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Almacenaje de fluidos en plantas de procesos
Introduccion
La recepción, almacenaje, transferencia y despacho de líquidos en las plantas de procesos
constituye una operación frecuente e importante en muchas industrias. En algunos casos,
como el de las plantas de almacenaje de petróleo, combustibles o de gases licuados
representan estas operaciones su única y más importante actividad. En otras industrias
puede necesitarse manejar tanto productos químicos, alimenticios, combustibles como
efluentes y gases licuados simultáneamente.
Esta variedad de productos de los que se pueden requerir distintas cantidades en stock,
tienen obviamente requerimientos comunes como específicos para su almacenaje y
manipuleo, razón por la que el proyecto de estas instalaciones deberá efectuarse siguiendo
las Normas y mejores practicas de ingeniería vigentes y bajo una visión de conjunto.
Objetivos
La lectura atenta y análisis del trabajo permitirán al lector:
Entender el marco general de actividades ingenieriles que exigen estas instalaciones
Analizar los riesgos potenciales que implica manejar productos peligrosos y los
medios para minimizar las posibilidades de accidentes industriales
Segmentar los productos manejados en función de su uso y compatibilidad química
con otros almacenados en la planta
Conocer las Normas y Códigos de ingeniería de aceptación global para el proyecto y
diseño de las instalaciones involucradas
Integrar los conocimientos de las distintas disciplinas relacionadas en el análisis y
visión global de estas instalaciones
Manejo de líquidos en plantas industriales
El diagrama de flujo y el balance de masas de una planta de procesos nos permite conocer
los flujos másicos que circulan a través de las instalaciones como así también determinar las
capacidades requeridas de los equipos necesarios. Esta información junto a la proporcionada
por la ingeniería de procesos nos da idea de las propiedades físicoquímicas de los productos
involucrados y de las exigencias para su manejo. Nos permite también conocer las
transformaciones que sufrirán en el proceso y las condiciones bajo las cuales se desarrollarán
(presión, temperaturas, concentración, etc.)
Así resultará que podemos estar frente al manejo de líquidos sencillos como el agua como
frente a otros complejos: alimenticios (lácteos, jugos cítricos), ácidos, álcalis, solventes,
efluentes, gases licuados, combustibles, etc.
Algunos de estos productos participarán como materia prima y otros como insumos
específicos en el proceso o para servicios generales. Tal es el caso de los ácidos que pueden
emplearse en diversas industrias químicas (CPI) como reactantes, solventes y catalizadores.
Análogamente, los álcalis pueden emplearse también como reactantes, neutralizantes y
como catalizador en la fabricación de productos farmacéuticos, químicos, celulosa y papel,
jabones y detergentes, etc. También los gases licuados podrán ser utilizados como insumos
en algunos procesos (CO2 en la fabricación de bebidas carbonatadas, N2 como inertizante o
GLP como combustible).
Visto el amplio campo de productos y usos en la industria, está claro que al momento de
organizar el proyecto de las instalaciones para el manejo de los mismos será necesario
contar con un criterio de segmentación que nos permita agruparlos para su tratamiento.
Clasificación de productos almacenados
Criterio de segmentación
Con los fines de almacenamiento, la segmentación de las sustancias que se encuentran en
las plantas industriales se hará según el uso que se le da a las mismas. Esta clasificación
engloba en siete grupos las sustancias cuya utilización es común a gran parte de las
industrias químicas de proceso (CPI). Como veremos, este criterio no es arbitrario sino que
obedece a un conjunto de razones vinculadas no solo a aspectos operativos sino
fundamentalmente a cuestiones de seguridad industrial.
Cada planta industrial podrá utilizar también otras sustancias químicas dentro de sus
procesos productivos, para cuyo manejo y almacenamiento se tendrán en cuenta las
reglamentaciones específicas de cada una de ellas.
La razón primordial de esta forma de clasificación se debe a la necesidad de plantear
lineamientos generales para la realización del diseño preliminar de las instalaciones
asociadas. Siguiendo este criterio adoptado encontramos:
Combustibles: se consideran como tales a aquellas sustancias de uso común en la
industria que actúan como proveedoras de la energía térmica necesaria para los
procesos que se llevan a cabo en la misma.
Acidos y álcalis: se incluyen productos tanto inorgánicos como orgánicos.
Solventes: se consideran a los productos químicos que se utilizan exclusivamente
para disolver otras sustancias con los fines de separar componentes de una mezcla.
Entre los más utilizados están: benceno, tolueno, éter etílico, éter de petróleo.
Oxidantes y reductores: a aquellas sustancias utilizadas con fines catalíticos.
Líquidos criogénicos: de acuerdo al National Institute of Standards and Technology
(NIST), se entienden como tales a todos aquellos líquidos cuyas temperaturas son
menores a –150°C. Se incluyen en este grupo productos tales como el 02, N2, He,
GNL, etc.
Tabla n°1 – segmentación de productos en CPI
Combustibles
Gaseosos Gas natural
LíquidosFuel oil, gasoil
GLP, Butano (gases licuados)
Sólidos Biomasa
Ácidos
Inorgánicos Ác. sulfúrico, nítrico, clorhídrico.
Orgánicos Ác. Acético, cítrico
Álcali Hidróxido de sodio, de potasio, de amonio
Oxidantes Permanganatos, peróxidos, percloratos, cloratos, cloritos, nitratos
Solventes Éter etílico, éter de petróleo, benceno, tolueno
Reductores Amoníaco, compuestos orgánicos
Fluidos Criogénicos Oxígeno, nitrógeno, helio, GNL
Análisis de riesgos potenciales en el almacenaje de líquidos
En las plantas industriales al almacenar productos químicos existen riesgos potenciales de
accidentes. Estos riesgos pueden originarse o provenir de muy diversas fuentes, a saber:
1. sobrepresión o vacío (roturas de recipientes por explosión o implosión)
2. fugas y derrames
3. mezclas de productos incompatibles químicamente
4. alteración de las condiciones de almacenamiento (temp y presión), entre otras
5. cargas eléctricas
6. causas naturales (terremotos, ciclones, alta temperatura ambiental, rayos, etc.)
7. errores operativos o fallas de componentes, etc.
Debido a sus propiedades físicas y químicas, un mismo producto puede generar diferentes
riesgos y problemas. En este sentido es importante recordar que no es necesario que un
producto se encuentre en grandes cantidades como para generar un accidente de
importantes consecuencias.
Los accidentes posibles de ocurrir pueden afectar gravemente la salud del hombre, provocar
daños materiales en la planta industrial y perjudicar al medio ambiente.
Los riesgos principales enumerados a continuación, tienen una fuerte interrelación entre sí, y
la mayoría de las veces la consecuencia de una falla se transforma en causa de otra,
dándose el fenómeno de reacciones en cadena o efecto dominó que potencia el problema
inicial. El orden de prioridad para ponderar los riesgos es:
Los que afectan directamente a las personas dentro y fuera de la
fábrica.
Incendio / explosión
Emisiones tóxicas
Corrosividad
Los que dañan seriamente al medio ambiente
Fugas / derrames
Corrosión
Emisiones tóxicas
Los que ocasionan pérdidas materiales
Incendio / explosión
Corrosividad
Pérdidas por evaporación
Cada familia de productos tiene en general un grado de riesgo característico que lo
diferencia o asocia a otros, razón por la que los accidentes pueden derivarse de cualquier de
ellos y están analizados en la tabla siguiente.
Matriz N°1 de riesgos potenciales
Riesgos
Potenciales
Combust.
Ácidos
inorg.
Ácidos
orgánicos
Álcalis Oxidantes Solventes
Reductore
s
Fluidos
criogen.
Fugas × × × × × × × ×
Derrames × × × × × × × ×
Contaminación ambiental × × × × × × ×
Pérdidas por evaporación × × ×
Incendio × × × × × × × ×
Explosión × × × × × × ×
Autoignición ×
Auto descomposición × ×
Reacciones exotérmicas × × × × ×
Reacciones explosivas × × × × × ×
Reactividad con agua × × × × ×
Corrosión de material × × × × ×
Corrosión × × × × ×
Intoxicación/
asfixia
× × × × × × ×
Cáncer ×
Emisiones tóxicas × × × × × × × ×
Esta matriz junto a las posteriores constituirán verdaderas herramientas para el análisis de
problemas potenciales en el almacenamiento y para el proyecto de las medidas preventivas
para eliminarlos o contenerlos.
Incompatibilidad química entre sustancias
Algunos productos químicos, además de acarrear riesgos por sí mismos, son capaces
de dar lugar a reacciones peligrosas en contacto con otros. Materiales incompatibles
químicamente son aquellos que al ponerse en contacto entre sí sufren una reacción química
descontrolada que puede resultar en:
Emisión de gases tóxicos.
Emisión de gases corrosivos o inflamables.
Formación de líquido corrosivo.
Reacción explosiva.
Formación de producto sensible a fricción o choque.
Reacción exotérmica.
Explosión / Incendio.
Generación de gases que puedan romper el recipiente contenedor.
Calentamiento de sustancias que inicie una descomposición o reacción descontrolada
(runaway reaction).
Reducción de la estabilidad térmica de una sustancia.
Degradación de la calidad de los productos almacenados.
Deterioro de contenedores (envases, etiquetas, etc.).
En el depósito o zona de almacenamiento, ya sea de productos químicos utilizados como
materia prima, insumos o productos finales de cualquier industria química, existe riesgo de
incompatibilidad química.
Las causas posibles de originar una mezcla no intencional de sustancias diferentes pueden
ser:
Fugas
Derrames
Roturas de recipientes, tuberías, etc.
Incendio
Explosión
Fallo de operación (abrir válvulas equivocadas, no cerrar válvulas, etc.)
Ausencia de sello hidráulico de bombas para operaciones de carga y descarga en la
zona de almacenamiento
Ausencia de estanqueidad de las válvulas de bloqueo o regulación
La prevención de mezclas de productos químicos incompatibles requiere el análisis de los
siguientes aspectos
1. Identificación de:
sustancias que pueden combinarse en forma inadvertida, incluyendo sus
composiciones o concentraciones,
cantidades específicas de las sustancias existentes.
temperaturas de almacenamiento,
confinamientos (sistemas abiertos o cerrados),
atmósfera (aire, inertizada con nitrógeno, enriquecida con oxígeno),
máximo tiempo en el que los materiales pueden estar en contacto,
todo, para prever posibles escenarios donde podría ocurrir una potencial combinación
accidental de materiales incompatibles. Para evaluar las potenciales mezclas peligrosas de
sustancias, se debe investigar combinaciones de todos los materiales que pueden existir en
la zona de análisis:
Combustibles
Ácidos inorgánicos
Ácidos orgánicos
Álcalis
Oxidantes
Solventes
Reductores
Fluidos criogénicos
Otras materias primas
Otros insumos
Productos finales Contaminantes
Agua y aire
2. Predicción de reacciones químicas indeseadas:
Establecidos los distintos escenarios posibles, se podrán consultar varias herramientas para
predecir si pueden o no ocurrir reacciones químicas no deseadas:
Hojas de Seguridad de los productos químicos en cuestión. (MSDS: “Material Safety
Data Sheets”. Sección 10, “Stability and Reactivity”)
“Bretherick’s Handbook of Reactive Chemical Hazards”. Butterworth-Heinemann.
“Hazardous Chemical Reactions”. NFPA 491.
Software “Chemical Reactivity Worksheet (CRW)” de The U.S. National Oceanic and
Atmospheric Administration (NOAA).
Testeos y escalamientos de reacciones: que incluyen ensayos tales como
Adiabatic rate calorimeter (ARC)
Vent sizing package (VSP).
Consulta a experto.
La recopilación de estos datos sirve para determinar:
Características de diseño de equipos
Procedimientos de operación.
Límites críticos de los parámetros de almacenamiento
3. Segmentación de productos por incompatibilidad química.
4. Establecimiento de distancias mínimas, muros de protección y sistemas de
contención de fugas y derrames.
La observación atenta de la siguiente matriz, servirá como medida preventiva de los riesgos
anteriormente citados cuando se almacenan sustancias químicas incompatibles en la
industria. Esta matriz de aplicación genérica puede resultar muy útil para evaluar estas
cuestiones se trate de almacenar productos tanto en el campo industrial como en el propio
laboratorio químico de la planta.
Matriz N°2 de incompatibilidades químicas
Ácidos
inorg.
Ácidos
oxidantes
Ácidos
org.
Álcalis Oxidantes
Tóxicos,
inorg.
Tóxicos,
org.
Reactivos
con agua
Solventes
org.
Ácidos
inorg.
× × × × × × ×
Ácidos
oxidantes
× × × × × × ×
Ácidos
orgánicos
× × × × × × ×
Álcalis × × × × × ×
Oxidantes × × × ×
Tóxicos,
inorg.
× × × × × ×
Tóxicos,
orgánicos
× × × × × ×
Reactivos
con agua
× × × × × ×
Solventes
orgánicos
× × × × ×
×: No compatible
Tabla N°2 - precauciones para el almacenaje
Tipo de
producto
No almacenar junto a Evitar contacto o cercanía con
Combustibles OxidantesComburentesSustancias tóxicasGases venenososÁcidos y
bases minerales.
Fuentes de ignición (calor, chispas,
superficies calientes o llamas
abiertas).
Ácidos
inorgánicos
Bases minerales, cianuros, nitruros, sulfuros, hipocloritos.Distintas
concentraciones del mismo ácido.Ácidos orgánicos, materiales
inflamables y/o combustibles.Sustancias tóxicas o venenosas.
Agua.Metales reactivos.
Ácidos
orgánicos
Ácidos inorgánicosOxidantesComburentes Fuentes de ignición (calor, chispas,
superficies calientes o llamas
abiertas).
Álcalis Ácidos, explosivos, peróxidos orgánicos y materiales de fácil
ignición.Sustancias tóxicas o venenosas.
AguaMetales reactivos
Oxidantes Materiales combustibles e inflamables.Materiales orgánicos. Fuentes de calorHumedadAgentes
reductores: zinc, metales alcalinos.
Solventes Ácidos.Materiales oxidantes. Fuentes de ignición (calor, chispas,
superficies calientes o llamas
abiertas).
Reductores Ácidos.Materiales oxidantes.Alcoholes, halógenos, haluros. Agua, aire y oxígeno.
Fluidos
criogénicos
Ácidos inorgánicos.Materiales oxidantes.Comburentes. Agua, Fuentes de ignición (calor,
chispas, superficies calientes o
llamas abiertas).
Tabla N°3 - efectos de mezclas químicas incompatibles
Combinación Resultado
Álcalis y ácidos fuertes +
SolventesÁcidos
orgánicosCombustiblesFluidos
criogénicos inflamables
Explosión / incendio
Álcalis y ácidos fuertes + SolventesSustan. tóxicas Emisión de gas tóxico
Solventes
Combustibles
Ácidos orgánicos
Fluidos criogénicos inflamables
+ Oxidantes Explosión / incendio
Ácidos + ÁlcalisVapores corrosivos / generación de
calor
Identificación de productos en el almacenamiento
Todos los tanques y recipientes que almacenen sustancias químicas deberán llevar
señales de advertencia para que en el caso de un accidente grave (fuga, derrame, incendio)
pueda conocerse con precisión la naturaleza de los productos almacenados y actuar con los
medios adecuados.
Las señales de advertencia deberán identificar:
Nombre químico, nombre comercial y número de clase de material de las Naciones
Unidas
Riesgo asociado a la sustancia que se almacena
Esta identificación se ubicará en lugar visible y deberá cumplir con las normas oficiales
correspondientes. Algunas normas internacionales reconocidas que pueden aplicarse, son:
Código de etiquetado de la Unión Europea
El cual contiene una descripción de los riesgos y de las medidas de precaución y un sistema
de protección de imágenes.
Sistema de la National Fire Protecction Association (NFPA 704-M).
Establece un sistema de identificación de riesgos para que en un eventual incendio o
emergencia, las personas afectadas puedan reconocer los riesgos de los materiales respecto
del fuego. Este código ha sido creado para dar información al cuerpo de bomberos en el
terreno. No identifica los peligros para la salud de una sustancia química, en situaciones
distintas de una emergencia.
Interpretación cuadro riesgos – NFPA
Salud (azul)
4 Peligro Puede ser fatal en cortas exposiciones. Equipos de protección especializada se
requiere
3 Atención Corrosivo o tóxico. Evitar contacto o inhalación
2 Atención Puede ser perjudicial inhalar o absorber
1 Aviso Puede ser irritante
0 Sin peligro usualmente
Inflamabilidad (rojo)
4 Peligro gas inflamable o liquido extremadamente inflamable
3 Atención liquido inflamable con flash point por debajo de 100° F
2 Advertencia Combustible liquido con flash point de 100° a 200° F
1 Combustible si es calentado
0 No combustible
Reactividad (amarillo)
4 Peligro material explosivo a temperatura ambiente
3 Peligro Puede ser explosivo si es golpeado, calentado bajo confinamiento o mezclado con
agua
2 Atención inestable o puede reaccionar violentamente si se mezcla con agua
1 Aviso Puede reaccionar si es calentado o mezclado con agua pero no violentamente
0 estable No reactivo cuando es mezclado con agua
Casos Especiales (blanco)
W Reactivo con agua
OX Agente Oxidante
NFPA - Símbolos de precauciones especiales
inflamable corrosivo explosivo
radiactivo gas comprimido veneno
Sistema “Hazardous Material Identification System” (HMIS)
Basado en la ASTM. Identifica el peligro intrínseco de una sustancia.
Recomendaciones establecidas por las Naciones Unidas
Para la clasificación de los riesgos, la lista de sustancias peligrosas, los requisitos para el
embalaje, los recipientes intermediarios y las cantidades máximas para el transporte de una
sustancia, etc.
Identificación y Rotulado de Productos Peligrosos - Según Norma
IRAM 3797
Se identificará el contenido de productos químicos en:
tuberías
tanques de almacenamiento
camiones cisternas
recipientes como botellas, garrafas y tambores
zonas de depósito de sustancias químicas
cuando se encuentren llenos de las sustancias en cuestión y aún cuando se vacíen y no se
haya realizado su limpieza y/o descontaminación. Se aconseja señalar esta condición y el
número de clase del material que se contuvo.
Almacenaje de fluidos
Tanques de almacenaje (storage tank)
La mayor parte de los líquidos manejados en las industrias de procesos se almacena a granel
en tanques que operan en el entorno de la presión atmosférica. La necesidad de stock en las
plantas puede presentarse tanto en el aprovisionamiento como en el despacho de productos
elaborados, sean estos intermedios o finales del proceso. La capacidad total de almacenaje
como la individual de cada tanque dependerá según el caso analizado de:
1. el balance entre el flujo producido y demandado por el consumidor
2. la reserva fijada como crítica, expresada en días de marcha o volumen mínimo
3. los medios, capacidad y costos de transporte (logística)
4. las distancias al proveedor / cliente y los tiempos de entrega
5. costo y grado de importancia del producto en el proceso productivo o servicio
6. espacio disponible en planta
7. requisitos de las Normas de Cuidado Ambiental (EPA) y otras aplicables en el país
8. exigencias de las Normas de Seguridad (NFPA y OSHA) y otras vigentes en el país
9. requisitos de las compañías aseguradoras (ART)
Como viéramos anteriormente en el análisis de problemas potenciales, el proyecto de estos
equipos exige la consideración simultánea de múltiples aspectos a fin de lograr un proyecto
confiable tanto en lo operativo como en los temas que hacen a la seguridad industrial y
ambiental como así también a las inversiones requeridas.
Esta etapa del proyecto es muy importante ya que exige la consideración y aplicación de
algunas herramientas tales como:
Intensificación: esta técnica implica minimizar el stock de productos peligrosos a un nivel
tal que su peligro sea reducido en el caso de algún accidente
Sustitución: esta técnica implica analizar las posibles sustituciones de materiales peligrosos
por otros más seguros o bien por operaciones más confiables
Atenuación: consiste en evaluar el manejo de productos peligrosos pero bajo condiciones
más seguras. Ejemplo, el GLP puede ser almacenado como líquido refrigerado a presión
atmosférica en vez de a presión a temperatura ambiente
Simplificación: consiste en desarrollar diseños sencillos, amigables y seguros que
minimicen los errores operativos. Es decir, evitar instalaciones complejas
Efecto dominó (Knock-on effects): las instalaciones deberán ser proyectadas de modo tal
de reducir la posibilidad de que se propague hacia otras áreas
Poka Yoke: esta técnica consiste en diseñar los componentes críticos de modo tal de evitar
que se puedan producir conexiones o derivaciones de manera incorrecta por parte de los
operadores. Por ejemplo, evitar la conexión de tanques donde debe impedirse la mezcla de
productos por su incompatibilidad química.
Los tanques de almacenaje pueden clasificarse según distintos criterios y su selección
dependerá del análisis global de la instalación y de su impacto sobre los procesos asociados.
Así encontramos los siguientes diseños:
Tanques cuadrados o rectangulares
Se emplean para almacenar productos no agresivos (agua, mieles, jarabes, etc.) y son de
baja capacidad ( V < 20 m3). Son construidos generalmente de acero al carbono y operan a
presión atmosférica
Tanques cilíndricos horizontales
Se emplean para almacenar productos de diferente naturaleza química (ácidos, álcalis,
combustibles, lubricantes, etc). Son de mediana capacidad de almacenaje (V < 150 m3).
Estos tanques a su vez pueden ser: aéreos (aboveground storage) o subterráneos
(underground storage) y pueden tener sus extremos planos o abovedados.
Tanque ASME horizontal para almacenaje de ácidos
Tanques cilíndricos verticales
Se emplean para almacenar productos de diferente naturaleza química (ácidos, álcalis,
hidrocarburos, efluentes industriales, etc) y son de gran capacidad de almacenaje (V = 10 a
20.000 m3). Estos a su vez pueden ser clasificados según los distintos aspectos:
1. Tipo de cobertura: abiertos o techados
2. Tipo de techo: fijo o flotante. Techos flotantes a pontón o a membrana
3. Tipo de fondo: plano o cónico
Con relación a la selección de los tanques cilíndricos, optar por una u otra forma dependerá
del volumen requerido, el espacio disponible, las inversiones exigidas, etc. que harán que en
algunas situaciones un tipo determinado sea más indicado que otro y que habrá que
determinar en cada caso en particular.
Tanque API para almacenaje de hidrocarburos
Recipientes a presión (pressure vessels)
Como es sabido, muchos de los productos requeridos o producidos en las industrias
requieren para su almacenaje y utilización de presiones superiores a la atmosférica, dando
lugar así a los llamados recipientes a presión. Estos equipos deberán ser capaces de
contener productos de diferente naturaleza química bajo las condiciones de operación
requeridas (presiones, temperaturas, concentraciones, etc)
Dependiendo de los volúmenes manejados y de las condiciones de operación, estos
recipientes son construidos de las siguientes formas
Recipientes cilíndricos horizontales con fondos abovedados
Recipientes verticales con fondos abovedados
Recipientes verticales encamisados (jacketed vessels, cryogenic gases)
Recipientes esféricos o esféricos modificados
Normas y códigos de diseño
a) Tanques de almacenaje
Para el cálculo, diseño y construcción de estos equipos existen varias Normas y Códigos, pero
las más difundidas y empleadas en las industrias de procesos son las del American Petroleum
Institute (API), siendo los estándares aplicables los siguientes
API Standard 620 (1990) : es aplicable a grandes tanques horizontales o verticales
soldados en el campo, aéreos que operan a presiones en el espacio vapor menores a 2.5 psig
y a temperaturas no superiores a 93°C
API Standard 650 (1998) : es aplicable a grandes tanques horizontales o verticales
soldados en el campo, aéreos que operan a presiones en el espacio vapor menores a 1.5 psig
y a temperaturas no superiores a 121°C
API Specification 12D: es aplicable a tanques horizontales o verticales soldados en el
campo para almacenaje de líquidos de producción y con capacidades estandarizadas entre
75 y 1500 m3
API Specification 12F: es aplicable a tanques horizontales o verticales soldados en taller
para almacenaje de líquidos de producción y con capacidades estandarizadas entre 13.5 y 75
m3
API Standard 653 (1991): es aplicable a la inspección, reparación, alteración desmontaje y
reconstrucción de tanques horizontales o verticales, basándose en las recomendaciones del
STD API 650. Recomienda también la aplicación de las técnicas de ensayos no destructivos
aplicables
Estos estándares cubren el diseño, fabricación, inspección, montaje ensayos y
mantenimiento de los mismos y fueron desarrollados para el almacenaje de productos de la
industria petrolera y petroquímica, pero su aceptación ha sido aplicada al almacenaje de
numerosos productos en otras industrias. Si bien estas normas cubren muchos aspectos, no
todos están contemplados, razón por la que existen otras normas complementarias a las
mismas. Existen además de los mencionados estándares otras normas que también son
aplicables a estos casos, pero cubriendo no solo materiales constructivos metálicos sino
también otros materiales (plásticos, fibra de vidrio), etc.
Estas normas son:
ASME, Boiler and Pressure Vessel Code ( edith 2001), Section VIII y X: es
aplicable para el diseño de diferentes recipientes y tanques tanto cilíndricos,
esféricos como de sección rectangular. Se trata de los estándares más reconocidos
mundialmente en este campo de aplicación
Underwriters Laboratories (UL) Standard UL 142: es aplicable a tanques de
acero de diferentes diseños soldados en taller para almacenaje de líquidos
inflamables y combustibles
British Standard (BS) 2594: es aplicable a tanques cilíndricos horizontales de
acero al carbono soldados
BS 4994: comprende las especificaciones para el diseño y construcción de
recipientes y tanques en plásticos reforzados
BS 6374: comprende las especificaciones para el recubrimiento de recipientes y
tanques con materiales poliméricos
ASTM D 3299 / 4021 / 4097: comprende las especificaciones para tanques
plásticos reforzados con fibra de vidrio
b) Recipientes a presión
Para el cálculo, diseño y construcción de estos equipos son tres las Normas y Códigos más
difundidos y aceptados internacionalmente:
ASME, Boiler and Pressure Vessel Code ( edith 2001)
# Secction VIII, Division 1 – Rules for construction of pressure vessels
# Secction VIII, Division 2 – Alternatives Rules for construction of pressure vessels
# Secction VIII, Division 3 – Alternatives Rules for high pressure vessels
# Section X – Fiber Reinforced Plastic Pressure Vessels
British Standards Institution (BSI)
# BS 5500 – Specification for unfired fusion welded pressure vessels
# BS 5169 - Specification for fusion welded steel air receivers
European Commitee for Standarization (CEN)
# EN 286: Part 1 – Specification for simple unfired pressure vessels designed to contain air or
nitrogen
# CODAP 95 – French Code for Construction of Unfired Pressure Vessels
Todos estas Normas y Códigos han sido a su vez reconocidos y aceptados en 1997 por el
National Board of Boilers and Pressure Vessels Inspectors de USA.
Los estándares especifican los requerimientos para el diseño, construcción, inspección,
ensayos y verificación de cumplimiento de los recipientes a presión, esto es, la consideración
de aspectos tales como:
1. selección de materiales, propiedades y composición
2. tamaños y capacidades preferidos
3. métodos de calculo, inspección y fabricación
4. códigos de practica para la operación y seguridad de planta
5. análisis y determinación de cargas estáticas y dinámicas sobre los equipos
6. tensiones residuales, stress térmico, fatiga de materiales, concentración de tensiones
7. mecanismos de desgaste, erosión, corrosión, abrasión. Tipos de recubrimientos
8. conexiones a tanques – recipientes, de cañerías y válvulas, etc.
Normas de seguridad y medio ambiente
Cumplidos los requisitos de los códigos de diseño, el proyecto se completará teniendo en
cuenta las exigencias de las Normas y Códigos de Seguridad y Medio Ambiente vigentes,
para lo cual nos tendremos que basar en la matriz de causas potenciales de fallas analizada
anteriormente. Esto permitirá definir los elementos tanto de medición y control de las
variables críticas como seleccionar los dispositivos de seguridad que correspondieren
aplicarse en cada caso analizado. También se deberá en esta etapa definir el control y
management del stock de productos. Encontramos así las siguientes etapas de ingeniería:
1. Diagrama de P&ID
Deberá contemplar el esquema de piping, instrumentación y control. En estas instalaciones
es frecuente medir y controlar
Niveles: valores máximos, mínimos y normales
Temperatura: valores máximos, mínimos y normales
Presión / vacío: valores máximos, mínimos y normales
Densidad, concentración, interfase
Masa o volumen
Alarmas: para detección de sobrellenado, vaciado, fugas, sobrepresión, etc.
2. Dispositivos de seguridad
La sobrepresión o vacío dentro de los tanques que pueden generarse por distintas causas,
sumadas al hecho que muchos de los líquidos almacenados pueden ser volátiles y emitir en
consecuencia gases inflamables, tóxicos y contaminantes, hacen que deban preverse
dispositivos para alivio y contención. También muchos productos requieren ser almacenados
en atmósferas inertes debido a que su contacto con el oxígeno o vapor de agua pueden no
solo contaminarlos sino ser peligroso. Este hecho será tanto más importante cuanto mayor
sea el precio del producto, sea comprado o para venderse.
Dentro de los dispositivos de seguridad encontramos los siguientes:
Válvulas de seguridad y alivio
Discos de ruptura
Arrestallamas
Válvulas de presión y vacío / blanketing
Venteos y paneles supresores de explosión
Scrubbers (limpieza de gases tóxicos)
Flaring (quemadores de antorcha para gases inflamables y tóxicos)
El calculo, diseño, construcción, operación y mantenimiento de estos dispositivos están
regidos por los estándares de la API, NFPA y BSI, entre los que encontramos:
a) BS EN 1127-1: atmósferas explosivas, prevención y protección. Parte 1
b) BS 5908: código de prácticas para precaución de fuego en la industria química
c) BS 6713, parte 4: sistemas de protección contra explosiones
d) BS 6759: válvulas de seguridad
e) API Std 2000: venteo atmosférico y a baja presión de tanques de almacenaje
f) API RP 520: selección, dimensionado e instalación de dispositivos de alivio de presión
en refinerías
g) API RP 521: guía para alivio de presiones y despresurización de sistemas
h) API RP 576: inspección de dispositivos de alivio de presión
i) API RP 526: válvulas de seguridad y alivio bridadas
j) API RP 527: tensión de asiento para válvulas de seguridad
k) NFPA 68: guía para venteo y deflagración
l) NFPA 30: código de Líquidos Inflamables y Combustibles
m) NFPA 58: código para almacenaje de GLP
n) NFPA 69: Estándar Sobre sistemas de Prevención de Explosiones
o) NFPA 491: guía de reacciones químicas peligrosas
Ciclo de presurización y depresión en TK API
3. Cuidado ambiental
Vimos que los tanques de almacenaje pueden contener productos volátiles capaces de
producir emisiones gaseosas contaminantes para el medio ambiente, entre ellos los llamados
Volatile Organic Compound (VOCs) que es preciso medir y controlar. A los fines de
reglamentar el control de estas emisiones la Environmental Protection Agency de USA (EPA)
estableció el estándar siguiente y un software para su cálculo
EPA 40 CFR, Part 60, Subparts K, Ka y Kb, titulado: “ Standars for performance for
storage vessels for petroleum liquids”
TANKS, versión 4.09 software (EPA): el programa calcula las emisiones de los
tanques basado en el standard API 42 sobre: “ Compilación de contaminantes del aire
provenientes del almacenaje de líquidos orgánicos “
EPA 450/3-81-003: VOC emissions from volatile organics liquid storage tanks API y
el Canadian Petroleum Products Institute presentan los siguientes estándares para el
calculo de las pérdidas por evaporación
API 2517: evaporative losses from external floating roof tanks
API 2518: evaporative losses from fixed roof tanks
API 2519: evaporative losses from internal floating roof tanks
EPS-5/AP/3-1990: Canadian emissions inventory of common air contaminants
Medidas de prevención complementarias
Decíamos anteriormente que un producto químico (o un conjunto de los mismos)
presenta un peligro potencial que puede desencadenar daños durante su transporte,
descarga, almacenamiento o uso, ocasionando consecuencias graves en las personas, el
medio ambiente y en las instalaciones de la planta industrial.
Con el fin de evitar o atenuar las consecuencias de estos peligros, se deberá desarrollar:
Sistemas de prevención: como los antes mencionados
Sistemas de protección y mitigación: estos comprenden medidas de protección activas y
pasivas adecuadas para defensa contra incendios y que pueden ser de dos tipos:
1. Pasivas (reducen la magnitud de las consecuencias)
Distancias mínimas entre tanques e instalaciones.
Muros de contención de derrames
Medios para la conducción de derrames
Muros protectores.
Aislamiento térmico e ignifugación.
Ventilación
Vías de acceso y escape.
Inertización de espacios cerrados.
2. Activas (dispositivos de seguridad que se activan automáticamente o manualmente)
Protección e instalación para la lucha contra incendios.
Cortinas de agua, pulverizadores.
Válvulas de seccionamiento.
Métodos de protección pasiva
Distancias mínimas
La determinación de distancias mínimas entre:
tanques y recipientes de almacenamiento
tanques de almacenamiento y las distintas unidades de proceso u otras instalaciones
de la planta industrial
fuentes de peligro y personas (personal de planta, personal de oficinas y edificios de
la administración y población aledaña)
Se debe a que los efectos drásticos de un incendio, explosión y emisión tóxica y/o
inflamable, disminuyen con el cuadrado de la distancia. Una vez ocurrido un accidente, ya
sea químico o mecánico, las concentraciones tóxicas y/o inflamables, las radiaciones
térmicas, sobrepresiones y/o proyección de restos de materiales o sustancias peligrosas, se
transmiten o proyectan en todo el espacio que rodea a la zona del incidente y pueden
extenderse en el peor de los casos hacia zonas aledañas a la planta industrial como en efecto
dominó. Las consecuencias de estos accidentes son catastróficas si no se respetan mínimas
distancias, debidamente calculadas y estipuladas en normas reconocidas, entre las
facilidades de la planta, que permiten la atenuación de los efectos dañinos. Veamos algunos
ejemplos de los efectos provocados por el almacenaje de GLP.
Una bola de fuego (grandes esferas para almacenamiento de GLP) suele suponer
quemaduras mortales en un radio de unos 350 m.
Distancia bajo riesgo de proyectiles: hasta 800 m (esferas de GLP); 100 m (tanques
de GLP); 46 m (otros casos)
Área de riesgo grave: 400-500 m alrededor del epicentro (caso de grandes esferas de
almacenamiento de GLP); 76 m para otros casos.
Distancias mínimas establecidas por NFPA “Fire Protection handbook”
Ante fuego localizado (para evitar su propagación): 15 m
Entre un riesgo de explosión y otro incendio: 30 m
Entre dos riesgos de explosión: 46 m
Desde fuego abierto hasta zonas con vapores inflamables: 180 m
Plantas químicas y petroleras (sin GLP) a zonas residenciales como mínimo: 250 –300
m.
1. Distancias recomendadas entre unidades para plantas químicas y petroleras según
Industrial Risk Insurers (IRI)
Distancias mínimas en pies: 1 pies = 0,305 m. Ejemplo: 1 350 pies entre un tanque de
almacenamiento a presión y unidades de proceso con riesgo alto
Observaciones: / = sin requisitos de separación y * = separación según tabla 2.
2. Distancias recomendadas entre tanques de almacenamiento en plantas químicas
petroleras según IRI
Distancias mínimas en pies: 1 pies = 0,305 m. D = diámetro del tanque mayor
1 barril = 42 galones = 159 litros y ºC = (ºF-32) x 0,555
Observaciones: * Para productos de clases II y III, 5 pies es aceptable y ** O para productos
de clases II o II a temperaturas >200 ºF.
Estas tablas y sus recomendaciones son muy importantes ya que tendrán una marcada
influencia en el diseño del layout de planta. Sus exigencias impondrán en el proyecto ciertas
limitaciones con las que habrá que trabajar a la hora de optimizar este trazado.
Medios de contención de fugas y derrames
Las distancias mínimas requeridas entre tanques, recipientes y demás instalaciones de
la planta industrial pueden ser reducidas en algunos casos, si existen en el área formas de
contención o contenedores secundarios de fugas y derrames, así como medios para su
conducción hacia zonas seguras para su disposición final o tratamiento.
El objetivo primordial es evitar que pérdidas de sustancias peligrosas almacenadas, ya sea
debido a fugas, derrames (sobrellenados, caídas de recipientes) o roturas de recipientes,
lleguen a fuentes de agua naturales y suelos produciendo una contaminación ambiental
grave. Además, es necesaria su existencia con el fin de evitar que se mezclen productos
químicos incompatibles con las consecuencias drásticas que esto acarrea.
Estas fugas o derrames serán tanto más importantes cuanto mayor sea el precio del
producto perdido. De aquí que los medios de contención sirvan también para recuperar el
producto derramado y permitir su tratamiento.
Según la EPA, un contenedor secundario es un sistema de almacenamiento de emergencia
temporal, diseñado para retener pérdidas o derrames de tanques que contienen sustancias
peligrosas.
Un sistema de contención secundario debe estar equipado con un sistema de detección de
pérdidas capaz de detectar una falla, ya sea en la estructura de contención primaria (el
tanque contenedor mismo) o secundaria, dentro de las 24 hs o en el menor tiempo
practicable. Estos sistemas pueden ser:
Sensores de conductividad térmica.
Sensores de resistividad eléctrica.
Detectores de vapores.
Inspección visual diaria.
En todos los casos, un sistema de contención secundario debe resistir la presión lateral a la
altura máxima del líquido que puede retener.
Formas de contención y conducción más utilizadas
1. Terrenos con pendientes
Provistos de diques o zanjas para conducir los líquidos derramados a zonas alejadas de los
tanques para almacenarlos o eliminarlos sin peligros.
2. Muros de contención perimetrales.
Su función es evitar la extensión, hacia áreas exteriores a la zona de
almacenamiento, de las pérdidas y derrames de líquidos peligrosos. Estos rodean a
uno sólo o a un conjunto de tanques de almacenamiento y están construidos de
material impermeable y resistente al contacto con las sustancias a retener.
Materiales de construcción generalmente usados: membranas sintéticas, concreto,
arcilla, bentonita, tierra compactada, cemento o asfalto.
Capacidad: Debe poder contener el 100% del contenido del tanque más grande que
existe dentro de sus límites, más un plus para contener agua de lluvia, si los tanques
están a la intemperie, equivalente a la máxima cantidad precipitada en 24 hs. en los
últimos 25 años en la zona de localización.
Se deberán colocar diques alrededor de los tanques para evitar su corrosión por
contacto de los líquidos derramados con el tanque, drenar el agua de lluvia y de
incendio y otras infiltraciones que pueden haber.
Cuando varios tanques grandes están dentro del mismo muro de contención, una
opción es instalar paredes intermedias entre los tanques, para que pequeños
derrames no afecten a los tanques anexos.
Para el caso especial de prevención de mezcla accidental de sustancias
incompatibles almacenadas, los tanques o recipientes que las contengan deberán
estar separados entre sí y ubicados dentro de diques independientes.
Para accionar válvulas o acceder a la cubierta de los tanques que almacenen líquidos
inflamable a temperatura ambiente, no se deberá pasar por debajo del borde
superior del dique correspondiente para evitar aspirar vapores en una concentración
peligrosa para la persona.
3. Bandejas
Se disponen debajo de los recipientes o tanques para recogida y conducción de los
derrames a un contenedor distante mediante tuberías por gravedad.
Para localización elevada, se construyen con material metálico.
Pueden ser muros de 20 a 30 cm de altura con rampas en los accesos, construidos
con material de obra. En estos casos, los tanques pueden descansar sobre el suelo, o
sobre cojinetes, cunas o anillos.
4. Cámara subterránea
Es un compartimento subterráneo que contiene las pérdidas que no son visibles para
el operario.
Se puede construir con pisos y paredes de concreto, recubiertos por un material
impermeable tanto exteriormente (evitar infiltración de agua) como en el interior, en
este caso, además, debe ser compatible con la sustancia a retener.
Los tanques pueden descansar sobre el suelo o sobre cunas dentro de esta cámara.
Se puede rellenar la cámara con tierra compactada para soportar estructuralmente
los tanques y prevenir una explosión de material que pueda entrar en ignición
fácilmente.
5. Tanques de doble pared
Es un tanque completamente cerrado dentro de otro con sistema de detección de
pérdidas.
Materiales de construcción: metal protegido contra corrosión o con una membrana
sintética, epoxis, fibra de vidrio.
Capacidad: Debe poder contener el 100 por ciento del contenido del tanque interior.
6. Accesorios complementarios
Canaletas, encamisados, tuberías de doble pared, pendientes para limitar el alcance de
derrames, sistema especial para drenaje de agua de lluvia y agua de extinción de incendio.
Los desagües para drenaje de agua deben estar normalmente cerrados y abrirse en
caso de necesidad
La ruta de un sistema de drenaje no debe exponer al fuego a tanques e instalaciones
aledañas en el caso de conducir líquidos en estado de ignición
Muros protectores antifuego
Además de los sistemas de contención secundaria, es necesaria la existencia de muros
resistentes al fuego como a los efectos de una explosión con el fin de evitar la propagación
del incendio y actuar como barrera ante la onda destructiva de presión y proyectiles de
restos de materiales o sustancias peligrosas. La capacidad de estos muros para soportar las
cargas térmicas se establece en términos de resistencia al fuego (RF), cuyos valores son
obtenidos mediante ensayos estandarizados tales como las Normas UNE 23093, 23102,
23702 a 23735. En la Norma NFPA 30 se puede encontrar datos respecto a las
características, diseño y aplicación de estos materiales para calorifugado. Además, se debe
tener en cuenta la resistencia de estos muros a los efectos de una explosión en términos de
presión, tiempo y distancia, que podrá encontrarse en normas especializadas (NFPA 69). La
tabla siguiente relaciona las distancias mínimas necesarias a mantener según la resistencia
al fuego de los muros de protección utilizados
Distancias mínimas Resistencia al fuego (RF)
Distancias mínimas Resistencia al fuego (RF)
Sin requerimiento de distancia mínima 240 Corresponde a más de 2 horas de resistencia al fuego.
D mín ≥ 7.6 m 120 Corresponde a 2 horas de resistencia al fuego.
Dmín ≥ 7.6 m ( Para muros que separan
sustancias incompatibles entre sí)
