Map 9 Failed states according to the FS
5. Efficiency Analysis
La industria petrolera utiliza diferentes tipos de tanques de almacenamiento, entré los más utilizados son el de tipo techo flotante, ya que este tiene la característica de evitar la acumulación de gases en el tanque, esto tratándose del almacenamiento de productos volátiles como lo son: petróleo crudo, naftas y gasolinas [22].
La tabla 4.1 muestra que tipo de color debe tener el tanque, cuando este almacena
diferentes productos, definidos por la NRF-075 de PEMEX [30].
Tabla 4.1 Colores que deben de tener los tanques de almacenamiento [30]. Producto Color primario Color secundario Envolvente Techo
Gas licuado de
petróleo Blanco brillante -
Blanco
brillante -
Gasolina de
aviación Naranja - Aluminio Blanco brillante
Gasolina especial Bermellón
(rojo) Azul trianón Aluminio Blanco brillante
Gasolina regular Bermellón (rojo) - Aluminio Blanco brillante
Nafta industrial Turquesa Blanco brillante Aluminio Blanco brillante
Nafta especial Bermellón (rojo) Blanco brillante Aluminio Blanco brillante
Solventes Verde turquesa - Aluminio Blanco brillante
Tolueno Azul claro - Aluminio Blanco brillante
Turbocombustible producción
nacional
Gris acero - Aluminio Blanco brillante
Turbocombustible
exportación Gris acero - Aluminio Blanco brillante
Producto Color primario Color secundario Envolvente Techo
Combustible diesel
Amarillo
tostado - Aluminio Blanco brillante
Aceites
lubricantes Cocoa - Aluminio Blanco brillante
Aceite usado Cocoa Negro brillante Negro mate Negro mate
Petróleo Blanco brillante - Negro mate Negro mate
Petróleo crudo Negro brillante Verde manzana Aluminio Blanco brillante
Asfalto Ferroprotector negro - Ferroprotector negro Ferroprotector negro Alcohol
desnaturaliza-do Azul trianon - Aluminio Blanco brillante
Agua Gris dublin - Gris dublin Gris dublin
4.1 Patío de tanques.
Un patio de tanques es una de las instalaciones más importantes para el almacenamiento bombeo y limpieza del petróleo desde sus diferentes centros de producción hasta sus terminales de embarque y refinerías. Como se sabe el crudo producido es enviado desde los pozos a las estaciones recolectoras, en donde es nuevamente bombeado de forma continua hacia los patios de tanques para su almacenamiento [31].
En los patios de tanques es en donde el crudo recibe un tratamiento, mediante un proceso de deshidratación, esto para cumplir la calidad que exige el mercado, una vez que es realizado este proceso se bombea a las refinerías o es enviado en buques- tanqueros para su exportación [31].
Debido a que el proceso de almacenamiento y de deshidratación es llevado a cabo las veinticuatro horas del día, es necesario tomar en cuenta todas las medidas de mantenimiento, seguridad y protección, esto para evitar pérdidas económicas; en los programas de mantenimiento se encuentran las revisiones periódicas a los tanques, pintura y limpieza de fondos [31].
4.2 Área de un patio de tanques.
Los patios de tanques están constituidos de distintos tipos de instalaciones, entre ellas se encuentran [31]:
Múltiple de Recolección: Es el área donde se encuentran todas la tuberías o
líneas de flujo provenientes de las estaciones de flujo o segregadoras.
Separador API: Esta sección lleva a cabo la recuperación de crudo, el cual esta
combinado con agua, después del proceso de deshidratación, la capa de crudo que flota sobre el agua es separada mediante unos deflectores que se encuentran ubicados a la salida de la tubería, estos deflectores son movidos para capturar el crudo que se encuentra flotando sobre el agua; por ultimo una vez que el agua es separada del crudo, se bombea a una planta de tratamiento para poder ser reutilizada en el proceso de deshidratación.
Estación o Salas de Bombas: Es el lugar donde se encuentran instaladas las
bombas que mueven el crudo dentro de los tanques hacia el exterior del patio de tanques.
Múltiple de Succión: Es la tubería que proviene de los tanques de
almacenamiento para alimentar la succión del tren de bombas.
Múltiple de descarga: Es el conjunto de tuberías que se unen al oleoducto que
conduce el crudo.
4.3 Tipos de tanques.
Los tanques de almacenamiento pueden ser clasificados en base a diferentes criterios, un análisis global de la instalación y por su impacto sobre el proceso de construcción; así que se pueden encontrar los siguientes diseños [22].
4.3.1Tanques cuadrados o rectangulares.
Son empleados para almacenar productos con un bajo riesgo de incendio como lo son: agua, mieles, jarabes, etc. Son de una baja capacidad, en promedio de unos 20 m3 y son
4.3.2 Tanques cilíndricos horizontales.
Utilizados para el almacenar productos de diferente naturaleza química, estos pueden ser: ácidos, álcalis, combustibles, lubricantes, etc. [22]. Son de mediana capacidad de
almacenamiento con un volumen no mayor a 150 m3; este tipo de tanques pueden ser de
tipo aéreo (aboveground storage) o subterráneo (underground storage) y además contar con extremos planos o abovedados, como el que se muestra en la Fig. 4.1 [22].
Fig. 4.1 Tanque cilíndrico horizontal [22].
4.3.3 Tanques cilíndricos verticales.
Al igual que el tanque cilíndrico horizontal este tipo almacena: ácidos, álcalis, hidrocarburos, efluentes industriales, como se muestra en la Fig. 4.2. Con la diferencia
de poseer una gran capacidad de almacenamiento, alcanzando un volumen de 10,000 a 20,000 , y estos a su vez se clasifican según sus aspectos [22]:
1. Tipo de cobertura: abiertos o techados
2. Tipo de techo: fijo o flotante. Techos flotantes a pontón o a membrana
3. Tipo de fondo: plano o cónico
Por lo que con relación a su selección, esta dependerá del volumen requerido, el espacio disponible, las inversiones exigidas etc.
Como se cito anteriormente los tanques de techo flotante cuentan con un techo flotante como su nombre lo indica, tal y como se observa en la Fig. 4.3, esto es para evitar la formación de vapores, de esta manera no se generan pérdidas por evaporación del producto, además se evita la formación de gases explosivos alrededor del tanque [30]. El techo puede ser interno (en donde existe un techo fijo colocado en el tanque) o un techo externo (a cielo abierto); en la actualidad los nuevos techos se construyen de aluminio, el cual toma la forma de un domo geodésico como si fuera un techo fijo del tanque; las ventajas que presenta esta nueva tecnología son las siguientes [30]:
Es un techo autoportante, lo que quiere decir es que no necesita de columnas para que los sostengan.
Son construidos en aluminio.
Son construidos en el suelo, y montados por medio de una grúa; reduciendo el
riesgo de trabajar a grandes alturas.
Fig. 4.3 Tanque tipo de techo flotante [30].
Existen otros conocidos como tanques plegables RO-TANK que han sido desarrollados para almacenar hidrocarburos recuperados por embarcaciones anti contaminación que no disponen de tanques propios o que estos no son de gran capacidad [30].
Los RO-TANK pueden ser remolcados llenos o vacios a velocidades de 7 nudos, esto en función del estado del mar, este tipo de tanque puede ser apreciado de una mejor manera en la Fig. 4.4; gracias a sus conexiones ASTM es posible unir varios tanques para ser remolcados. Además de que están fabricados con una gruesa plancha de caucho y neopreno reforzado con cuatro capas internas de tejido de poliéster, haciendo esto en conjunto una combinación de materiales resistentes a la abrasión y la perforación. Su recubrimiento de caucho Hypalon hace que estos tanques sean resistentes a los hidrocarburos que almacenan a si como a los agentes atmosféricos (rayos ultravioleta, ozono, salitre, etc.)
Fig.4.4 Tanque plegable [30].
A continuación la tabla 4.2 muestra los datos técnicos de los tanques plegables [30];
Tabla. 4.2 Datos técnicos de los tanques plegables [30]. DATOS
TÉCNICOS
Dimensiones (lleno)
Dimensiones
(embalado) Peso en seco
Ro-Tank 50 m3 5,3 x 2,2 x 0,8 m 2,2 x 0,5 x 0,5 m 125 Kg.
Ro-Tank 10 m3 9,5 x 2,2 x 0,8 m 2,2 x 0,8 x 0,8 m 195 Kg.
Ro-Tank 15 m3 14 x 2,2 x 0,8 m 2,2 x 1,0 x 1,0 m 265 Kg.
Ro-Tank 25 m3 22 x 2,2 x 0,8 m 2,2 x 1,2 x 1,2 m 575 Kg.
La tabla 4.3 describe las dimensiones reales con las que cuentan los tanques de techo flotante o atmosférico [25].
Tabla 4.3 Dimensiones reales de los tanques de almacenamiento tipo techo flotante [28]. DIMENSIONES DE TANQUES DE ALMACENAMIENTO ATMOSFÉRICOS CAPACIDAD Barriles (Metros cúbicos) DIÁMETRO Metros (Pies) ALTURA Metros (Pies) 1000 6.096 5.486 (159) (20) (18) 2000 7.468 7.315 (318) (24.5) (24) 3,000 9.144 7.315 (477) (30.00) (24.00) 5,000 9.652 10.973 (795) (31.66) (36.00) 10,000 12.954 12.192 (1,590) (42.50) (40.00) 15,000 17.678 9.754 (2,385) (58.00) (32.00) 20,000 18.288 12.192 (3,180) (60.00) (40.00) 30,000 22.352 12.192 (4,770) (73.33) (40.00) 40,000 25.908 12.192 (6,360) (85) (40) 55,000 30.480 12.192 (8,745) (100.00) (40.00) 80,000 36.576 12.192 (12,720) (120.00) (40.00) 100,000 40.843 12.192 (15,900) (134.00) (40.00) 150,000 45.720 14.630 (23,850) (150.00) (48.00) 200,000 54.864 14.630 (31,800) (180.00) (48.00) 500,000 85.344 14.630 (79,500) (280.00) (48.00)
4.3.4 Recipientes a presión (pressure vessels).
La mayoría de los productos producidos en las industrias requieren para su almacenaje y utilización, presiones superiores a la atmosférica, como los mostrados en la Fig. 4.5, esto da lugar a los recipientes llamados recipientes a presión. Este tipo de recipientes son capaces de contener productos de diferente naturaleza química, bajo las condiciones requeridas como pueden ser: presión, temperatura, concentración, etc. [22]
Dependiendo de los volúmenes manejados y de las condiciones de operación, estos recipientes son construidos de las siguientes formas [22]:
Recipientes cilíndricos horizontales con fondos abovedados
Recipientes verticales con fondos abovedados
Recipientes verticales encamisados (jacketed vessels, cryogenic gases)
Recipientes esféricos o esféricos modificados
Fig. 4.5 Recipiente a presión [22].
En nuestro país el diseño y cálculo de tanques de almacenamiento, se basa conforme a
las publicaciones del “Instituto Americano del Petróleo”, que emite la Estándar A.P.I 650, para tanques de almacenamiento a presión atmosférica y la Estándar A.P.I 620
para tanques a presiones internas de 1 kg/cm2 [22].
4.4 Partes que constituyen un tanque de techo flotante.
A continuación se muestra las partes mas esenciales que constituyen un tanque de techo flotante, esto para dar una idea de cómo es que está constituido este tanque, ya que el trabajo está dirigido a proteger tanques de este tipo.
Equipos de Medición: Utilizan diversos sistemas de medición de nivel desde el
más sencillo como lo son un flotador y cadena, hasta equipos electrónicos de radio frecuencia.
Bocas de Inspección: Facilitan la entrada y salida de personal que realiza
inspecciones programadas, mantenimiento y reparaciones internas de los tanques.
Boquillas: Son conexiones de entrada y salida de las tuberías que se conectan al
casco.
Termopozos: Permiten realizar observaciones visuales de temperatura del
producto.
Líneas: Los tanques poseen tuberías de entrada (llenado), salida (succión),
contra expansión, circulación, drenaje y de serpentín de vapor.
Líneas de Entrada: Las líneas de entrada (llenado) se usan para almacenar los
crudos o productos refinados en los tanques; su diámetro lo determina la presión que impulsa el fluido hacia los tanques. Generalmente, las líneas de entrada están situadas cerca del fondo del tanque para evitar formación de gases y excitación de la electricidad estática.
Líneas de Salida: Las líneas de salida (succión), al igual que las de entrada,
están colocadas cerca del fondo del tanque. Su diámetro lo determina la capacidad de las bombas que succionan el fluido y la viscosidad de estos.
Líneas de Contra Expansión: Las líneas de contra expansión se usan para
evitar que se acumule la presión por efectos de expansión y rompa la línea de entrada o dañe la pared del tanque.
Líneas de Circulación: Las líneas de circulación permiten homogeneizar el
producto; la mezcla de los productos se hace necesaria debido a que las partes más pesadas se depositan en el fondo y las más livianas quedan arriba, pasado cierto tiempo, lo cual no permite tener disponible un producto homogéneo. La mezcla del contenido de un tanque se realiza por medio de una bomba, la cual descarga en el mismo tanque que succiona o a otro diferente.
Líneas de Drenaje: Las líneas de drenaje están situadas al lado y muy cerca del
fondo de los tanques y sus diámetros son proporcionales al tamaño de estos. Algunas de estas líneas se prolongan hasta el centro del fondo de los tanques (debido a que algunos tanques tienen cierta inclinación hacia el centro), para eliminar, de esta manera, los sedimentos y el agua casi por completo.
Línea de Agua: Tuberías dispuestas alrededor del tanque con la finalidad de
transportar y distribuir agua alrededor del mismo, además esta línea posee una tubería interna por donde se distribuye la espuma contra incendio.
Línea de Enfriamiento: Es el sistema de rociadores externo de los tanques el
cual a su vez tiene varias tomas o hidrantes para la conexión hacia los tanques y/o hacia camiones apaga fuego, en casos de emergencias.
Línea de Espuma: La línea de espuma es la que parte de una estación de
bombas donde se mezcla agua con productos químicos para formar la espuma contra incendios, de allí parte a unas cámaras internas de espumas en los tanques.
Cámara de Espuma: Es la que expande la espuma hacia el interior de los
tanques.
Artesón: Consiste en una estructura tipo caja abierta en su parte superior, que se
instala en las líneas de succión para evitar que los sistemas de bombeo puedan succionar el agua y/o sedimento que generalmente se deposita en el fondo del tanque.
Plataforma de Aforo: Es una estructura instalada en la parte superior del tanque
desde donde se efectúan los aforos oficiales en forma segura.
Drenaje del Techo: Conjunto de equipos que posibilita un correcto manejo de
los fluidos, que puedan depositarse sobre el techo, considerando para tal propósito, procesos de captación, conducción, y evacuación de los mismos.
Manguera de Drenaje: Manguera utilizada en los sistemas de drenaje; está
diseñada para soportar presiones tanto externas como internas y además cuenta con un amplio rango de temperaturas.
Sistema de Drenaje: Es una válvula de seguridad ajustable, manual o
automáticamente, a las presiones necesarias, y que se encarga de evitar el contra flujo del líquido que circula por ella.
Pontones: Sistemas de flotación de los techos flotantes.
Venteo: Es el sistema diseñado para prevenir los efectos de las alteraciones
bruscas de presión interna de un depósito o tanque de almacenamiento como consecuencia de las operaciones de trasvase o de las variaciones de la temperatura ambiente.
Soportes: Son el conjunto de párales tubulares, sobre los cuales descansa el
Escalera del Techo: Es la escalera que conecta la plataforma de aforo del
tanque con el techo flotante.
Válvulas de Drenaje: Válvulas mediante las cuales se realizan las operaciones
de drenaje del tanque.
Válvula Principal: Es la válvula mediante la cual se llevan a cabo las
operaciones de llenado y vaciado de los tanques.
Sello del Tanque: Estos sistemas son utilizados en los techos flotantes. Cada
tipo de sello puede ser de distintos materiales de manera que sean compatibles con el líquido que se almacenan en el tanque; estos sellos son diseñados para impedir el escape hacia la atmósfera de los vapores y el líquido almacenado dentro del tanque.
Rociadores: Es el sistema de enfriamiento de los tanques.
Techo Flotante: Estructura metálica hermética puesta sobre pontones cilíndricos
que le permiten a este suspenderse sobre el producto o dicho de otra manera es un elemento que tiene movimiento vertical, que atrapa bajo él, los vapores despedidos por el producto.
Boca de Aforo: Es la abertura sobre el techo del tanque, a través de la cual se
hacen las medidas y se toman las muestras para un aforo.
Tubo de Aforo: Es un tubo perforado que se extiende desde el fondo del
tanque, hasta la boca de aforo. El borde superior deberá ser el nivel para tomar las medidas y se convierte en el punto de referencia del tanque sin la interferencia de espuma u ondas.
Drenaje Rápido del Techo Flotante: Es una boquilla de emergencia por donde
se drena el agua depositada sobre el techo flotante cuando está en su posición más baja, y cuando el tanque no contiene producción (1,30mt del suelo, los soportes del techo deben estar en posición de mantenimiento). Esta solo se utiliza cuando el tanque se va sacar de servicio.
Ya que se ha mencionado algunos de los elementos que constituyen a un tanque de techo flotante, se debe ejemplificar dichas partes, esto se puede dar con las Fig. 4.6, Fig. 4.7, Fig. 4.8, Fig. 4.9, Fig. 4.10, Fig. 4.11 y Fig. 4.12 donde puede ser apreciado más a detalle su construcción física, que tipo de elementos los comprenden, cuáles son sus características, etc.
Fondos de tanques atmosféricos verticales.
Tanque vertical con cúpula geodésica.
Fig. 4.7 Tanque vertical con los elementos que lo constituyen [32]. Tanque vertical con techo fijo.
Tanque vertical de techo flotante.
Fig. 4.9 Representación grafica de un tanque de techo flotante [32].
Tanque vertical con M.F.I de Acero y techo fijo.
Tanque vertical con techo fijo y M.F.I de aluminio.
Fig. 4.11 Muestra a un tanque vertical con techo fijo y M.F.I de aluminio [32]. Tanque de combustóleo.
4.4.1 Trabajos preliminares.
Antes de comenzar la construcción del tanque se debe de tomar en cuenta el requerimiento del proceso operativo, la capacidad del tanque y la selección del sitio de su instalación [34].
Una vez que se haya determinado el lugar de emplazamiento, se procederá al levantamiento de topográfico y el estudio de mecánica de suelos, una vez que se tenga la información se determinara los niveles de operación del tanque, para poder considerar estos valores, se deben tomar en cuenta las siguientes integraciones [34]:
- Integración de líneas de proceso.
- Integración de líneas de contra incendio y agua de enfriamiento. - Integración de drenaje pluvial.
- Integración de drenaje aceitoso.
- Integración a la red eléctrica y de tierras.
- Integración de las señales de operación y control. - Urbanización del área.
De los resultados obtenidos en el estudio de mecánica de suelos se procederá a determinar el tipo de cimentación que se requiere de acuerdo a las características del suelo [34].
4.4.2 Cimentación.
Para garantizar una correcta construcción de un tanque, es necesario garantizar que a partir de la construcción de la cimentación, los requerimientos de nivelación, verticalidad y redondez se cumplan estrictamente como lo marca la API 650 [34].
Los tanques nuevos serán construidos sobre estructuras de concreto reforzado como lo muestra la Fig. 4.13, las cuales son diseñadas de acuerdo con las recomendaciones de la
API 650 apéndice B [34].
4.4.3 Fondo.
En el caso de los tanques de techo flotante las placas de fondo deben tener un espesor nominal de 6 mm, o un peso de 49.8 Kg
m2 , además si el tanque se encuentra en una
región húmeda se recomienda agregar al espesor una tolerancia, aumentando esta hasta un límite de 9 mm [34].
Existen tres métodos para la construcción de fondo de los tanques, a continuación se describirán cada uno de ellos [34]:
Placas traslapadas.
Consiste en construir el fondo del tanque por medio de placas traslapadas, como se muestra en la Fig. 4.14, es decir una placa encima de otra a una distancia de separación no mayor a 305 mm, las placas deben tener una forma rectangular con bordes en escuadra.
Placas soldadas a tope.
En este caso las placas deben tener bordes paralelos y una preparación en
“V” o cuadradas para soldarse a tope, si en el diseño se especifican ranuras cuadradas la abertura no debe ser menor de 6.3 mm, además deben de llevar una tira o solera de bronce con un espesor mínimo de 3.2 mm, la cual funcionará como un respaldo, como se muestra en la Fig. 4.15.
Fig. 4.15 Unión de placas en preparación “V” [34]. Combinación de placas traslapadas y placas soldadas a tope.
En este método se emplean las dos formas para la construcción del fondo del tanque, empleando placas rectangulares e irregulares en forma traslapada para la parte central del fondo y placas soldadas a tope para el anillo anular del fondo.
4.4.4 Techos.
Las placas de los techos deben de tener un espesor mínimo de 4.8 mm, con un máximo de 37.5 mm, en el caso de que se trate de un techo auto soportado, se podrán utilizar mayores espesores; las placas de los techo cónicos soportados, no deben de fijarse a los