción a) Envolvente Diseño El Código generalmente utilizado es el API-650. La envolvente estará formada por chapas soldadas a tope con penetración completa, una vez curvadas estas adecuadamente. Estas chapas se disponen en virolas cilíndricas, el número de virolas depende de la altura total del tanque, teniendo en cuenta que las chapas tendrán un ancho mínimo de 72 pulgadas. Las soldaduras verticales en virolas adyacentes no deben alinearse y deberán tener una separación mínima de 5 t donde "t" es el espesor de la chapa. La envolvente va soldada al fondo mediante una soldadura en ángulo continuo por ambos lados sobresaliendo este al exterior en una distancia determinada.

Tanques de Almacenamiento  En la siguiente figura pueden verse detalles de la unión de la envolvente de un tanque al fondo.

Tanques de Almacenamiento  Las soldaduras tanto verticales como horizontales de unión de chapas de la envolvente así como de la envolvente al angular de coronación estarán de acuerdo con la siguiente figura.

Tanques de Almacenamiento  El espesor de la envolvente será mayor que el de diseño, incluyendo corrosión permitida, pero no menor que lo siguiente:

Diametro nominal

Espesor de Virolas

Pies

Pulgadas