DISEO DE TANQUES DE ALMACENAMIENTO

I. INTRODUCCION

El almacenamiento contina siendo una actividad indispensable en el transporte y manejo de hidrocarburos. La seleccin del tipo y tamao de tanque esta regida por la relacin produccin-consumo, las condiciones ambientales, la localizacin del tanque y el tipo de fluido a almacenar.Existe una gran variedad de Tanques y su clasificacin es igualmente amplia, los hay para el almacenamiento de productos lquidos y gaseosos. Los materiales que se han empleado para su construccin, han sido: Madera, concreto, aluminio. plstico y acero inoxidable; siendo este ultimo el de mayor demanda por su resistencia y durabilidad. Las formas tambin han sido variadas, aunque predomina la forma cilndrica para el almacenamiento de grandes volmenes.Los tanques pueden fabricarse y transportarse a su lugar de colocacin o bien armarse en el lugar mismo donde permanecern. Una forma tpica que se ha empleado para la clasificacin de tanques es por las caractersticas de su techo, en base a esto los hay de techo fijo y de techo flotante. Estos ltimos han tenido gran aceptacin debido a la ventaja adicional de controlar automticamente el espacio disponible a los vapores. El sistema de sellado de los tanques es de suma importancia pues evita la emisin de vapores a la atmsfera, lo cual presenta varias desventajas y riesgos tanto econmicos como ambientales. Existen diversos sistemas de sello como es el caso de sello metlico el cual consiste de un anillo de zapatas de acero prensadas firmemente contra la envolvente, un delantal de tela flexible cierra el espaci entre las zapatas y el techo. Tambin existen sellos magnetizados y otros de tipo flotante internos. Los tanques de techo flotante de doble puente y los llamados de pontones reducen las emisiones de vapores a la superficie y ofrecen mxima flotabilidad. Es de vital importancia durante el diseo de un tanque, las condiciones a las que este va a operar, esto incluye bsicamente: presin y temperatura de trabajo. La presin de trabajo esta en funcin de la presin de vapor del fluido que se almacenar adems de otros factores. Cuando se trata de almacenamiento en buques tanque, las precauciones durante el vaciado y llenado de dichos tanques deben extremarse ya que cualquier derrame ocasionar adems de lo ya mencionado, una gran contaminacin. En general toda maniobra cualquiera que sea, debe realizarse con sumo cuidado cuando se trate de buques tanque pues el control de derrames o cualquier mal manejo ocasiona grandes prdidas econmicas y fuertes riesgos de incendio.Los tanques cuentan con accesorios diversos cada uno de los cuales cumple una funcin especfica. Algunos de estos accesorios son los siguientes: lneas de llenado y vaciado, vlvulas de presin y vaco, vlvulas de relevo, vlvulas de venteo, indicadores de nivel, registro de hombre (Manhole), escaleras, flotadores y soportes. La seguridad de cualquier instalacin es sumamente importante, este factor toma especial importancia cuando se manejan productos flamables, dentro de los que caen los hidrocarburos. Las estaciones de almacenamiento cuentan con medios para evitar derrames y escapes de vapores. Los dispositivos de control de vapores van colocados en el techo del tanque y su descarga es conducida por una tubera la cual puede ventearlos a la atmsfera o bien conducirlos a una unidad recuperadora de vapores. Existen sistemas para deteccin de incendios y temperatura, algunos sistemas adems, controlan el siniestro con el empleo de productos qumicos. La colocacin de los dispositivos de control debe ser tal que su revisin y funcionamiento sea rpido y sencillo. Los tanques estn provistos de sistemas de control de derrames, esto es un muro a su alrededor o bien un canal que conduzca el derrame a un sitio alejado y seguro, el cual debe tener una capacidad igual a la del tanque ms un porcentaje por seguridad. Por ltimo un programa adecuado de revisin y mantenimiento de la instalacin evitar las acciones de emergencia y las prdidas materiales y en ocasiones humanas.

II. MARCO TEORICO

Se considera como recipientes o deposito a presin (TANQUES DE ALMACENAMIENTO), a cualquier objeto cerrado que sea capaz de almacenar un fluido a presin manomtrica, ya sea presin interna o presin externa, independiente de su forma y dimensiones.

1. Clasificacin de recipientes a presinExisten diferentes tipos de recipientes a presin, pero generalmente son clasificados de la siguiente manera:

1.1. Recipientes a presin por su usoPor su uso los podemos dividir en recipientes de almacenamiento y en recipientes de proceso. Los recipientes de almacenamiento son llamados tanques o depsitos, cuya funcin principal se usan para contener una reserva suficiente de algn producto para su uso posterior y/o comercializacin ya sea como almacenamiento inicial, intermedio o final del proceso. Estos tanques, de acuerdo a su servicio son conocidos como tanques de almacenamiento, tanques de da, tanques acumuladores. Los recipientes a presin de proceso tienen mltiples y muy variados usos entre ellos podemos citar los cambiadores de control, reactores, torres fraccionadoras, torres de destilacin etc.

1.2. Por su formaPor su forma los podemos dividir en recipientes cilndricos y en recipientes esfricos.a) Los recipientes cilndricos generalmente son divididos en dos tipos: tanquesCilndricos Horizontales y en tanques Cilndricos Verticales de Fondo Plano.I. Los Tanques Cilndricos Horizontales, generalmente son de volmenes relativamente bajos, debido a que presentan problemas por fallas de corte y flexin. Por lo general, se usan para almacenar volmenes pequeos.II. Los Tanques Cilndricos Verticales de Fondo Plano nos permiten almacenar grandes cantidades volumtricas con un costo bajo. Con la limitante que solo se pueden usar a presin atmosfrica o presiones internas relativamente pequeas.b) Los recipientes esfricos se utilizan generalmente como tanques de almacenamientos y se recomiendan para almacenar grandes volmenes de fluidos a altas presiones. Puesto que la forma esfrica es la forma natural que toman los cuerpos al ser sometidos a presin, esta sera la forma ms idnea para almacenar fluidos a presin, sin embargo la fabricacin de este tipo de recipientes es mucho ms cara en comparacin con los recipientes cilndricos. Este tipo de tanques generalmente en la industria del petrleo es utilizado para productos gaseosos, como amoniaco, gas butano, isopropanos, etc, entre otros. Debido a su forma la presin se distribuye excelentemente en todo su interior.

1.2.1. Tanques cilndricos verticalesComo se mencion anteriormente un tanque de almacenamiento cilndrico vertical es un depsito que contiene presiones internas y externas , cuyas funciones de operacin estn dentro de ms o menos unas cuantas libras por pie cuadrado de presin atmosfrica, generalmente esta cerca de los 14 kg/cm2.La principal funcin de estos tanques es contener una reserva suficiente de algn producto petrolfero para su uso posterior y/o comercializacin.Y sirve ya sea como un depsito inicial, intermedio o final del proceso por donde circula el fluido, estos tanques son los ms utilizados en los complejos petroqumicos debido a su facilidad de construccin as como se pueden almacenar grandes barriles de capacidad y el costo de construccin y reparacin es bajo comparado con los otros tanques de almacenamiento.

1.2.1.1. Clasificacin de los tanques de almacenamiento cilndricos verticalesExisten una variedad de tanques de almacenamientos y son llamados de acuerdo al tipo de techo y material con las cuales con el cual son diseados, dentro de esta diversidad se pueden mencionar los siguientes tanques ms importantes y que generalmente son los ms construidos:- Tanques Elevados.- Tanques abiertos.- Tanques a presin.

1.2.2. Tanques horizontales

Los recipientes horizontales (cigarros) se emplean hasta un determinadovolumende capacidad.Para recipientes mayores, se utilizan las esferas. Los casquetes de los cigarros son toriesfricos, semielpticos o semiesfricos.Sus espesores estn en el orden de (para una misma p, T y ):semielptico: es casi igual al de la envolvente.toriesfrico: es aproximadamente un 75% mayor que el semielptico.semiesfrico: es casi la mitad del semielptico.

1.2.3. Tanques esfricos

Las esferas se construyen en gajos utilizando chapas deacero. Se sostienen mediante columnas que deben ser calculadas para soportar el peso de la esfera durante la prueba hidrulica (pandeo).Al igual que en los cigarros, todas las soldaduras deben ser radiografiadas para descartar fisuras internas que se pudieran haber producido durante el montaje.Cuentan con una escalera para acceder a la parte superior para elmantenimientode lasvlvulasdeseguridad, aparatos de telemedicin, etc.

1.2.4. Tanques elevadosEste tipo de depsitos pueden proporcionar un flujo elevado, segn las necesidades de la poblacin, siempre y cuando la capacidad de bombeo no sea superior a la de flujo promedio del sistema, este tipo de tanques no necesitan bombas para poder llegar el fluido a su destino. Debido a la presin que se obtiene por su altura sobre el nivel de terreno, generalmente es usado para distribucin de agua potable en las comunidades, ya que sirve como medio de depsito y distribucin hacia un determinado lugar.1.2.5. Tanques abiertosEstos tipos de depsitos se emplean para almacenar materiales que no son susceptibles de daos por agentes atmosfricos, como agua, vientos, clima o contaminacin atmosfrica. Generalmente este tipo de tanques almacena fluidos como: el agua pura, el agua residual, agua para contra incendios, etc.

1.2.6. Tanques a presin.Los tanques a presin presentan techos con cpulas escalonadas y son denominados as, debido a que sus presiones son internas o manomtricas, este tipo de tanque se debe tener mucho cuidado cuando se disee, ya que las fuerzas hidrostticas que presenta en su interior en ocasiones impactan en el techo y estas se transmiten al cuerpo, provocando un colapso de la estructura. Por lo tanto este tipo de tanques deber tener un espesor idneo en el cuerpo que lo conforma, para resistir las fuerzas, si no es as la fuerza ascendente que acta sobre el cuerpo del tanque, originaria una catstrofe. Por eso para evitar este tipo de problemas, debe contar con una buena cimentacin y un sistema de anclas para que no se colapse y provoque dao alguno.2. Materiales para la fabricacin de un tanque de almacenamientoPara el mejor diseo, clculo y manufactura de tanques de almacenamiento, Es importante seleccionar el material ms idneo, seguro y econmico. En la actualidad existe una variedad de materiales con la cual se construyen tanques de almacenamiento, dentro de los ms importantes materiales usados en la fabricacin se encuentra la soldadura, y el acero, debido a todas las ventajas que tienen con respecto a otros materiales.La supuesta perfeccin del acero, tal vez el ms verstil de todos los materiales estructurales, parece ms razonable utilizarlo, cuando se considera su poco peso, facilidad de fabricacin, precios relativamente bajo, as como la facilidad de ser trabajado, lo que se presta para fabricaciones mediante muchos mtodos y permitir una construccin rpida por las propiedades de ser soldable. La soldabilidad depende mucho del grado de contenido de carbono que se presente en la aleacin, a mayor cantidad se dificulta la soldadura, pero entre menos carbono contenga mayor ser la facilidad de soldado de las estructuras.

3. Soldadura en el tanque de almacenamientoLa soldadura es un proceso en el que se unen partes metlicas mediante el calentamiento de sus superficies a un estado plstico, permitiendo que las partes fluyan con o sin la adiccin de otro metal fundido. Esta propiedad de la soldadura se debe a la constitucin atmica de un metal. Ya que dicha constitucin atmica se encuentra dividida por diferentes tamaos de granos que a su vez, tiene un arreglo de tomos, por todo su alrededor. Entonces cuando la soldadura es aplicada en las partes a unir de las piezas, estas tienden a acelerar sus tomos y dispersarse por todo la parte soldada, originando enlaces entre tomos, para que se tenga como resultado la formacin de una pieza.3.1. Ventajas de la SoldaduraActualmente es posible aprovechar las grandes ventajas que la soldadura ofrece, ya que los temores de fatiga e inspeccin se han eliminado casi por completo. Algunas de las muchas ventajas de la soldadura, se mencionan a continuacin: La primera ventaja est en el rea de la economa, porque el uso de la soldadura permite grandes ahorros en el peso del acero utilizado. Las estructuras soldadas permiten eliminar un gran porcentaje de las placas de unin y de empalme, tan necesarias en las estructuras remachadas o atornilladas, En algunas estructuras es posible ahorrar un considerable porcentaje de acero con el uso de soldadura. La soldadura tiene una zona de aplicacin mayor que los remaches o los tornillos. una conexin remachada o atornillada puede resultar imposible, en lugares d poca rea, pero una conexin soldada presentara pocas dificultades. Por el espacio que la soldadura ocupa en la estructura. Las estructuras soldadas son ms rgidas, porque los miembros por lo general estn soldados directamente uno a otro. Las conexiones con remaches o tornillos, se realizan a menudo a travs de ngulos de conexin o placas que se deforman debido a la transferencia de carga, haciendo ms flexible la estructura completa. Pero tambin hay que prestar atencin si se requiere este movimiento en la estructura y no realizar una estructura muy rgida. El proceso de fusionar las partes por unir, hace a las estructuras realmente continuas. Esto se traduce en la construccin de una sola pieza y puesto que las juntas soldadas son tan fuertes o ms que el metal base, Esta ventaja de la continuidad ha permitido la ereccin de un sin fin de estructuras de acero estticamente indeterminadas, esbeltas y agraciadas, en todo el mundo. Resulta ms fcil realizar cambios en el diseo y corregir errores durante el montaje (y a menor costo). Otro detalle que es importante es lo silenciosos que resulta soldar. Se usan menos piezas y, como resultado, se ahorra tiempo en detalle, fabricacin y montaje de la obra.

4. Tipos de inspecciones en el tanque de AlmacenamientoLas inspecciones en el tanque de almacenamiento son de suma importancia, ya que a travs de estas se puede comprobar si la construccin fue la correcta o lo que se tendr que reparar. Pero Cuando se siguen los procedimientos establecidos por la AWS, la ASME (American Society of Mechanical Engineers (sociedad americana de ingenieros mecnicos) y el AISC (instituto americano de construcciones de acero) para inspeccin de tanques y cuando se utilizan los servicios de buenos soldadores, que previamente hayan demostrado su habilidad, es probable que se obtengan buenos resultados; sin embargo, la seguridad total se tendr cuando se utilicen inspectores capaces, calificados y por pruebas como las que a continuacin se presentan.- Inspeccin visual a la soldadura.- Inspeccin por lquidos penetrantes a la soldadura.- Inspeccin por partculas magnticas.- Pruebas ultrasnicas a soldaduras.- Procedimientos radiogrficos al envolvente.- Pruebas hidrostticas.

4.1. Inspeccin visualUn factor que ayudara a los soldadores a realizar un mejor trabajo, es la presencia de un inspector que se considere apreciar un buen trabajo cuando vean lo realizado.Para hacer un buen inspector, es conveniente que haya soldado y que haya dedicado bastante tiempo a observar el trabajo de buenos soldadores. A partir de esta experiencia, ser capaz de saber si un soldador est logrando la fusin y penetracin satisfactorias. Tambin debe reconocer buenas soldaduras en su forma, dimensiones y apariencia general. Por ejemplo, el metal en una buena soldadura se aproximara a su color original despus de enfriarse. Si se ha calentado demasiado, tendr un tono con apariencia rojiza.4.2. Lquidos penetrantesDiversos tipos de tinturas pueden extenderse sobre las superficies de soldadura; estos lquidos penetraran en cualquier defecto como grietas que se encuentran en la superficie y sean pocos visibles; despus de que la tintura ha penetrado en las grietas, se limpia el exceso de esta y se aplica un polvo absorbente, el cual har que la tintura salga a la superficie y revelara la existencia de la grieta, delinendola en forma visible al ojo humano. Una variante de este mtodo consiste en usar un lquido fluorescente, que una vez absorbido se hace brillante visible bajo el examen con luz negra. Este mtodo nos permite detectar grietas abiertas a la superficie igual que la inspeccin visual.4.3. Partculas magnticasEn este proceso, la soldadura por inspeccionar se magnetiza elctricamente, los bordes de las grietas superficiales o cercanas a la superficie se vuelven polos magnticos (norte y sur a cada lado de la grieta) y si se esparce polvo seco de hierro o un lquido con polvo en suspensin, el fantasma magntico es tal que queda detectada la ubicacin, forma y aun tamao de la grieta. Solo grietas, costuras, inclusiones, etc. Aproximadamente a 1/!0 pulg de la superficie pueden localizarse por este mtodo.

4.4. Prueba ultrasnicaEn aos recientes, la industria del acero ha aplicado el ultrasonido a la manufactura del acero; si bien el equipo es costoso, el mtodo es bastante til tambin en la inspeccin de soldadura. Las ondas snicas se envan a travs del material que va a probarse y se reflejan desde el lado opuesto de este: la onda reflejada se detecta en una en un tubo de rayos catdicos; los defectos en la soldadura afectan el tiempo de transmisin del sonido y el operador puede leer el cuadro del tubo, localizar las fallas y conocer que tan importantes son. La prueba ultrasnica puede usarse con xito para localizar discontinuamente con aceros al carbn y de baja aleacin, pero no funciona muy bien para algunos aceros con grano extremadamente grueso.4.5. Procedimientos radiogrficosLos mtodos radiogrficos, que son ms costosos, pueden utilizarse para verificar soldaduras en la envolvente y fondo del tanque. Mediante estas pruebas es posible realizar una buena estimacin del porcentaje de soldaduras malas en el tanque. El uso de mquinas de rayos-X-porttiles, donde el acceso no es un problema y el uso de radio o cobalto radiactivo para tomar fotografas, son mtodos de prueba excelentes pero costosos. Resultan satisfactorios en soldaduras a tope pero no son satisfactorios para soldaduras de filete, ya que las fotografas son difciles de interpretar. Una desventaja adicional de estos mtodos es el peligro de la radiactividad. Deben utilizarse procedimientos cuidadosos para proteger tanto a los tcnicos como a los trabajadores cercanos. En el trabajo de las construcciones normales, este peligro posiblemente requiera la inspeccin. 4.6. Pruebas hidrostticasSe realizan estas pruebas llenando de agua hasta una altura de 3/4h, y reposando el lquido por 24 hrs, esto con el fin de conocer el estado de las juntas que fueron soldadas en el tanque de almacenamiento, y verificar si existe alguna que sea necesario su cambio o reparacin.5. Coloresde tanques de almacenamiento

Un tanque que almacenapetrleocombustible, elcolorpreferido para este tipo de combustible es el negro, por la absorcin decalorque este color propicia, y hace ms fluido elpetrleoal ganar entemperatura.

Tipos de colores para el almacenaje de cada productoProductoColor primarioColor secundarioEnvolventeTecho

Gas licuado de petrleoBlanco brillante-Blanco brillante-

Gasolina de aviacinNaranja-AluminioBlanco brillante

Gasolina especialBermelln (rojo)Azul triannAluminioBlanco brillante

Gasolina regularBermelln (rojo)-AluminioBlanco brillante

Nafta industrialTurquesaBlanco brillanteAluminioBlanco brillante

Nafta especialBermelln (rojo)Blanco brillanteAluminioBlanco brillante

SolventesVerde turquesa-AluminioBlanco brillante

ToluenoAzul claro-AluminioBlanco brillante

TurbocombustibleproduccinnacionalGris acero-AluminioBlanco brillante

Turbocombustible exportacinGris acero-AluminioBlanco brillante

QuerosenoVerde esmeraldaBlanco brillanteAluminioBlanco brillante

Combustible dieselAmarillo tostado-AluminioBlanco brillante

Aceites lubricantesCocoa-AluminioBlanco brillante

Aceite usadoCocoaNegro brillanteNegro mateNegro mate

Petrleo combustibleBlanco brillante-Negro mateNegro mate

Petrleo crudoNegro brillanteVerde manzanaAluminioBlanco brillante

AsfaltoFerroprotector negro-Ferroprotector negroFerroprotector negro

Alcohol desnaturaliza-doAzul trianon-AluminioBlanco brillante

AguaGris dublin-Gris dublinGris dublin

6. Cdigos AplicablesLas normas son aquellos estndares que se deben de seguir conforme a la letra ya que estos proporcionan una seguridad a cualquier estructura que se pretenda construir, En los Estados Unidos de Norteamrica y en muchos pases del mundo, incluyendo Mxico, el diseo y clculo de tanques de almacenamiento, se basa en las normas del "Instituto Americano del Petrleo", a esta norma generalmente se le conoce como: estndar A.P.I. 650 y A.P.I. 653 ", para tanques de almacenamiento a presin.Las normas A.P.I. 650, API 653 , slo cubre aquellos tanques en los cuales se almacenan fluidos lquidos y estn construidos de acero con el fondo uniformemente soportado por una cama de arena, grava, concreto, asfalto, etc., diseados para soportar una presin de operacin atmosfrica o presiones internas que no excedan el peso del techo por unidad de rea y una temperatura de operacin no mayor de 93 C (200 F), Este estndar cubre el diseo y clculo de los elementos del tanque. Proporciona las recomendaciones para construirlo as como los procedimientos de soldaduras, lineamientos para su operacin y pruebas necesarias para inspeccin del tanque. Los cdigos aplicables en nuestro pas no solo es la API, ya que esta norma, hace referencia a las normas de los materiales de la ASTM y tambin se toma en cuenta la ASME, as como la N.F.P.A, para poder tener un diseo idneo y seguro en todos los sentidos.