Tanque API 650 Diseño

DISEÑO DE UN TANQUE DE ALMACENAMIENTO PARA DIESEL PARA LA CIUDAD DE EL ALTO

1.

INTRODUCCION.-Los tanques de almacenamiento son estructuras de diversos materiales, por lo general de forma cilíndrica que son usadas para guardar o almacenar líquidos o gases a presión ambiente. Son ampliamente usados en las industrias de gases, petróleo y química, y su uso más notable es para el proceso de almacenamiento sea temporal o prolongado. La norma que emplearemos en el presente trabajo será la norma API 650 que son utilizados para tanques nuevos en el que cumbre aspectos tales como: materiales, diseños y procesos.

En el presente trabajo realizaremos el diseño de un tanque de almacenamiento de diésel oíl para la ciudad de EL ALTO con un volumen de 15 metros cúbicos, tomando en cuenta todas las variables según la norma API 650.

2.

OBJETIVO

GENERAL.-Diseñar un tanque de almacenamiento de diésel en la ciudad de EL ALTO.

2.1.

OBJETIVOS

ESPECIFICOS.- Seleccionar el material adecuado según la norma ASTM  Realizar el diseño del tanque según la norma API 650  Plasmar el diseño en AutoCad.

3.

MARCO TEORICO.-3.1.

3.1.1. Tanques verticales- techo flotante

Constan de una membrana solidaria al espejo de producto que evita la formación del espacio vapor, minimizando pérdidas por evaporación al exterior y reduciendo el daño medio ambiental y el riesgo de formación de mezclas explosivas en las cercanías del tanque.

El techo flotante puede ser interno (existe un techo fijo colocado en el tanque) o externo (se encuentra a cielo abierto). En cualquier caso, entre la membrana y la envolvente del tanque, debe existir un sello.

Los nuevos techos internos se construyen en aluminio, y se coloca un domo geodésico como techo fijo del tanque. Las ventajas que presenta el domo con respecto a un techo convencional son:

 Es un techo auto portante, es decir, no necesita columnas que los sostenga, esto evita el tener que perforar la membrana.

 Se construye en aluminio, lo cual lo hace más liviano

 Se construyen en el suelo y se montan armados, mediante una grúa, evitando trabajos riesgosos en la altura.

Los tanques flotantes RO-TANK han sido desarrollados para el almacenamiento de hidrocarburos recuperados por embarcaciones anti polución que no disponen de tanques propios o cuya capacidad es insuficiente.

Los RO-TANK pueden ser remolcados llenos o vacíos a velocidades de hasta 7 nudos en función del estado del mar. Gracias a sus conexiones rápidas ASTM es posible unir varios tanques para su remolque o fondeo conjunto.

Los RO-TANK están fabricados de una gruesa plancha de caucho Neopreno reforzado con 4 capas interiores de tejido de poliéster, un material extraordinariamente resistente a la abrasión y a la perforación. Su recubrimiento de caucho Hypalon los hace especialmente resistentes a los hidrocarburos y a los agentes atmosféricos (rayos ultravioleta, ozono, salitre).

Los RO-TANK vacíos se almacenan enrollados en una caja de madera de reducidas dimensiones. También es posible estibar hasta 10 tanques de 15m3 en un sólo carretel de accionamiento hidráulico. Los RO-TANK pueden ser abiertos en ambos extremos para su limpieza interior mediante agua a presión o con detergentes.

3.1.3. Esferas

Las esferas se construyen en gajos utilizando chapas de acero. Se sostienen mediante columnas que deben ser calculadas para soportar el peso de la esfera durante la prueba hidráulica (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.

Los recipientes horizontales (cigarros) se emplean hasta un determinado volumen de capacidad.

Para recipientes mayores, se utilizan las esferas. Los casquetes de los cigarros son toriesféricos, semi elípticos o semiesféricos.

Sus espesores están en el orden de (para una misma p, T y φ):

 Semi elíptico: es casi igual al de la envolvente

 Toriesfrico: es aproximadamente un 75 % mayor que el semi elíptico.  Semiesférico: es casi la mitad del semi elíptico.

3.3. Normas de tanques de almacenamiento  PDVSA-F-202-PRT:

Requerimiento de diseño, inspección, fabricación prueba y entrega de tanques fabricados en taller de campo, que operan a presión atmosférica o baja presión.

 ANSI B96.1:

 API 12D:

Diseñó, fabricación e instalación de tanques cilíndricos verticales, sobre superficie, soldados y fabricados en acero en capacidades nominales de 500 a 1000 barriles de tamaño estándar.

 API 12F:

Similar al API 12D, pero los tanques son fabricados en taller con capacidades desde 90 a 750 barriles.

 API 620:

Cubre el diseño y construcción de tanques grandes de aceros de carbón, operados a media presión, verticales sobre la superficie y con temperaturas no mayores de 200 ° C. las presiones exceden de 2.5 psi, y no pueden ser mayores a 15 psig.

 API 650:

Cubre los requerimientos mínimos para diseñó, fabricación, instalación, materiales e inspección de tanques cilíndricos verticales sobre tierra, no refrigerados, de tope abierto o cerrado, construido con planchas de acero soldadas, para almacenar crudos y sus derivados, donde la temperatura no exceda los 500°F y la presión manométrica de 0.5 psi.

 API Standard 620 (1990):

Es aplicable a grandes tanques horizontales o verticales soldados en el campo, aéreos que operan a presiones en el espacio vapor menores a 2.5 psig y a temperaturas no superiores a 93°C.

 API Standard 650 (1998):

Es la norma que fija la construcción de tanques soldados para el almacenamiento de petróleo. La presión interna al que puede estar sometido es de 15 psig y una temperatura máxima de 90˚C .Con estas características, son aptos para almacenar la mayoría de productos producidos en una refinería.

 API Specification 12D:

Es aplicable a tanques horizontales o verticales soldados en el campo para almacenaje de líquidos de producción y con capacidades estandarizadas entre 75 y 1500 m3.

 API Specification 12F:

Es aplicable a tanques horizontales o verticales soldados en taller para almacenaje de líquidos de producción y con capacidades estandarizadas entre 13.5 y 75 m3.

 API Standard 653 (1991):

Es aplicable a la inspección, reparación, alteración desmontaje y reconstrucción de tanques horizontales o verticales, basándose en las recomendaciones del STD API 650. Recomienda también la aplicación de las técnicas de ensayos no destructivos aplicables.

Estos estándares cubren el diseño, fabricación, inspección, montaje ensayos y mantenimiento de los mismos y fueron desarrollados para el almacenaje de productos de la industria petrolera y petroquímica, pero su aceptación ha sido aplicada al almacenaje de numerosos productos en otras industrias. Si bien estas normas cubren muchos aspectos, no todos están contemplados, razón por la que existen otras normas complementarias a las mismas. Existen además de los mencionados estándares otras normas que también son aplicables a estos casos, pero cubriendo no solo materiales constructivos metálicos sino también otros materiales (plásticos, fibra de vidrio), etc.

 ASME, Boiler and Pressure Vessel Code ( edith 2001), Section VIII y X Es aplicable para el diseño de diferentes recipientes y tanques tanto cilíndricos, esféricos como de sección rectangular. Se trata de los estándares más

reconocidos mundialmente en este campo de aplicación

Es aplicable a tanques de acero de diferentes diseños soldados en taller para almacenaje de líquidos inflamables y combustibles

 British Standard (BS) 2594

Es aplicable a tanques cilíndricos horizontales de acero al carbono soldado.

 BS 4994

Comprende las especificaciones para el diseño y construcción de recipientes y tanques en plásticos reforzados.

 BS 6374

Comprende las especificaciones para el recubrimiento de recipientes y tanques con materiales poliméricos.

 ASTM D 3299 / 4021 / 4097

Comprende las especificaciones para tanques plásticos reforzados con fibra de vidrio

3.4. Corrosión de tanques

Corrosión de tanques puede ser el resultado de:

 Oxidación directa en presencia de aire y humedad.

 Presencia de electrolitos activos que atacan el metal en el agua que se asienta el petróleo en el fondo del tanque y se acumula contra el lado inferior del fondo del tanque de cementación.

 Compuestos de azufre en el aceite especialmente ácido sulfhídrico que se desprende en forma gaseosa, ataca el metal del tanque formando sulfuro de hierro y se combina con la humedad del aire para producir ácido sulfúrico corrosivo.

El fondo está sujeto a corrosión por el suelo y por el contacto de agua salada debido al petróleo, el techo soporta la exposición a la intemperie y a la corrosión

de azufre y de otros gases y vapores derivados del petróleo. Los suelos alcalinos pueden causar corrosión rápida en el metal aun cuando el suelo sea bastante seco; el suelo debe ser de textura homogénea de preferencia de arcilla arenosa predominantemente la arcilla.

La evaporación durante el almacenamiento es especialmente notables en crudo más ligeros y se estima que varía 1 a 25 % dependiendo de la agitación que sufre el petróleo y la duración de tiempo de almacenaje. El petróleo sufre su mayor pérdida durante los primeros días de almacenamiento, la agitación del petróleo durante su admisión al tanque contribuye en gran parte a este resultado. El petróleo superficial al reducirse en gravedad por la pérdida de sus componentes más ligeros se hunde y es sustituido por el petróleo más ligero de estratos más bajos.

4.

PRACTICO.- Almacenaje: 15 metros cúbicos de Diésel

 Capacidad Operativa: 90% = 13.5 metros cúbicos

 Sistema De Seguridad: el sistema contra incendios deberá contar con la instalación de un tanque de agua de 1000 barriles de capacidad como mínimo, así como instalar una red contra incendios con hidrantes que deberán ubicarse e instalarse de acuerdo a Normas NFPA N° 24 “Standard for outside protection” y NFPA N° 14 “standard for the instalation of standpipes and hose systems”. Se contara con extintores portátiles en número y capacidad establecidos en Norma NFPA N°10 (ANSI Z 112.1 “Standard for portable fire stinguishers”.  Telemedición: Hay distintos sistemas, cada uno con sus ventajas y ámbito de

aplicación. Entre ellos podemos mencionar para la medición de nivel:

 HTG: medición hidrostática de tanques, los últimos modelos acusan una precisión del 0.02%

 Servomecanismos: Un palpador mecanico sigue el nivel de liquido, precisión de 1 mm aproximadamente

 Radar: Se envía una señal por medio de una antena, que rebota y vuelve a la fuente, precisión 1 mm aproximadamente

Para la medición de la temperatura, se utilizan tubos con varios sensores ubicados en distintas alturas, para medirlas a distintos niveles de líquidos (estratificación) precisión hasta 0.05°C

 Sistema De Drenaje:

Los tanques de almacenamiento también deberán contar con una boquilla por lo menos para el drenado de lodos, la cual podrá estar al ras del fondo, dirigidas a un sumidero o por debajo del tanque

Los sumideros y conexiones en el fondo tendrán particular atención para el relleno y compactación del suelo para prevenir asentamientos irregulares del tanque

4.1. Ubicación Geográfica.- Ubicación: La Paz-El Alto  Macro Localización:

 Provincia: Ubicado en la provincia Murillo del departamento de La Paz

 Coordenadas Geográficas: 16°30`S 68°12`O / -16.5,-68.2  Población: 903.080 Habitantes

 Límites: El Alto limita al Noreste con La Paz, al Sudeste con Achocalla, al Sudoeste con Viacha, al Noreste con Pucarani.  Micro Localización:

 Temperatura diseño: 20 °C  Velocidad De Viento: 33 km/h  Presión Atmosférica: 0.62 atm  Humedad Relativa: 37%

 Presión Del Viento: 1.44 kpa

(

)

=0.043 kpa

4.2. Selección de material

 El material seleccionado según la norma ASTM A 131M/A es 131, Grado A

 Planchas para un máximo espesor de 12.5 mm, ancho 1800 mm, largo 6000mm.

4.3. Dimensión del tanque (Método de 1 pie)  V = 15 metros cúbicos  H máx. = 3 metros  H máx. de operación = 2.7 metros Diametro=√ V∗4 π∗H Diametro=

√

4.3.1. Esfuerzos admisibles

 Resistencia mínima de fluencia = 235 MPa  Resistencia a la tensión = 450 MPa

 Esfuerzo admisible para condición de diseño (sd) 2 3fluencia → 2 3∗235=156.7 MPa 2 5tension → 2 5∗450=180 MPa

 Esfuerzo admisible para prueba hidrostática (st) 3 4fluencia→ 3 4∗235=176.3 MPa 3 7tension → 3 7∗450=193 MPa  Espesor de corrosión: 1,5875 mm. 4.4. Diseño de fondo

 Espesor nominal mínimo 6 mm Tabla 2.1 Espesor mínimo del fondo y placa anular (milímetros)

 Ancho de placas 1800 mm, Largo 6000 mm  Refilados 52 mm borde de tanque

Ancho radial= 215∗tb √ Hmax∗G

Ancho radial=215∗6

√

Calculo delnumero de virolas de fondo=D+2∗(refilo)

2.7+2*(0.052) = 2.804 mt Area de fondo=π × r2

A=6.158 m2

4.5. Diseño cuerpo del tanque

Datos.- Diámetro interior: 2.7 metros  Altura: 3 metros

 Corrosión permisible: 1/16” o 1,5875mm.  Material Grado: Acero ASTM A 131M/A  Esfuerzo de diseño: 156.7 MPa

 Esfuerzo para prueba hidrostática: 176.3 MPa  Gravedad específica para pruebas (agua) = 1  Ancho: 1800 mm

 Largo: 6000 mm

Calculo De Los Espesores Del Cuerpo

Calculo De Espesor Del Cuerpo Por El Método De Un Pie:

Calculo Para El Primer Anillo.- Espesor por dimensión de diseño

td=4.9∗2.6∗(3−0.3)∗1

156.7 ∗1.5875=1.6094 mm

 Espesor por prueba hidrostática

tt=4.9∗2.6∗(3−0.3)∗1

176.3 =0.02 mm

 Espesor de la plancha a usar 6 mm  Altura de la primera virola: 1,8mts

Calculo Del Segundo

Anillo.- Espesor de la placa a utilizar 6 mm por ser el mínimo permitido  Altura de la segunda virola: 3m - 1.8m = 1.2 m

4.5.1. Boquillas en las paredes del tanque:

Todas las boquillas de 76mm (3 pulg.) de diámetro y mayores deberán contar con una placa de refuerzo de acuerdo a lo especificado con el fin de absorber la concentración de esfuerzos debidos a la perforación hecha al tanque.

4.6. Diseño del techo

Area total del cono=π r g+π r2

Generatriz=

√

Area total del cono=π∗1.35∗1.4+π∗1.352=11.6632 m2

Area de entrada de hombre=π ×r2=0.456 m2

Area total del techo=(11.6632−0.456) m2=11.2m2

Volumen deltecho=11.2m2∗0.006 m=0.0675 m3

Carga muerta=0.0675∗7850=529.87 kg

4.6.1. Boquillas de techo

Se recomienda que todas las boquillas no sean mayores de 305 mm (12 pulg.) de diámetro, excepto las entradas hombre.

Las boquillas bridadas o roscadas con diámetro de 152 mm (6 pulg.) y menores no requieren placa de refuerzo, a menos que así lo solicite el usuario.

4.6.2. Entradas de hombre

Los tanques de almacenamiento contarán, por lo menos con una entrada hombre en el cuerpo o en el techo con la finalidad de poder realizar limpieza, revisiones o reparaciones en el interior del tanque.

Las entradas hombre contarán con una placa de refuerzo la cual tendrá dos barrenos de 6.3 mm de diámetro con cuerda NPT para prueba, quedando éstos sobre las líneas de centro verticales u horizontales y abiertos a la atmósfera.

La norma API 650 nos indica que para MANHOLES se debe considerar un diámetro de 30 a 36 pulgadas

Los tanques de almacenamiento contarán con una boquilla exclusiva para venteo, la que tendrá que ser diseñada y calculada, con la finalidad de que dentro del tanque no se genere presión interna al ser llenado o vaciado, el cual debe colocarse de ser posible, en la parte más alta del tanque.

4.6.4. Requerimientos para plataformas y pasillos según especificación API 650  Todos los componentes deberán ser metálicos.

 El ancho mínimo del piso será de 610mm. (24 pulg.).  Todo el piso deberá ser de material antiderrapante.

 La altura del barandal a partir del piso será de 1,067mm. (42 pulg.).  La altura mínima del rodapié será de 76mm. (3 pulg.).

 El máximo espacio entre el suelo y la parte inferior del espesor de la placa del pasillo será de 6.35mm. (1/4 pulg.).

 La altura del barandal central será aproximadamente la mitad dela distancia desde lo alto del pasillo a la parte superior del barandal.

 La distancia máxima entre los postes del barandal deberá ser de 1168mm. (46 pulg.).

 La estructura completa tendrá que ser capaz de soportar una carga viva concentrada de 453 Kg. (1,000 lb), aplicada en cualquier dirección y en cualquier punto del barandal.

 Los pasamanos estarán en ambos lados de la plataforma, y estarán interrumpidos donde sea necesario para un acceso.

4.6.5. Requerimientos para escaleras según especificación API 650  Todas las partes de la escalera serán metálicas.

 El ancho mínimo de las escaleras será de 610mm. (24 pulg.).

 El ángulo máximo entre las escaleras y una línea horizontal será de 50º.  El ancho mínimo de los peldaños será de 203mm. (8 pulg.). La elevación

será uniforme a todo lo largo de la escalera.

 Los peldaños deberán estar hechos de rejilla o material antiderrapante.  La superior de la reja deberá estar unida a los pasamanos de la

plataforma sin margen y la altura, medida verticalmente desde el nivel del peldaño hasta el borde del mismo de 762 a 864 mm. (30 pulg. a 34 pulg.).

 La distancia máxima entre los postes de la rejilla medidos a lo largo de la elevación de 2,438mm. (96 pulg.).

 La estructura completa será capaz de soportar una carga viva concentrada de 453 Kg. (1,000 lb), y la estructura del pasamanos deberá ser capaz de soportar una carga de 90Kg. (200 lb), aplicada en cualquier dirección y punto del barandal.

 Los pasamanos deberán estar colocados en ambos lados de las escaleras rectas; éstos serán colocados también en ambos lados

5. CONCLUSIONES

El tanque de almacenamiento ubicado en la ciudad del ALTO fue diseñado bajo la Norma API 650 El tanque de almacenamiento ubicado en la ciudad del ALTO fue diseñado bajo la Norma API 650,con esta metodología de diseño, se logró desarrollar a un sistema dinámico de alto nivel que permite una mayor precisión en el diseño del tanque. Los resultados finales del diseño del tanque fueron satisfactorios y están plasmados en AUTOCAD

ANH. (s.f.). anh.gob.bo. Obtenido de

http://www.anh.gob.bo/InsideFiles/Documentos/Documentos_Id-65-140311-30.pdf

PEMEX. (s.f.). slideshare.net. Obtenido de

http://es.slideshare.net/joselito75/diseo-y-calculo-de-tanques-de-almacenamiento-petroleo-ipn-mexico

slideshare. (2007 de Noviembre de 21). slideshare.net. Obtenido de http://es.slideshare.net/wioc78/api-650enespanol