Almacenaje de fluidos en plantas de procesosIntroduccinLa recepcin, almacenaje, transferencia y despacho de lquidos en las plantas de procesos constituye una operacin frecuente e importante en la industria. En algunos casos, como el de las plantas de almacenaje de petrleo, combustibles o de gases licuados representan estas operaciones su nica y ms importante actividad. En otras industrias se puede manejar tanto productos qumicos, alimenticios, combustibles como efluentes y gases licuados simultneamente.

Esta variedad de productos de los que se pueden requerir distintas cantidades en stock, tienen obviamente requerimientos comunes como especficos para su almacenaje y manipuleo, por lo que el proyecto de estas instalaciones deber efectuarse siguiendo las Normas y mejores practicas de ingeniera vigentes y bajo una visin de conjunto.

Clasificacin de productos almacenados

La razn primordial de esta forma de clasificacin se debe a la necesidad de plantear lineamientos generales para la realizacin del diseo preliminar de las instalaciones asociadas. Siguiendo este criterio adoptado encontramos: Combustibles: se consideran como tales a aquellas sustancias de uso comn en la industria que actan como proveedoras de la energa trmica necesaria para los procesos que se llevan a cabo en la misma.cidos y lcalis: se incluyen productos tanto inorgnicos como orgnicos.Solventes: se consideran a los productos qumicos que se utilizan exclusivamente para disolver otras sustancias con los fines de separar componentes de una mezcla. Entre los ms utilizados estn: benceno, tolueno, ter etlico, ter de petrleo.Oxidantes y reductores: a aquellas sustancias utilizadas con fines catalticos.Lquidos criognicos: de acuerdo al National Institute of Standards and Technology (NIST), se entienden como tales a todos aquellos lquidos cuyas temperaturas son menores a 150C. Se incluyen en este grupo productos tales como el 02, N2, He, GNL, etc.

Depsitos y recipientes de procesoLos recipientes de procesos en las plantas qumicas son de 2 tipos:

1. Sin componentes internos, llamados tanques (tanks) o depsitos (drums), cuya funcin principal es almacenamiento inicial, intermedio o final de los fluidos de proceso o la separacin de 2 fases.

2. Con componentes internos, son las carcasas de los intercambiadores de calor, de reactores, mezcladores, columnas y otros.

As de podr tener:Depsitos de lquidos, tanto para materias primas, corrientes intermedias y productos finales.Recipientes con funciones aadidas como mezcladores y reactores con agitacin, intercambiadores de calor y separadores liq. gas y liq. liq.

Para el calculo el factor fundamental es determinar el volumen necesario del recipiente calculado, as en los depsitos se determinara por el tiempo de almacenamiento necesario.Para los separadores por la velocidad de separacin entre los diferentes fluidos.

Tanques de almacenaje (storage tank)

La mayor parte de los lquidos manejados en las industrias de procesos se almacena a granel en tanques que operan en el entorno de la presin atmosfrica. La necesidad de stock en las plantas puede presentarse tanto en el aprovisionamiento como en el despacho de productos elaborados, sean estos intermedios o finales del proceso. La capacidad total de almacenaje como la individual de cada tanque depender segn el caso analizado de:

El balance entre el flujo producido y demandado por el consumidorLa reserva fijada como crtica, expresada en das de marcha o volumen mnimoLos medios, capacidad y costos de transporte (logstica)Las distancias al proveedor / cliente y los tiempos de entregaCosto y grado de importancia del producto en el proceso productivo o servicioEspacio disponible en plantaRequisitos de las Normas de Cuidado Ambiental (EPA) y otras aplicables en el pasExigencias de las Normas de Seguridad (NFPA y OSHA) y otras vigentes en el pasRequisitos de las compaas aseguradoras (ART)

Clasificacin de los tanques de almacenajeLos tanques de almacenaje pueden clasificarse segn distintos criterios y su seleccin depender del anlisis global de la instalacin y de su impacto sobre los procesos asociados. Generalmente son de 2 tipos, a presin atmosfrica y tanques (recipientes o depsitos) a presin. As encontramos los siguientes diseos:

Tanques cuadrados o rectangularesSe emplean para almacenar productos no agresivos (agua, mieles, jarabes, etc.) y son de baja capacidad ( V < 20 m3). Son construidos generalmente de acero al carbono y operan a presin atmosfrica

Tanques cilndricos horizontalesSe emplean para almacenar productos de diferente naturaleza qumica (cidos, lcalis, combustibles, lubricantes, etc). Son de mediana capacidad de almacenaje (V < 150 m3). Estos tanques a su vez pueden ser: areos (aboveground storage) o subterrneos (underground storage) y pueden tener sus extremos planos o abovedados.

Tanque ASME horizontal para almacenaje de cidos

Tanques cilndricos verticales

Se emplean para almacenar productos de diferente naturaleza qumica (cidos, lcalis, hidrocarburos, efluentes industriales, etc.) y son de gran capacidad de almacenaje (V = 10 a 20.000 m3). Estos a su vez pueden ser clasificados segn los distintos aspectos:

1. Tipo de cobertura: abiertos o techados

2. Tipo de techo: fijo o flotante. Techos flotantes a pontn o a membrana

3. Tipo de fondo: plano o cnico

Con relacin a la seleccin de los tanques cilndricos, optar por una u otra forma depender del volumen requerido, el espacio disponible, las inversiones exigidas, etc. que harn que en algunas situaciones un tipo determinado sea ms indicado que otro y que habr que determinar en cada caso en particular.

Tanque API para almacenaje de hidrocarburos

Recipientes a presin (pressure vessels)

Como es sabido, muchos de los productos requeridos o producidos en las industrias requieren para su almacenaje y utilizacin de presiones superiores a la atmosfrica, dando lugar as a los llamados recipientes a presin. Estos equipos debern ser capaces de contener productos de diferente naturaleza qumica bajo las condiciones de operacin requeridas (presiones, temperaturas, concentraciones, etc).

Dependiendo de los volmenes manejados y de las condiciones de operacin, estos recipientes son construidos de las siguientes formas:

Recipientes cilndricos horizontales con fondos abovedadosRecipientes verticales con fondos abovedadosRecipientes verticales encamisados (jacketed vessels, cryogenic gases)Recipientes esfricos o esfricos modificados

Tanque esfrico para almacenaje de hidrocarburos

Tanque elipsoidal para almacenaje de hidrocarburos

Normas y cdigos de diseo

a) Tanques de almacenajePara el clculo, diseo y construccin de estos equipos existen varias Normas y Cdigos, pero las ms difundidas y empleadas en las industrias de procesos son las del American Petroleum Institute (API), siendo los estndares aplicables los siguientesAPI Standard 620 (1990) : es aplicable a grandes tanques horizontales o verticales soldados en el campo, areos que operan a presiones en el espacio vapor menores a 2.5 psig y a temperaturas no superiores a 93CAPI Standard 650 (1998) : es aplicable a grandes tanques horizontales o verticales soldados en el campo, areos que operan a presiones en el espacio vapor menores a 1.5 psig y a temperaturas no superiores a 121C

API Specification 12D: es aplicable a tanques horizontales o verticales soldados en el campo para almacenaje de lquidos de produccin 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 lquidos de produccin y con capacidades estandarizadas entre 13.5 y 75 m3

API Standard 653 (1991): es aplicable a la inspeccin, reparacin, alteracin desmontaje y reconstruccin de tanques horizontales o verticales, basndose en las recomendaciones del STD API 650. Recomienda tambin la aplicacin de las tcnicas de ensayos no destructivos aplicables

Estos estndares cubren el diseo, fabricacin, inspeccin, montaje ensayos y mantenimiento de los mismos y fueron desarrollados para el almacenaje de productos de la industria petrolera y petroqumica, pero su aceptacin ha sido aplicada al almacenaje de numerosos productos en otras industrias. Si bien estas normas cubren muchos aspectos, no todos estn contemplados, razn por la que existen otras normas complementarias a las mismas.

Existen adems de los mencionados estndares otras normas que tambin son aplicables a estos casos, pero cubriendo no solo materiales constructivos metlicos sino tambin otros materiales (plsticos, fibra de vidrio), etc.

Estas normas son:

ASME, Boiler and Pressure Vessel Code ( edith 2001), Section VIII y X: es aplicable para el diseo de diferentes recipientes y tanques tanto cilndricos, esfricos como de seccin rectangular. Se trata de los estndares ms reconocidos mundialmente.Underwriters Laboratories (UL) Standard UL 142: es aplicable a tanques de acero de diferentes diseos soldados en taller para almacenaje de lquidos inflamables y combustibles British Standard (BS) 2594: es aplicable a tanques cilndricos horizontales de acero al carbono soldadosBS 4994: comprende las especificaciones para el diseo y construccin de recipientes y tanques en plsticos reforzadosBS 6374: comprende las especificaciones para el recubrimiento de recipientes y tanques con materiales polimricosASTM D 3299 / 4021 / 4097: comprende las especificaciones para tanques plsticos reforzados con fibra de vidrio

b) Recipientes a presinPara el clculo, diseo y construccin de estos equipos son tres las Normas y Cdigos ms difundidos y aceptados internacionalmente:ASME, Boiler and Pressure Vessel Code ( edith 2001)- Rules for construction of pressure vessels- Alternatives Rules for construction of pressure vessels- Alternatives Rules for high pressure vessels- Fiber Reinforced Plastic Pressure VesselsBritish Standards Institution (BSI)- BS 5500 Specification for unfired fusion welded pressure vessels- BS 5169 - Specification for fusion welded steel air receiversEuropean Commitee for Standarization (CEN)- EN 286: Part 1. - CODAP 95.

Todos estas Normas y Cdigos han sido a su vez reconocidos y aceptados en 1997 por el National Board of Boilers and Pressure Vessels Inspectors de USA.

Los estndares especifican los requerimientos para el diseo, construccin, inspeccin, ensayos y verificacin de cumplimiento de los recipientes a presin, esto es, la consideracin de aspectos tales como:

Seleccin de materiales, propiedades y composicinTamaos y capacidades preferidosMtodos de calculo, inspeccin y fabricacinCdigos de practica para la operacin y seguridad de planta.Anlisis y determinacin de cargas estticas y dinmicas sobre los equipos.Tensiones residuales, stress trmico, fatiga de materiales, concentracin de tensiones.Mecanismos de desgaste, erosin, corrosin, abrasin. Tipos de recubrimientos.Conexiones a tanques recipientes, de caeras y vlvulas, etc.