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DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA ZONA POZA RICA - TUXPAN

“DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 000 BLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA DE PEMEX EN NARANJOS VERACRUZ”

EN LA MODALIDAD DE TESINA QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:

INGENIERO MECÁNICO ELÉCTRICO PRESENTAN:

REY ALONSO GARCIA ISLEÑO ALBERTO JUAN DE GANTE DIRECTOR DE TRABAJO:

ING. ALEJANDRO MARQUINA CHAVEZ POZA RICA, VER. 2005

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DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

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366 6 3

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

ÍNDICE

1.1 1.2 1.3 1.4

INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………………………….

6

CAPÍTULO I JUSTIFICACIÓN…………………………………………………………………………. NATURALEZA, SENTIDO Y ALCANCE DE TRABAJO…………………………….. ENUNCIACIÓN DEL TEMA……………………………………………………………. EXPLICACIÓN DE LA ESTRUCTURA DEL TRABAJO………………………………

8 9 10 11

CAPÍTULO II DESARROLLO DEL TEMA 2.1 2.2 2.2.1 2.2.2 2.3 2.3.1.0 2.3.1.1 2.3.1.2 2.3.1.3 2.3.1.4 2.3.1.4.1 2.3.1.4.2 2.3.1.4.3 2.3.1.4.4 2.3.1.4.5 2.3.1.4.6 2.3.2.0 2.3.2.1 2.3.2.2 2.3.2.3 2.3.2.3.1 2.3.2.3.2 2.3.2.3.3 2.3.3.0 2.3.3.1 2.3.3.2 2.3.3.3 2.3.3.4 2.3.3.5 2.3.3.6 2.3.4.0 2.3.4.1 2.3.4.2 2.3.4.3 2.3.4.4 2.3.4.5 2.3.4.6

PLANTEAMIENTO DEL TEMA DE LA INVESTIGACIÓN…………………………... MARCO CONTEXTUAL………………………………………………………………… ANTECEDENTES HISTÓRICOS……………………………………………………….. UBICACION DEL TANQUE DESHIDRATADOR………………….............................. MARCO TEÓRICO………………………………………………………………………. PROCESO DE LA DESHIDRATACIÓN DEL CRUDO………………………………… PRODUCCIÓN DE CRUDO……………………………………………………………... EMULSIONES……………………………………………………………………………. QUE ES LA DESHIDRATACIÓN……………………………………………………….. CÁLCULO DE LA DESHIDRATACIÓN DEL CRUDO………………………………... CÁLCULO DE VELOCIDAD DE ASCENSO…………………………………………... CÁLCULO DE VELOCIDAD DE ASENTAMIENTO………………………………….. CÁLCULO DEL NIVEL OPERABLE DEL AGUA…………………………………… CÁLCULO DEL TIEMPO DE RESIDENCIA DEL AGUA Y DEL CONDENSADO…. CÁLCULO DEL TIEMPO RECORRIDO DE LAS PARTÍCULAS DE ACEITE Y DEL AGUA…………………………………………………………………………….. DIÁMETRO Y NUMERO DE ORIFICIOS DEL DISTRIBUIDOR DEL TANQUE DESHIDRATADOR……………………………………………………………………… GENERALIDADES………………………………………………………………………. TIPOS DE TANQUES……………………………………………………………………. QUE ES UN TANQUE DESHIDRATADOR……………………………………………. COMPONENTES PRINCIPALES DE UN TANQUE…………………………………… FONDO DEL TANQUE………………………………………………………………….. ENVOLVENTE DEL TANQUE…………………………………………………………. CÚPULA O (TECHO)……………………………………………………………………. CÁLCULO Y DISEÑO DEL TANQUE………………………………………………….. CONSIDERACIONES GENERALES DEL DISEÑO…………………………………… DISEÑO Y ESPESOR DE LA PLACA DEL FONDO………………………………….. CÁLCULO Y DISEÑO DEL ESPESOR DE LA PLACA DE LA ENVOLVENTE…….. CÁLCULO Y DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE LA CÚPULA O (TECHO)………. ESPESOR Y DISEÑO DE LA PLACA DE LA CÚPULA (TECHO)…………………. NORMAS Y ESPECIFICASIONES TÉCNICAS………………………………………... ACCESORIOS Y PROTECCIONES…………………………………………………….. PLATAFORMAS Y PASARELAS………………………………………………………. ESCALERA DE ACCESO………………………………………………………………. DRENAJES……………………………………………………………………………….. MUROS DE CONTENCIÓN…………………………………………………………….. SISTEMAS DE PROTECCIÓN………………………………………………………….. CIMENTACIÓN…………………………………………………………………………..

13 13 13 14 18 18 19 19 21 23 24 25 26 27 28 28 29 30 31 33 33 34 36 38 38 40 40 45 53 53 54 55 55 57 58 63 65

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2.3.5.0 2.3.5.1 2.3.5.2 2.3.5.3 2.3.5.4

PRUEBAS………………………………………………………………………................ TIPOS DE PRUEBA PARA LA INSPECCIÓN DEL TANQUE………………………... ESPECIFICACIONES TECNICAS DE LAS PRUEBAS A DESARROLLAR…………. APLICACIÓN DE PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS AL TANQUE…………………... SEGURIDAD INDUSTRIAL……………………………………………………………..

68 68 71 72 76

CAPITULO III CONCLUSION……………………………………………………………………………

79

BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………………………..

81

NOMENCLATURA……………………………………………………………………….

82

ANEXOS

A B C

DIAGRAMA DE LA VISCOSIDAD Y PESO ESPESIFICO DEL ACEITE,…. TABLA DE PROPIEDADES DEL AGUA PROPIEDADES DE LOS MATERIALES……………………………………… CODIGOS, SOLDADURA………………………………………………………

86 88 90

APENDICE A-0 CALCULO DE VELOCIDAD DE ASCENSO………………………………. 93 A-1 CALCULO DE VELOCIDAD DE ASENTAMIENTO……………………… 95 A-2 CALCULO DEL NIVEL OPERABLE DEL AGUA Y ACEITE…………….. 97 A-3 CALCULO DE TIEMPO DE RESIDENCIA DEL AGUA Y ACEITE……… 99 A-4 CALCULO DE TIEMPO DE RECORRIDO DE LAS PARTICULAS DEL ACEITE Y AGUA.............…………………………………… ……………………………….. 100 A-5 CALCULO DEL DIAMETRO Y NUMERO DE ORIFICIOS DEL DISTRIBUIDOR……………………………….…………………………………….. 100 B -0 B-1 B-2 B-3 B-4

CONSIDERACIONES GENERALES DE DISEÑO……………………… CALCULO Y DISEÑO DEL ESPESOR DE LA ENVOLVENTE………… CALCULO Y DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE LA CUPULA (TECHO) CALCULO DE LAS TRABES QUE FORMAN EL PENTAGONO…….. CALCULO DE LA COLUMNA………………………………………..….….

102 103 109 113 116

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INTRODUCCION Acorde al desarrollo integral de la industria petrolera de nuestro país y con el objeto de

5 5

dar un impulso al crecimiento económico del mismo, la paraestatal Petróleos Mexicanos, requiere de la construcción de obras que servirán de fuentes de abastecimiento y/o reguladoras de la materia fluida necesaria para diseñar y construir un tanque deshidratador de crudo con capacidad de 33,000 Bls (Tipo Gun – Barrel) en la planta deshidratadora Naranjos; con el fin de hacer mas eficiente el proceso, además de permitir poner fuera de operación uno de los dos tanques, ya que por los años que llevan de operación es necesario darles un mantenimiento adecuado sin parar el proceso y la producción.

En los equipos para deshidratación

y desalado de crudo, los más usuales son: los tanques

deshidratantes, tratadores convencionales y los tratadores electroestáticos. En este compendio solo abordaremos lo que son los tanques deshidratadores (Tipo Gun Barrel) que es un tanque de asentamiento por gravedad.

En la deshidratación del crudo, se separa el agua libre y las gotas de mayor tamaño emulsionadas; donde los químicos desemulsificantes juegan un valor importante al promover la coalescencia y acelerar el asentamiento del agua para llegar con una calidad adecuada a la “Refinería Madero”.

El presente trabajo tiene como objetivo informar de forma sencilla y accesible, lo que es el diseño de un tanque deshidratador de 33 000 Bls para la planta Deshidratadora Naranjos Activo Integral Poza Rica- Altamira, Área Cerro Azul.

Es importante resaltar que, en el desarrollo de esta tesina se hace alusión a las normas API, ASME, AWS, las cuales rigen el diseño y operación de los recipientes y que es necesario acatar estrictamente dichas normas en la construcción, operación y mantenimiento de tanques.

Al término de la lectura de la tesina el lector tendrá una idea clara y concisa del cálculo y diseño del tanque deshidratador.

La intención primordial de esta tesina es que sirva de ayuda a estudiantes y personas que de alguna manera estén relacionadas con el desarrollo de tan amplio tema como lo son los tanques deshidratadores.

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1.1 JUSTIFICACIÓN Actualmente el plano ambiental a nivel mundial es de vital y primordial importancia, debido a las continuas transformaciones que se viven hoy día, en la que los países desarrollados y los que se encuentran en vías de desarrollo como el nuestro, depende altamente de la tecnología que exista dentro de ellos para prevenir que el medio ambiente se deteriore y el ciclo de la vida sufra cambios. Por consiguiente, se ha tratado de obtener resultados óptimos en la industria petrolera para frenar y resolver esta problemática.

Debido a los hechos que se han generado últimamente en la región y para evitar un derrame y se perjudique al ambiente ecológico se a tomado la decisión de diseñar y construir un tanque deshidratador de crudo con capacidad de 33,000 Bls (Tipo Gun – Barrel) en la Planta Deshidratadora Naranjos del activo integral Poza Rica- Altamira, Área Cerro Azul.

La producción en los pozos petroleros esta formada por hidrocarburos gaseosos, hidrocarburos líquidos, agua salada y otros materiales. Siendo el agua y el aceite inmiscibles, al estar en contacto se forman emulsiones agua crudo que deben romperse para separar esta agua ya que esto provoca que el crudo llegue a la refinería con alto contenido de sal, que es la causa de diversos problemas tales

como: corrosión acelerada, taponamiento de cambiadores de calor e

incrustaciones en cambiadores de calor.

Debido a la explotación de los campos petroleros en el Área Cerro Azul se tiene una producción diaria de 18 000 Bls (*), las cuales 11 280 Bls son de crudo y 6 720 de agua congénita, que se deshidratan en el tanque, por lo que ocasionaría una baja importante tanto económica como productiva si se llegase a parar la producción.

Ya que el barril de crudo se encuentra en un precio a la venta de USD $39.51

por Barril (**) y

si se esta produciendo 11280 BLS en este único tanque por lo tanto dejaría de percibir una cantidad de USD $ 445,672.80

En base a lo anterior se ha proyectado dicha tesina dedicada al diseño del tanque deshidratador basándome en normas o reglas que se han elaborado por asociaciones de técnicos e ingenieros especializados y que permitan dar un grado mayor de seguridad a la industria en general, no sin descartar la particularidad de la obra en cuestión.

FUENTES:

(*) Bases de Usuario de P.E.P. (**) www.pemex.org.com.mx

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1.2 NATURALEZA, SENTIDO Y ALCANCE DE TRABAJO En el siguiente trabajo se establecerá las bases para la construcción de un tanque deshidratador de 33 000 Bls de capacidad, para que opere en forma alternativa como tanque deshidratador y de almacenamiento, de modo que garantice su optimo funcionamiento de acuerdo a la norma API650 y las especificaciones de PEMEX.

Pemex Exploración y Producción debe deshidratar y desalar el crudo por las siguientes razones:

En el mercado del petróleo se compra y se vende el crudo con un rango de 0.1 a 0.5 % volumen de agua y de 30 a 50 libras por mil barriles (LMB) de contenido de salinidad.

El petróleo de crudo es comprado y vendido en base a la gravedad ºAPI y un crudo con alta gravedad de ºAPI es comprado a un mejor precio, el contenido de agua en el crudo baja la gravedad ºAPI y reduce su precio de venta. El envió y manejo de agua contenida en el crudo implica un gasto inútil de transporte y de energía.

La viscosidad del crudo se incrementa con el aumento del contenido de agua. Añadiendo 1% de agua se genera un incremento de 2% en la viscosidad de un crudo de 30º API y un 4% en un crudo de 15% ºAPI.

Las sales minerales presentes en la

salmuera corroen el equipo de producción, ductos,

carrostanque, y los tanques de almacenamiento de crudo.

En la refinación del crudo la presencia de salmuera asociada contribuye a los problemas de corrosión e incrustaciones y fallas de equipo bajo algunas circunstancias, donde los iones de cloruro se hidrolizan a acido clorhídrico, el cual es extremadamente corrosivo.

El agua presente en el crudo puede estar en forma libre o emulsionada con el petróleo crudo. El rompimiento de estas emulsiones puede llegar a ser un problema muy serio y costoso. Así mismo el contenido de sal en la salmuera producida varía en el rango de cero a casi totalmente saturada.

La aplicación de la coalescencia electrostática con la adición de químicos para resolver el problema de las emulsiones provee la herramienta necesaria para obtener el crudo deshidratado y desalado, adecuado para el transporte y venta.

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1.3 ENUNCIACIÓN DEL TEMA. Se Diseñara un Tanque Deshidratador de crudo con capacidad de 33,000 Bls (Tipo Gun – Barrel) en la Planta Deshidratadora Naranjos del Activo Integral Poza Rica- Altamira, Área Cerro Azul, esto con el fin de hacer mas eficiente el proceso además de permitir poner fuera de operación uno de los

tanques ya que por los años que

llevan de operación ya es necesario darle un

mantenimiento adecuado para mejorar el manejo y reacondicionamiento de los fluidos y así evitar un derrame de crudo, y perjudicar el ambiente ecológico y económico de nuestro país. La producción se recibe mediante dos oleoductos principales uno de 12”Ø, el cual colecta y transporta todo el crudo de los campos del área sur y otro oleoducto de 8”Ø que transporta el crudo del área norte, ambos manejan crudo emulsionado el cual se recibe en un tanque deshidratador TD-2 de 21,962 BLS. Por el que será sustituido temporalmente para poder darle mantenimiento.

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1.4 EXPLICACIÓN DE LA ESTRUCTURA DEL TRABAJO

En base a los requerimientos demandados por el sector industrial y su desarrollo se determino la elaboración del presente trabajo, enfocado a la información indispensable que servirán de sustento para este proyecto. “DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33,0000 BARRILES EN LA PLANTA DESHIDRATADORA DE PEMEX EN NARANJOS VERACRUZ”

CAPITULO I Se desarrolla bajo el siguiente contenido temático: justificación, naturaleza, sentido y alcance de trabajo, enunciación del tema, explicación de la estructura del trabajo CAPÍTULO II Muestra el planteamiento del tema de la Investigación, dentro del marco contextual se menciona los antecedentes históricos, la ubicación geográfica del tanque deshidratador y el Marco Teórico el cual se conforma de la siguiente manera: Proceso de la Deshidratación del Crudo, Generalidades del Tanque, Calculo y Diseño, Accesorios y Protecciones y Pruebas

CAPÍTULO III Para finalizar anexamos conclusiones, esperando que el presente trabajo sea de interés debido a la importancia que se requiere en el almacenamiento y transporte de hidrocarburos. Deberá cumplir con las características estructurales del código API – 650 y API-620 con dichas especificaciones que

requiere PEMEX

y dentro de los márgenes de mayor seguridad durante su operación,

contado con sistemas de prevención y control de incendios. .

BDP: Barriles por Día.

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DESARROLLO DEL TEMA 2.1

PLANTEAMIENTO DEL TEMA DE LA INVESTIGACIÓN

Se presenta esta tesina con los datos necesarios para el desarrollo del proyecto, se describe de manera clara la información indispensable que servirán de sustento para este proyecto.

Los trabajos a desarrollar son los siguientes: 

Levantamiento de las áreas donde se realizaran

los trabajos que se consideraran

instalaciones petroleras. 

Levantamientos topográficos en el lugar del trabajo para la construcción del TD-33 MBLS.



Estudio de mecánica de suelos.



Construcción de la cimentación ingeniería básica de proceso, ingeniería de cálculo de las placas. ingeniería de detalle como lo es: tuberías, sistema contra incendio, instrumentación, obra civil, corrosión, protección catódica.



Construcción del dique.



Construcción del drenaje aceitoso y pluvial del tanque.



Construcción del sistema contra incendio del tanque. Red de contra incendio con codos giratorios, cámaras de espuma.



Pruebas hidrostáticas al tanque: prueba no destructivas al tanque, recubrimiento al tanque

2.2.

MARCO CONTEXTUAL

2.2.1

ANTECEDENTES HISTORICOS

La planta deshidratadora naranjos fue puesta en operación el 16 de febrero de 1972 y aquí se recibe la producción total del área Cerro Azul – Naranjos con la capacidad de (18,000 BPD en promedio emulsionado). La producción se recibe mediante dos oleoductos principales uno de 12”Ø, el cual colecta y transporta todo el crudo de los campos del área sur y otro oleoducto de 8”Ø que transporta el crudo del área norte, ambos manejan crudo emulsionado el cual se recibe en un tanque deshidratador TD-2 de 21,962 Bls. Pasando posteriormente al tanque TV-4 de 48, 211 Bls. La deshidratación del aceite crudo se lleva acabo mediante el sistema de reposo combinando la inyección de reactivos químicos como lo son desemulsificante y desparafinante.El agua drenada es inyectada al yacimiento mediante los pozos naranjos 101 y naranjos 44, el crudo es enviado por un oleoducto de 16” Ø a la estación de re-bombeo de PEMEX – Refinación para ser recibido en refinería Madero un promedio diario de 11,280 Bls. de crudo y se inyectan al yacimiento el agua salada producto de la deshidratación un volumen de 6,720 Bls.

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2.2.2

UBICACION DEL TANQUE DESHIDRATDOR

Naranjos se encuentra localizada dentro del estado de Veracruz, cabecera del municipio de Naranjos Amatlan, a 740 m de altitud, al norte con el municipio de San Lorenzo a 12 Km., al sur con el municipio de Cerro Azul a 20 km., al sureste con el municipio de Tamiahua a 28 Km., al este con el municipio de Tantoyuca a 58 km. ubicándose entre los 21° 21´ y 20° 34´ de latitud norte y los 97° 41´ y 97° 50´ de longitud al oeste del meridiano de Greenwich sobre una altitud media de 740 metros sobre el nivel del mar. Ver (figura 1.)

DATOS METEOROLÓGICOS El territorio en que se encuentra el municipio de Naranjos es en una zona de clima cálido – subhúmedo con abundantes lluvias en verano y principio de otoño, la temperatura media anual varía entre los 23.2° C y los 25.5° C y la máxima de 35.5°. Considerando que es la que se registra anualmente aunque la máxima fue de 41.5° C registrada en junio de 1969 registrándose las temperaturas máximas entre abril y septiembre, la mínima temperatura registrada fue de 16.7° C

( Enero de 1958 y 1961 ) , presentándose los valores mínimos entre los meses de noviembre y

marzo. El tanque deshidratador se construirá dentro de las instalaciones de la planta deshidratadora naranjos con las siguientes características de la zona (Ver Tabla 1) y con las características físicas del fluido a manejar (Ver Tabla 2), el cual sus coordenadas geográficas del centro del tanque será X = 104665.625 y Y= 183,128.125. Como se ve en la (figura 2.)

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FIGURA 1. LOCALIZACION DE LA CD. NARANJOS VER.

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ESTADO DE VERACRUZ MUNICIPIO DE NARANJOS TAMPICO PANUCO OZULUAMA NARANJOS

D O E S T A

CERRO AZUL TUXPAN DE RODRIGUEZ CANO

ALAMO

POZA RICA DE HIDALGO TIHUATLAN

MARTINEZ DE LA TORRE TLAPACOYAN PEROTE

D

XALAPA DE ENRIQUEZ

GOLFO DE MEXICO VERACRUZ

E V E

FECHA

DESCRIPCIÓN

TLALIXCOYAN

ORIZABA

R

SAN ANDRES TUXTLA

A

C

REVISIONES

VILLA AZUETA

RU NUM.

COATZACOALCOS MINATITLAN

Z

PLANOS DE REFERENCIA

MODALIDAD DE TESINA FACULTAD DE INGRIA. MECANICA ELECTRICA POZA RICA DE HG. VER. A 02 DE MAYO DEL 2005 ACOTACION:

EN MILIMETROS

REVISO:

ING. ALEJANDRO MARQUINA CHAVEZ

ELABORO: REY ALONSO GARCIA ISLEÑO ALBERTO JUAN DE GANTE ESCALA:

1:1000

"DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33,000 BARRILES EN PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS, ACTIVO INTEGRAL POZA RICA -ALTAMIRA, CERRO AZUL"

PLANO DE LOCALIZACIÓN

LUGAR:

POZA RICA

H-200

Figura 2. PLANO DE LOCALIZACION DE LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

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TABLA 1. CARACTERÍSTICAS DE LA ZONA: DE ACUERDO A LO PRESIÓN ATMOSFÉRICA:

761.2 DE Hg

ZONA SÍSMICA Nº 2

ESPECIFICADO EL MANUAL DE OBRAS CIVILES DE LA C.F.E.

ATMÓSFERA: HUMEDAD RELATIVA ANUAL:

CORROSIVA (SO2 SO3 ALTA HUMEDAD) 80%

PRECIPITACIÓN PLUVIAL PROMEDIO DEL MES MÁS LLUVIOSO:

370 mm.

CORROSIVO CLIMA:

AMBIENTE HÚMEDO

PRECIPITACIÓN MEDIA ANUAL:

1300 mm

Y SALINO PRECIPITACIÓN PLUVIAL

DIRECCIÓN DE VIENTOS: A)REINANTES TODO EL AÑO: B)DOMINANTES:

ACUMULADA MÁXIMA: S.E.

NTE.

VELOCIDAD DE LOS

C)VELOCIDAD MÁXIMA:

190 km/hr.

D)VELOCIDAD MEDIA EN

20 km/hr. DIRECCIÓN

VERANO:

E-O.

E)VELOCIDAD

35 km/hr. DIRECCIÓN

PRIMAVERA–INVIERNO:

N – S.

F)VELOCIDAD OTOÑOINVIERNO: G)VELOCIDAD REGIONAL: H)VELOCIDAD BÁSICA:

CONDICIONES DE OPERACIÓN: CONDICIONES DE OPERACIÓN ACTUAL BOMBEO DE CRUDO:

VIENTOS:

2345 mm

12,000 BPD

PRESIÓN DESCARGA ENE EL TANQUE: SUCCION DE BOMBA EN PLANTA DESHIDRATADORA

1.0 kg/cm2

NARANJOS

90 km/hr.

270 km/hr. 220 km/hr.

TEMPERATURA: TEMPERATURA MÁXIMA EXTREMA: TEMPERATURA MINIMA EXTREMA: TEMPERATURA MEDIA ANUAL (BULBO SECO): MEDIA ANUAL (BULBO SECO):

35.5 ºC

15 ºC.

24.9 ºC.

24.9 ºC.

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TABLA 2. CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y QUÍMICAS DEL FLUIDO A MANEJAR CARACTERÍSTICAS PRODUCTO:

PETRÓLEO CRUDO

GRAVEDAD API:

25

VISCOSIDAD SSU @ 37.8 ªC

180

GRAVEDAD ESPECIFICA

0.900

2.3.0 2.3.1.0

MARCO TEORICO PROCESO DE LA DESHIDRATACIÓN DEL CRUDO

El proceso de la deshidratación del crudo consiste en lavar el crudo con agua dulce; este lavado se efectuara mediante la inyección de agua en la tubería por donde llega el crudo y en el trayecto hacia los tanques de agua dulce, considerándose que el tiempo y la agitación a que van a estar sometidos será suficiente para hacer un buen lavado; al llegar a los tanques de Deshidratación se dará un tiempo de reposo para que el agua agregada se separe ya que la producción de los pozos petroleros están formados por hidrocarburos gaseosos, hidrocarburos

líquidos, agua salada y

otros materiales siendo el agua y el aceite inmiscibles, al estar en contacto, se forman emulsiones agua-crudo que deben romperse para separar el agua. El primer paso en la deshidratación del crudo es la adición de agentes químicos desemulsificantes, que son compuestos químicos que están formados por un grupo soluble en aceite o lipófilo. Estos productos tienen la propiedad de modificar tenciones superficiales e interfaciales de las emulsiones.

En la deshidratación del crudo

se

separa el agua libre y las gotas de mayor tamaño

emulsionadas. Los agentes químicos desemulsificantes juegan un valor importante al promover la coalescencia y acelerar el asentamiento del agua dispersa. En el desalado, el agua residual (0.2 2%) y la salinidad asociada, se reduce mediante la adición de agua de bajo contenido de sal.

Para desarrollar la técnica de desalado se hicieron algunas pruebas de asentamiento a nivel de laboratorio. Estas pruebas se hicieron a 3 muestras de crudo con distinto contenido de sal a las cuales se les adiciono un 5 % en volumen de agua, agitándolas con el fin de que el crudo se lavara. Después

se le dio un tiempo de asentamiento, al final del cual se les determino la

eficiencia de deshidratación y desalado.

Para que esta técnica sea aceptable no implica una gran inversión, ni grandes operaciones, de tal forma que el costo del tratamiento del crudo no sufre un gran incremento.

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Lo que se intenta al desarrollar esta técnica y aplicarla, es disminuir los problemas que se generan en la destilación del crudo, disminución de la corrosión en equipos, ya que mientras el contenido de sal en el crudo sea menor la producción de acido clorhídrico por efectos del calor y del agua que no es posible separar será menor. 2.3.1.1 PRODUCCIÓN DE CRUDO

Las sales que trae disuelta el agua consisten principalmente de sales de sodio, calcio y magnesio, generalmente cloruros. La concentración de estas sales varía ampliamente; es común encontrar agua con

un contenido de sales semejantes al del agua de mar aunque puede

encontrarse agua con concentración de sales mayor a la del mar. El agua, las sales y los sólidos que acompañan al aceite, afectan de múltiples formas la refinación del crudo. Los principales daños que ocasionan son:

Corrosión.- mientras mas se acerque el desalado de los crudos al 100% será menor la formación de acido clorhídrico en la destilación, este acido de sobra es sabido que

es

bastante corrosivo. Los cloruros de fierro que se forman durante el transporte y almacenamiento del crudo producen corrosión adicional cuando algunos ácidos orgánicos y acido sulfhídrico están presentes en el aceite bajo condiciones reductoras. Los cloruros de fierro reaccionan con el acido sulfhídrico produciendo acido clorhídrico, de donde se concluye que estos cloruros al tener una doble acción deben reducirse a su mínima concentración posible. Abrasión.- mientras mayor cantidad de sólidos sean separados del aceite será menor la acción erosiva en los puntos de máxima velocidad y turbulencias, tales como tubería de alimentación de crudos, cambiadores de calor, bombas, accesorios, etc. Taponamiento.- cuando se efectúa una eficiente limpieza del crudo se depositan menores cantidades de sales y otros sólidos en los cambiadores de calor y en el equipo de destilación. En ocasiones la acumulación de cera (parafinas) acelera la descomposición del petróleo con la siguiente depositacion de coque. Incrustación.- con la depositacion de sólidos, la eficiencia en la transmisión de calor, en la capacidad de fraccionado del crudo y su gasto, disminuirán al grado de requerir mas frecuentemente la limpieza de equipo, aumentando los costos de tratamiento. 2.3.1.2 EMULSIONES Siendo el agua y el aceite fluidos inmiscibles cuando se ponen en contacto bajo condiciones de turbulencia se forman dispersiones estables “emulsiones” de ambos fluidos. En la actualidad dos terceras partes de la producción mundial de crudo se obtiene en forma de emulsiones que necesariamente deben ser tratadas.

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En su apariencia, las emulsiones no parecen ser ni agua ni aceite, por ejemplo un aceite de color verde obscuro presenta una apariencia café pajiza.

Generalmente la viscosidad de una emulsión es mucho más alta que la viscosidad del aceite o la del agua. En otras palabras, una emulsión es mas espesa y no fluirá con la misma facilidad que lo haría el agua o el aceite en forma independiente. Las emulsiones recién producidas presentan normalmente un aspecto esponjoso, esto es ocasionado por las burbujas de gas que aun prevalecen atraídas en el aceite crudo.

La complejidad de las emulsiones aumenta día con día debido al creciente empleo del método de recuperación secundaria que introduce cambios notables en las características de las emulsiones por el efecto de los productos químicos utilizados. Cada gota es cubierta por una película de agente emulsificante; las gotas quedan aisladas entre si, tanto física como eléctricamente. De la naturaleza de esta película, rígida o elástica, dependerá la estabilidad de la emulsión. Esta película es el resultado de la absorción de los agentes químicos emulsificantes polares y de alto peso molecular.

Las emulsiones de aceite y agua son dispersiones de gotas de agua en el aceite como se muestra en la siguiente figura ( 3 ), en el que se vuelven estables por la acción de algunos materiales presentes en el aceite

( agentes emulsificantes), como: asfáltenos, resinas, cresolés, fenoles,

ácidos orgánicos, sales metálicas, sedimentos arcillosos, productos de la corrosión, sólidos finamente divididos, etc. El diámetro de las gotas de agua en el aceite varia de una micra hasta centenas de micras, aunque la mayoría son de aproximadamente diez micras.

Figura ( 3. ) Microfotografia de una emulsión agua en aceite (PETEX,1990,p.79)

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Por lo común las emulsiones no se presentan en la formación productora si no que se generan cuando el aceite y el agua son producidos simultáneamente en presencia de un alto grado de agitación.

Cuando el aceite y el agua fluyen del yacimiento del fondo del pozo a través de las perforaciones en la tubería de revestimiento se crean diferencias de presión relativamente grandes, las cuales originan una mezcla violenta de aceite y agua formándose así una emulsión. Durante el ascenso de la emulsión por la tubería de producción se ocasiona más agitación y mezclado, esto se intensifica por la liberación de burbujas de gas, debida a la reducción de presión que se tiene a medida que los fluidos ascienden a través de la tubería de producción. Al alcanzar la superficie, se presenta una agitación mas violenta al pasar los fluidos a través del estrangulador. Todos estos efectos de agitación y mezclado del aceite y agua producidos, los cuales generan y estabilizan las emulsiones son mas pronunciados en pozos que producen con sistemas artificiales como son el bombeo mecánico o el neumático.

Un aceite de alta viscosidad permite mantener grandes gotas en suspensión, por otro lado a las gotas pequeñas se opone una mayor resistencia al asentamiento. La naturaleza de las emulsiones cambia con el tiempo, la película que rodea a la gota se engruesa y se torna más resistente a la emulsión y resulta mas estable.

2.3.1.3

QUE ES LA DESHIDRATACIÓN

Es lavar el crudo con agua dulce; este lavado se efectuara mediante la inyección de agua dulce al tanque o colchón de agua contenida dentro del tanque y es mezclada junto con el crudo (aceite con agua), conocida comúnmente como emulsión. El tratamiento de una emulsión es la adición de compuestos desemulsificantes. Estos compuestos químicos están formados por un grupo soluble en el agua hidrófilo y otro soluble en aceite o lipófilo. Estos productos tienen la propiedad de modificar las tenciones superficial e interfacial de las emulsiones.

Hay dos tipos de desemulsificantes: los que puedan disociar en iones o desemulsificantes iónicos. Los iónicos o cationicos según sea el grupo químico hidrófilo, negativo o positivo respectivamente. Los desemulsificantes anfoteritos son también moléculas orgánicas cuyo grupo hidrófilo puede cargarse positiva o negativamente o estar descargado. Dependiendo del PH del sistema los desemulsificantes anfoteritos pueden exhibir propiedades aniónicas, catiónicas o no iónicas. Una de la propiedades mas importantes de los desemulsificantes es la relación de grupo hidrófilo y lipófilo, llamada comúnmente balance Hidrófilo- Lipofilo (HLB). El HLB es una

medida de la

solubilidad del desemulsificante en agua-aceite.

21

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

La mayoría de los tensoactivos comerciales que intervienen en las formulaciones de desemulsificantes pertenecen a algunas de las familias o grupos químicos siguientes: Glicoles polioxietilenicos Glicoles polioxipropilenicos Productos de condensación del oxido de etileno o de oxido de propileno Aminas polioxietilenicas y polioxipropilenicas. Esteres de glicoles.

El mecanismo de acción de los desemulsificantes consiste en romper y desplazar la película de agente emulsificante que rodea a la gota de agua (floculación) y aumentar su tensión superficial y la atracción molecular propiciando que haya una tendencia a reducir el área de las gotas dispersas, mediante la unión de ellas (coalescencia). Rara vez un solo compuesto actúa como agente floculante y coalescente, son generalmente dos o mas compuestos los que intervienen en la formulación de un desemulsificante. Otra propiedad deseable en un desemulsificante es la capacidad para humectar los sólidos presentes en la emulsión para que sean incorporadas en el agua separada.

Por otro lado la adición de calor permite un asentamiento más rápido de las partículas de agua a través de los siguientes efectos. 1. Reduce la viscosidad de aceite, por la expansión del agua 2. La película que rodea a las gotas se rompe o reduce su resistencia. 3. Aumenta el movimiento de las moléculas. 4. Permite acentuar la diferencia de densidades entre las partículas de agua y aceite, siempre que sea posible debe de aprovecharse cualquier fuente disponible de calor, incluyendo el calor con que el aceite sale del pozo.

La importancia de la adición de calor a la emulsión en la deshidratación se comprueba calculando la velocidad de asentamiento para una partícula de agua a distintas temperaturas utilizando para esto la ley de Stokes. En esta etapa se remueve el agua libre y las gotas de mayor tamaño, los agentes químicos desemulsificantes juegan un papel muy importante al promover la coalescencia y acelerar el asentamiento del agua dispersa. Existen varios tipos de unidades de separación entre las cuales puede mencionarse: tanques deshidratadores,

tratador convencional y tratadores electrostáticas. Este último equipo ha

aumentado actualmente su uso en el campo.

22

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

2.3.1.4

CALCULO DE LA DESHIDRATACIÓN DEL CRUDO (REALIZADOS MEDIANTE EL PROGRAMA DE MATHCAD VER. 2001)

Para el calculo de la velocidad de asentamiento necesitamos algunas características del crudo ya que en la alimentación del Gun Barrel es una mezcla liquida de Hidrocarburo Condensado + Agua, cuya composición es de ACEITE (Ac) = 63 % y de agua (Ag) = 37% El volumen que deberá manejarse en un día de operación NORMAL es de 18000 bls por día, por lo tanto el flujo promedio es igual a 119.25 m³/hr o 525 GPM, sin embargo para cuestiones de diseño y considerando que el flujo de alimentación no será continuo se multiplica el flujo promedio por un factor de 1.2. Bajo las anteriores consideraciones se obtiene el flujo de diseño.

Flujo:

Normal 1.98 m³/min

= 70.347 ft³/min

Diseño 2.37 m³/min

= 84.417ft³/min

Por lo tanto los flujos de agua y Aceite a la alimentación son: FLUJO TOTAL DE DISEÑO DEL AGUA FTdAg =%37Ag* Fd

(1)

FTdAg = ( 0.37 )( 0.04 ) 3

FTdAg = 0.015 m /s FLUJO DE DISEÑO DEL ACEITE FTdAc =%63Ac* Fd

(2)

FTdAc = ( 0.63 )( 0.04 ) 3

FTdAc = 0.025 m /s TABLA 3. CARACTERISTICAS DEL CRUDO °API = 25 Densidad Relativa = 0.91

Viscosidad Cin. cm²/seg

0.21

0.26

0.184

0.233

Temperatura ºC ( ºF )

15 (60)

25 (77)

Peso especifico kg/m³

878

895

0.878

0.895

Viscosidad Din. gr/cm-seg

Peso especifico gr/cm³

0.31 0.285 35.5 (96) 920 0.920

Nota: La viscosidad y peso especifico fueron tomadas del libro del Apéndice 4-a de Fluid Mechanics,

McGraw-Hill

Book

Co;

Inc,

1954.

Used

by

permission.

Courtesy

of

.R.L:Daugherty Ver Anexo A Fig. A

23

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

TABLA 4. CARACTERISTICAS DEL AGUA Viscosidad Cin. cm²/seg

0.01142

0.00897

0.00727

Viscosidad Din. gr/cm-seg

0.01130

0.00894

0.00721

Temperatuar ºC ( ºF )

15 (60)

25 (77)

Peso espesifico kg/m³

999

997

Peso espesifico gr/cm³

0.999

0.997

35.5 (96) 993 0.993

Nota: La viscosidad y peso especifico fueron tomadas en el libro Manual de Hidráulica Tabla que se muestra en el Anexo A Tabla. A

2.3.1.4.1

CALCULO DE VELOCIDAD DE ASCENSO (VER APENDICE A-0)

La velocidad de ascenso de las partículas ligeras en la fase pesada o la velocidad de asentamiento de las partículas pesadas en la fase ligera es considerada como flujo laminar y esta gobernada por la ley de Stokes, cuya formula es:

V

g * D2 ( Ag

Ac)

La velocidad de elevación de las partículas de condensado (fase ligera) en el agua (fase pesada) está en función del diámetro de partícula, es decir entre más grande es la partícula de condensado mayor será la velocidad de elevación, de la misma manera sucede con las partículas pesadas, por lo tanto para cuestiones de diseño se considera el diámetro de partícula mínimo.

Nota: La tabla 3 y 4 hacen referencia a las características de los fluidos ( crudo y agua ) utilizados en los cálculos de velocidad de asentamiento

Sustituyendo los valores de la viscosidad del aceite se obtiene la velocidad de ascenso para una temp. de 15ºc para el aceite.

VAc

( g )(Dp) 2 ( ag

ac)

(3)

(981)(0.001) 2 (0.999)(0.878) 0.184 m VAc 6.451x10 6 s VAc

24

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Sustituyendo los valores de la viscosidad del aceite se obtiene la velocidad de ascenso para una temp. de 25ºc para el aceite.

VAc

( g )(Dp) 2 ( ag

ac)

(981)(0.001) 2 (0.997)(0.895) 0.233 m VAc 4.295x10 6 s VAc

Sustituyendo los valores de la viscosidad del aceite se obtiene la velocidad de ascenso para una temp. de 35.5ºc para el aceite.

VAc

( g )(Dp) 2 ( ag

ac)

(981)(0.001) 2 (0.993)(0.920) 0.285 m VAc 2.513x10 6 s VAc

2.3.1.4.2

CALCULO DE VELOCIDAD DE ASENTAMIENTO (VER APENDICE A-1)

Sustituyendo los valores de la viscosidad del aceite se obtiene la velocidad de asentamiento para una temp. de 15ºc para el agua.

VAg

( g )(Dp) 2 ( ag

ac)

(4)

(981)(0.001) 2 (0.999)(0.878) VAg 0.0113 m VAg 1.05x10 4 s Sustituyendo los valores de la viscosidad del aceite se obtiene la velocidad de asentamiento para una temp. de 25ºc para el agua.

VAg

( g )(Dp) 2 ( ag

ac)

(981)(0.001) 2 (0.997)(0.895) 0.00897 m VAg 1.116x10 4 s VAg

Sustituyendo los valores de la viscosidad del aceite se obtiene la velocidad de asentamiento para una temp. de 35.5ºc para el agua.

25

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VAg

( g )(Dp) 2 ( ag

ac)

(981)(0.001) 2 (0.993)(0.920) 0.00721 m VAg 9.932x10 5 s VAg

De los anteriores resultados observamos que la condición crítica para la velocidad de ascenso es 0.0006451 cm/seg y para el asentamiento es de 0.010 cm/seg,

es decir, tardan menos las

partículas ligeras en subir por el líquido pesado que las partículas pesadas en bajar por el líquido ligero.

2.3.1.4.3

CALCULO DEL NIVEL OPERABLE DEL AGUA (VER APENDICE A-2)

La altura de la boquilla C (salida de crudo) se determina considerando el 90% de la altura del cuerpo. C = 1.22 m La altura de la boquilla B ( salida de agua ) se fija al mínimo permitido por norma API - 650. B= 0.35 m Para obtener el nivel de agua se resta a la altura total del tanque lo equivalente a los volúmenes muertos, (dados por la altura de las boquillas B y C), se multiplica por la fracción de agua en la alimentación y se divide entre el área del tanque, dicho de otra manera el volumen operable se multiplica por la fracción de agua en la alimentación y se divide entre el área del tanque.

hm h

C B

(5)

hm 12.20 (1.22 0.35) hm 10.63m

Vop (hm)( At)

(6)

Vop (10.63)(439.29) 3 3 Vop 4.67 x10 m

Nopag

Nopag

(Vop)(%37)

(7)

At

3 (4.67 x10 )(0.37) 439.29

Nopag 3.933m

26

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Nopag B

(8)

Voltag ( Ntag)( At)

(9)

Nopcr hm Nopag

( 10 )

Vopcr ( Nopcr)( At)

( 11 )

Ntag Ntag 4.283m

3 3 Voltag 1.882x10 m

NIVEL OPERABLE DEL ACEITE

Nopcr 6.697

Vopcr (6.697)(439.29) 3 3 Vopcr 2.942 x10 m

2.3.1.4.4

CALCULO DEL TIEMPO DE RESIDENCIA DEL AGUA Y DEL ACEITE. (VER APENDICE A-3)

El tiempo de residencia del agua en el tanque está dado por:

trag

trag

Voltag

( 12 )

FTdAg

1882 0.877

5 trag 1.288 x10 s SIGUIENDO LA MISMA SECUENCIA PARA EL ACEITE.

trac

trac trac

Vopcr

( 13 )

FTdAc

2942 1.493 1.182x105 s

27

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2.3.1.4.5

CALCULO DEL TIEMPO DE RECORRIDO DE LAS PARTICULAS DEL ACEITE Y DEL AGUA ( VER APENDICE A-4)

Se considera fijar la altura del distribuidor de líquidos a aprox. 3.02 metros abajo del nivel de agua, es decir a 0.91 m. desde el fondo del tanque. Dado lo anterior, se puede determinar el tiempo que tardan las partículas en recorrer la distancia desde el distribuidor hacia sus respectivas boquillas de salida donde esta dada por la siguiente Ecuación.

TrecAg

(hd hB)

( 14 )

VAg

(0.91 0.35) 0.000105 TrecAg 5.33x103 s TrecAg

Tiempo de recorrido de las partículas del Aceite dada por la Ec.

TrecAc

TrecAc

Nopcr

( 15 )

VAc

6.697

0.00000645 6 TrecAc 1.038 x10 s 2.3.1.4.6

DIAMETRO Y NÚMERO DE ORIFICIOS

DEL DISTRIBUIDOR DEL TANQUE

DESHIDRATADOR (VER APENDICE A-5) La finalidad

de la columna es eliminar el gas en la corriente de alimentación y disminuir la

velocidad de flujo para forzar un régimen laminar. El gas en la corriente de alimentación puede estar disuelto o bien puede ser producto de una vaporización debido a la caída de presión en el trayecto. También con la columna se separa el aire atrapado en la tubería como consecuencia de una separación intermitente. Para asegurar un flujo laminar se considera un diámetro de 36" para la columna, la cual disminuye la velocidad inicial de alimentación y para contener la formación de gases se considera que la altura de la columna sea 1 pie mayor de la altura del Gun Barrel lo cual nos da un volumen de 7.144 pies cúbicos, suficiente para contener un bache de aire atrapado en una tubería de 24" de diámetro sin sobre presionar el sistema. DIFUSOR: La presión de descarga de los líquidos en el Gun Barrel deberá ser la mínima necesaria para evitar altas velocidades de descarga que puedan provocar una propulsión de las partículas pesadas hacia la boquilla de salida del condensado.

28

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Criterios para el dimensionamiento del difusor de líquidos El API 2003 en su sección 2.11 recomienda como velocidad máxima de entrada de líquidos, 3 pies /seg. (0.9144 m/seg). En base a la anterior recomendación se deberá encontrar un área que pueda transportar el flujo de diseño 74 m3/hr (326 GPM) a una velocidad de 3 fts/seg. (0.9144 m/seg.) Densidad promedio =Densidad del agua (fracción vol. del agua en la mezcla) + densidad del condensado (fracción vol. del condensado en la mezcla. ( 16 )

Dpt ( Ag)(%37 Ag) ( Ac)(%63Ac)

Dpt 922.77kg / m3 Viscosidad promedio =Viscosidad del agua (fracción vol. del agua en la mezcla) + Viscosidad del condensado (fracción vol. del condensado en la mezcla.

Viscp ( Ag)(%37 Ag) ( Ac)(%63Ac)

( 17 )

Viscp 0.012kg / ms Simulando el flujo de diseño a través de una tubería de 12" Ø

(0.3048 m Ø) utilizando las

propiedades promedio se obtiene una velocidad de 0.157 m/seg lo cual resulta aceptable, por lo tanto el difusor deberá tener un área total de:

Veld

FTdAg 2 Dd

( 18 )

0.877 (0.3048) 2 Veld 0.157m / s Veld

At

Atd=0.073 m

Dd 2 4

(19)

2

El diámetros del orificio se propone de 1/2pulgada (0.0127 m) con espaciamiento de 0.031m.

2.3.2.0

GENERALIDADES

El termino tanque de almacenamiento se le da a los recipientes cilíndricos verticales u horizontales, de acero, soldados, que trabajaran a una presión aproximadamente igual a la atmosférica destinados a almacenar hidrocarburos para su sedimentación y/ o distribución. Sabiendo que en los tanques no se presentan o se establecen una serie fija de tamaños y capacidades estos no se encuentran restringidas a un tamaño específico. El diseño de tanques cilíndricos verticales para contención de fluidos armados con soldadura de arco se basan en las especificaciones de API -650

29

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Para determinar los espesores de las placas del fondo, anillos de la envolvente y cúpula o tapa del tanque, es necesario conocer inicialmente el volumen y capacidad del tanque que se desea proyectar. El diámetro y la altura determinan este volumen, la altura varía de acuerdo al número de anillos, el fondo se diseña con una distribución de placas adaptándose a las especificaciones y normas del API-650 El primer anillo de la envolvente se diseña con el espesor de la placa mayor especificada por el API650 disminuyendo en los siguientes anillos. Los recipientes estarán apoyados superficial e independientemente sobre un anillo anular de concreto el cual confinaría un relleno sobre el que descansaría el fondo, considerándolos obviamente, por su forma, como tanques cilíndricos verticales eficaces por su poca adhesión a retener la mezcla fluida, produciendo facilidad de procesamiento y además facilidad de limpieza de los mismos. El techo de los tanques constara de una tapa fija apoyada en una estructura de trabes y columnas de acero además del apoyo de la pared del mismo tanque. Debido a su funcionamiento estos tanques se consideran como atmosféricos, ya que el líquido por almacenar se encontrara solo bajo la presión atmosférica. También contara con sus accesorios, boquillas en el cuerpo, entradas de hombre en el cuerpo, refuerzos para conexiones en el cuerpo, protección contra incendio, aparatos de medición, válvulas de presión y vació, aparta flamas tipo vertical y horizontal.

2.3.2.1

TIPOS DE TANQUES. En Petróleos Mexicanos se designa con el nombre de tanques a los recipientes destinados a

contener o a almacenar los productos de extracción, proceso y transporte. Los tanques se construyen con diferentes conformaciones, los cuales dependen del producto, condiciones de operación y localización.

También el tamaño va en función de la demanda del

producto, transporte y el proceso de lo que vaya a almacenar.

Los tanques más comunes se

clasifican según las condiciones antes mencionados en: 1. CILINDRICOS VERTICALES ATMOSFERICOS. 

Sin techo.



Techo fijo auto soportado.



Techo fijo soportado con estructura.



Cúpula flotante.

2. CILINDRICOS HORIZONTALES. 

Atmosféricos.



A Presión.

3. ESFERICOS A PRESIÓN. 4. GOTIFORMES O ESFEROIDES A PRESIÓN.

30

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1. CILINDRICOS VERTICALES ATMOSFERICOS. Los tanques cilíndricos verticales atmosféricos almacenan productos a la presión atmosférica o muy poco mayor que ella. La mayoría de estos recipientes son de acero y se distinguen por la ausencia o por el tipo de techos antes mencionados. La designación de los diversos tipos de techos se hace en consideración de varios factores que a continuación se mencionan: a. Perdidas por evaporación. b. Riesgo de fuego. c.

Contaminación del producto con la atmósfera.

d. Corrosión. e. Mantenimiento resultante de la corrosión. 2. TANQUES CILINDRICOS HORIZONTALES. Los Tanques Cilíndricos Horizontales que se emplean en refinerías y terminales de distribución son llamados salchicha. Una característica de ellos es la de almacenar poco volumen, ya sea a presión interna o a presión atmosférica. Por mencionar algunos productos que se almacenan: propano, 2

butano, etano, etc. y trabajan a presiones internas que varían de 14 a 21 Kg/cm . 3. TANQUES ESFÉRICOS A PRESIÓN. Los tanques que se usan para almacenar gases volátiles o líquidos a presión son llamados esferas. Su principal característica y ventaja es que no permiten pérdidas de vapor tanto en el llenado como en la descarga evitando la entrada de aire. Las presiones a las que trabajan varían 2

de 2 a 15 kg/cm . 4. TANQUES GOTIFORMES O ESFEROIDES A PRESIÓN. Se le conoce con el nombre de gotiformes por la semejanza de la gota de un líquido sobre un plano, trabajan en la forma semejante a los esféricos, con la diferencia de que estos apoyan parte de su superficie en el terreno.

2.3.2.2

QUE ES UN TANQUE DESHIDRATADOR

UN TANQUE DESHIDRATADOR (GUN BARREL) es un tanque de asentamiento por gravedad. Este equipo posee un dispositivo en la parte superior para la eliminación del gas separado “Flume”, y esta constituido esencialmente de cinco partes, cada una de las cuales cumple uno o más propósitos específicos.

FLUME: Es un Accesorio del tanque que tiene como fin controlar la presión y velocidad a la entrada del producto al tanque, a atrapar burbujas de gas y reducir la turbulencia a la entrada, tendrá dimensiones adecuadas para evitar turbulencia así como lograr un flujo laminar y evitar la entrada de gas al distribuidor del tanque.

31

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

1) Línea de entrada, es el tubo que conduce la emulsión procedente del separador hacia el distribuidor. 2) Tubo conductor, a través de este pasa la emulsión antes de entrar al fondo del distribuidor, y cumple las siguientes funciones: Separar el gas de la emulsión y reducir la turbulencia en el interior del tanque deshidratador. Sirve como sección de amortiguamiento al disminuirse la presión de entrada de la emulsión. Permite a la emulsión distribuirse uniformemente a través del colchón de agua de lavado. Esto, mediante un espaciador ubicado en el fondo del tubo conductor. 3) Cuerpo del deshidratador, este contiene un volumen de agua en su interior conocido como “colchón de agua”, el cual sirve de lavado a la emulsión. 4)

Línea de salida del agua, constituida por un sifón. Este tiene dos propósitos. Proporcionar una salida para el agua separada. Regular la altura del colchón de agua en el tanque deshidratador.

5)

Línea de salida del aceite; esta conduce el aceite limpio del tanque deshidratador al de almacenamiento.

La acción que tiene el tanque deshidratador consta de dos etapas: lavado y asentamiento: El lavado ocurre en el colchón de agua; el asentamiento se efectúa en el estrato de la emulsión. La altura del colchón es variable de acuerdo al tipo de emulsión. El sistema de descarga del agua en los tanques deshidratadores esta constituido por un sifón que funciona pasando el liquido a través de un tubo conductor y asciende hasta entrar en un tubo ajustable. La altura de la interfase se puede modificar a la altura del tubo ajustable. A través del tubo igualador se mantiene la misma presión en el sifón y el tratador, por lo tanto, cualquier flujo del tratador al sifón depende solamente de los niveles mantenidos en el tratador, también se utiliza válvulas automáticas que pueden recibir señal de una celda de presión diferencial o una conductividad eléctrica.

DISTRIBUIDOR DE CRUDO INTERNO Tiene como finalidad controlar la entrada del producto por múltiples agujeros pequeños distribuidos en tubos en toda el área del fondo del tanque.La función de este consiste en distribuir el crudo con agua desde el fondo. Por lo regular es un tubo central localizado sobre el eje horizontal del tanque, lateralmente tiene tubos con perforaciones circulares directamente opuestas alternadas sobre el eje horizontal del tubo, mismo que reparten el crudo conveniente, ya que el distribuidor trabaja sumergido en el colchón de agua salada, es natural que se encuentre sujeto a corrosión, por esta razón se ha construido de tubo de asbesto (cemento) que además de tener una resistencia mecánica son muy fáciles de manejar e instalar.

32

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

2.3.2.3

COMPONENTES PRINCIPALES DE UN TANQUE

CÚPULA DEL TANQUE

CUPULA ENVOLVENTE DEL TANQUE

FONDO DEL TANQUE

Fig.- 4. Partes principales de un tanque 2.3.2.3.1 FONDO DEL TANQUE Es la parte mecánica de un tanque, se inicia en la parte inferior que es el fondo, el cual descansa sobre una cimentación de concreto, el fondo debe tener un declive de 1:16 para obligar que todo el liquido almacenado se concrete en los carcamos o en los drenajes para proceder a vaciarlo o purgarlo cuando se requiera, con esa pendiente también se evita que escurra agua de lluvia entre el fondo y la base. Para ejemplificar esto mencionaremos un tanque de 33, 000 bls., el cual esta compuesto de 34 placas irregulares que son las que conforman la periferia en donde descansa la envolvente y 22 placas regulares, todas las placas del fondo son de 6 mm. (1/4 de plg.) de espesor y van traslapadas unas con otras.

Este tipo de tanques debe llevar 3 carcamos repartidos

circunferencialmente y a una distancia de la envolvente de 2.057 mts., el diámetro de la boquilla para la purga es de 4 plg. de 150 lbs. A continuación se muestran fotografías (ver Figura. 5 y Figura. 6) del fondo de un tanque.

Figura.- 5. Traslapado de las placas del fondo del tanque deshidratador

33

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

Figura 6. Fondo del tanque deshidratador traslapado.

2.3.2.3.2 ENVOLVENTE DEL TANQUE La envolvente constituye en si el cuerpo del tanque y es la parte fundamental que de acuerdo a la calidad de su acabado permitirá que la cúpula se desplace de arriba hacia abajo o viceversa sin peligro de que la cúpula sufra un colapso, esto es en tanques de cúpula flotante. Para lograr tener una envolvente dentro de los términos aceptables, deben cuidarse durante el montaje de la envolvente su horizontabilidad, verticalidad y la redondez de la misma. HORIZONTABILIDAD DE LA ENVOLVENTE.- La orilla superior de cada anillo de la envolvente deberá estar a nivel con una tolerancia de ± 3 mm. en cada longitud de 9 mts. en cualquier parte del perímetro del tanque y una tolerancia de ± 6 mm. en la circunferencia total desde un punto de referencia. Estas tolerancias son aplicables a cualquier tipo de cimentación tomadas por norma A.P.I- 650 VERTICALIDAD DE LA ENVOLVENTE.- La máxima desviación de la verticalidad desde la parte mas alta de la envolvente a un punto situado a 0.3 mts. arriba del fondo no deberá exceder de ½” de la altura total de la envolvente. REDONDEZ.- Los radios de la envolvente medidos a 0.3 mts. arriba del fondo no excederán las tolerancias indicadas por norma API- 650, ver (tabla 5).

34

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

Tabla 5. Tolerancias en cuanto al radio para tanques de diferentes diámetros. DIAMETRO DEL TANQUE

TOLERANCIAS EN RADIO

Hasta 12 metros (40’)

μ 13 mm. (μ ½”)

De 12 a 45 metros (40 a 150’)

μ 19 mm. (μ ¾”)

De 45 a 76 metros (150 a 250’)

μ 25 mm. (μ 1”)

Mayor de 76 metros (mayor de 250’)

μ 32 mm. (μ 1 ¼” )

DISTORSION VERTICAL.- La tolerancia por distorsión vertical en la envolvente será de 13 mm. para lo cual se tomara la medida con una cercha de madera (plantilla para medir superficies curvas) de 0.9 mts. de longitud curvada al radio exterior del tanque tomadas por norma API – 650.

DISTORSION HORIZONTAL.- La tolerancia por distorsión horizontal en la envolvente sera de 13 mm. para lo cual se tomara la medida con una cercha de madera de 0.9 mts. de longitud. tomadas por norma API- 650 La forma adecuada para verificar una buena nivelación es por medio del establecimiento de puntos de referencia precisos y bien definidos en cada junta vertical y a la mitad de cada placa en el primer anillo de la envolvente.

Esto se ejecuta fácilmente usando pedazos de cinta métrica

adhiriéndolos y localizándolos exactamente a una distancia de la orilla superior del anillo. Se colocan los tramos de las cintas métricas a una distancia a 0.3 mts. de cada junta vertical y otra a la mitad de cada placa asegurándose de que estén alineados perpendicularmente a su orilla horizontal. Ver figura 7 y 8.

Figura 7. Montaje de la envolvente del tanque

35

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

Figura 8. Montaje de la envolvente del tanque

En la parte inferior de la envolvente, en el primer anillo se encuentra localizado los diferentes registros para los servicios del tanque como son: entrada hombre, entrada y salida del producto y la escalera helicoidal para subir a la parte superior del tanque.

2.3.2.3.3

CUPULA. (TECHO)

La cúpula es la parte superior o el cierre de un tanque. La cúpula y la envolvente son las partes más delicadas y su buen funcionamiento depende de la supervisión en la construcción y que la secuencia del montaje se haga de acuerdo a las normas. A continuación se muestra una fotografía de la cúpula o (techo) de un tanque ver figura 9.

Figura.- 9. Cúpula del tanque y parte de su estructura.

36

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

Las siguientes definiciones podrán aplicarse para diseños de techos pero no deberán ser consideradas como limitación del tipo de techo permitido.

1) TECHO

CONO

SOPORTADO.-

Un

techo

cono

soportado

es

un

techo

formado

aproximadamente por una superficie de un cono, a condición de que el principal soporte es por vigas y columnas o vigas en armazón con o sin columnas. 2) TECHO TIPO CONO AUTO – SOPORTADO.- Un techo tipo domo auto – soportado es un techo formado aproximadamente por la superficie de un cono, soportado solamente en su perímetro. 3) TECHO TIPO DOMO AUTO – SOPORTADO.- Un techo tipo domo auto - soportado es un techo formado por la superficie esférica, soportado solamente en su perímetro. 4) TECHO TIPO SOMBRILLA AUTO – SOPORTADO.- Un techo tipo sombrilla auto – soportado es una modificación del techo tipo domo para formar este en su sección horizontal, es un polígono regular con tantos lados como placas haya en el techo, soportado solamente en su perímetro. ACCESORIOS Para que el diseño del tanque requerido sea funcional es necesario que cuente con los siguientes accesorios: Boquillas en el cuerpo.- la línea de tubería que conduce el fluido hasta el tanque son unidas a este por medio de conexiones que constan de una brida soldada a un tubo corto (carrete). Estas conexiones se llaman boquillas y se saldan a ras de la superficie interior del tanque y deben tener como mínimo un diámetro nominal de 50.8 (2”), para boquillas menores es recomendable utilizar coples por factores económicos. Entradas de hombre en el cuerpo.- Las entradas hombre son necesarias en los recipientes cerrados, para permitir inspección y mantenimiento por lo tanto estos accesos deben ser localizados en el cuerpo, en el techo o en ambas partes. Refuerzos para conexiones en el Cuerpo.- Todas las conexiones tanto de boquillas como de entrada hombre, en las cuales la abertura sea mayor de 50.8 mm (2”) deberán ser reforzadas. Este refuerzo evitara mayor esfuerzo local sobre el cuerpo alrededor de las aberturas. Protección contra incendio.-Este sistema consta de tuberías conductoras de espuma procedentes de un cabezal con varias tomas las cuales con sus conexiones adecuadas se conectan con pipas que transportan el producto químico. De acuerdo con el diámetro, se diseña el número adecuado de tomas. Aparatos de medición.-

En los tanques de almacenamiento atmosféricos son relativamente

pocos los aparatos de medición automáticos. El medidor de cinta automática sirven para leer directamente el tirante del líquido almacenado, o sea la altura del fondo hasta la superficie o espejo del líquido. Este consiste en un flotador circular de metal inoxidable guiado por pequeños cables sujetos al fondo del tanque y a la cúpula; un cable flexible al centro del flotador corre por un mecanismo de poleas cubierto por tuberías en cuyo interior se desliza el cable moviendo el

37

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

extremo de una cinta conforme el flotador se va elevando de acuerdo con la altura del liquido; en la parte exterior tiene un indicador el que se desliza sobre una regla graduada y en la que se toma las lecturas del tanque. Aparatos de control A).- Válvulas de presión y vació (Barec).- En los tanques de almacenamiento solamente se emplean aparatos de control para conservar una pequeña presión interna en la cúpula por medio de los vapores; la válvula de presión y vació operan automáticamente a presión según si el tanque se encuentra recibiendo, o bien, al vació si el tanque se encuentra descargando; el objeto es conservar una pequeña presión para evitar deformaciones en la cúpula así como la entrada excesiva de oxigeno provocando mezclas explosivas. B).- Aparta flamas tipo vertical y horizontal.- este mecanismo consiste en una caja metálica en cuyo interior se encuentra un elemento compuesto con gran numero de laminillas acanaladas de aluminio a través de las cuales pasan los vapores en condiciones de temperatura normal; el objeto de colocar el aparta – flamas es evitar en caso de un aumento de temperatura, un incendio o explosión en el interior del tanque y va colocado antes de la válvula de presión y de vació.

2.3.3.0 CÁLCULO Y DISEÑO DEL TANQUE 2.3.3.1 CONSIDERACIONES GENERALES DE DISEÑO Antes de iniciar el cálculo de los espesores de las placas que formaran la envolvente de los tanques señalaremos que las bases en las que estriba nuestro diseño se encuentran establecidos en la Norma Standard API - 650 (AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE), por lo tanto las formulas empleadas así como las recomendaciones que para el propio diseño que se requieren se han tomado de la norma antes mencionada. El tanque será diseñado según la capacidad deseada y se buscaran las dimensiones óptimas con las cuales será construido el tanque considerando el peso muerto para determinar el tamaño de la cimentación, su resistencia, así como el tamaño y dimensiones de la cúpula.

(CALCULOS REALIZADOS POR EL PROGRAMA DE MATHCAD VER.2001 VER APENDICE B-0)

Vt

Ath

(20)

También que el área de un cilindro es

At

Dt 2 4

(21)

Despejando el diámetro de la Ec…..20 se obtiene la Ec…22

Dt

Vt4 h

(22)

Dt=23.65 m

38

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

Para obtener la altura del tanque hay que basarse en las medidas de las placas comerciales. se usaran placas de las siguientes dimensiones: 240 plg de largo por 96 plg de ancho (8 ft x 20 ft),

Numero de anillos = altura total / Ancho de la lamina h = (2.44 m) ( 5 anillos) = 12.20 m

Tendríamos que la altura total de 12.20 y con el diámetro de 23.65 m. Estamos dentro de los límites de 5200 m³. Los tamaños y las capacidades mas usuales en este tipo de estructuras se encuentran en la norma API – 650, ver (tabla 6).

Tabla 6. Características generales de tanques

39

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

2.3.3.2

DISEÑO Y ESPESOR DE LA PLACA DEL FONDO

Para el diseño del fondo se deben tomar las consideraciones siguientes: 1. Dimensiones de las Placas.- Todas las placas del fondo tendrán un espesor mínimo de 1/4 de plg. de acuerdo a la norma API – 650, el largo y el ancho será de ( 6.10 x 1.829 ) m. 2. Diámetro.- Las placas del fondo deberán de sobresalir por lo menos 1.5 plg. más allá de la orilla exterior de la soldadura que une a las placas del fondo con las placas de la envolvente tomado en cuenta por norma API - 650. 3. Diseño.- Las placas del fondo deberán de ser traslapadas y soldadas (ver detalle en figura plano del fondo de la placa T - 001.) Las placas soldadas del fondo deberán ser razonablemente rectangulares y con bordes a escuadra. Tres placas traslapadas en el fondo del tanque no deberán estar mas cercanas de 12 plg una de la otra y también de la envolvente del tanque.

Las placas del fondo necesitan ser soldadas

solamente por la parte superior con una soldadura continua de filete completo en todas las costuras. Las placas del fondo abajo del anillo inferior de la envolvente deberán tener los extremos exteriores de la juntas dispuestas y soldadas con traslape para formar un soporte enrasado liso para las placas de la envolvente. La unión del borde inferior del primer anillo de la envolvente con la placa del fondo deberá ser una soldadura de filete continua en ambos lados de la placa de la envolvente. El tamaño de cada soldadura no deberá ser mayor de 1/2 plg ni menor del espesor nominal de la placa mas delgada de las dos uniones (placa de fondo y placa de la envolvente del primer anillo). Ver plano del fondo de la placa T - 001.

2.3.3.3

CÁLCULO Y DISEÑO DEL ESPESOR DE LA PLACA DE LA ENVOLVENTE

(CALCULOS

REALIZADOS MEDIANTE EL PROGRAMA DE MATHCAD VER. 2001 VER

APENDICE B-1) El

cálculo del espesor mínimo requerido para las placas de la envolvente se realiza con la

Ecuación siguiente, misma que fue tomada por Norma API - 650 Apéndice A, Sección A-4. método de un pie (ONE – FOOT), considerándose el mas usual. Donde: 2.6 = Una constante, Dt es el diámetro del tanque el cual es considerado de acuerdo a su capacidad, h es la altura del tanque considerado mediante la caída de presión de acuerdo a las dimensiones requeridas, ver (figura 10 ), 1 es el punto de diseño para el anillo considerado, se sitúa a 304.8 mm ( 1 pie) por encima de la parte mas baja del mismo; este método no es aplicable para tanques mayores de 61 m de diámetro, G es la gravedad especifica del liquido almacenado considerado menor que 1, E es la seguridad de confiabilidad de juntas, Sd es el esfuerzo básico para el diseño de la placa de acuerdo a las características del material a utilizar, C.A. es un factor de tolerancia de corrosión que se le adiciona al material.

40

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

2.6 * Dt(h 1)G CA E * (Sd)

t

(23)

Considerando los esfuerzos de la placa tomando las características para el tipo de material ASTM283 grado “C” por norma API – 650, el esfuerzo básico para diseño ( Sd ), para el primer anillo deberá de ser de 2/3 del esfuerzo de cedencia ó 3/8 del esfuerzo a la tensión. (Ver Anexo B tabla de propiedades de los materiales) Sd = ( 2/3 ) ( 30,000 lb/plg² ) = 20,000 lb/plg² Sd = ( 3/8 ) ( 55,000 lb/plg² ) = 20,625 lb/plg² Para efecto este cálculo se toma el máximo valor de Sd = 21,000 lb/plg²

Figura 10.- Altura y número de anillos

CALCULO DEL PRIMER ANILLO Para el cálculo del primer anillo se utilizara la formula dada anteriormente.

t1

2.6 * Dt(h1 1)G CA E * (Sd)

t1 9 / 16in (0.52)in El espesor para el primer anillo de acuerdo a condiciones de diseño será de 9/16 in (0.56 in) El primer anillo lo constituyen 13 placas: 12 placas de 5/8" X 8 ft X 20 ft 1 placa de 5/8 X 8ft X 3.967 ft NOTA: De acuerdo a la tabla 7, proporcionada por FORTIACERO no se tiene la placa de 9/16” por lo que se opta por la placa de 5/8”

41

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

CALCULO DEL SEGUNDO ANILLO

t2

2.6 * Dt(h2 1)G CA E * (Sd)

t 2 7 / 16in (0.44)in El espesor para el segundo anillo de acuerdo a condiciones de diseño será de 7/16 in (0.43 in) El segundo anillo lo constituyen 13 placas: 12 placas de 7/16" X 8 ft X 20 ft 1 placa de 7/16 X 8ft X 3.96 ft NOTA:Se recomienda esta última placa de 5 ft de longitud para ajustar y recortar en campo.

CALCULO DEL TERCER ANILLO

t3

2.6 * Dt(h3 1)G CA E * (Sd)

t3 5 / 16in (0.36)in El espesor para el tercer anillo de acuerdo a condiciones de diseño será de 5/16 in (0.32 in) El tercer anillo lo constituyen 13 placas: 12 placas de 5/16" X 8 ft X 20 ft 1 placa de 5/16 X 8ft X 3.953 ft NOTA: Se recomienda esta última placa de 5 ft de longitud para ajustar y recortar en campo.

CALCULO DEL CUARTO ANILLO

t4

2.6 * Dt(h4 1)G CA E * (Sd)

t 4 1/ 4in (0.27)in El espesor para el cuarto anillo de acuerdo a condiciones de diseño sera de 1/4 in (0.25 in) El cuarto anillo lo constituyen 13 placas: 12 placas de 1/4" X 8 ft X 20 ft 1 placa de 1/4 X 8ft X 3.946 ft NOTA: Se recomienda esta última placa de 5 ft de longitud para ajustar y recortar en campo.

42

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

CALCULO DEL QUINTO ANILLO

t5

2.6 * Dt(h5 1)G CA E * (Sd)

t5 3 / 16in (0.19)in El espesor para el quinto anillo de acuerdo a condiciones de diseño será de 3/16 in (0.18 in) El quinto anillo lo constituyen 13 placas: 12 placas de 3/16" X 8 ft X 20 ft 1 placa de 3/16 X 8ft X 3.939 ft NOTA: Se recomienda esta última placa de 5 ft de longitud para ajustar y recortar en campo. (Ver plano de la envolvente T - 002)

TABLA 7.- CARACTERISTICAS DE PLACAS COMERCIALES FORTACERO PLACA EN ACEROS A - 36, A - 283 C, A - 285 C, A -516, A - 572 PESOS POR PLACAS EN KILOGRAMOS M²

PIE²

5' X 10'

5' X 20'

6' X 20'

8' X 20'

3/16"

(4.8 mm)

37.35

3.47

174

347

416

556

1/4"

(6.4 mm)

49.79

4.626

231

463

555

740

5/16"

(7.9 mm)

62.24

5.783

289

578

694

924

3/8"

( 9.5mm)

79.69

6.934

347

694

833

1112

7/16"

(11.1 mm)

87.14

8.095

405

809

971

1295

1/2"

(12.7 mm)

99.59

9.252

463

925

1110

1480

5/8"

(15.9mm)

124.49

11.565

578

1157

1388

1852

3/4"

(19.1 mm)

149.38

13.878

694

1388

1665

2220

7/8"

(22.2 mm)

174.38

16.191

810

1619

1943

2595

1"

(25.4 mm)

199.18

18.504

925

1850

2220

2950

1 1/8"

(28.6 mm)

224.07

20.817

1041

2081

2497

3330

1 1/4"

(31.8 mm)

218.97

23.13

1156

2313

2775

3700

1 1/2"

(38.1 mm)

298.77

23.75

1388

2775

3330

4440

1 3/4"

(44.5 mm)

348.56

32.38

1618

3239

3885

5180

2"

(50.8 mm)

398.36

37.008

1850

3700

4440

5920

2 1/4"

(57.2mm)

448.15

41.634

2081

4163

4995

6660

2 1/2"

(63.5 mm)

497.95

46.26

2303

4625

5550

7400

43

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

PLANO T - 001. PLACAS DEL FONDO DEL TANQUE

PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL DETALLE DE " DE P-1"

DETALLE DE " DE P-6"

PL

DETALLE DE " DE P-11"

PL PL PL PL PL DETALLE DE " DE P-12"

DETALLE DE " DE P-7" DETALLE DE " DE P-2 "

"B" DETALLE DE " DE P-13" DETALLE DE " DE P-3 " DETALLE DE " DE P-8"

"B"

DETALLE DE " DE P-16"

DETALLE DE " DE P-14"

DETALLE DE " DE P-9"

DETALLE DE " DE P-4 "

"A" "A"

DETALLE DE " DE P-15" DETALLE DE " DE P-5 "

DETALLE DE " DE P-10"

3 TIPO

5

3 TIPO

5

SECCION "B-B" LOCALIZACION DE PLACAS DEL FONDO DETALLE DE TRASLAPES

NOTAS :

DETALLE DE LA SECCIÓN A LOCALIZACION DE PLACAS PARA FONDO

FECHA

REVISIONES

DESCRIPCIÓN

NUM.

1.- ACOTACIONES EN MILIMETROS NIVELES EN METROS 2.- TODO EL MATERIAL DE LAS PLACAS ES A-288-C 3.- TODAS LAS SOLDADURAS DE UNION DE LAS PLACAS DEBERAN SER DE PENETRACION COMPLETA 4.- LAS PLACAS DE FONDO DEBERAN GIRARSE 2° HACIA LA IZQUIERDA CON RESPECTO A LOS 0° 5.-LIMPIEZA INTERIOR Y EXTERIOR SP-10 SAND - BLAST A METAL BLANCO NUMERO DE PLACA SECUENCIA DE MONTAJE 6.- SE REALIZARAN LOS AJUSTES NESESARIOS EN CAMPO

TRASLAPE DE PLACAS

REVISO:

TRABAJO DE MODALIDAD (TESINA)

PLANOS DE REFERENCIA

FACULTAD DE INGRIA. MECANICA ELECTRICA

ING. ALEJANDRO MARQUINA CHAVEZ

ELABORO: REY ALONSO GARCIA ISLEÑO

POZA RICA DE HG. VER. 2005 ACOTACION:

ALBERTO JUAN DE GANTE

EN MILIMETROS

"DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33,000 BARRILES EN PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS, ACTIVO INTEGRAL POZA RICA -ALTAMIRA, CERRO AZUL" PLANO DE PLACAS DEL FONDO DEL TANQUE

LUGAR:

ESCALA : 1:1000

POZA RICA

T - 001

PLANO T – 002 PLACAS DE LA ENVOLVENTE (ANILLOS)

250°

201°

125° 265°

57°

3°

135°

21° 204°

233° 201° FIN DE ESCALERA

280°

INICIO DE ESCALERA 150° 290°

312°

340°

353° 113° 163°

LISTA DE MATERIALES ANILLO

PESO TOTAL 2 AREA m2 PESO UNITARIO 2 (Kg/m) (Kg/m)

MARCA

CANTIDAD

P-1

12

PLACA ASTM-A 283-C 2438 X 6010 X 5/8"

DESCRIPCION

14.652

124.5

21890.04

P-2

1

PLACA ASTM-A 283-C 2438 X 3967 X 5/8"

5.281

124.5

526

P-3

12

PLACA ASTM-A 283-C 2438 X 6010 X 7/16"

14.652

87.10

15314.16

P-4

1

PLACA ASTM-A 283-C 2438 X 3960 X 7/16"

5.281

87.10

395

P-5

12

PLACA ASTM-A 283-C 2438 X 6010 X 5/16"

14.652

62.24

10944.0

P-6

1

PLACA ASTM-A 283-C 2438 X 3953 X 5/16"

5.281

62.24

329

P-7

12

PLACA ASTM-A 283-C 2438 X 6010 X 1/4"

14.652

49.79

8760

P-8

1

PLACA ASTM-A 283-C 2438 X 3946 X 1/4"

5.281

49.79

263

P-9

12

PLACA ASTM-A 283-C 2438 X 6010 X 3/16"

14.652

37.4

PLACA ASTM-A 283-C 2438 X 3939 X 3/16"

5.281

37.4

!°

2°

1/4" DE ESPESOR

3° JUNTA VERTICAL 1° , 2° Y 3° ANILLO 4°

5° P-10

1

PESO TOTAL

6576 263 65 391.18 KG

1/4" DE ESPESOR JUNTA VERTICAL 4° Y 5° ANILLO

FECHA

DESCRIPCIÓN

REVISIONES

NUM.

PLANOS DE REFERENCIA

TRABAJO DE MODALIDAD (TESINA) FACULTAD DE INGRIA. MECANICA ELECTRICA POZA RICA DE HG. VER. 2005 ACOTACION:

EN MILIMETROS

REVISO:

ING. ALEJANDRO MARQUINA CHAVEZ

ELABORO: REY ALONSO GARCIA ISLEÑO ALBERTO JUAN DE GANTE ESCALA :

1:1000

"DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33,000 BARRILES EN PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS, ACTIVO INTEGRAL POZA RICA -ALTAMIRA, CERRO AZUL"

PLANO DE PLACAS DE LA ENVOLVENTE

LUGAR:

POZA RICA

T - 002

44

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

2.3.3.4 CALCULO Y DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE LA CUPULA (TECHO) (CALCULOS REALIZADOS MEDIANTE EL PROGRAMA DE MATHCAD VER.2001 VER APENDICE B-2) Los techos y sus estructuras se diseñan para soportar su propio peso (carga muerta) más una carga viva uniforme sobre su área superior no menor de 122 kg/ cm² ( 25 lb/p² ). La estructura en general consiste básicamente en un sistema de columnas, trabes y largueros como se muestra en la siguiente figura.- 11.

FIGURA.- 11. LARGUEROS TRABES Y COLUMNAS DE LA ESTRUCTURA DEL TANQUE.

Usualmente la disposición de la estructura es la siguiente; polígonos de trabes circunscritos al anillo del casco y una columna central los cuales soportan los largueros y estos a su vez las laminas del techo. Ver FIGURA 12. (Estructura para la cúpula o techo) muestra de modo general el arreglo adoptado para nuestros recipientes. Esta estructura consta de una serie de largueros que van de la envolvente a las trabes que forman el pentágono, estas trabes a su vez se apoyaran de 5 columnas que van de cada esquina del pentágono al piso. Otra serie de largueros ira de las trabes del pentágono a la columna principal colocada en el centro del recipiente.

45

C1-2

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

1

CE-

C1-2

C1-2

CE

-1

CE-1

FIGURA.- 12. ESTRUCTURA PARA LA CUPULA

Las bases de diseño de las estructuras que se consideran en el presente estudio están basadas en la norma (A..P.I. - 650 C.310.3 ). Para el diseño de la estructura del techo se deben de tener presente las condiciones siguientes: 1.- Los esfuerzos estáticos máximos no excederán los siguientes valores A tensión. Acero laminado en su sección neta: 1,400 kg/cm² (20,000 lb/pulg²). Soldaduras de ranura con penetración completa sobre el área de la plancha más delgada: 1,265 kg/cm² (18,000 lb/ pulg²). A comprensión. Acero laminado cuando se impida el pandeo: 1,400 kg/cm² (20,000 lb/pulg²). Soldaduras de ranura con penetración completa sobre el área de la plancha más delgada: 1,400 kg/cm² (20,000 lb/ pulg²).

Flexión. La tensión y compresión en las fibras exteriores de perfiles laminados y de secciones compuestas con un eje de simetría en el plano de carga debe ser de 1,545 kg/cm² (22,000lb/pulg²), cuando la longitud del patín a compresión sin soporte lateral es de 13 veces su ancho como máximo, la relación ancho del patín-espesor es de 16 como máximo y la relación altura del alma-espesor es de 70 como máximo. La tensión y compresión en las fibras extremas de los elementos asimétricos debe ser de 1,400kg/cm² (20,000 lb/pulg² ), cuando el elemento de soporte lateralmente sea a intervalos no mayores de 13 veces el ancho del patín a compresión. La tensión en las fibras extremas de otros perfiles laminados, secciones compuestas y trabes de plancha debe ser de 1,400 kg/cm² (20,000 lb/pulg²).

46

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

CORTANTE Aplica para soldaduras de filete, de tapón, de ranura y para soldaduras con penetración parcial en el área de la garganta: 950 kg/cm² (13,600lb/pulg²). Las columnas para soportar el techo serán construidas con piezas estructurales. La fijación: para evitar el movimiento lateral de la base de la columna, esta ira soldada al fondo del tanque mediante filete simple y continuo, las grapas o estribos para las hileras exteriores de travesaños se soldaran a la envolvente del tanque, el resto de las conexiones podrán ser atornilladas o soldadas. En primer lugar se requiere de un pentágono formado por columnas intermedias que soporten a los largueros por medio de las trabes ESPACIAMIENTO DE LARGUEROS El estándar API - 650 especifica un máximo espaciamiento del largueros de 191.51 cm sobre el perímetro exterior del circulo de largueros, y un máximo de 167.0 cm sobre el perímetro cuando lleva columnas interiores. Para determinar el espacio máximo entre largueros primero calcularemos el numero de largueros necesarios.

N PLE

2 rt Ls

( 28)

N°PLE=38.89 piezas Se determina emplear 40 piezas, por seguridad y equidad, además de que las condiciones de construcción lo permiten. Dichos largueros se apoyaran en las trabes (5) que forman el pentágono correspondiendo a 12 largueros por trabe con un espacio de 1.85 m.

El espacio real entre dichos largueros en la pared del tanque será:

Lsr

Dt N PLE

( 29 )

Lsr=1.85 m

Lsr

73.129in

Que es menor que el especificado, por lo tanto es correcto

47

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

El número de largueros entre el pentágono y la columna central será:

NºPLI

LT 5 1.67m

( 30 )

NºPLI=20.78 piezas Se determina emplear 20 largueros apoyando 4 de ellos por cada trabe, en base a que se requiere cubrir un menor espacio y que las condiciones de construcción permitan recibir mas de estas piezas en la base superior de la columna central. Cálculo y diseño de los largueros El diseño de largueros depende de la carga del techo y del propio peso pero por lo tanto se tratara de determinar haciendo un diseño preliminar, ya que se desconoce inicialmente sus dimensiones, para posteriormente calcular los mismos en base al esfuerzo cortante y a la flexión debido a carga. Los largueros son atornillados a las trabes, por lo que se consideran como vigas simplemente apoyadas con carga uniforme,. Del apéndice "D" del libro mecánica de materiales de Fitzgerald tenemos que el momento flexionante máximo es:

ML

WLMV * LL2 8

(32)

Propondremos una viga de sección en canal cuyas características son las siguientes. (TODOS LOS CALCULOS FUERON REALIZADOS POR EL PROGRAMA DE CÁLCULO DE MATHCAD VER.2001 VER APENDICE B-2) 8 " X 11.5 WLU=11.5lb/ft (0.958 lb/in) Aru=3.35 in2 hpuL=8 in Ix=32.30in4 Sx=8.07in3 tL=0.2187

CALCULO DE LOS PERFILES DE LAS TRABES QUE FORMAN EL PENTAGONO. (CALCULOS REALIZADOS MEDIANTE EL PROGRAMA DE MATHCAD VER.2001 VER APENDICE B- 3) Cada trabe tiene una longitud de 6.941 m (273.27 plg) y cada uno recibe 12 largueros Ahora debemos de escoger un perfil con un modulo de sección mayor al que obtuvimos en el paso anterior, de tal forma que escogemos un perfil IPR cuyas características son:

48

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

IPR 12" X 50 WTU=50 lb/ft Aru=14.70 in IX =394 in

WTU=4.167 lb/in 2

4

hpuT=12 in SX =64.74 in

3

Tt=0.640 in

CALCULO DE LA COLUMNA (TODOS LOS CALCULOS FUERON REALIZADOS POR EL PROGRAMA DE CÁLCULO DE MATHCAD VER .2001 VER APENDICE B - 4)

Utilizaremos un total de 6 columnas, 5 piezas para formar el pentágono-columna y una para la columna central. Como es sabido, las columnas son elementos a compresión que tiende a fallar por el equilibrio inestable. Al aplicarse una carga axial tiende a flexionarse como resultado de un esfuerzo de flexión superpuesto al esfuerzo de compresión. La carga que soporta cada columna es la carga que soporta la trabe mas el peso propio de la trabe para las columnas que forman el pentágono:

CALCULO DE LA ALTURA DE COLUMNAS Columna central: Esta será la altura del casco mas la altura debida a la conocidad del techo=1.27 m (50 plg). Altura central de la columna serà la cual se le descontara el peralte de los largueros ( 8 plg ) .hcc =583.3 in .hcc =13.26 m Altura intermedia de las columnas .hINT = 485.3 in hINT = 12.32 m El tipo de columna que recomienda el A.P.I - 650 para este tipo de recipientes es el de secciones compuestas de dos elementos ya sea canales o vigas tipo IPR; el tipo que utilizaremos será el IPR compuesto de dos perfiles.

IPR 12" X 14 14 lb/p

A=4.16 in²

IPR 10 X 15

A=4.41 in²

15 lb/p

At=8.57 in² . Debido a que la carga es uniformemente distribuida y solo varia la altura, esta sección será la misma para todas las columnas (Ver plano de la estructura T – 003 Y T - 004).

49

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS PLANO T – 003 TAVES Y COLUMNAS DEL TD

"D" "B"

"D" PL PL

"B"

PL PL

3

NOTA:

PL PL

3

PL PL

6

6

PL PL PL PL

CE-4

CE2

6

CE -1

6

-1 CE

CE -1

-1 CE

CE-2

CE-3

CE-3

CE-4

3 3 -2 CE

CE -2

-3 CE

CE -3

CE-4

C1-1

C1-1

C1-2

CE-4

C1-1

CE-4

C1-1

C1-2

CE-1

C1-1

C1-2

CE-1

CE-3

C1-2

C1-2

C1-1

CE-1

C1-1

CE-2

C1-1

C1-1 C1-2

C1-2

C1-1

C1-1

C1-2

CE-1

C1-2

CE-1

CE-2 CE-1

CE -3

CE-1

CE-1

CE-2

CE-2

CE-3

"C"

3 CE-

CE -4

"C"

-4 CE

CE -4

CE -2

CE-2 CE -3 CE -4

"A"

DETALLE DE P-9

"A"

DETALLE DE P-4

3 3

6 6 3

3 6

6

DETALLE DE P-10

DETALLE DE P-8

DETALLE DE P-11

DETALLE DE P-3 3

3 6

DETALLE DE P-5

6

3 6 NOTAS : 1.- ACOTACIONES EN MILIMETROS, A MENOS QUE SE INDIQUE OTRA COSA 2.- PARA SOLDADURAS UTILIZAR PROCESOS DE SOLDADURA 3.- SE REALIZARAN LOS AJUSTES NESESARIOS EN CAMPO

DETALLE DE " B-B" FECHA

DESCRIPCIÓN

DETALLE DE " C-C"

DETALLE DE " C-C" REVISIONES

NUM.

DETALLE DE " D-D" REVISO:

TRABAJO DE MODALIDAD (TESINA)

PLANOS DE REFERENCIA

FACULTAD DE INGRIA. MECANICA ELECTRICA POZA RICA DE HG. VER.

ING. ALEJANDRO MARQUINA CHAVEZ

ELABORO: REY ALONSO GARCIA ISLEÑO

2005

ALBERTO JUAN DE GANTE

EN MILIMETROS

ACOTACION:

ESCALA:

"DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33,000 BARRILES EN PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS, ACTIVO INTEGRAL POZA RICA -ALTAMIRA, CERRO AZUL" PLANO DE TRAVES Y COLUMNAS DEL TD

1:1000

POZA RICA

LUGAR:

T - 003

PLANO T- 004 DETALLES DE LARGUEROS

P-8

PL PL

C L

(TIPO)

P-7

PL PL

8

PL PL P-6

P-2

P-5

P-4

P-4

P-3

P-4

P-4

P-2

P-5

PL PL

P-6

SE NEC 5 PZAS MCA T-2 SE NEC 10 PZAS. MCA. C1-1

SE NEC 10 PZAS. MCA. C1-2

CE-4

CE-2

-1

CE1

-1

CE

CE

1 CE-

CE-2

CE-3

CE-3

CE-4

DETALLE DE P-1

2 CE-

CE

-2

SE NEC 10 PZAS. MCA. CE-1

3 CE-

CE

-3

CE-4

C1-1

C1-2

C1-1

CE-4

C1-1

CE-4

C1-1

C1-2

CE-1

C1-1

C1-2

CE-1

CE-3

C1-2 C1-2

C1-1

CE-1

C1-1

CE-2

C1-1 C1-1

C1-2

C1-2

C1-1

C1-1

C1-2

CE-1

C1-2

CE-1

CE-2

CE-1

-3

-2

CE3

CE

-4

CE4

CE-3

CE-1

CE-1

CE-2

CE-2

DETALLE DE P-5

CE-3

DETALLE DE P-6

-4

DETALLE 1 AMBOS LADOS

CE

CE

-4

CE

CE

CE-2

SE NEC 10 PZAS. MCA. CE-2

DETALLE DE P-3 NOTA:

SE NEC 10 PZAS. MCA. CE-3

SE NEC 10 PZAS. MCA. CE-4

NOTAS :

6

DETALLE DE P-7

DETALLE DE P-4

1.- ACOTACIONES EN MILIMETROS, NIVELES EN METROS A MENOS QUE SE INDIQUE OTRA COSA 2.- PARA SOLDADURAS UTILIZAR PROCESOS DE SOLDADURA ( SEGUN APLIQUE) 3.- PARA LIMPIEZA Y RECUBRIMIENTO INTERNO Y EXTERNO VER NOTAS GENERALES 4.- TRABAJAR ESTE PLANO EN CONJUNTO CON EL PLANO

DETALLE DE P-2 6

DETALLE DE CLIPS

FECHA

DESCRIPCIÓN

REVISIONES

NUM.

PLANOS DE REFERENCIA

TRABAJO DE MODALIDAD (TESINA) FACULTAD DE INGRIA. MECANICA ELECTRICA POZA RICA DE HG. VER. ACOTACION:

2005 EN MILIMETROS

REVISO:

5.- SE REALIZARAN LOS AJUSTES NESESARIOS EN CAMPO

ING. ALEJANDRO MARQUINA CHAVEZ

ELABORO: REY ALONSO GARCIA ISLEÑO ALBERTO JUAN DE GANTE ESCALA:

1:1000

"DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33,000 BARRILES EN PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS, ACTIVO INTEGRAL POZA RICA -ALTAMIRA, CERRO AZUL" PLANO DE DETALLES DE LARGUEROS DEL TV

LUGAR:

POZA RICA

T - 004

50

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS PLANO T – 005 PLACA DE LA CÚPULA Y DETALLES

PL PL PL PL PL "A"

PL PL PL PL PL DETALLE DE " DE P-1"

DETALLE DE " DE P-6"

PL

DETALLE DE " DE P-11"

PL PL PL PL PL DETALLE DE " DE P-12"

DETALLE DE " DE P-7" DETALLE DE " DE P-2 "

DETALLE DE " DE P-13" DETALLE DE " DE P-3 " DETALLE DE " DE P-16"

"B"

"B"

DETALLE DE " DE P-8"

DETALLE DE " DE P-9"

DETALLE DE " DE P-4 "

"B"

DETALLE DE " DE P-14"

"B"

DETALLE DE " DE P-15" DETALLE DE " DE P-5 "

DETALLE DE " DE P-10"

3 TIPO

5

3 TIPO

"A"

5

SECCION "B-B" LOCALIZACION DE PLACAS PARA TECHO DETALLE DE TRASLAPES

NOTAS :

TRASLAPE DE PLACAS

LOCALIZACION DE PLACAS PARA TECHO

FECHA

REVI SIONES

DESCRIPCIÓN

NUM.

1.-ACOTACIONES EN MILIMETROS, NIVELES EN METROS ESPESORES EN PULGADAS 2.-SOLDADURA AWS XX7018 3.-TODO EL MATERIAL DE LAS PLACAS ES A- 283-C 4.-TODAS LAS SOLDADURAS DE UNION DE BOQUILLAS AL TECHO DEBERAN SER DE PENETRACION COMPLETA 5.-LIMPIEZA INTERIOR Y EXTERIOR SP-10 SAND - BLAST A METAL BLANCO NUMERO DE PLACA SECUENCIA DE MONTAJE 6.- SE REALIZARAN LOS AJUSTES NESESARIOS EN CAMPO

TRABAJO DE MODALIDAD (TESINA)

PLANOS DE REFERENCIA

FACULTAD DE INGRIA. MECANICA ELECTRICA POZA RICA DE HG. VER.

REVISO:

ING. ALEJANDRO MARQUINA CHAVEZ

ELABORO: REY ALONSO GARCIA ISLEÑO

2005

ALBERTO JUAN DE GANTE

EN MILIMETROS

ACOTACION:

ESCALA: 1:1000

"DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33,000 BARRILES EN PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS, ACTIVO INTEGRAL POZA RICA -ALTAMIRA, CERRO AZUL" PLANO DE PLACAS DE LA CUPULA Y DETALLES

POZA RICA

LUGAR:

T - 005

PLANO T-006 DETALLEDE BOQUILLAS DEL TD

PL

3

3

PL 6

6

PL PL

3 8

DETALLE DE P-1

3

3

75°

6

DETALLE DE P-5

B

PL

B

3 6

PL

PL

3

BOQUILLA MCA "B-24,B-25 Y B-B26"

8

75°

3

PL

6

3 8

75° 3 6

3

3

PL

6

BOQUILLA MCA "B-1"

8

DETALLE DE P-7

DETALLE DE P-6

C

PL 3

3 8

6

3

BOQUILLA MCA "B-8"

6

75°

C 3

3 8

PL

6

75° 3

3

6

3 6

6

PL

BOQUILLA MCA "B-2"

C

3

3

6

3

8

6

BOQUILLA MCA "B-4"

6

3 75°

DETALLE DE P-9 Y P-10

DETALLE DE P-8

C

3

3

6

30°

3 6

3 8

75° 3 6

3

3

6 6

BOQUILLA MCA "B-3"

3

75°

BOQUILLAS MCA "B-13 A B-17"

75°

NOTAS : 1.- ACOTACIONES EN MILIMETROS, NIVELES EN METROS ESPESORES EN PULGADAS 2.- PARA SOLDADURAS UTILIZAR PROCESOS DE SOLDADURA 3.-LOS BARRENOS DE LAS BRIDAS QUEDARAN SIMETRICAMNETE DISTRIBUIDOS CON RESPECTO A LOS EJES DEL TANQUE SIN COINCIDIR CON ELLOS 4.-P.T. PUNTO DE TRABAJO 5.-N.P.T NIVEL DE PISO TERMINADO 6.- SE REALIZARAN LOS AJUSTES NESESARIOS EN CAMPO

6 3

BOQUILLA MCA "B-5"

6

C 3 3 6

FECHA

8

C

3 8

3 6

3

DESCRIPCIÓN

REVISIONES

NUM.

6

BOQUILLA MCA B-7 PLANOS DE REFERENCIA

C

DETALLE DE P-11

DETALLE DE P-12

TRABAJO DE MODALIDAD (TESINA) FACULTAD DE INGRIA. MECANICA ELECTRICA POZA RICA DE HG. VER. ACOTACION:

2005 EN MILIMETROS

REVISO:

ING. ALEJANDRO MARQUINA CHAVEZ

ELABORO: REY ALONSO GARCIA ISLEÑO ALBERTO JUAN DE GANTE ESCALA:

1:1000

"DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33,000 BARRILES EN PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS, ACTIVO INTEGRAL POZA RICA -ALTAMIRA, CERRO AZUL" PLANO DE DETALLE DE BOQUILLAS DEL TD

LUGAR:

POZA RICA

T - 006

51

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

PLANO T-007 ENTRADA HOMBRE Y REFUERZOS

DETALLE DE P-4

PL

3

PL

8

PL PL

PL PL PL PL

PL

3

6 PL

3

3

10

3

6

PL

30° PL PL

3

13

BOQUILLA MCA "B-9"

3

C

6

3 6

3

3 6

6

BOQUILLA MCA "B-6"

C DETALLE DE P-12 DETALLE DE P-11 DETALLE DE P-9

DETALLE DE P-10

3

3 3

6

8 8 3 3

3

8

3

3 3

8

8

6

30°

NOTAS :

3

1.- ACOTACIONES EN MILIMETROS, NIVELES EN METROS ESPESORES EN PULGADAS 2.- PARA SOLDADURAS UTILIZAR PROCESOS DE SOLDADURA 3.-LOS BARRENOS DE LAS BRIDAS QUEDARAN SIMETRICAMNETE DISTRIBUIDOS CON RESPECTO A LOS EJES DEL TANQUE SIN COINCIDIR CON ELLOS 4.-P.T. PUNTO DE TRABAJO 5.-EMPAQUE DE FIBRA DE CARBON DE 3mm (1/8") ESPESOR 6.-LAS BRIDAS CIEGAS LAS BRIDAS PARA LAS BOQUILLAS SERAN MAQUINADAS CON UN ACABADO DE 125-250 RMS 7.- SE REALIZARAN LOS AJUSTES NESESARIOS EN CAMPO

30°

75°

75° 3 3

3 6

BOQUILLAS MCA B-22 FECHA

5 6

3

8

DESCRIPCIÓN

8

8

3 75°

3

75°

8

REVISIONES

NUM.

3

BOQUILLAS MCA "B-23" PLANOS DE REFERENCIA

6

BOQUILLAS MCA "B-18,B-19,B-21" TRABAJO DE MODALIDAD (TESINA) FACULTAD DE INGRIA. MECANICA ELECTRICA POZA RICA DE HG. VER. ACOTACION:

75°

3 8

6

8

75°

3

DETALLE DE P-8

2005 EN MILIMETROS

BOQUILLAS MCA "B-10, B-11Y B-12" REVISO:

ING. ALEJANDRO MARQUINA CHAVEZ

ELABORO: REY ALONSO GARCIA ISLEÑO ALBERTO JUAN DE GANTE ESCALA:

1:1000

"DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33,000 BARRILES EN PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS, ACTIVO INTEGRAL POZA RICA -ALTAMIRA, CERRO AZUL" PLANO DE DE ENTRADA HOMBRE Y REFUERZOS

LUGAR:

POZA RICA

T- 007

52

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

2.3.3.5 ESPESOR Y DISEÑO DE PLACA DE LA CUPULA (TECHO) Al igual que en el fondo, el techo o cúpula de los recipientes se regirá su diseño de acuerdo a lo especificado por el API - 650. Un tanque de estas dimensiones requiere columnas, trabes y largueros para soportar el techo. Estos tanques de almacenamiento y otros grandes recipientes generalmente son diseñados sin realizar ninguna prueba para prevenir la flexión de las placas en el techo, por lo tanto al diseñar los largueros, la distribución de estos debe de hacerse de tal manera que la separación entre ellos sea la mínima para evitar sobreesfuerzos en la fibra exterior de las placas del techo debido a la flexión. Las placas de techo se comportan como vigas con carga uniforme, los largueros y trabes se consideran como vigas con carga uniforme libremente apoyadas. El diseño del techo incluye la consideración de flexión y corte sobre las placas, largueros y trabes. La acción de la columna también debe de considerarse independientemente de la forma o método de soporte, las placas de techo se diseñan para resistir un mínimo de carga viva y muerta de 122.06 kg/m² Las laminas del techo tendrán un espesor nominal mínimo de 0.48 cm (3/16") y un peso por unidad superficial de 37.4 kg/m² (7.65 lb/in²) sin incluir tolerancia por corrosión. Las dimensiones de las placas a utilizar en la construcción del techo son las siguientes: 0.48 cm ( 3/16") de espesor, 182.9 cm ( 6ft ) de ancho y 609.6 cm (20 ft ) de largo. Las placas del techo no deberán fijarse a los miembros del soporte, únicamente el ángulo superior del tanque con un filete continuo de soldadura sobre el lado superior. El traslape en las juntas de las placas será de 2.5 cm ( 1 plg ) como mínimo, además el filete de soldadura será continuo y completo en todas las costuras y se hará únicamente en el lado superior, (Ver plano de la placa de la cúpula T - 005). 2.3.3.6 NORMAS Y ESPECIFICACIONES TECNICAS Para que la industria puede preverse de recipientes que cumplan los requisitos de seguridad y que puedan construirse en cualquier tamaño para satisfacer sus necesidades, se han elaborado por sociedades de técnicos e ingenieros especialistas, normas y especificaciones que deben cumplir los materiales a usar, así como los códigos que rigen el diseño, inspección, la fabricación y el montaje de estos recipientes. ESPECIFICACIONES API - 650 INSTITUTO AMERICANO DEL PETROLEO. Estas fueron preparadas por la comisión encargada de normalizar la construcción de tanques para almacenamiento de petróleo en colaboración con la SOCIEDAD AMERICANA DE SOLDADURA EN ESTADOS UNIDOS DE AMERICA. ASTM SOCIEDAD AMERICANA PARA PRUEBAS Y MATERIALES para los elementos del acero. ASM.E Sección IX estándar para clasificación de procedimientos de soldadura, formulada por la SOCIEDAD AMERICANA DE INGENIEROS MECANICOS.

53

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

ASA ASOCIACION AMERICANA DE STANDARS para las bridas y tuberías. MANUAL PARA CONSTRUCTORES

Editada por la COMPAÑÍA FUNDIDORA DE FIERRO Y

ACERO MONTERREY para estructura metálicas. Además de este tipo de normas y especificaciones de fabricación y montaje de los tanques de almacenamiento, se tendrá que sujetar a reglamentos locales, ó sea, en la zona donde se va a construir el tanque y, que en muchos de los casos, son bastantes estrictos.

2.3.4.0 ACCESORIOS Y PROTECCIONES Para una operación confiable es necesario que todos los tanques de almacenamiento se sujeten a las especificaciones en lo que respecta a sus accesorios y protecciones, siendo estas de aplicación obligatoria en todas las instalaciones para enfriamiento de tanques expuestos al fuego, especificaciones de la red general de contra incendio en los casos en que se requiere contar con protección superior, drenajes, muros de contención, distancia entre tanques y accesos, protecciones fijas, venteos y arrestadores de flama. Se puede definir como Accesorio al dispositivo que esta diseñado y construido de acuerdo a normas ó estándares para cumplir una función dada, por ejemplo:

Una escalera es una vía de acceso colocada estratégicamente para entrar o abandonar

una

puerta de limpieza, es un acceso al interior de un tanque que se construye para fines de mantenimiento, las boquillas de acero son accesorios con dimensiones tales que permiten la entrada o salida con facilidad del personal, etc. Ver plano de accesorios T-006 y T-007 Es necesario tener conocimiento de que clase de liquido se pretende almacenar ya que permitirá saber las condiciones de riesgo. En nuestro caso, tratándose

de un tanque de almacenamiento atmosférico de tipo vertical

cilíndrico, de techo fijo, diseñado para operar a presiones internas máximas aproximadamente a la presion atmosférica (API - 650) se deben de considerar las siguientes características del liquido.

Producto por almacenar: El petróleo crudo que es una mezcla de hidrocarburos la cual no ha sido procesada en refinería y tiene un punto de inflamación menor de 65.6 ºC

De acuerdo al tipo de producto y al tipo de tanque de almacenamiento dependerá la clasificación del riesgo, así como las normas de especificación para manejo del producto y almacenamiento del mismo, con óptima seguridad en la colocación de accesorios y protecciones.

54

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

2.3.4.1 PLATAFORMAS Y PASARELAS 1

Todas las piezas serán metálicas.

2

El ancho mínimo a nivel de piso será de 610 mm (24”)

3

Los pisos serán de emparrillado o material antiderrapante.

4

La altura del pasamanos sobre el piso de la plataforma o pasarela será de 1.067 m(42”).

5

La altura mínima de la placa de tope será de 76 mm (3”).

6

La distancia entre la parte superior del piso y la parte inferior de la placa de tope 6 mm (1/4”).

7

El refuerzo del barandal ira aproximadamente a la mitad de la altura del pasamano y paralelo a este.

8

La distancia máxima entre postes del barandal será de 2438 mm (96”).

9

Los barandales deberán ir a ambos lados de la plataforma y se discontinuaran cuando sea necesario para acceso.

10 En las partes donde no hay barandal, cualquier espacio entre un tanque y una plataforma, mayor de 150 mm (6”) deberá cubierto con emparrillado o con material antiderrapante.

2.3.4.2 ESCALERA DE ACCESO La escalera de acceso al tanque es un accesorio y deberá estar de acuerdo al diseño, dimensiones, material y localización, mencionados en las normas generales del instituto Americano de Petróleo (API – 650) y/o a las especificaciones particulares de operación.

En los tanques de almacenamiento, es muy común el diseño de escaleras espirales, las cuales consisten en soldar sobre la envolvente escalones de lamina antiderrapante unidos entre si por medio de soleras; en los escalones se sueldan las partes de los barandales con materiales estructurales como ángulos y soleras unidos con soldadura o con tornillos.

1

Todas las piezas deben ser metálicas.

2

El ancho mínimo de escaleras debe ser de 610 mm (24 pulg).

3

El ángulo máximo de la escalera con respecto a la horizontal debe ser de 50°.

4

El ancho mínimo de la huella debe ser de 203 mm (8 pulg).La huella y el peralte tendrán una relación tal que la suma del doble del peralte más la huella debe estar comprendida entre 610 mm (24 pulg) y 660 (26 pulg). El peralte debe ser constante para todos los escalones de la misma escalera.

5

Las huellas deben ser de emparrillado o de material antiderrapante.

6

Los pasamanos de la escalera y de la plataforma se unirán sin rebordes. La altura de los pasamanos medida desde el principio de la huella debe ser de 762 a 864 mm (30 a 34 pulg).

7

La distancia máxima entre los postes del barandal medida sobre el pasamano debe ser de 2438 mm (96 pulg).

55

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

8

La escalera debe diseñarse para soportar una carga concentrada móvil de 455 kg (1000 lb) como mínimo.

9

La estructura de los pasamanos debe soportar una carga de 91 kg (200 lb) como mínimo, en cualquier dirección y en cualquier punto.

10

Los barandales deben ir a ambos lados de las escaleras rectas y también de las circulares cuando la distancia entre la envolvente del tanque y la escalera sea mayor de 203 mm (8 pulg).

11

Las escaleras helicoidales deben ir totalmente apoyadas sobre la envolvente del tanque y el extremo inferior de su estructura no debe apoyarse en el piso.

Es importante que se cumplan estas especificaciones ya que por razones de seguridad, las escaleras de acceso son necesarias para llevar a cabo 11 objetivos fundamentales que son los siguientes:

1

Toma de medición.

2

Mantenimiento de válvulas atmosféricas.

3

Mantenimiento y cambio de arrestadotes de flama.

4

Acceso de entrada hombre en la cúpula.

5

Accesibilidad para la ejecución en soporte central para colocación de andamios.

6

Inspección y verificación de cámaras de espuma.

7

Inspección, verificación y mantenimiento de tele medición.

8

Reparación y mantenimiento de luz piloto.

9

Reparación y mantenimiento de luminarias.

10

Reparación y mantenimiento de aparta rayos.

11

Mantenimiento general de láminas de cúpula.

MONTAJE DE LUMINARIA EN ESCALERA Una de las instalaciones más comunes de luminarias en las áreas de proceso son los de cuello de ganso. La derivación de cada uno de estos se hará de una caja de conexiones del tipo que el caso amerite. Se deberá empezar por colocar un tramo corto de tubo conduit, a continuación una reducción campana, igual a la anterior, de la que saldrá un tubo conduit en forma de media circunferencia, en el extremo del cual se acoplara la luminaria. Este deberá ser cuidadosamente armado antes de montarse. La curvatura del tubo conduit y su longitud, en el tramo conduit vertical, las campanas de reducción y la caja de conexiones, así como el procedimiento de sujeción deberán satisfacer estrictamente las condiciones que el proyecto indique.

Todo el arreglo descrito es conveniente armarlo en el piso previa verificación de limpieza y buen estado de materiales.

56

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

El alumbrado específico de tanques de almacenamiento se limita a la escalera y al extremo superior de la misma, que generalmente queda próximo a la entrada hombre del tanque.

PUERTA DE LIMPIEZA. La puerta de limpieza es un accesorio requerido para tener acceso al tanque, cuando se tiene la necesidad de eliminar la sedimentación, herrumbre y cuando no funcionan en forma correcta los drenes por encontrarse obstruidos de herrumbre, así como válvulas de purga

y descarga en

posición de no cerrar en forma hermética. El número de puertas de limpieza al nivel del fondo de los tanques de almacenamiento esta dado por la norma D.02 h.7 de petróleos mexicanos “Diseño de tanques atmosféricos “

2.3.4.3 DRENAJES Drenaje.- Es el sistema formado por el conjunto de tuberías, válvulas y accesorios que sirven para colectar y desalojar líquidos de desecho, incluye obras complementarias tales como: los carcamos colectores, pozos de visita, fosas y registros entre otros.

Clasificación de los drenajes. Los drenajes se clasifican en cuatro tipos. 1

Drenaje aceitoso.

2

Drenaje pluvial.

3

Drenaje químico.

4

Drenaje sanitario.

Es necesario indicar el sentido de flujo de las corrientes mediante flechas tanto en los planos como marcadas sobre el piso o en la tapa de registro.

Drenaje aceitoso. Los volúmenes colectados por el drenaje aceitoso deben conducirse a los sistemas de tratamiento de efluentes que permitan la recuperación de hidrocarburos y que las aguas residuales cumplan con los límites máximos permisibles de contaminantes de acuerdo con la NOM–001ECOL, NOM–002-ECOL y NOM–003-ECOL. La capacidad de drenaje en las áreas operativas debe calcularse tomando en cuenta el volumen mayor que resulte de las siguientes consideraciones, incrementándose este con las aportaciones constantes del área de estudio: a) Del gasto de agua colectada durante la precipitación pluvial máxima horaria, según los datos estadísticos meteorológicos de la zona, de los diez años anteriores a la fecha del diseño. b) Del volumen colectado de agua contra incendio que se requiere para atender el riesgo mayor en el área considerada.

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El drenaje aceitoso puede contar con uno o más cárcamos reguladores para controlar el flujo hacia los separadores. Los registros del drenaje aceitoso deben tener sello hidráulico en cada una de las tuberías de llegada a los mismos.

En las áreas de almacenamiento, las copas y registros de purga del drenaje aceitoso deben estar diseñados de tal manera que se evite la introducción de materiales que se hayan acumulado dentro del dique.

Drenaje pluvial. Las aguas de drenaje pluvial pueden enviarse fuera del centro de trabajo siempre y cuando la descarga no rebase los límites máximos permisibles de contaminantes de acuerdo con las normas NOM-001-ECOL, NOM-002-ECOL y NOM-003- ECOL; en caso contrario deben enviarse a fosas de retención para su tratamiento y neutralización. Antes de su tratamiento, no se deben unir drenajes de aguas negras con el drenaje pluvial.

En caso de incendio o derrame de hidrocarburos la válvula del drenaje pluvial debe mantenerse cerrada, canalizando y dosificando posteriormente el flujo a través del drenaje aceitoso. En las operaciones de purgado de tanques, la válvula del drenaje pluvial debe mantenerse invariablemente cerrada y se abrirá la válvula del aceitoso para dosificar el purgado y posteriormente se debe volver a cerrar; las descargas de las purgas deben ser visibles. En los centros de trabajo donde se justifique la descarga del drenaje pluvial debe contar con detectores de gases y mezclas explosivas que funcionen de manera continua y alarmen en caso de existir contaminación del agua con hidrocarburos, antes de su desalojo por el emisor. La capacidad del drenaje pluvial debe calcularse de acuerdo con el volumen mayor de las siguientes consideraciones.

a) El gasto de agua colectada en las áreas consideradas durante la precipitación pluvial máxima horaria, para lo cual se tomaran los datos estadísticos meteorológicos de la zona correspondiente a diez años anteriores a la fecha del diseño. b) El volumen de agua colectada en las áreas pluviales el día más lluvioso, según datos estadísticos meteorológicos de la zona, de los diez años anteriores a la fecha del diseño. c) En el caso de las áreas operativas, el gasto de agua contra incendio captado empleado en el combate del riesgo mayor.

Las aguas del drenaje pluvial deben descargar directamente a un colector, el cual las conduce al cuerpo receptor o a un cárcamo regulador que debe tener una derivación con bloqueos hacia el

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sistema de tratamiento de efluentes para ser utilizada en caso de contaminación del drenaje pluvial.

Drenaje químico. Las aguas de los drenajes químicos deben ser neutralizadas y/o tratadas antes de ser vertidas al drenaje aceitoso. No deben mezclarse en los drenajes las aguas residuales que contengan sustancias que reaccionen en forma violenta o formen compuestos peligrosos. La capacidad del drenaje químico debe calcularse tomando en cuenta la suma de aportaciones de cada instalación en particular. El tratamiento de las corrientes particulares debe hacerse localmente en cada instalación mediante plantas de tratamiento (cuando así se requiera) y fosas de neutralización; una vez neutralizadas, y previa verificación de que las corrientes cumplen con los limite máximos permisibles de contaminantes de acuerdo con la normatividad local, estas pueden ser enviadas al drenaje aceitoso. De acuerdo a cada diseño, la distancia recorrida por la corriente del drenaje químico a ser tratada, neutralizada y reutilizada o vertida al drenaje aceitoso, debe ser lo más corta posible con el objeto de minimizar los riesgos inherentes a su conducción. La conducción de las aguas de los drenajes químicos hacia las plantas de tratamiento y neutralización debe ser mediante un sistema hermético cuyos registros puedan ser abiertos eventualmente para efectuar inspecciones.

Drenaje sanitario.

Las aguas negras deben ser tratadas antes de ser enviadas a los cuerpos receptores o bien, pueden ser enviadas a los sistemas de alcantarillado urbano o municipal, siempre y cuando cumplan con los límites máximos de contaminantes permitidos por las normas NOM–01-ECOL, NOM– 002-ECOL y NOM–003-ECOL. Antes de su tratamiento, no se deben unir drenajes de aguas negras con el drenaje pluvial. La capacidad del drenaje sanitario debe calcularse tomando como base el número de muebles sanitarios. Las aguas del drenaje sanitario que no puedan enviarse directamente al drenaje urbano, municipal o cuerpo receptor, deben enviarse a sistemas de tratamiento o fosas sépticas, pudiéndose conectar su efluente al drenaje pluvial o al emisor directamente, previa verificación que las corrientes vertidas no rebasan los limites máximos permitidos de contaminantes que establece la Norma NOM-001-ECOL. Las aguas provenientes de lavabos y regaderas de los baños, antes de ser enviadas al drenaje municipal o fosa séptica, deben pasar por una trampa de grasas.

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2.3.4.4 MUROS DE CONTENCIÓN Los muros de contención deben ser construidos de mampostería o concreto armado. Para los muros de contención de mampostería o concreto armado se debe considerar que su altura con respecto al piso de la calle no deberá ser mayor de 1.8 metros ni menor de 1.2 metros como se muestra en la siguiente Figura 13.

FIGURA.- 13 MURO DE CONTECIÓN Su altura con respecto al piso interior del dique de contención, no debe exceder de 1.8 metros.

En aquellos casos en donde por situaciones especiales, sea necesario que la altura del muro de contención por la parte interna del dique rebase los 1.8 metros señalados anteriormente, deben construirse vías de escape adicionales tales como escalones empotrados a la parte interior del muro de contención para facilitar la salida del personal en casos de emergencia. Cuando por circunstancias especiales, las válvulas de entrada y salida de productos y/o los dispositivos de los sistemas fijos o semi-fijos de espuma contra incendio localizados en las partes cercanas al muro de contención queden expuestas a la afectación por fuego o radiación por incendio, deben construirse mamparas o extensiones de muro que cubran las válvulas o

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dispositivos que puedan ser afectados, así como que protejan al personal que combate un siniestro. Para conservar la capacidad de contención de los muros de un dique debe llevarse a cabo el sellado (emboquillado) alrededor de las tuberías que crucen a través de los mismos, así como de las juntas de expansión en el caso de muros de contención de concreto armado. En todos los casos, los muros de contención deben estar diseñados para resistir la presión lateral que les pueda transmitir la altura hidrostática máxima del líquido contenido en el tanque de almacenamiento de mayor capacidad, considerando el líquido almacenado como agua. El cableado eléctrico, incluyendo el de instrumentación y control que se localice en el interior de los diques de contención, debe alojarse en tubería conduit metálica, galvanizada, cédula 40, Clase 1 División 2, cumpliendo con lo establecido en la NRF-036-PEMEX-2003. Debe efectuarse el sellado de la tubería que conduce cables eléctricos, incluyendo el de instrumentación y control dentro del dique de contención, conforme a la NOM-001-SEDE-1999, para prevenir la acumulación de humedad o entrada de líquidos, gases o vapores de hidrocarburos a su interior.

Localización, accesos y frentes de ataque. Para la localización de las áreas de tanques de almacenamiento y sus sistemas de protección contra incendio deben tomarse en cuenta la dirección de los vientos dominantes y reinantes para evitar que vapores emanados de los propios tanques invadan áreas de quemadores y lugares donde existan flamas abiertas, así como zonas ocupadas por personal, tales como oficinas, áreas habitacionales u otras similares. De forma similar, la distribución de tanques de almacenamiento y sus sistemas de protección contra incendio debe hacerse de preferencia de manera que aquellos que contengan productos inflamables queden localizados “corriente abajo” con relación a la dirección de los vientos dominantes, en tanto que los que contengan productos combustibles, queden localizados “corriente arriba”. 

En ningún caso, los "racks" o corredores de tuberías deben bloquear las vías destinadas al ataque de emergencias, vías de escape y accesos para mantenimiento.



Las calles que circundan las áreas de tanques de almacenamiento deben tener como mínimo 7 metros de ancho.



Los tanques verticales no deben estar dispuestos en más de dos filas; es preciso que cada tanque tenga adyacente una calle que permita la libre intervención de los medios móviles para el combate de incendios.



Los tanques de almacenamiento atmosférico vertical de 200 mil barriles y mayores deben tener acceso vehicular por calle pavimentada por los cuatro costados (cuatro frentes de ataque).

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Los tanques de almacenamiento atmosféricos verticales de 100 mil barriles y menores de 200 mil barriles deben tener accesos vehiculares cuando menos por tres de sus costados (tres frentes de ataque) por calles pavimentadas.



Los tanques atmosféricos verticales menores de 100 mil barriles y hasta 55 mil barriles de capacidad deben tener cuando menos dos accesos vehiculares ( dos frentes de ataque ) por calles pavimentadas.



Los tanques atmosféricos verticales menores de 55 mil barriles de capacidad deben tener como mínimo un acceso vehicular (un frente de ataque) por calle pavimentada, por el lado donde se ubica la toma para la protección contra incendio.

Distanciamientos mínimos. 

La distancia entre tangentes de tanques de almacenamiento atmosféricos y el muro de contención para el caso de tanques con capacidad nominal igual o menor a 30 mil barriles, debe ser como mínimo la equivalente a la altura del tanque considerado.



Para tanques atmosféricos con capacidad mayor a 30 mil barriles la distancia mínima de la tangente del tanque al muro de contención será la correspondiente a la mitad del diámetro del tanque considerado.

Diques de contención para tanques atmosféricos. La capacidad volumétrica de diques de contención que en su interior alberguen un solo tanque de almacenamiento del tipo atmosférico debe ser cuando menos de una vez la capacidad total nominal de dicho tanque.

Para diques de contención que en su interior alberguen varios tanques de almacenamiento atmosférico la capacidad volumétrica mínima será la necesaria para contener la capacidad total nominal del tanque mayor, más el volumen que otros tanques ocupen hasta la altura que tenga el muro de contención por la parte interior del dique, más el volumen de otras construcciones que ocupen un espacio en el interior del dique de contención.

Cuando las condiciones topográficas del lugar o las dimensiones del terreno disponible no permitan cumplir con los requerimientos de capacidad volumétrica establecidos en los dos incisos anteriores, es necesario llevar a cabo un análisis de riesgos para cada caso en particular, en donde participe personal del centro de trabajo correspondiente, de la entidad responsable del diseño y construcción de las instalaciones y, en su caso, de la dependencia de Seguridad Industrial y Protección Ambiental del Organismo Subsidiario.

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2.3.4.5 SISTEMAS DE PROTECCIÓN En general, todos los centros de trabajo de PEMEX-Refinación en donde se manejan, procesan o almacenan líquidos inflamables o materiales combustibles, deben contar con una red contra incendio que garantice el suministro de agua suficiente para combatir el incendio de mayor magnitud que pueda generarse en las instalaciones. El diseño y el dimensionamiento de la capacidad de cualquier red de agua contra incendio debe fundamentarse en los análisis de riesgos que se lleven a cabo para determinar el riesgo mayor que pudiera originarse en un centro de trabajo. Todas las redes de agua contra incendio deben contar con las siguientes especificaciones: Una fuente de abastecimiento de agua que satisfaga las necesidades de mayor demanda en casos de emergencia. Un sistema de bombeo confiable, que proporcione el agua en la cantidad y presión requerida para el combate del riesgo mayor estimado en el centro de trabajo. Una red de distribución de agua de capacidad suficiente, que mediante circuitos cerrados de tuberías proteja adecuadamente todas las áreas y zonas que lo requieran de un centro de trabajo. 

Abastecimiento.

Para el servicio de agua contra incendio debe preferirse el agua limpia y dulce. Si esto no es posible, es aceptable el uso de cualquier tipo de agua, siempre y cuando se encuentre libre de hidrocarburos. La fuente de abastecimiento podrá ser primaria, (como el mar, lagos y ríos), secundaria (como pozos y servicios municipales) o terciaria (como sistemas de tratamiento de agua y/o de recuperación de efluentes). La succión de las bombas contra incendio no debe conectarse directamente al abastecimiento proveniente de pozos, de servicios municipales o de ríos cuyo caudal en ciertas épocas del año sea irregular. En estos casos, debe existir obligatoriamente uno o varios tanques atmosféricos, destinados específicamente para el almacenamiento de agua contra incendio, de los cuales succionen las bombas para este servicio. 

Almacenamiento.

El almacenamiento de agua contra incendio debe determinarse en función del requerimiento total de agua que demanda la protección de la instalación que represente el riesgo mayor de un centro de trabajo y del tiempo de aplicación de agua. Esta capacidad de almacenamiento debe

ser

suficiente para combatir ininterrumpidamente el incendio del riesgo mayor durante un mínimo de 4 (cuatro) horas. Cuando los depósitos de agua municipales u otros abastecimientos semejantes sean susceptibles de ser aprovechados, es necesario considerar la instalación de interconexiones para su utilización, pero dichos volúmenes no deberán ser contabilizados como parte del almacenamiento de agua destinado para fines contra incendio.

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De la misma manera, para el caso de refinerías, las fosas de las torres de enfriamiento y los sistemas de efluentes son aceptables como suministro auxiliar de agua contra incendio, pero su volumen tampoco debe ser considerado como parte del almacenamiento disponible de agua contra incendio. 

Requerimiento total de agua contra incendio.

El requerimiento total de agua contra incendio es considerado como el mayor volumen de agua que se requiere en un centro de trabajo para combatir un incendio, el cual resulta de sumar las cantidades necesarias de agua para la extinción del riesgo mayor en la zona del incendio. En el caso de áreas de almacenamiento deberá considerarse el enfriamiento de los tanques anexos cuando su separación sea menor a la establecida en la Norma DG-GPASI-SI-3600 de Pemex-Refinación. En todos los casos, los consumos para la protección con agua de enfriamiento están basados en su densidad de aplicación por unidad de superficie, la cual es de (0.1 gpm/pie² ), excepto para recipientes presurizados que es de (0.25 gpm/pie²) ( * ) Los métodos para la determinación de las cantidades de agua requeridas para enfriamiento y los arreglos de tubería correspondientes se encuentran descritos en las Normas DG-GPASI-SI-3600 y DG-GPASI-SI-3601 de Pemex-Refinación. 

Bombas de agua contra incendio.

El sistema de bombeo para servicio contra incendio debe proporcionar el agua en la cantidad y presión suficiente para cubrir los requerimientos totales que demande el riesgo mayor estimado en el centro de trabajo. Las bombas contra incendio deben instalarse en casetas o cobertizos localizados en lugares estratégicos que no sean susceptibles de sufrir daños durante incendios o emergencias. Estas casetas deben ser construidas con material no combustible, lo suficientemente amplias para facilitar la operación y el mantenimiento de los equipos; deben tener buena iluminación tanto natural como artificial, así como ventilación y drenaje adecuados que permitan mantener su interior seco y libre de humedad. Además, el suministro de energía eléctrica a las bombas de agua contra incendio deberá tomarse de un circuito eléctrico independiente de los demás servicios del centro de trabajo. La caseta o cobertizo debe poseer un mínimo de dos accesos a su interior, los cuales deberán mantenerse en todo momento libre de obstrucciones, debiéndose señalizar convenientemente esta última condición en el exterior de la construcción. Adicionalmente, dicha caseta debe estar equipada con un sistema de iluminación de emergencia con baterías, las cuales no deberán interconectarse a ningún elemento del sistema de bombeo ni a ninguna batería destinada a la operación de los motores.

( * ) gpm: galon/min

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La red de contra incendio citada en el punto anterior, debe estar conectada al sistema fijo de generación de espuma ( presión balanceada ) mediante una red de tuberías localizadas de preferencia a un costado de los diques de contención de los tanques de almacenamiento ( ver figura 14. ), cuya capacidad sea suficiente para manejar el gasto que se requiera para combatir el riesgo mayor que representa un tanque o un grupo de tanques de almacenamiento, a los cuales según lo indique un análisis de riesgos, sea necesario suministrar espuma contra incendio en forma simultánea.

FIGURA.- 14. RED DE CONTRAINCENDIO

2.3.4.6 CIMENTACION. El termino cimentación se refiere al apoyo de toda la estructura y comprende tanto el terreno mismo como a cualquier elemento que se emplea para transmitir las cargas al terreno natural de desplante. Las recomendaciones básicas para el diseño y construcción de este tipo de cimientos nos la da la norma API ya que debido a la diversidad de suelos, subsuelos, y requerimientos no resulta práctico establecer reglas generales o definidas. Es obvio que para la construcción de cualquier tanque de almacenamiento sea necesario conocer la naturaleza del terreno sobre el cual se va a desplantar, afín de poder estimar el asentamiento que pudiera sufrir, así como la recuperación que tendrá sobre el recipiente. Estudios efectuados por el departamento de

geotecnia de la subdirección de proyecto y

construcción de obras local de petróleos mexicanos en el área de construcción de los tanques así como la experiencia y comportamiento de construcciones en el lugar, permitieron determinar el tipo

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mas apropiado de cimiento para el recipiente; el cual consistiría en una cimentación de terracerías confinadas con muro anular de concreto, como se muestran en las siguientes fotografías; ver figuras 15,16, 17 y 18.

Fig.-15. Estructura de cimentación.

Fig.- 17. Desmantelamiento

Fig.-16. Preparando el agregado

Fig.- 18. Compactación

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Dicha cimentación evita asentamientos diferenciales no continuos en el perímetro del tanque y al mismo tiempo confina las terracerías compactadas y controladas que rellenan el interior del anillo, este tipo de cimentación permite distribuir de modo uniforme la carga concentrada de la envolvente sobre el piso bajo el tanque, proporciona una base sólida de desplante para la construcción de la envolvente, brinda un mejor medio para la nivelación de las terracerías del tanque conservando su contorno durante la construcción, además retiene las terracerías bajo el fondo del tanque, evitando perdidas de material por erosión y por ultimo, actúa como aislante contra la humedad y conserva la capacidad de carga del terraplén. La profundidad de desplante del muro anular de concreto no será mayor de 1.50 mts. a fin de que transmita al suelo aproximadamente la misma carga unitaria que se tendrá bajo las terracerías confinadas a la misma profundidad.

Tradicionalmente se ha clasificado la cimentación en dos tipos: Cimentaciones Superficiales. Cimentaciones Profundas.

La diferencia entre una cimentación superficial y una profunda es que en la primera el cociente de dividir la profundidad entre el ancho de la base no debe ser menor de 0.25 ni mayor que 1, mientras que para las profundas es en general mayor que 5. Para el proyecto de cualquier cimentación deben ser tomados en cuenta los factores que influyen en la correcta selección de una cimentación. Dichos factores son:

1.

Los relativos a las superestructuras que engloban su función, cargas que transmiten al suelo, materiales que los constituyen, etc.

2.

Los relativos al suelo que se refieren a sus propiedades mecánicas, especialmente a su resistencia y compresibilidad, a sus condiciones hidráulicas, etc.

3.

Los factores económicos; que deben balancear el costo de la cimentación en comparación con la importancia y aun el costo de la superestructura.

Para grandes tanques y aquellos con paredes muy altas que transmiten cargas considerables a los cimientos bajo la envolvente se recomienda usar una cimentación a base de anillos, que pueden ser de concreto armado, piedra triturada o grava gruesa. En nuestro país se ha generalizado el uso de anillos de concreto para cualquier capacidad de tanques.

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2.3.5.0

PRUEBAS Las medidas para reducir las fallas en la inspección de la construcción o el mantenimiento

de tanques son con el fin de mejorarlos y mantenerlos en los más altos índices de eficiencia y seguridad, ya que las experiencias nos dan una idea de cómo analizar y formular una identificación completa para así eliminarlas. También se dan fallas que van asociadas en el diseño, errores u omisiones en la calidad de los productos durante la fase de construcción, el empleo de materiales inadecuados, proceso de montajes incorrectos, etc. además de empleo de pruebas no destructivas apropiadas o por normatividad. Un beneficio que este tipo de pruebas nos brinda es que no se altera de forma ni destruye el material de prueba. Es de suma importancia mencionar que el material a examinar se realice con la prueba adecuada. Las pruebas indicadas en este capitulo se harán conforme se vaya terminando la erección de las diferentes partes. Para garantizar que se está de acuerdo con los requerimientos del Código API650 sección 5.3 se efectuaran los trabajos necesarios para llevar a cabo dichas pruebas a medida que se vaya requiriendo y hacerlas de acuerdo con los estándares del API.

En base a la importancia que tienen las pruebas no destructivas en inspecciones de servicio de las diferentes partes de que consta el tanque se le pueden realizar los diferentes tipos de pruebas: 

EXAMEN VISUAL



EXAMEN POR LÍQUIDOS PENETRANTES



EXAMEN POR PARTÍCULAS MAGNÉTICAS



EXAMEN POR RADIOGRAFÍA

2.3.5.1 TIPOS DE PRUEBA PARA LA INSPECCIÓN DEL TANQUE. 

EXAMEN VISUAL

Comprende la verificación por simple vista o incluyendo la ayuda de espejos, telescopios, cámaras, etc., de los materiales utilizados, dimensiones, preparación de juntas, alineamientos, uniones, soportes, ensamble, montaje, inspección y pruebas, de acuerdo a los señalamientos en los códigos de ingeniería de diseño. El procedimiento consiste en iluminar la superficie y aplicar la visión humana a veces con la ayuda de los instrumentos detallados arriba. Es simple y relativamente barato. Se depende de la habilidad y entrenamiento del inspector y está limitado a detectar defectos superficiales. Se pueden tener records permanentes usando fotografías, videos, analizadores digitales de imágenes y el reporte escrito del inspector. El inspector puede adicionalmente checar procedimientos, calificación de operarios y otros documentos.

68

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EXAMEN POR LÍQUIDOS PENETRANTES

Este examen es de gran utilidad para detectar fallas superficiales de materiales ferrosos y no ferrosos. Después de realizar la limpieza y secado completo de la superficie a examinar, se aplica un líquido penetrante el cual se introduce en las discontinuidades existentes. Posteriormente cuando el penetrante esté seco, se aplicará un revelador, el cual permitirá observar los defectos. Cuando es requerida una sensibilidad mayor deberán utilizarse líquidos penetrantes fluorescentes y luz ultravioleta, con este método las imperfecciones serán claramente visibles debido a su brillantez. 

EXAMEN POR PARTÍCULAS MAGNÉTICAS

Aplica a todos los materiales ferrosos, excepto los aceros austeníticos. Antes del examen es necesaria una buena limpieza del área que va a examinarse, por lo menos dentro de una distancia de 25 mm. El área mencionada debe estar libre de polvo, grasa, aceite, u otra materia extraña y tener una superficie regular, por esto, es común esmerilar o maquinar según se requiera. Primeramente, el área a examinarse es magnetizada y a continuación se aplican partículas ferromagnéticas finamente distribuidas. Durante el desarrollo normal del examen, estas partículas se irán acercando en las discontinuidades de la pieza examinada debido a las fugas del campo magnético en esas zonas. El campo puede proporcionarse con imanes permanentes, electroimanes, bobinas o cables colocados adecuadamente, también puede hacerse con corriente directa o alterna pasando a través del material. Este método puede detectar grietas superficiales y sub-superficiales. La orientación del campo magnético es importante, pues las grietas orientadas en el sentido del campo magnético pueden pasar desapercibidas. Se utilizan diversos tipos de magnetización para observar los defectos. La corriente alterna detecta grietas superficiales mientras que la corriente directa puede detectar defectos sub-superficiales como inclusiones. Los tubos pueden quedar magnetizados, lo cual obliga a desmagnetizarlos antes de su uso con corriente alterna, que se va reduciendo gradualmente a cero. 

EXAMEN POR RADIOGRAFÍA

Se utiliza cuando se debe mostrar una gran integridad de la soldadura, sin embargo es un método caro. La técnica radiográfica usa ya sea rayos X o rayos gamma para penetrar el cordón de soldadura y crear una imagen radiográfica en una película. La pieza a examinar absorbe la radiación, pero cuando se encuentran grietas, se absorbe menos radiación lo que a su vez se refleja en un mayor oscurecimiento de la película. Se pueden observar cavidades de dimensiones del orden del 1% del espesor de la pared. Los rayos X operan con voltajes desde 120 hasta 400KV, a mayor espesor a investigar mayor voltaje para mantener un tiempo de exposición de 4 – 6 min. Los mayores voltajes reducen la calidad de la imagen. Los rayos gamma se producen por el decaimiento de isótopos radioactivos y no necesitan corriente eléctrica. El isótopo de Iridio 192 es muy común para espesores de 2.5pulg

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pero para espesores gruesos se puede necesitar Cesio 197 o Cobalto 60 y para espesores delgados se usa Iterbio 169. La calidad de las radiografías con rayo gamma no es tan buena como la de los rayos X.

Como alternativa a la película radiográfica que puede tomar unos 20 min para revelarse se puede usar radioscopia que provee de imágenes en tiempo real en un monitor. Obviamente para una buena radiografía se necesita acceso a ambos lados del objeto. La inspección radiográfica es requerida para soldaduras en la envolvente, soldaduras de placas anulares y conexiones del tipo embutido con terminales soldadas. Las inspecciones por métodos radiográficos no son requeridas para placas del techo, de fondo y entradas a tanques según norma API - 650.

NÚMERO Y LOCALIZACIÓN DE RADIOGRAFÍAS. Los siguientes requerimientos se aplican a uniones verticales: A. Para los extremos de las uniones soldadas en las cuales las placas mas delgadas de la envolvente es de 3/8 de pulgada o menos, una radiografía será tomada en los primeros 10 pies de unión vertical completa para cada tipo de espesor de soldadura y para cada soldador. La radiografía tomada en las uniones verticales puede ser usada para conocer los requerimientos para uniones individuales. De ahí en adelante sin observar el numero de soldaduras o soldadores, una radiografía adicional será

tomada a cada 100 pies adicionales (aproximadamente) y cualquier fracción mayor

permanente de la unión vertical del mismo tipo y espesor. Al menos un 25% de los

lugares

seleccionados serán en juntas de uniones verticales y horizontales con un mínimo de dos de tales intersecciones por tanque. B.

Para los extremos de las uniones soldadas en las cuales la placa de la envolvente es

mayor de 3/8 de pulgada y hasta incluir una pulgada de espesor, en la toma radiográfica deberán ser tomadas como se indica en el inciso A. En adición todas las juntas de uniones verticales y horizontales en este rango de espesor serán radiografiadas; cada película deberá mostrar claramente no menos de dos pulgadas de cordón de soldadura por cada lado de la intersección vertical. En el curso mas bajo, dos radiografías

serán tomadas en cada unión vertical; una de las

radiografías deberá ser tan cercana al fondo como sea posible y la otra deberá ser tomada al azar. C.

Las uniones verticales en las cuales las placas de la envolvente es mayor de una

pulgada de espesor será completamente radiografiada. Todas las juntas de uniones verticales y horizontales en este rango de espesor será radiografiadas; cada película deberá claramente mostrar no menos de dos pulgadas de cordón de soldadura en cada lado de la intersección vertical.

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Una radiografía será tomada en los primeros 10 pies de la unión horizontal completa de los extremos del mismo tipo y espesor (basada en el espesor de la placa más delgada de la unión) sin considerar el número de soldaduras. De ahí en adelante deberá ser tomada una radiografía en cada 200 pies adicionales (aproximadamente) y en cualquier fracción permanente mayor de una unión horizontal del mismo tipo y espesor, sin incluir las juntas de las uniones verticales requeridas en el punto anterior del inciso C. Como avance de la aplicación de la soldadura deberán ser tomadas radiografías tan pronto como sea practico. El lugar para la toma de radiografías podrá ser determinada por el inspector. 2.3.5.2 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE LAS PRUEBAS A DESARROLLAR Todos los exámenes no destructivos deben hacerse bajo ciertas especificaciones técnicas consistiendo en un procedimiento por escrito, detallado y comprobado por una demostración real así como satisfactoria al inspector y capaz de detectar y localizar discontinuidades del tipo tanto como inaceptables ó requeridos para ser reportados. Donde se requiera de estos procedimientos y reportes escritos se demostrara la capacidad de la prueba, debiendo estar a disposición del inspector cuando lo solicite y se deberá tener listo por lo menos una copia de cada procedimiento para el personal de inspección de exámenes no destructivos para su referencia y uso.

EQUIPO: Los equipos que se emplean deberán ser los adecuados y apropiados para cada examen que se realice, esto influye ya que están interrelacionados cada uno de los puntos aquí mencionados; como el material, el personal calificado y el inspector. Se puede tener todo esto, pero si el equipo no es el adecuado, esto provocara problemas tales como: retraso, pérdida de tiempo y esto da lugar a algo muy importante, al incremento de costos.

CALIFICACIÓN DE PERSONAL El personal empleado en estos exámenes por parte del fabricante ó empresa, deberá ser calificado de acuerdo con los requerimientos establecidos (Normas y Códigos). En algunos casos esto puede implicar simplemente demostraciones de operaciones de rutina de producción a satisfacción del inspector. El personal que ejecuta estos exámenes será competente para hacerlos, de acuerdo con lo antes mencionado. Por lo tanto, las referencias requieren un programa de confiabilidad en la calidad demostrada y aprobada por la sociedad ASME como condición de autorización para el uso del sello con el símbolo del código apropiado. Algunos requerimientos en especial con sus suplementos y apéndices serán generalmente aplicados a nivel apropiado en la calificación del personal de examinación por métodos de exámenes no destructivos para su calificación.

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INSPECTOR AUTORIZADO. El inspector es la persona autorizada y calificada para atestiguar, verificar e inspeccionar a satisfacción cualquier examen que se realice durante la construcción o mantenimientos de tanques, como lo exigen las normas y códigos nacionales e internacionales (FABRICANTE, PEMEX, ASME, ASTM, ANSI, ISO, ETC.) 2.3.5.3 APLICACIÓN DE PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS AL TANQUE PRUEBAS DEL FONDO: a. Un procedimiento eficaz para inspeccionar los cordones de soldadura de fondos y aprobado por API es mediante la prueba de vacío hecha por medio de una caja de metal de 150 mm de Ancho y 900 mm de largo con una tapa de doble cristal y el fondo abierto el cual es sellado contra la superficie del fondo del tanque con un empaque de neopreno o de hule espuma. La caja tiene además una conexión de tubo apropiado, válvula y un tubo sifón para medir el vacío (figura 19). Aproximadamente 900 mm de la soldadura por probarse es mojada con una solución de jabonadura o aceite de linaza (en temperatura ambiental muy fría es necesario agregar una solución anticongelante). Se coloca la caja sobre el cordón enjabonado y se origina un vacío. La presencia de porosidad o fugas en la costura es indicada por burbujas o espuma producidas por aire succionado a través del cordón de soldadura. El vacío en la caja se obtiene conectando un compresor de 7 kg como máximo o conectando la caja a una bomba especial de vacío. En la misma forma que se inspeccionan las costuras traslapadas del fondo, con la caja de vacío, se probará la soldadura del diafragma. Si se descubren porosidades o fugas es necesario reparar de inmediato. Asimismo, la soldadura en el fondo/envolvente en el primer anillo será probada con líquido penetrante después de soldar el cordón exterior. Rociar petróleo diáfano (keroseno) por la junta interior antes de soldarla. Después que todas las fugas de la soldadura externa han sido reparadas, podrá soldarse el cordón interior.

FIGURA.- 19. PRUEBA DE FONDO (CAJA DE VACIÓ).

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b. El segundo método consiste en construir un dique temporal comúnmente de tabique aproximadamente de 30 cm. de altura alrededor del tanque. Se vierte agua en el canal formado y se mantiene a una altura de 20 cm., esta agua sirve de sello al aire que se inyecta en el centro del 2

fondo a una presión de 3 lb/plg de agua. Antes de inyectar el aire, se cubren todas las juntas soldadas con jabonaduras. Si hay fugas, estas se descubrirán por la formación de burbujas.

PRUEBA DE LA ENVOLVENTE DEL TANQUE: A la terminación del tanque en su totalidad y antes de que se haya conectado cualquier tubería exterior para petróleo al mismo, este deberá ser probado mediante uno de los siguientes métodos: 

Si hay agua disponible para la prueba el tanque deberá ser llenado con agua e

inspeccionado frecuentemente durante la operación de llenado. Para tanques con cúpula fija, la altura de llenado será de 5.08 cm arriba del ángulo superior para tanques abiertos, el llenado se hará hasta el ángulo superior o hasta la parte inferior de cualquier derrame que limite la altura de llenado. 

Sino no hay disponible suficiente agua para llenar el tanque, la prueba deberá ser

realizada mediante: (1) cubriendo el interior de todas las uniones con aceite altamente penetrante tal como el aceite para resortes automotrices y examinando cuidadosamente el exterior de las uniones buscando fugas; (2) mediante la aplicación de vació a cualquier lado de las uniones o aplicando presión interna de aire como esta especificado para la prueba de techos y examinando cuidadosamente las uniones buscando fugas,(3) mediante cualquier combinación de los métodos señalados en (1)y (2).

PRUEBAS DE CUPULA DEL TANQUE: A la terminación de la cúpula del tanque deberá ser probado mediante la aplicación de presión interna de aire o de vació exterior a las costuras empleando una película de jabón, aceite de linaza u otro material adecuado para la detección de fugas donde la presión interna no deberá exceder el peso de las planchas de la cúpula. Después de terminadas las soldaduras en todo el diafragma, se procede a inspeccionar pontones y boyas del diafragma, incluyendo sus placas de refuerzo, se les hará una inspección visual y luego serán probadas con líquidos penetrantes y/o neumáticamente. Todas las conexiones así como registros y boquillas en el techo también serán inspeccionados.

73

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

INSPECCIÓN FINAL Antes de entregar el tanque totalmente terminado al usuario, se hará una amplia revisión final al trabajo hecho para confirmar que está completo y por encima de la calidad requerida. La siguiente es la mínima inspección final requerida:

1. FONDO: Revisar, buscando juntas sin soldar, soldaduras de menor dimensión, soldaduras defectuosas y socavaciones. Barrer todo el fondo para dejarlo limpio y revisar si se descubren salientes, rebabas y mellas o muescas. Remover todos los salientes y rebabas. Remover la escoria de todas las soldaduras. 2. FONDO AL PRIMER ANILLO: Remover la escoria de toda la soldadura de filete interior y exterior. Revisar para localizar soldaduras de menor dimensión de socavados y juntas no soldadas. Todas las rebabas serán removidas de la intersección de placas.

3. ENVOLVENTES: Todos los salientes o conexiones a andamiajes serán removidos y resanados. Las pruebas se quitarán con cincel, los socavados seran rellenados y luego esmerilados. Deberá darse especial atención a las áreas alrededor de las escaleras. Todas las soldaduras verticales y horizontales serán inspeccionadas para descubrir socavados y que los refuerzos y porosidades estén dentro de las tolerancias especificadas.

4. TRABES DE REFUERZO Y ÁNGULOS DE CORONAMIENTO: En la misma forma que en el fondo y en la envolvente, se revisaran todas las soldaduras localizando socavados, porosidades, cordones de menor dimensión y áreas sin soldar. Las soldaduras a tope en la trabe de refuerzo y ángulo de coronamiento se revisarán para que la junta tenga penetración completa y sea de la misma calidad que las verticales de la envolvente. Las soldaduras horizontales se revisarán para cerciorarse que son de la misma calidad que las horizontales de la envolvente.

5. ACCESORIOS: Todas las soldaduras serán del tamaño indicado en planos y sin socavados. Los agujeros de entrada y las caras de todas las bridas se revisarán para que estén de acuerdo a los planos respectivos. Asegurarse que todos los refuerzos hayan sido probados.

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Las bridas ciegas, tapas de registros de hombres, pernos y empaques deberán instalarlas apropiadamente. Las rebabas alrededor de las boquillas serán removidas. 6. ESCALERAS: Las escaleras serán revisadas para un contorno apropiado, las huellas a nivel, los barandales a plomo y todas las soldaduras completas. Las soldaduras en los pasamanos serán alisadas con esmeril. Las escaleras se instalarán derechas y a plomo. 7. PINTURA INTERIOR Y EXTERIOR: La pintura de los tanques se aplicara de acuerdo con las especificaciones y normas vigentes para tal fin. 1. El trabajo de pintura interior se inicia cuando se ha terminado: 

Armado y soldado del fondo.



Prueba del fondo.



Armado y soldado del diafragma del techo.



Armado y soldado de la envolvente.



Limpieza y resane general del interior del tanque.



Pintura inferior del diafragma, pontón y fondo. Envolvente por el lado interior (todas las superficies metálicas en contacto con el crudo). Boyas.



La pintura se aplicará antes de hacer la prueba de flotabilidad e hidrostática del cuerpo del tanque.



No armar el sello y la banda de desgaste antes de haber terminado la pintura inferior y superior del diafragma.



Las placas del diafragma, previo al tendido llevarán aplicada la pintura que fija la norma. Los resanes originados de la soldadura se harán como complemento de terminación.

2.- Pintura exterior de la envolvente: 

Iniciar esta etapa cuando se haya terminado de aplicar en su totalidad la pintura interior, los resanes y la limpieza de rebabas de soldadura.



El montaje del tubo-sello se hará simultáneamente con la etapa de pintura exterior.

75

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

2.3.5.4 SEGURIDAD INDUSTRIAL Los aspectos básicos de seguridad que se requieren en el área de trabajo de

acuerdo al

reglamento de seguridad e higiene de PEMEX son los siguientes: 

En ningún caso los trabajadores usarán vestiduras, cuellos de material fácilmente inflamable.



La administración proporcionara la ropa adecuada para el trabajo lo cual consiste en botas de tipo industrial, pantalón y camisa de algodón, casco de plástico y guantes de carcaza.



Los anteojos comunes y corrientes que usan los que tienen algún defecto visual no sirven de protección contra los accidentes de trabajo; quienes los usan deberán protegerse además con el equipo de protección ocular adecuado.



No es conveniente llevar materiales o herramientas que impidan el uso de las manos al subir o bajar escaleras de mano.



Todos los tanques de almacenamiento deberán estar conectados a tierra con el objeto de descargar la corriente estática.



Deberán de mantenerse en condiciones de buen funcionamiento el equipo contra incendio, los arrestadores de flama, los sistemas de alivio, las cajas para espuma, los aspersores de agua, etc.



Los caminos de acceso a los lugares donde sea necesario revisar tuberías deberán mantenerse transitables y libres de hierva y estorbo.



Para subir a los tanques de almacenamiento queda prohibido el uso de botas de hule o zapatos con suela de dicho material a fín de evitar resbalones que puedan ser causa de accidentes.



El personal que efectué las revisiones previas para ejecutar reparaciones a los tanques de almacenamiento de petróleo crudo o sus derivados, deberán seguir estrictamente los reglamentos de seguridad en vigor y los que en el futuro se implanten.



Todo el personal de los centros de trabajo en donde exista el equipo de contra incendio deberá participar en las practicas contra incendio que en forma periódica se lleven a cabo con el fin de capacitar a todos según su ocupación en el uso y aplicación en los medios contra incendio disponibles.



Los tanques de almacenamiento deberán estar previstos de escaleras con barandales para dar acceso al lugar donde el personal tenga que tomar las medidas y muestras del material que contengan, así como de una plataforma de piso antiderrapante rodeada de barandal, para que en ellas se paren los operarios y se les facilite la ejecución de esos trabajos. Asimismo, el área circundante de los tanques deberá mantenerse limpia y los muros de contención deberán reunir las condiciones de seguridad de las normas correspondientes.

76

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Los tanques de almacenamiento deberán contar con los dispositivos de alivio y seguridad que establecen los reglamentos correspondientes según el tipo de tanque y el producto contenido.



Las válvulas de alivio de los tanques de almacenamiento se deberán mantener calibradas a las presiones adecuadas según el diseño de los tanques.

77

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CONCLUSIÓN Debido a que el tanque de 21962 BLS esta en operación desde hace algunos años, es necesario darle mantenimiento total, esperando una mayor producción se opto por construir otro de mayor capacidad ( 33 000 Bls ) y así no interrumpir la operación, ya que en ella se concentra la producción de crudo con una capacidad de (18,000 BPD en promedio). La producción se recibe mediante dos oleoductos principales uno de 12”Ø, el cual colecta y transporta todo el crudo de los campos del área sur y otro oleoducto de 8”Ø que transporta el crudo del área norte, ambos manejan crudo emulsionado el cual se recibe en un tanque deshidratador TD-2 de 21,962 Bls. pasando posteriormente al tanque TV-4 de 48, 211 Bls. En la construcción del tanque deshidratador se llego a los resultados obtenidos en la Tabla 8, el cual muestra que se evita ocasionar problemas al ambiente ecológico, ya que de una u otra forma tienen varios años en funcionamiento y llegarán a su fin algunas partes del material que la integran lo cual ocasionaría perdidas tanto económicas como ambientales. Viéndolo en forma económica y de producción se dejaría de obtener ganancias, ya que el barril del crudo oscila entre 39.51 dólar por barril y se estan produciendo 11280 BLS. en este único tanque y por lo tanto dejaría de percibir la cantidad de USD $ 445,672.80. Por otro lado este trabajo en modalidad de tesina se hizo con el fin de que los estudiantes y toda persona interesada en este tema conozcan un poco más a cerca del tanque deshidratador de crudo, ya que es muy distinto a un tanque de almacenamiento. Y con este trabajo esperemos que sea del agrado de las personas interesadas en este amplio tema como lo es tanques deshidratadores.

TABLA 8.- PESOS TOTAL DEL TANQUE

CANTIDAD DE MATERIAL PESO UNITARIO (KG/M²) PESO TOTAL ( KG )

PARTES DEL TANQUE

MATERIAL

FONDO ANILLO 1 ANILLO 2 ANILLO 3 ANILLO 4 ANILLO 5

PL = 6' X 20' X 1/4" PL = 8' X 20' X 5/8" PL = 8' X 20' X 7/16" PL = 8' X 20' X 5/16" PL = 8' X 20' X 1/4" PL = 8' X 20' X 3/16"

PLR = 22, PLI = 34 PLR = 12, PLI = 1 PLR = 12, PLI = 1 PLR = 12, PLI = 1 PLR = 12, PLI = 1 PLR = 12, PLI = 1

49.8 124.5 87.1 62.25 49.79 37.4

20,456.00 22,547.52 15,774.16 11,273.00 9,023.00 6,773.50

ESTRUCTURA

B-09 = IPR 12" y 10", T-02 = IPR 12", CE-1 = CANAL 8", CE-2 = CANAL 8"

6, 5, 40, 20

14 lb/p y 15 lb/p, 50 lb/p, 11.5 lb/p

16,422.00

PLR = 22, PLI = 34

37.4

16,574.26

CUPULA ACCESORIOS

PL = 6' X 20' X 3/16" ESCALERAS, CLIPS, BOQUILLAS

E = 1, C = 80, B = 26

5,695.00 TOTAL

124,538.44

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TABLA DE RESULTADOS OBTENIDOS MEDIANTE CALCULOS DESCRIPCION Velocidad de Ascenso del aceite a 15°C

NOMENCLATURA VAc

Velocidad de Ascenso del aceite a 25°C

VAc

Velocidad de Ascenso del aceite a 35.5°C

VAc

Velocidad de Asentamiento del agua a 15°C Velocidad de Asentamiento del agua a 25°C Velocidad de Asentamiento del agua a 35.5°C Nivel Operable del Agua Nivel Operable del Aceite Tiempo de Residencia del Agua Tiempo de Residencia del Aceite Tiempo de recorrido de las partículas del agua Tiempo de recorrido de las partículas del aceite Área del tanque Diámetro nominal del tanque Espesor del primer anillo Espesor del Segundo Anillo Espesor del Tercer Anillo Espesor del Cuarto Anillo Espesor del Quinto Anillo Espacio real entre Largueros Numero de piezas de largueros interiores del tanque Número de piezas de largueros exteriores del tanque Radio del circulo circunscrito al pentágono Longitud de la trabe Canal o Larguero Longitud del Larguero o Canal Altura de la Columna Central Altura de la Columna Intermedia Peso y Peralte de la Columna Central

VAg

R LT Ca LL IPR HCC 1-2 IPR HCI 1-2 IPRCC 1-2

Peso y Peralte de la Columna Intermedia

IPRCI 1-2

VAg VAg Nopag Nopcr Trag Trac TrecAg TrecAc

RESULTADO -6 6.451 X 10 m/s -6 4.295 X 10 m/s -6 2.513 X 10 m/s -4 1.05 X 10 m/s

PAG. 92 92 93 93

-4

1.116 X 10 m/s -5 9.932 X 10 m/s 3.933 m 6.697 m 5 1.288 x 10 s 5 1.182 x 10 s 3 5.33 x 10 s

94 94 95 96 97 97 98

6

1.038 x 10 s 5

A D tl t2 t3 t4 t5 Lsr N°PLI

6.809 x 10 in 23.29 m 0.526 in 0.444 in 0.362 in 0.279 in 0.197 in 1.857 m 20 pzas

N°PLE

40 pzas

98 2

5.912 m 6.941 m 8 in x 11.5 lb/ft 25 in 538.3 in 485.3 in 12 in x 14 lb/ft 10 in x 15 lb/ft 12 in x 14 lb/ft

101 101 102 103 104 105 106 108 108 107 112 112 109 110 116 116 117 118

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DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

BIBLIOGRAFÍA

1. DOCUMENTO NORMATIVO NORMA PARA EL DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE REDES DE AGUA CONTRA INCENDIO EN CENTROS DE TRABAJO DE PEMEX REFINACIÓN FECHA: (MARZO / 1996)

2. EPESIFICACIÒN DE PEP DISEÑO DE TANQUES ATMOSFÉRICOS (DESIGN OF ATMOSPHERIC TANKS)

P.2.0341.01 PRIMERA EDICIÓN (MAYO 2001)

3. EPESIFICACIÒN DE PEP DRENAJES EN ZONAS INDUSTRIALES ( DRAINS ON INDUSTRIAL ZONES ) P.2.0143.01 PRIMERA EDICIÓN (MAYO 2001) 4. INSTITUTO AMERICANO DEL PETRÓLEO ( API) “NORMA DE CONSTRUCCIÓN DE TANQUES ATMOSFÉRICOS 650” EDICIÓN (EN INGLES 2003)

5. PROTECCIÓN DE ÁREAS Y TANQUES DE ALMACENAMIENTO DE PRODUCTOS NFLAMABLES Y COMBUSTIBLES (NRF-015-PEMEX-2003)

6. EUGENE F. MEGYESY. MANUAL DE RECIPIENTES A PRESIÓN, LIMUSA

7. FITZGERALD W. ROBERT MECHANICS OF MATERIALS, SECOND EDITION. PUBLICADA ORIGINALMENTE POR ADDISON – WESLEY.

8. J.M. DE ACEVEDO Y GUILLERMO ACOSTA A. MANUAL DE HIDRAULICA EDIT. A

HARLA (6 EDIC. 1975)

9. R.L:DAUGHERTY, MECHANICS DE FLUID MCGRAW-HILL BOOK (INC, 1954) .-

81

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

NOMENCLATURA FTAg %37 Ac Fd FTdAc %63 Ag VAc VAg g Dp δag δac μ .h C B .hm At Vop Nopag Ntag Voltag Vopcr Nopcr trag trac TrecAg TrecAc hd hB Dpt Viscp Veld Dd Atd t Dt rt G E CA Sd Dmedio largolamina Nºlaminas Pe Vt Espsold Recorte Fs ωv ω LMV NºPLE LS Lsr

3

3

Flujo total de diseño del agua m /s (ft /s) Porcentaje de agua contenida en el crudo 3 3 Flujo de diseño m /s (ft /s) 3 3 Flujo total de diseño del aceite m /s (ft /s) Porcentaje de aceite contenida en el crudo Velocidad de ascenso del aceite m/s Velocidad de asentamiento del agua m/s Constante gravitacional cm/s² Diámetro de la partícula cm Densidad del agua gm/ cm³ Densidad del aceite gm/ cm³ Viscosidad del aceite gm/ cm -seg Altura total del cuerpo m Salida del crudo m Salida de agua m Altura muerta m 2 Área del tanque m 3 Volumen operable m Nivel operable del agua m Nivel total del agua m 3 Volumen total del agua m Volumen operable del crudo m³ Nivel operable del crudo m Tiempo de residencia del agua seg Tiempo de residencia del aceite seg Tiempo de recorrido de la partícula del agua seg. Tiempo de recorrido de la partícula del aceite seg. Altura del distribuidor m Altura de la boquilla de salida del agua m 3 Densidad promedio a Tem. y presión normal kg/m Viscosidad promedio a Tem. y presión normal. kg/m-s Velocidad del flujo dentro del distribuidor m/seg Diámetro del difusor m 2 Área total del distribuidor m Espesor mínimo de la placa in Diámetro nominal del tanque en m Radio del tanque m Gravedad Especifica del liquido almacenado Eficiencia en juntas 0.85 Tolerancia por corrosión en m (in) Esfuerzo básico para diseño en lb/plg² Diámetro medio en m (ft) Largo de la lamina m (ft) Numero de laminas a utilizar pza Perímetro de la envolvente m (in) 3 Volumen total del tanque m Espesor de soldadura para 13 uniones (in) Es el recorte complementario p/ cerrar el diámetro del tanque m (ft) 2 Esfuerzo permisible ( 20000 lb/in ) según código del API 2 Carga viva del techo lb/in 2 Total de cargas muertas y vivas del techo lb/in Numero de piezas de largueros exteriores del tanque Espacio entre largueros in Espacio real entre los largueros Exteriores m (in)

82

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NºPLI Número de piezas de largueros interiores del tanque WLMV Carga muerta y viva lb/in = Longitud LL de los larg Lon l Longitud de los largueros m ( in ) WLU Peso del larguero único lb/in ML Momento máximo del larguero en lb-in SL Modulo de sección necesaria para largueros en in³ hPuL Altura del peralte único del larguero in WtL Carga total del larguero lb/in tL Espesor único del larguero in MFL Momento de flexión del larguero lb-in 3 SFL Modulo de sección de flexión para el larguero in FvL Esfuerzo por cortante del larguero kg/cm² ( lb/in² ) VvL Carga por cortante del larguero lb/in 2 AvL Área por cortante del larguero in FrL Esfuerzo real de trabajo de larguero kg/cm² ( lb/in² ) VrL Carga real por trabajo de larguero kg (lb) 2 Aru Área real por trabajo de larguero in NºT Numero de trabes del pentágono R Radio del circulo circunscrito al pentágono m (in) NºLT Numero del larguero que caben en la trabe pza LT Longitud de la trabe m ( in ) WT Carga de la trabe lb/in WTU Peso de la trabe único lb/in MT Momento máximo de la trabe en lb-in ST Modulo de sección necesaria para la trabe en in³ hpuT Altura del peralte único de la trabe in WTT Carga total de la trabe lb/in tT Espesor único de la trabe in MFT Momento de flexión de la trabe lb-in 2 SFT Modulo de sección de flexión para la trabe in FvT Esfuerzo por cortante de la trabe kg/cm² ( lb/in² ) VvT Carga por cortante de la trabe lb/in 2 AvT Área por cortante de la trabe in FrT Esfuerzo real de trabajo de la trabe kg/cm² ( lb/in² ) VrT Carga real por trabajo de la trabe kg (lb) 2 ArT Área real por trabajo de la trabe in 2 ωuP Peso único de la placa lb/in Wlam Peso de la lamina lb Wviva Peso por carga viva lb PesoTC Peso del techo lb PesoTL60 Peso total de 60 largueros lb PesoTT Peso total de trabes lb NºT Numero de trabes del pentágono PTLT Peso del techo mas el peso de largueros mas peso de la trabe lb Pc Peso de la columna lb Le Altura interior de la columna (Relación de esbeltez) .re Radio de la relación de esbeltez .hPT Altura del peralte de la trabe in .he Altura de donde llega la envolvente in .hcn Altura de la conocidad del techo in .hPL Altura del peralte del larguero in hcc Altura de la columna central in hcINT Altura de la columna intermedia in 2 fpc Esfuerzo promedio en compresión de la columna ln/in 2 Asc Área para la sección necesaria de la columna in 2 Fspc Esfuerzo permisible de la columna lb/in

83

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Ppc Apc Frc Prc Arc Ca IPRCC 1-2 IPRHCC 1-2 IPRCI 1-2 IPRHCI 1-2

2

Peso permisible de la columna lb/in Área permisible de la columna 2 Esfuerzo real de trabajo para la columna lb/in peso real de trabajo para la columna lb 2 Área real de trabajo para la columna in Peso y Peralte del Canal o Larguero lb/ft y in Peso y Peralte de la Columna Central lb/ft y in Altura de la Columna Central in Peso y Peralte de la Columna Intermedia lb/ft y in Altura de la Columna Intermedia in

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ANEXO A Figura.- A La viscosidad y peso especifico

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Tabla. A PROPIEDADES FISICAS DEL AGUA

TEMPERATURA

DENSIDAD

°C

PESO

COEFICIENTE

VISCOSIDAD

ESPECIFICO

VISCOSIDAD

CINEMATICA

( kg/m3)

(kg.s/m2)

( m2/s)

0

0.99987

99987

0.0001828

0.000001792

5

0.99999

999.99

0.0001548

0.000001519

10

0.99973

999.73

0.0001335

0.000001308

15

0.99913

999.13

0.0001167

0.000001146

20

0.99823

998.23

0.0001029

0.000001007

30

0.99567

995.67

0.0000815

0.000000804

40

0.99224

992.24

0.0000666

0.000000569

50

0.988

988

0.0000560

0.000000556

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ANEXO B TABLA 1.-PROPIEDADES DE LOS MATERIALES ACERO AL CARBON Y BAJO CONTENIDO DE ELEMENTOS DE ALEACIÓN Composición nominal

Espesificación APLICACIÓN

o

Resist. la tención, 1000 lb/ 2 in

Punto de cedencia, 2 1000 lb/ in

notas

-20 A 650

700

750

800

850

900

950

1050

Temperatura del metal en F

Ver

Placa

C

Numero

Grado

Placa

C

SA-283

C

Calidad estructural. Para recipientes a presión Puede usarse con limitaciones; Ver nota 1

55.0

30.0

1

12.6

-

-

-

-

-

-

-

Placa

C-Si

SA-285

C

Calderas para servicio estacionario y otros recipientes a presión

55.0

30.0

2,6

13.7

13.2

12

10.2

8.3

6.5

-

-

Placa

C-Si

SA-515

55

Principalmente para servicio a temperaturas media y alta

55.0

30.0

3

13.7

13.2

12

10.2

8.3

6.5

4.5

2.5

Placa

C-Si

SA-515

60

--- “ ---

60.0

32.0

3

15

14.3

12.9

10.8

8.6

6.5

4.5

2.5

Placa

C-Si

SA-515

65

--- “ ---

65.0

35.0

3

16.2

15.5

13.8

11.4

8.9

6.5

4.5

2.5

Placa

C-Si

SA-515

70

--- “ ---

70.0

38.0

3

17.5

16.6

14.7

12

9.2

6.5

4.5

2.5

Placa

C-Si

SA-516

55

Para servicio a temperaturas moderada y baja

55.0

30.0

3,8

13.7

13.2

12

10.2

8.3

6.5

4.5

2.5

Placa

C-Mn-Si

SA-516

60

--- “ ---

60.0

32.0

3,8

15

14.3

12.9

10.8

8.6

6.5

4.5

2.5

Placa

C-Mn-Si

SA-516

65

--- “ ---

65.0

35.0

3,8

16.2

15.5

13.8

11.4

8.9

6.5

4.5

2.5

SA-516

70

--- “ ---

70.0

36.0

3,8

17.5

16.6

14.7

12

9.2

6.5

4.5

2.5

Datos de los materiales de Uso mas frecuentes tomados de la Normas A.S.M.E. secciones II Y VIII Los valores de Esfuerzo de esta tabla pueden interpolarse para determinar los valores de Temperatura Intermedia

88

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Notas. 1

.-La placa SA-283 ABCD puede usarse para partes de presión en recipientes sujetos a presión siempre que se cumplan todos los requisitos siguientes:



Que los recipientes no se usen para contener sustancias letales, sean liquidas o gaseosas.



Que el material no se utilice en la construcción de calderas de vapor sin fuego directo ( ver párrafo U-1 (g)).



Que la temperatura de aplicación del material este comprendida entre -20º F y 650 ºF.



Para cascos, cabezas y boquillas, sólo se use si el espesor de las placas en la que se aplique soldadura de resistencia no exceda de 5/8 de pulg.

2

.-Para temperaturas de servicio superiores a 850 ºF se recomienda usar aceros muertos que contengan no menos de 0.10% de silicio residual. Los aceros muertos que han sido desoxidados con grandes cantidades de aluminio y los aceros rebordeados pueden tener propiedades de escurrimiento plástico y ruptura por esfuerzo en el intervalo de temperatura superior a los 850ºF, un poco inferiores a las que se han tomado como base a los valores de la tabla.

3

.-Por exposición prolongada a temperaturas superiores aproximadas de 800ºF, la fase de carburo del acero al carbón puede convertirse en grafito.

4

.-Arriba de 850ºF se utilizara solo acero muerto.

5

.-No se permite arriba de 450ºF; valor de esfuerzo permitido 7000 lb/ in .

6

.-No se usara el material en espesores mayores de 2 pulg.

7

.-Para tubo soldado los valores máximos de esfuerzo permitido son 15% menores, no se

2

tolerará ningún incremento en estos valores de esfuerzo por haberse efectuado radiografía. 8

.-Los valores de esfuerzo a usar para temperaturas inferiores a -20ºF cuando los aceros cumplan con el suplemento (5) SA-20, serán los que se dan en la columna de -20 a 650ºF.

89

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

ANEXO C

I. CÓDIGOS Todos los diseños, fabricación, pruebas e inspección de recipientes a presión se basan en un código, el cual dictamina los requerimientos mínimos para cualquiera de las fases mencionadas. Los países más altamente industrializados cuentan con códigos propios, dentro de los cuales los de mayor importancia son, el Código A.S.M.E.(American Society of Mechanical Engineers), que es el que actualmente se rige en los Estados Unidos, el Código Británico BS – 5500 ó BS – 1515 ( British Standard), el Código Japones J.I.S.(Japanese Industrial Standard), el Código Alemán entre otros. Cada uno de los diferentes códigos tienen diferentes factores de seguridad, así por ejemplo; el Código A.S.M.E. utiliza un factor de seguridad de 4 y el BS – 1515 de 2.35, esto es sobre la resistencia última a la tensión especificada a la temperatura ambiente o de diseño. El Código adoptado actualmente en nuestro país es el A.S.M.E. utilizado comúnmente en las industrias nacionales; por lo que en el presente Trabajo Práctico Técnico nos referimos exclusivamente a dicho código. Este código se puede desglosar en las siguientes secciones:

SECCIÓN I

Power Boilers (Calderas de Potencia).

SECCIÓN II

Material Specifications (Especificación de materiales). PARTE A: Ferrous Materials (Especificación de materiales ferrosos). PARTE B: Non ferrous Materials (Especificación de materiales no ferrosos). PARTE C: Welding Materials (Especificación de materiales de soldadura).

SECCIÓN III

Division 1 y Division 2. Nuclear Power Plants(División 1 y División 2. Plantas de Potencia Nuclear).

SECCIÓN IV

Heatings Boilers (Calderas para calefacción).

SECCIÓN V

Non-Destructive Examinations (Pruebas no destructivas).

SECCIÓN VI

Recommended Rules for Care and Operation of Heating Boiler (Reglas recomendadas para cuidado y operación de calderas para calefacción).

SECCIÓN VII

Suggested Rules for Care of Power Boiler (Reglas sugeridas para el cuidado de las calderas de potencia). División 1: Pressure Vessels (Recipientes a presión).

SECCIÓN VIII

Division 2: Alternativa Rules for pressure vessels (Reglas para diferentes alternativas de Recipientes a presión). SECCIÓN IX

Welding Qualifications (Requisitos de soldadura).

90

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

SECCIÓN X

Fiberglass-Reinforced Plastic Pressure Vessels (Recipientes a presión de plásticos y fibra de vidrio).

SECCIÓN XI

Rules for Inservice Inspection for Nuclear Power Plant (Reglas para inspección en servicio de Plantas para Potencia Nuclear).

II.- SECCIÓN VII. División 1. Esta sección del código cubre los requisitos mínimos de construcción para el diseño, fabricación, inspección y certificación de recipientes a presión, a parte de aquellos cubiertos por las secciones I, III y IV. División 2. Incluye los esfuerzos permisibles basados en un factor de 3, sobre la resistencia a la tensión. III.- MATERIALES Los materiales utilizados para el diseño y fabricación de recipientes a presión también se rigen por normas y códigos, en este caso la A.S.T.M. (American Society for Testing and Materials) y la A.W.S. (American Welding Society) son las autoridades máximas en materiales y electrodos respectivamente. Normalmente el código que reglamenta el diseño de recipientes a presión reglamenta también los materiales a usar, el código A.S.M.E. considera las especificaciones A.S.T.M. así como métodos y pruebas para dichos materiales mediante un acuerdo con esta Institución adicionando dos modificaciones, ya que estampa su símbolo junto del A.S.T.M. y antepone la letra S. Nominación : Nominación :

A.S.T.M. A.S.M.E.

A – 515 – 70 SA – 515 – 70

Lo anterior se aplica de manera similar a los materiales para los electrodos de la A.W.S. En la presente especificación se incluye una lista de los materiales mas utilizados en el estudio y construcción de recipientes a presión, así como sus esfuerzos máximos permisibles a diferentes temperaturas. El código A.S.M.E. presenta las tablas de la sección UCS – 23, que ampara los aceros al carbón y de baja aleación y la UHA – 23 que cubre los aceros de alta aleación. Las placas de acero al carbón se usan en la mayoría de los casos donde lo permiten las condiciones de servicio, debido a su bajo costo y mayor disponibilidad, estos aceros son fabricados para que puedan ser soldados por fusión, y cortados por medio de oxígeno si el contenido de carbono no excede 0.35%. Existe una gran diversidad de materiales especificados por el A.S.M.E.; de los aceros al carbón los más comerciales en nuestro país son el SA – 285 – C ( Para temperaturas moderadas), SA – 515 – 70 (Temperaturas relativamente altas), SA – 516 –70 (Temperaturas relativamente bajas). IV.- DISEÑO El diseño de recipientes a presión operando bajo presión interna consiste básicamente en el cálculo de los espesores de los diferentes elementos que lo integran, tales como: cabezas o tapas, envolventes y conos principalmente, basándose en general en la parte UG de la Sección VIIi, División 1, del código A.S.M.E., en donde se indican fórmulas y parámetros que se deben considerar para el diseño. Estos parámetros principalmente son presión de diseño (P) y temperatura (T). Normalmente los recipientes deberán ser diseñados al menos para la más severa condición de presión esperada en operación normal, más un incremento mayor del 10%, lo que da como resultado la presión de diseño. En cuanto a la temperatura medida del metal esperado bajo o o º º condiciones de operación, la cual está entre 0 (32 F) y 400 (750 F), se le debe hacer un º º incremento mínimo de 14 C(35 F). El A.S.M.E. , Sección VIII, División 1, parte UG – 20, indica que en ningún caso la temperatura en la superficie del metal excederá la máxima temperatura enlistada en las tablas de esfuerzos.

91

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

Otro factor que interviene en el cálculo del espesor de recipientes es el esfuerzo máximo permisible (S) del material, que como se ha mencionado se encuentra en tablas de esfuerzos en función de la temperatura de diseño y la especificación del material seleccionado. La corrosión es otro factor considerable que afecta el espesor calculado, ya que para los recipientes que están sujetos a adelgazamiento por sustancias corrosivas se les deberá incrementar el espesor de acuerdo al factor de corrosión considerado. Finalmente la eficiencia de la junta (E) define el tipo de radiografiado que se hará al recipiente además de afectar el espesor. SOLDADURA Para la determinación del tamaño de un cordón en juntas conectadas mediante soldaduras de chaflán exclusivamente, se dan las siguientes recomendaciones:

Donde : HS = Tamaño del cordón de soldadura e = Espesor mínimo de las placas que se conectan. DETERMINACIÓN DEL TAMAÑO MÍNIMO DE CORDÓN a) Cuando e < 6.3 mm (1/4 plg), el tamaño máximo de cordón será igual a e. Cuando e > 6.3 mm (1/4 plg), el tamaño máximo de cordón será igual a ( e – 1/16”).

92

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

APENDICE A 2.3.1.4.1CALCULO DE VELOCIDAD DE ASCENSO (A-0) Para el calculo de la velocidad nesecitamos algunas caracteristicas del crudo ya que en la alimentación del Gun Barrel es una mezcla liquida de Hidrocarburo Condensado + Agua, cuya composición es de ACEITE (Ac) = 63 % y de agua (Ag) = 37% . El volumen que debera manejarse en un dia de operacion NORMAL es de 18 000 bls por dia, por lo tanto el flujo promedio es igual a 119.25 m³/hr o 525 GPM, sin embargo para cuestiones de diseño y considerando que el flujo de alimentación no será continuo, se multiplica el flujo promedio por un factor de 1.2. Bajo las anteriores consideraciones se obtiene el flujo de diseño. Flujo: Normal 0.033 m³/s = 70.347 ft³/min Diseño 0.04 m³/s = 84.417ft³/min %37Ag

0.37 3

Fd

0.04

m

s

FTdAg %37Ag Fd (1)

3

FTdAg 0.015

m

s 3

FTdAg 0.523 %63Ac

ft

s

0.63 3

Fd 0.04 FTdAc

m

s

%63Ac Fd

(2)

3

FTdAc 0.025

m

s 3

FTdAc 0.89

ft

s Características del Crudo Viscosidad Cin. cm²/seg 0.21 Din. gr/cm-seg 0.184 Temperatura ºC ( ºF ) 15 ºC (60°F) Peso espesifico kg/m³ 878 gr/cm³ 0.878

0.26 0.233 25 ºC (77°F) 895 0.895

0.31 0.285 35.5 ºC (96°F) 920 0.920

Características del Agua Viscosidad Cin. cm²/seg 0.01142 Din. gr/cm-seg 0.01130 Temperatura ºC ( ºF ) 15 ºC (60°F) Peso espesifico kg/m³ 999 gr/cm³ 0.999

0.00897 0.00894 25 ºC (77°F) 997 0.997

0.00727 0.00721 35.5 ºC (96°F) 993 0.993 91

93

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

Sustituyendo los valores de la viscosidad del aceite se obtiene la velocidad de ascenso para una temp. de 15ºc para el crudo . g

981

cm s

Dp

2

0.0010 cm

ag

gm

0.999

3

cm ac

gm

0.878

3

cm 0.184

gm cm s 2

VAc

g Dp ( ag

VAc

6.451 10

VAc

6.451 10

ac)

(3)

6m

s 4 cm

s Sustituyendo los valores de la viscosidad del aceite se obtiene la velocidad de ascenso para una temp. de 25ºc para el crudo. g

981

cm s

Dp ag

ac

2

0.0010 cm 0.997

0.895

0.233

gm 3

cm gm

3

cm gm cm s 2

VAc

g Dp ( ag

VAc

4.295 10

VAc

4.295 10

ac) 6m

s 4 cm

s

94

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

Sustituyendo los valores de la viscosidad del aceite se obtiene la velocidad de ascenso para una temp. de 35.5ºc para el crudo. g

981

cm s

Dp

2

0.0010 cm

ag

gm

0.993

ac

3

cm gm

0.920

0.285

3

cm gm cm s 2

g Dp ( ag

VAc VAc

2.513 10

VAc

2.513 10

ac) 6m

s 4 cm

s

2.3.1.4.2 CALCULO DE VELOCIDAD DE ASENTAMIENTO (A-1) Sustituyendo los valores de la viscosidad del aceite se obtiene la velocidad de asentam iento para una temp. de 15ºc para el agua. g

981

cm s

Dp

2

0.0010 cm

ag

gm

0.999

ac

3

cm gm

0.878

0.0113

3

cm gm

cm s 2

VAg

g Dp ( ag

VAg

1.05 10

VAg

0.011

ac)

(4)

4m

s

cm s

95

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

Sustituyendo los valores de la viscosidad del aceite se obtiene la velocidad de asentamiento para una temp. de 25ºc para el agua g

981

cm s

Dp

2

0.0010cm

ag

gm

0.997

ac

0.895

3

cm gm

3

cm gm 0.00897 cm s 2

VAg

g Dp ( ag

VAg

1.116 10

VAg

0.011

ac) 4m

s

cm

s Sustituyendo valores se obtiene la velocidad de asentam iento a una temp. de 35.5ºc para el .agua cm g 981 2 s Dp

0.0010cm

ag

0.993

gm 3

cm ac

0.920

gm 3

cm gm 0.00721 cm s 2

VAg

g Dp ( ag

VAg

9.932 10

VAg

9.932 10

ac) 5m

s 3 cm

s De los anteriores resultados obtenidos que para la velocidad de ascenso es 0.0006451 cm/seg y para el asentamiento es de 0.010 cm /seg, es decir, tardan menos las partículas ligeras en subir por el líquido pesado que las partículas pesadas en bajar por el líquido ligero. 94

96

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

2.3.1.4.3

CALCULO DEL NIVEL OPERABLE DEL AGUA

(A-2)

Diametro del tanque 23.65 m Altura 12.20 m Capacidad 33 000 bls Area 439.29 m²

c Capacidad: 33695 Nivel de agua:

Altura =12.2 m

bls

1.22 m 3.93 m

A

Alimentación de líquidos

Difusor

0.91m B 0.35 m

Diámetro =

23.65

m

Salida de condensado

La altura de la boquilla C (salida de crudo) se determina considerando el 90% de la altura total del cuerpo. h

12.20m

90%

0.90

C

h

(h 90%)

C

1.22m

C

48.031in

La altura de la boquilla B (salida de agua ) se fija al minimo perm itido por norm a API - 650. B

0.35m

B

13.78in

Para obtener el nivel de agua se resta a la altura total del tanque lo equivalente a los volúmenes muertos, (dados por la altura de las boquillas B y C), se m ultiplica por la fracción de agua en la alimentación y se divide entre el área del tanque, dicho de otra m anera el volumen operable se m ultiplica por la fracción de agua en la alim entación y se divide entre el área del tanque. hm

h

(C

B)

(5)

hm 10.63m m At Vop Vop

2

439.29m hm At

(6) 3

3

4.67 10 m

97

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

95 5 3

Vop

1.649 10 ft

%37

0.37 Vop %37

Nopag

(7)

At

Nopag 3.933m Nopag 154.846in Ntag

Nopag B

(8)

Ntag 4.283m Ntag 168.626in Voltag

Ntag At

(9)

Voltag

1.882 10 m

Voltag

6.645 10 ft

3 3 4 3

NIVEL OPERABLE DEL ACEITE h

12.20m

C

1.22m

B

0.35m

hm

h

(C

B)

hm 10.63m At

2

439.29m

Vop

hm At

Vop

4.67 10 m

Vop

1.649 10 ft

3 3

%37ag Nopag

5 3

0.37 Vop %37ag At

Nopag 3.933m Nopcr

hm Nopag

(10)

Nopcr 6.697m Vopcr

Nopcr At

(11) 3 3

Vopcr 2.942 10 m

5 3

Vopcr 1.039 10 ft

98

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

96

2.3.1.4.4 CALCULO DEL TIEMPO DE RESIDENCIA DEL AGUA Y RESIDENCIA DEL CONDESADO. (A-3) El tiem po de residencia del agua en el tanque está dado por : 3

FdAg

0.877

m

min 3

Voltag

1882m Voltag

trag

(12)

FdAg 5

trag 1.288 10 s 3

trag 2.146 10 min Siguiendo la m isma secuencia, para el crudo. hm

10.63m

At

439.29m

2

Vop

hm At

Vop

4.67 10 m

Vop

1.649 10 ft

3 3 5 3

%37ag Nopag

0.37 Vop %37ag At

Nopag 3.933m Nopcr

hm Nopag

Nopcr 6.697m Vopcr

Nopcr At 3 3

Vopcr 2.942 10 m

5 3

Vopcr 1.039 10 ft 3

FdAc

1.493

m

min 3 3

Vopcr 2.942 10 m trac trac trac

Vopcr

(13)

FdAc 5

1.182 10 s 3

1.97 10 min

99

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

97

2.3.1.4.5 CALCULO DEL TIEMPO DE RECORRIDO DE LAS PARTICULAS DEL ACEITE Y DEL AGUA (A-4) Se considera fijar la altura del distribuidor de líquidos a aprox. 3.02 metros abajo del nivel de agua, es decir a 0.91 m . desde el fondo del tanque. Dado lo anterior, se puede determinar el tiempo que tardan las partículas en recorrer la distancia desde el distribuidor hacia sus respectivas boquillas de salida.Tiempo de recorrido de las particulas del agua esta dada por la Ec. hd

0.91m

hB

0.35m

VAg

0.000105

TrecAg

m

s (hd hB)

(14)

VAg 3

TrecAg 5.333 10 s TrecAg 88.889min Tiempo de recorrido de las particulas del aceite. TrecAc Nopcr

Nopcr VAc 6.697m

VAc

0.000006451

TrecAc

m s

Nopcr

(15)

VAc 6

TrecAc 1.038 10 s 4

TrecAc 1.73 10 min

2.3.1.4.6 DIAMETRO Y NUMERO DE ORIFICIOS DEL DISTRIBUIDOR ( A-5) Densidad promedio =Dencidad del agua(fraccion vol. del agua en la mezcla)+densidad del condesado(fraccion vol. del condesado en mezcla la Ag

999

kg 3

m %37Ag Ac

0.37

878

kg 3

m %63Ac

0.63

100

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

Dpt

Ag %37Ag

Dpt 922.77

kg

( Ac %63Ac)

(16)

a temperatura y presion norm al

3

m

Viscosidad promedio =Viscosidad del agua (fracción vol. del agua en la mezcla) + Viscosidad del condensado (fracción vol. del condensado en la mezcla. Ag

gm

0.0113

%37Ag Ac

cm s

0.37

0.184

gm cm s

%63Ac

0.63

Viscp

Ag %37Ag

Viscp

0.012

( Ac %63Ac)

(17)

kg m s a temperatura y presion norml a

Sim ulando el flujo de diseño a través de una tubería de 12" Ø (0.3048 m Ø) utilizando las propiedades prom edio se obtiene una velocidad de 0.048 m/seg lo cual resulta aceptable. 3

FTdAg Dd Veld

0.877

m

min

0.3048m FTdAg 2

(18)

Dd Veld

0.157

m s

2

Atd Atd

Dd

(19)

4 2

0.073m

El diametro del orificio de 1/2" ( 0.0127 m) con espaciamiento de 0.031m

101

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

APENDICE B-0 2.3.3.1 CONSIDERACIONES GENERALES DE DISEÑO Sabemos que el volumen de un cilindro es Vt

At h

(20)

Tambien que el área de un cilindro es 2

Dt At 4 Y que el Diametro esta dada por la form ula: Despejando de la Ec....20 2

Dt

Vt 4

(21)

(22)

h

sustituyendo en la Ec.....22 tenem os que 3

Vt

5200m

h

12.20m 3.1416 2

Dt

Dt

Vt 4 h

23.296m

por lo tanto Dt

23.65m

Las Dimensiones obtenidas de acuerdo al calculo realizado, son para que la cantidad de m aterial empleado en su construccion sea minima, pero por especificacion de Pemex y basandonos en la tabla (anexos) nos indica que la relacion diam etro - altura para este volum en sera de Dt = 23.65 m Por lo consiguiente el area del tanque esta dad por la Ec....21 2

At

Dt 4

At

439.292m

2

102

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

APENDICE B-1 2.3.3.3

CALCULO Y DISEÑO DEL ESPESOR DE LA PLACA DE LA ENVOLVENTE

CALCULO DEL PRIMER ANILLO Se utilizara la formula dada anteriorm ente con los siguientes datos: Dt

77.6

G

0.91

E

0.85

Sd

21000

CA

0.125

h1

40

t1

2.6 Dt (h1 1) G E (Sd)

t1

0.526

CA

(23)

in

El espesor para el prim er anillo de acuerdo a condiciones de diseño será de 9/16 in (0.56 in) Puesto que no se tiene la placa de 9/16 comercialmente se opta por tomar la placa de 5/8 in de espesor .Calculando el numero de placas del 1er anillosarem u os placas de 8 ft x 20 ft: Dt

77.6ft

t1

0.526in

t1

0.044ft

Dmedio

(24) Dt

t1

Dmedio 243.832ft largolamina

20ft

Dmedio 243.832ft Nºlaminas

Dmedio largolamina

Nºlaminas 12.192

(25)

piezas

Usaremos 12 lam inas de 5/8" X 8ft X 20ft y se com pletara con un recorte (placa de cierre); calcularemos la longitud del recorte: En el anillo habra 13 uniones a rellenar con soldadura cuya separacion sera de 1/8" de junta a junta segun espesificaciones: Con 12 laminas cubriremos 240 ft Espsold

0.125in 13 piezas

103

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

Espsold Pe

0.135ft

240ft

Espsold

(26)

Pe 239.865ft Recorte Dmedio Pe

(27)

Recorte 3.967ft El primer anillo lo constituyen 13 placas: 12 placas de 9/16" X 8 ft X 20 ft 1 placa de 9/16 X 8ft X 3.967 ft NOTA: Se recom ienda esta ultima placa de 5 ft de longitud para ajustar y recortar en campo. CALCULO DEL SEGUNDO ANILLO Dt

77.6

G

0.91

E

0.85

Sd

21000

CA

0.125

h2

32

t2

2.6 Dt (h2 1) G E (Sd)

CA

t2 0.444 in El espesor para el segundo anillo de acuerdo a condiciones de diseño sera de 7/16 in (0.4 in) Calculo del numero de placas del 2do anillo: Usaremos placas de 8 ft x 20 ft Dt

77.6ft

t2

0.444in

t2

0.037ft

Dmedio

Dt

t2

Dmedio 243.825ft largolamina

20ft

Dmedio 243.825ft Nºlaminas

Dmedio largolamina

Nºlaminas 12.191 piezas 103

104

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

Usaremos 12 lam inas de 7/16" X 8ft X 20ft y se completara con un recorte (placa de cierre); calcularemos la longitud del recorte: En el anillo habra 13 uniones a rellenar con soldadura cuya separacion sera de 1/8" de junta a junta segun espesificaciones: Con 12 laminas cubriremos 240 ft Espsold

0.125in 13

Espsold

0.135ft

Pe

240ft

Espsold

Pe 239.865ft Recorte

Dmedio Pe

Recorte 3.961ft El segundo anillo lo constituyen 13 placas: 12 placas de 7/16" X 8 ft X 20 ft 1 placa de 7/16 X 8ft X 3.96 ft NOTA: Se recom ienda esta ultima placa de 5 ft de longitud para ajustar y recortar en campo. CALCULO DEL TERCER ANILLO Dt

77.6

G

0.91

E

0.85

Sd

21000

CA

0.125

h3

24

t3

2.6 Dt (h3 1) G E (Sd)

t3

CA

0.362 in

El espesor para el tercer anillo de acuerdo a condiciones de diseño sera de 5/16 in (0.32 in) Calculo del numero de placas del 3er anillo: Usaremos placas de 8 ft x 20 ft Dt

77.6ft

t3

0.362in

t3

0.03ft

Dmedio

Dt

t3

Dmedio 243.818ft largolamina

20ft

Dmedio 243.818ft 104

105

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

Dmedio largolamina

Nºlaminas

Nºlaminas 12.191

piezas

Usaremos 12 lam inas de 5/16" X 8ft X 20ft y se completara con un recorte (placa de cierre); calcularemos la longitud del recorte: En el anillo habra 13 uniones a rellenar con soldadura cuya separacion sera de 1/8" de junta a junta segun espesificaciones: Con 12 laminas cubriremos 240 ft Espsold

0.125in 13

Espsold

0.135ft

Pe

240ft

Espsold

Pe 239.865ft Recorte Dmedio Pe Recorte 3.954ft El tercer anillo lo constituyen 13 placas: 12 placas de 5/16" X 8 ft X 20 ft 1 placa de 5/16 X 8ft X 3.953 ft NOTA: Se recom ienda esta ultima placa de 5 ft de longitud para ajustar y recortar en campo. CALCULO DEL CUARTO ANILLO Dt 77.6 G

0.91

E

0.85

Sd

21000

CA 0.125 h4 16 t4

2.6 Dt (h4 1) G E (Sd)

t4

0.279 in

CA

El espesor para el cuarto anillo de acuerdo a condiciones de diseño sera de 1/4 in (0.25 in) Calculo del numero de placas del 4to anillo: Usarem os placas de 8 ft x 20 ft Dt

77.6ft

t4

0.279in

t4

0.023ft

Dmedio

Dt

t4

Dmedio 243.811ft largolamina

20ft

106

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

Dmedio 243.811ft Dmedio largolamina

Nºlaminas

Nºlaminas 12.191 piezas Usaremos 12 lam inas de 1/4" X 8ft X 20ft y se com pletara con un recorte (placa de cierre); calcularemos la longitud del recorte: En el anillo habra 13 uniones a rellenar con soldadura cuya separacion sera de 1/8" de junta a junta segun espesificaciones: Con 12 laminas cubriremos 240 ft Espsold

0.125in 13

Espsold

0.135ft

Pe

240ft

Espsold

Pe 239.865ft Recorte

Dmedio Pe

Recorte 3.947ft El cuarto anillo lo constituyen 13 placas: 12 placas de 1/4" X 8 ft X 20 ft 1 placa de 1/4 X 8ft X 3.946 ft NOTA: Se recom ienda esta ultima placa de 5 ft de longitud para ajustar y recortar en campo. CALCULO DEL QUINTO ANILLO Dt

77.6

G

0.91

E

0.85

Sd

21000

CA

0.125

h5

8

t5

2.6 Dt (h5 1) G E (Sd)

t5

0.197 in

CA

El espesor para el quinto anillo de acuerdo a condiciones de diseño sera de 3/16 in (0.18 in) Calculo del numero de placas del 3er anillo: Usarem os placas de 8 ft x 20 ft Dt

77.6ft

t5

0.197in

t5

0.016ft

107

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

Dmedio

Dt

t5

Dmedio 243.805ft largolamina

20ft

Dmedio 243.805ft Nºlaminas

Dmedio largolamina

Nºlaminas 12.19 piezas Usaremos 12 lam inas de 3/16" X 8ft X 20ft y se com pletara con un recorte (placa de cierre); calcularemos la longitud del recorte: En el anillo habra 13 uniones a rellenar con soldadura cuya separacion sera de 1/8" de junta a junta segun espesificaciones: Con 12 laminas cubriremos 240 ft Espsold

0.125in 13

Espsold

0.135ft

Pe

240ft

Espsold

Pe 239.865ft Recorte

Dmedio Pe

Recorte 3.94ft El quinto anillo lo constituyen 13 placas: 12 placas de 3/16" X 8 ft X 20 ft 1 placa de 3/16 X 8ft X 3.939 ft NOTA: Se recom ienda esta ultima placa de 5 ft de longitud para ajustar y recortar en campo.

108

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

APENDICE B-2 2.3.3.4 CALCULO Y DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE LA CUPULA (TECHO) ESPACIAMIENTO DE LARGUEROS Para determinar el espacio maxim o entre largueros prim ero calcularemos el nuemero de largueros necesarios rt

11.825m

Ls

1.91m

NºPLE

2 rt Ls

NºPLE 38.9

(28) piezas

Se determina emplear 40 piezas, por seguridad y equidad, ademas de que las condiciones de construcciòn lo permiten, dichos largueros se apoyaran en 5 trabes que forman el pentagono correspondiendo a 12 largueros por trabe. El espacio real entre dichos largueros enla pared del tanque será: Dt

23.65m

NºPLE 40 piezas Dt NºPLE

Lsr

Lsr 1.857m Lsr 73.129in

(29)

Que es menor que el espesificado, por lo tanto es correcto.

El numero de largueros entre el pentagono y la columna central será: LT

6.941m

NºPLI

LT 5 1.67m

(30)

NºPLI 20.781 piezas

109

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

Se determina emplear 20 piezas, apoyando 4 largueros por cada trabe,en base a que se requiere cubrir un menor claro que para los anteriores. Calculo y diseño de los largueros

LMV 0.227

lb in

Ls

2

78.935in

WLMV

LMVLs

WLMV 17.918

(31)

lb in

L = longitud promedio de los largueros exteriores 251 plg (6383 m m) por lo tanto el momento sera: . LL 251in WLMV 17.918

lb in 2

ML

WLMVLL 8

(32)

5

ML 1.411 10 lb in MODULO DE SECCIÓN 5

ML 1.411 10 lb in fs

20000

lb in

SL

2

ML fs

SL 7.055in

(33) 3

propondrem os una viga de seccion en canal cuyas caracteristicas son las siguientes

8 " X 11.5

lb ft

WLU

11.5

Aru

3.35in

I

x

S

x

32.30in

2

4

WLU 0.958 hpuL tL

lb in

8in

0.2187in

3

8.07In

109

110

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

A) REVISION POR FLEXION WLU 0.958

lb in

WLMV 17.918

lb in

WtL

WLU WLMV lb WtL 18.877 in

(34)

LL 251in 2

MFL

WtL LL 8

(35) 5

MFL 1.487 10 lb in MODULO DE SECCIÓN MFL SFL fs

(36)

5

MFL 1.487 10 lb in fs

2

4 lb 2

10

in

SFL 7.433in

3

plg³ por lo tanto es correcto

7.433 8.07

B ) REVISION POR ESFUERZO CORTANT E lb

VvL 19500

in hpuL

2

8in

tL 0.219in 2

AvL

1

hpuL

2

(37)

7200tL AvL 1.186 FvL

VvL AvL

(38) 4 lb 2

FvL 1.644 10

in

111

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

ESFUERO REAL DE TRABAJO WtL 18.877

lb in

LL 251in VrL

WtL LL 2

(39)

3

VrL 2.369 10 lb

Aru

3.35in

FrL

VrL Aru

2

(40)

lb FrL 707.167 2 in 707.167 16440

lb /plg² por lo tanto la seccion es correcta .

112

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

111

APENDICE B-3 CALCULO DE LOS PERFILES DE LAS T RABES QUE FORMAN EL PENTAGONO Dt

23.65m

R R

Dt 4

5.912m

Por lo tanto la longitud del lado del pentagono regular es determinado por la siguiente formula: NºT R

5 piezas 5.912m

sen

360 2 NºT

sen

36

seno36 0.587 LT (2 R) seno36

(41)

LT 6.941m LT 273.255in WtL

18.855

lb in

LL 251in NºLT 12 piezas LT WT

273.27in (WtL LL NºLT) LT 2

(42)

lb 103.911 in Entonces es el m om ento maximo WT

2

MT

WT LT 8

MT

9.7 10 lb in

(43)

5

CALCULO DEL MODULO DE SECCION: MT fs

5

9.7 10 lb in 20000

lb in

ST

2

MT fs

ST 48.498in

(44) 3

113

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

Ahora debemos de escoger un perfil con un modulo de seccion mayor al que obtuvimos en el paso anterior, de tal forma que escogem os un perfil IPR cuyas caracteristicas son: WTU IPR 12" X 50

Aru I

x

S

x

50

lb ft

WTU 4.167

14.70in 394in

2

hpuT

lb in

12in

4

64.74in

3

tT

0.640in

A) REVISION POR FLEXION WT

lb 103.911 in

WTU 4.167 WTT

WT

lb in

WTU

(45)

lb WTT 108.077 in 2

MFT

WTT LT 8

(46)

LT 273.27in 6

MFT 1.009 10 lb in MODULO DE SECCIÓN MFT fs

SFT

(47) 6

MFT 1.009 10 lb in fs

2

4 lb 2

10

in

SFT 50.443in

3

50.44 64.7 plg³ por lo tanto la seccion es correcta

114

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

B ) REVISION POR ESFUERZO CORTANT E VvT

lb

19500

in AvT

2

hpuT

1

2 2

(48)

7200tT hpu tT

12in 0.64in

AvT

1.049

FvT

VvT AvT

FvT

1.859 10

(49) 4 lb 2

in

ESFUERZO REAL DE TRABAJO WTT LT 2 lb WTT 108.077 in VrT

(50)

LT 273.27in 4

VrT 1.477 10 lb ArT

14.7in

FrT

VrT ArT

2

(51) 3 lb 2

FrT 1.005 10

in

1005 18590 lb /plg² por lo tanto la seccion es correcta. y el perfil propuesto para la trabe es el correcto

115

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

114

APENDICE B - 4 CALCULO DE LA COLUMNA Calculo de columna Utilizaremos un total de 6 columnas, 5 piezas para form ar el pentagono-columna y una para la colum na central. Como es sabido, las columnas son elementos a compresion que tiende a fallar por el equilibrio inestable. Al aplicarse una carga axial tiende a flexionarse como resultado de un esfuerzo de flexion superpuesto al esfuerzo de compresion. La carga que soporta cada columna es la carga que soporta la trabe mas el peso propio de la trabe, para las columnas que form an el pentagono: Calculam os el peso total del techoabemos s que el area del techo es: 680900 plg ² 5 2

At

6.809 10 in

up

lb

0.0531

in Wlam

2

At up

(52) 4

Wlam 3.616 10 lb PESO POR CARGA VIVA At

5 2

6.809 10 in

v

0.1736

lb in

2

Wviva

At v

(53)

Wviva

1.182 10 lb

5

PESO DEL TECHO PesoTC Wlam Wviva

(54)

5

PesoTC 1.544 10 lb PESO DEL LARGUERO WLU

0.958

lb in

LL 251in NºLT 60 piezas PesoTL60 WLULL NºLT

(55)

4

PesoTL60 1.443 10 lb 115

116

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

PESO DE LAS TRABES: WTU LT

4.2

lb in

273.27in

NºT

5 piezas

PesoTT

WTU LT NºT

(56)

3

PesoTT 5.739 10 lb PTLT PesoTC PesoTL60 PesoTT

(57)

5

PTLT 1.745 10 lb El peso soportado por cada colum na será: PTLT 6

Pc

(58) 4

Pc 2.909 10 lb CALCULO DE LA ALTURA DE COLUMNAS Colum na central: Esta será la altura del casco mas la altura debida a la conocidad del techo=1.27 m (50 plg). he

480.3in

hcn

50in

hPL

8in

Hcc

he

hcn

hPL

(59)

Hcc 538.3in Altura intermedia de las columnas he

480.3in

hcn

50in

hPL 8in hPT

12in

hcINT

he

1 hcn 2

(hPL hPT)

(60)

hcINT 485.3in La relacion de esbeltez será: Le re

hcINT Le 180

re 0.068m re 2.696in

117

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

El minimo radio de giro de la seccion de la columna es una funcion de la longitud de la colum na bajo consideración, si la relación de esbeltez no exceda de 180. El esfuerzo promedio para m iembros en com presion de un acero ASTM A-36 será: kg 10500000 2 cm fpc (61) 2 Le re fpc

6 kg 2

3.241 10

m 3 lb fpc 4.609 10 2 in Calculam os el area de la sección necesaria: Asc

Pc fpc

(62) 4

Pc 2.909 10 lb fpc

3 lb 2

4.609 10

in

Asc

6.311in

2

El tipo de columna que recomienda el A.P.I - 650 para este tipo de recipientes es el de secciones compuestas de dos elementos ya sea canales o vigas tipo IPR el tipo que utilizarem os será el IPR compuesto de dos perfiles. IPR1 12" X 14 14 lb/p IPR2 10 X 15 15 lb/p

A = 4.16 in² A = 4.41 in² Arc = 8.57 in²

Calculam os el esfuerzo permisible con la formula de Gordon - Rankine cuando Ppc

18000

lb in

2

hcINT 485.3in re

2.696in 2

Apc

1

hcINT

2

(63)

18000re Apc

2.8

118

DISEÑO DE TANQUE DESHIDRATADOR DE 33 MBLS EN LA PLANTA DESHIDRATADORA NARANJOS

Fspc

Fspc

Ppc Apc

(64) 3 lb 2

6.428 10

in

El esfuerzo real de trabajo será: Prc Pc

Pc 4

2.909 10 lb 2

Arc

8.57in

Frc

Prc Arc

Frc

3.394 10

(65) 3 lb 2

in

3394 6429 lb/plg ² por lo que la sección compuesta es aseptable. Debido a que la carga es uniformemente distribuida y solo varia la altura esta sección será la misma para todas las columnas.

119