Facultad Regional Resistencia Dto. de Ingeniería Química

Cátedra Ingeniería de las Instalaciones

Almacenaje de fluidos

en Plantas de Procesos

Ing. Carlos O. Alderetes

Nora F. Bertollo

Serie N°2 / 2004 – Argentina

INTRODUCCION

La recepción, almacenaje, transferencia y despacho de líquidos en las plantas deprocesos constituye una operación frecuente e importante en muchas industrias. Enalgunos casos, como el de las plantas de almacenaje de petróleo, combustibles o degases licuados representan estas operaciones su única y más importante actividad. Enotras 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 ymanipuleo, razón por la que el proyecto de estas instalaciones deberá efectuarsesiguiendo las Normas y mejores practicas de ingeniería vigentes y bajo una visión deconjunto.

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 losmedios para minimizar las posibilidades de accidentes industriales

• Segmentar los productos manejados en función de su uso y compatibilidad químicacon otros almacenados en la planta

• Conocer las Normas y Códigos de ingeniería de aceptación global para el proyecto ydiseño de las instalaciones involucradas

• Integrar los conocimientos de las distintas disciplinas relacionadas en el análisis yvisión global de estas instalaciones

MANEJO DE LIQUIDOS EN PLANTAS INDUSTRIALES

El diagrama de flujo y el balance de masas de una planta de procesos nos permiteconocer los flujos másicos que circulan a través de las instalaciones como así tambiéndeterminar las capacidades requeridas de los equipos necesarios. Esta información juntoa la proporcionada por la ingeniería de procesos nos da idea de las propiedadesfísicoquímicas de los productos involucrados y de las exigencias para su manejo. Nospermite también conocer las transformaciones que sufrirán en el proceso y lascondiciones bajo las cuales se desarrollarán (presión, temperaturas, concentración, etc.)Así resultará que podemos estar frente al manejo de líquidos sencillos como el aguacomo 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 insumosespecíficos en el proceso o para servicios generales. Tal es el caso de los ácidos quepueden emplearse en diversas industrias químicas (CPI) como reactantes, solventes ycatalizadores. 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 licuadospodrán ser utilizados como insumos en algunos procesos (C02 en la fabricación debebidas carbonatadas, N2 como inertizante o GLP como combustible).Visto el amplio campo de productos y usos en la industria, está claro que al momento deorganizar el proyecto de las instalaciones para el manejo de los mismos será necesariocontar con un criterio de segmentación que nos permita agruparlos para su tratamiento.

CLASIFICACION DE PRODUCTOS ALMACENADOS

Criterio de segmentación

Con los fines de almacenamiento, la segmentación de las sustancias que se encuentranen las plantas industriales se hará según el uso que se le da a las mismas. Estaclasificación engloba en siete grupos las sustancias cuya utilización es común a granparte de las industrias químicas de proceso (CPI). Como veremos, este criterio no esarbitrario sino que obedece a un conjunto de razones vinculadas no solo a aspectosoperativos sino fundamentalmente a cuestiones de seguridad industrial.Cada planta industrial podrá utilizar también otras sustancias químicas dentro de susprocesos productivos, para cuyo manejo y almacenamiento se tendrán en cuenta lasreglamentaciones específicas de cada una de ellas.La razón primordial de esta forma de clasificación se debe a la necesidad de plantearlineamientos generales para la realización del diseño preliminar de las instalacionesasociadas. Siguiendo este criterio adoptado encontramos:

• Combustibles: se consideran como tales a aquellas sustancias de uso común en laindustria que actúan como proveedoras de la energía térmica necesaria para losprocesos 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 exclusivamentepara 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 andTechnology (NIST), se entienden como tales a todos aquellos líquidos cuyastemperaturas son menores a –150°C. Se incluyen en este grupo productos talescomo el 02, N2, He, GNL, etc.

TABLA N°1 – SEGMENTACION DE PRODUCTOS EN CPI

Gaseosos Gas natural

LíquidosFuel oil, gasoil

GLP, Butano (gases licuados)

Combustibles

Sólidos Biomasa

Inorgánicos Ác. sulfúrico, nítrico,clorhídrico.

Ácidos

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

ANALISIS DE RIESGOS POTENCIALES

EN EL ALMACENAJE DE LÍQUIDOS

En las plantas industriales al almacenar productos químicos existen riesgos potencialesde accidentes. Estos riesgos pueden originarse o provenir de muy diversas fuentes, asaber:

1. sobrepresión o vacío (roturas de recipientes por explosión o implosión)2. fugas y derrames3. mezclas de productos incompatibles químicamente4. alteración de las condiciones de almacenamiento (temp y presión), entre otras5. cargas eléctricas6. 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 generardiferentes riesgos y problemas. En este sentido es importante recordar que no esnecesario que un producto se encuentre en grandes cantidades como para generar unaccidente de importantes consecuenciasLos 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 entresí, 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 elproblema 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 lodiferencia o asocia a otros, razón por la que los accidentes pueden derivarse decualquier de ellos y están analizados en la tabla siguiente.

MATRIZ N°1 DE RIESGOS POTENCIALES

RiesgosPotenciales Combustibles Ácidos

inorg.Ácidos

orgánicos Álcalis Oxidantes Solventes Reductores Fluidoscriogen.

Fugas √ √ √ √ √ √ √ √

Derrames √ √ √ √ √ √ √ √

Contamina-ciónambiental

√ √ √ √ √ √ √

Pérdidas porevaporación √ √ √

Incendio √ √ √ √ √ √ √ √

Explosión √ √ √ √ √ √ √

Autoignición √

Auto des-composición √ √

Reaccionesexotérmicas √ √ √ √

Reaccionesexplosivas √ √ √ √ √ √

Reactividadcon agua √ √ √ √ √

Corrosión dematerial √ √ √ √ √

Corrosión √ √ √ √ √

Intoxicación/asfixia √ √ √ √ √ √ √

Cáncer √

Emisionestóxicas √ √ √ √ √ √ √ √

Esta matriz junto a las posteriores constituirán verdaderas herramientas para el análisisde problemas potenciales en el almacenamiento y para el proyecto de las medidaspreventivas para eliminarlos o contenerlos.

INCOMPATIBILIDAD QUIMICA ENTRE SUSTANCIAS

Algunos productos químicos, además de acarrear riesgos por sí mismos, son capaces dedar lugar a reacciones peligrosas en contacto con otros. Materiales incompatiblesquímicamente son aquellos que al ponerse en contacto entre sí sufren una reacciónquímica 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 utilizadoscomo materia prima, insumos o productos finales de cualquier industria química, existeriesgo de incompatibilidad química.

Las causas posibles de originar una mezcla no intencional de sustancias diferentespueden 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 delos siguientes aspectos

1. Identificación de:

• sustancias que pueden combinarse en forma inadvertida, incluyendo suscomposiciones 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 combinaciónaccidental de materiales incompatibles. Para evaluar las potenciales mezclas peligrosasde sustancias, se debe investigar combinaciones de todos los materiales que puedenexistir 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 herramientaspara 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. NationalOceanic 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 decontención de fugas y derrames.

La observación atenta de la siguiente matriz, servirá como medida preventiva de losriesgos anteriormente citados cuando se almacenan sustancias químicas incompatiblesen la industria. Esta matriz de aplicación genérica puede resultar muy útil para evaluarestas cuestiones se trate de almacenar productos tanto en el campo industrial como en elpropio laboratorio químico de la planta.

MATRIZ N°2 DE INCOMPATIBILIDADES QUIMICAS

Ácidosinorgánicos

Ácidosoxidantes

Ácidosorgánicos Álcalis Oxidantes Tóxicos,

inorgánicosTóxicos,

orgánicosReactivoscon agua

Solventesorgánicos

Ácidosinorgánicos X X X X X X X

Ácidosoxidantes X X X X X X X

Ácidosorgánicos X X X X X X X

Álcalis X X X X X X

Oxidantes X X X X

Tóxicos,Inorgánicos X X X X X X

Tóxicos,Orgánicos X X X X X X

Reactivoscon agua X X X X X X

Solventesorgánicos X X X X X

X: 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 calienteso llamas abiertas).

Ácidos inorgánicos

Bases minerales, cianuros,nitruros, sulfuros,hipocloritos.Distintas concentraciones delmismo ácido.Ácidos orgánicos, materialesinflamables y/o combustibles.Sustancias tóxicas ovenenosas.

Agua.Metales reactivos.

Ácidos orgánicosÁcidos inorgánicosOxidantesComburentes

Fuentes de ignición (calor,chispas, superficies calienteso llamas abiertas).

Álcalis

Ácidos, explosivos, peróxidosorgánicos y materiales defácil ignición.Sustancias tóxicas ovenenosas.

AguaMetales reactivos

OxidantesMateriales combustibles einflamables.Materiales orgánicos.

Fuentes de calorHumedadAgentes reductores: zinc,metales alcalinos.

Solventes Ácidos.Materiales oxidantes.

Fuentes de ignición (calor,chispas, superficies calienteso llamas abiertas).

Reductores

Ácidos.Materiales oxidantes.Alcoholes, halógenos,haluros.

Agua, aire y oxígeno.

Fluidos criogénicosÁcidos inorgánicos.Materiales oxidantes.Comburentes.

Agua, Fuentes de ignición(calor, chispas, superficiescalientes o llamas abiertas).

TABLA N°3 - EFECTOS DE MEZCLAS QUIMICAS INCOMPATIBLES

Combinación Resultado

SolventesÁlcalis y ácidos fuertes + Ácidos orgánicos Combustibles

Fluidos criogénicosinflamables

Explosión / incendio

Álcalis y ácidos fuertes + Solventes Sustan. tóxicas Emisión de gas tóxico

SolventesCombustibles + OxidantesÁcidos orgánicosFluidos criogénicosinflamables

Explosión / incendio

Ácidos + Álcalis Vapores corrosivos / generación decalor

IDENTIFICACION DE PRODUCTOS EN EL ALMACENAMIENTO

Todos los tanques y recipientes que almacenen sustancias químicas deberán llevarseñales de advertencia para que en el caso de un accidente grave (fuga, derrame,incendio) pueda conocerse con precisión la naturaleza de los productos almacenados yactuar con los medios adecuados.

Las señales de advertencia deberán identificar:

• Nombre químico, nombre comercial y número de clase de material de lasNaciones Unidas

• Riesgo asociado a la sustancia que se almacena

Esta identificación se ubicará en lugar visible y deberá cumplir con las normas oficialescorrespondientes. Algunas normas internacionales reconocidas que pueden aplicarse,son:− Código de etiquetado de la Unión Europea, que 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 unsistema de identificación de riesgos para que en un eventual incendio o emergencia,las personas afectadas puedan reconocer los riesgos de los materiales respecto delfuego. Este código ha sido creado para dar información al cuerpo de bomberos en elterreno. No identifica los peligros para la salud de una sustancia química, ensituaciones distintas de una emergencia.

Interpretación Cuadro Riesgos – NFPA

Salud (azul)4 Peligro Puede ser fatal en cortas exposiciones. Equipos de protección especializada se requiere3 Atención Corrosivo o tóxico. Evitar contacto o inhalación2 Atención Puede ser perjudicial inhalar o absorber1 Aviso Puede ser irritante0 Sin peligro usualmente

Inflamabilidad (rojo)4 Peligro gas inflamable o liquido extremadamente inflamable3 Atención liquido inflamable con flash point por debajo de 100° F2 Advertencia Combustible liquido con flash point de 100° a 200° F1 Combustible si es calentado0 No combustible

Reactividad (amarillo)4 Peligro material explosivo a temperatura ambiente3 Peligro Puede ser explosivo si es golpeado, calentado bajo confinamiento o mezclado con agua2 Atención inestable o puede reaccionar violentamente si se mezcla con agua1 Aviso Puede reaccionar si es calentado o mezclado con agua pero no violentamente0 estable No reactivo cuando es mezclado con agua

Casos Especiales (blanco)W Reactivo con aguaOX 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 losriesgos, la lista de sustancias peligrosas, los requisitos para el embalaje, losrecipientes intermediarios y las cantidades máximas para el transporte de unasustancia, 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 nose haya realizado su limpieza y/o descontaminación. Se aconseja señalar esta condicióny el número de clase del material que se contuvo.

ALMACENAJE DE FLUIDOS

1. Tanques de almacenaje (storage tank)

La mayor parte de los líquidos manejados en las industrias de procesos se almacena agranel en tanques que operan en el entorno de la presión atmosférica. La necesidad destock en las plantas puede presentarse tanto en el aprovisionamiento como en eldespacho de productos elaborados, sean estos intermedios o finales del proceso. Lacapacidad total de almacenaje como la individual de cada tanque dependerá según elcaso analizado de:

1. el balance entre el flujo producido y demandado por el consumidor2. la reserva fijada como crítica, expresada en días de marcha o volumen mínimo3. los medios, capacidad y costos de transporte (logística)4. las distancias al proveedor / cliente y los tiempos de entrega5. costo y grado de importancia del producto en el proceso productivo o servicio6. espacio disponible en planta7. requisitos de las Normas de Cuidado Ambiental (EPA) y otras aplicables en el país8. exigencias de las Normas de Seguridad (NFPA y OSHA) y otras vigentes en el país9. requisitos de las compañías aseguradoras (ART)

Como viéramos anteriormente en el análisis de problemas potenciales, el proyecto deestos equipos exige la consideración simultánea de múltiples aspectos a fin de lograr unproyecto confiable tanto en lo operativo como en los temas que hacen a la seguridadindustrial y ambiental como así también a las inversiones requeridas.Esta etapa del proyecto es muy importante ya que exige la consideración y aplicación dealgunas herramientas tales como:

• Intensificación: esta técnica implica minimizar el stock de productos peligrosos aun nivel tal que su peligro sea reducido en el caso de algún accidente

• Sustitución: esta técnica implica analizar las posibles sustituciones de materialespeligrosos por otros más seguros o bien por operaciones más confiables

• Atenuación: consiste en evaluar el manejo de productos peligrosos pero bajocondiciones más seguras. Ejemplo, el GLP puede ser almacenado como líquidorefrigerado a presión atmosférica en vez de a presión a temperatura ambiente

• Simplificación: consiste en desarrollar diseños sencillos, amigables y seguros queminimicen los errores operativos. Es decir, evitar instalaciones complejas

• Efecto dominó (Knock-on effects): las instalaciones deberán ser proyectadas demodo tal de reducir la posibilidad de que se propague hacia otras áreas

• Poka Yoke: esta técnica consiste en diseñar los componentes críticos de modo talde evitar que se puedan producir conexiones o derivaciones de manera incorrectapor parte de los operadores. Por ejemplo, evitar la conexión de tanques donde debeimpedirse la mezcla de productos por su incompatibilidad química.

Los tanques de almacenaje pueden clasificarse según distintos criterios y su seleccióndependerá del análisis global de la instalación y de su impacto sobre los procesosasociados. Así encontramos los siguientes diseños:

• Tanques cuadrados o rectangulares: se emplean para almacenar productos noagresivos (agua, mieles, jarabes, etc.) y son de baja capacidad ( V < 20 m3). Sonconstruidos generalmente de acero al carbono y operan a presión atmosférica

• Tanques cilíndricos horizontales: se emplean para almacenar productos dediferente naturaleza química (ácidos, álcalis, combustibles, lubricantes, etc). Son demediana capacidad de almacenaje (V < 150 m3). Estos tanques a su vez pueden ser:aéreos (aboveground storage) o subterráneos (underground storage) y pueden tenersus extremos planos o abovedados

1. Tanque ASME horizontal para almacenaje de ácidos

• Tanques cilíndricos verticales: se emplean para almacenar productos de diferentenaturaleza química (ácidos, álcalis, hidrocarburos, efluentes industriales, etc) y sonde gran capacidad de almacenaje (V = 10 a 20.000 m3). Estos a su vez pueden serclasificados 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 formadependerá del volumen requerido, el espacio disponible, las inversiones exigidas, etc.

que harán que en algunas situaciones un tipo determinado sea más indicado que otro yque habrá que determinar en cada caso en particular.

2. Tanque API para almacenaje de hidrocarburos

2. Recipientes a presión (pressure vessels)

Como es sabido, muchos de los productos requeridos o producidos en las industriasrequieren para su almacenaje y utilización de presiones superiores a la atmosférica,dando lugar así a los llamados recipientes a presión. Estos equipos deberán ser capacesde contener productos de diferente naturaleza química bajo las condiciones de operaciónrequeridas (presiones, temperaturas, concentraciones, etc)Dependiendo de los volúmenes manejados y de las condiciones de operación, estosrecipientes 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 CODIGOS DE DISEÑO

a) Tanques de almacenaje

Para el calculo, diseño y construcción de estos equipos existen varias Normas yCódigos, pero las más difundidas y empleadas en las industrias de procesos son las delAmerican Petroleum Institute (API), siendo los estándares aplicables los siguientes

• API Standard 620 (1990) : es aplicable a grandes tanques horizontales o verticalessoldados en el campo, aéreos que operan a presiones en el espacio vapor menores a2.5 psig y a temperaturas no superiores a 93°C

• API Standard 650 (1998) : es aplicable a grandes tanques horizontales o verticalessoldados en el campo, aéreos que operan a presiones en el espacio vapor menores a1.5 psig y a temperaturas no superiores a 121°C

• API Specification 12D: es aplicable a tanques horizontales o verticales soldados enel campo para almacenaje de líquidos de producción y con capacidadesestandarizadas entre 75 y 1500 m3

• API Specification 12F: es aplicable a tanques horizontales o verticales soldados entaller para almacenaje de líquidos de producción y con capacidades estandarizadasentre 13.5 y 75 m3

• API Standard 653 (1991) : es aplicable a la inspección, reparación, alteracióndesmontaje y reconstrucción de tanques horizontales o verticales, basándose en lasrecomendaciones del STD API 650. Recomienda también la aplicación de lastécnicas de ensayos no destructivos aplicables

Estos estándares cubren el diseño, fabricación, inspección, montaje ensayos ymantenimiento de los mismos y fueron desarrollados para el almacenaje de productos dela industria petrolera y petroquímica, pero su aceptación a sido aplicada al almacenajede numerosos productos en otras industrias. Si bien estas normas cubren muchosaspectos, no todos están contemplados, razón por la que existen otras normascomplementarias a las mismas. Existen además de los mencionados estándares otrasnormas que también son aplicables a estos casos, pero cubriendo no solo materialesconstructivos 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: esaplicable para el diseño de diferentes recipientes y tanques tanto cilíndricos,esféricos como de sección rectangular. Se trata de los estándares más reconocidosmundialmente en este campo de aplicación

• Underwriters Laboratories (UL) Standard UL 142: es aplicable a tanques deacero de diferentes diseños soldados en taller para almacenaje de líquidosinflamables y combustibles

• British Standard (BS) 2594: es aplicable a tanques cilíndricos horizontales deacero al carbono soldados

• BS 4994: comprende las especificaciones para el diseño y construcción derecipientes y tanques en plásticos reforzados

• BS 6374: comprende las especificaciones para el recubrimiento de recipientes ytanques con materiales poliméricos

• ASTM D 3299 / 4021 / 4097: comprende las especificaciones para tanques plásticosreforzados con fibra de vidrio

b) Recipientes a presión

Para el calculo, diseño y construcción de estos equipos son tres las Normas y Códigosmás 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 tocontain 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 porel 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, laconsideración 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 teniendoen cuenta las exigencias de las Normas y Códigos de Seguridad y Medio Ambientevigentes, para lo cual nos tendremos que basar en la matriz de causas potenciales defallas analizada anteriormente. Esto permitirá definir los elementos tanto de medición ycontrol de las variables críticas como seleccionar los dispositivos de seguridad quecorrespondieren aplicarse en cada caso analizado. También se deberá en esta etapadefinir el control y management del stock de productos. Encontramos así las siguientesetapas de ingeniería:

1. Diagrama de P&ID: deberá contemplar el esquema de piping, instrumentación ycontrol. 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 quepueden generarse por distintas causas, sumadas al hecho que muchos de los líquidosalmacenados pueden ser volátiles y emitir en consecuencia gases inflamables,tóxicos y contaminantes, hacen que deban preverse dispositivos para alivio ycontención. También muchos productos requieren ser almacenados en atmósferasinertes debido a que su contacto con el oxígeno o vapor de agua pueden no solocontaminarlos sino ser peligroso. Este hecho será tanto más importante cuantomayor 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 estánregidos 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 practicas 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 depresión 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

• Dispositivos de alivio de presión e inertización en TK API

3. Cuidado ambiental: vimos que los tanques de almacenaje pueden contenerproductos volátiles capaces de producir emisiones gaseosas contaminantes para elmedio ambiente, entre ellos los llamados Volatile Organic Compound (VOCs) quees preciso medir y controlar. A los fines de reglamentar el control de estas emisionesla Environmental Protection Agency de USA (EPA) estableció el estándar siguientey un software para su calculo

• EPA 40 CFR, Part 60, Subparts K, Ka y Kb, titulado: “ Standars for performancefor storage vessels for petroleum liquids”

• TANKS, versión 4.09 software (EPA): el programa calcula las emisiones de lostanques basado en el standard API 42 sobre: “ Compilación de contaminantes delaire 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 parael 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 PREVENCION 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, elmedio 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 protecciónactivas y pasivas adecuadas para defensa contra incendios y que pueden ser de dostipos:

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.

METODOS DE PROTECCION PASIVA

DISTANCIAS MINIMAS

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/oinflamable, disminuyen con el cuadrado de la distancia. Una vez ocurrido un accidente,ya sea químico o mecánico, las concentraciones tóxicas y/o inflamables, las radiacionestérmicas, 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 puedenextenderse en el peor de los casos hacia zonas aledañas a la planta industrial como enefecto dominó. Las consecuencias de estos accidentes son catastróficas si no se respetanmínimas distancias, debidamente calculadas y estipuladas en normas reconocidas, entrelas facilidades de la planta, que permiten la atenuación de los efectos dañinos. Veamosalgunos ejemplos de los efectos provocados por el almacenaje de GLP

• Una bola de fuego (grandes esferas para almacenamiento de GLP) suelesuponer 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 grandesesferas 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 plantasquímicas y petroleras según Industrial Risk Insurers (IRI)

Edificios para servicios generales 1 /

Centros para control de motores ysubestaciones eléctricas 2 / /

Áreas para servicios de procesos 3 50 50 /

Torres para enfriamiento 4 50 50 100 50

Salas de control 5 / / 100 100 /

Salas de compresores 6 100 100 100 100 100 30

Salas grandes de bombas 7 100 100 100 100 100 30 30

Unidades de procesos con riesgomoderado 8 100 100 100 100 100 30 30 50

Unidades de procesos con riesgomedio 9 200 100 100 100 200 50 50 100 100

Unidades de procesos con riesgoalto 10 400 200 200 200 300 100 100 200 200 200

Tanques para almacenamientoatmosférico 11 250 250 250 250 250 250 250 250 300 350 *

Tanques de almacenamiento apresión 12 350 350 350 350 350 350 350 350 350 3501 * *

Tanques para almacenamientorefrigerado 13 350 350 350 350 350 350 350 350 350 350 * * *

Antorchas 14 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 400 400 /

Marquesinas para carga ydescarga 15 200 200 200 200 200 200 200 200 200 300 250 350 350 300 50

Bombas para agua DCI 16 50 50 50 50 50 200 200 200 300 300 350 350 350 300 200 /

Estaciones para DCI 17 50 50 50 50 50 200 200 200 300 300 350 350 350 300 200 / /

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Distancias mínimas en pies: 1 pies = 0,305 m. Ejemplo: 1 350 pies entre un tanque dealmacenamiento a presión y unidades de proceso con riesgo altoObservaciones: / = sin requisitos de separación y * = separación según tabla 2.

2. Distancias recomendadas entre tanques de almacenamientoen plantas químicas petroleras según IRITanques detecho flotanteo fijo <477 m3

1 0,5 . D*

Tanques detecho flotanteo fijo entre477 y 1590 m3

2 0,5 . D 0,5 . D

Tanques detecho flotanteentre 1590 y47700 m3

3 1 x D 1 x D 1 x D

Tanques detecho flotante>47700 m3

4 1 x D 1 x D 1 x D 1 x D

Tanques detecho fijo paraproductos declases II y IIIentre 1590 y47700 m3

5 0,5 . D 0,5 . D 1 x D 1 x D 0,5 . D

Tanques detecho fijo paraproductos declasesI**inertizadosentre 1590 y23850 m3.

6 1 x D 1 x D 1 x D 1 x D 1 x D 1 x D

Recipientesparaalmacenamiento a presión(esferas yesferoides).

71,5 . D100’MIN

1,5 . D100’MIN

1,5 . D100’MIN

2 x D1,5 . D100’MIN

1,5 . D100’MIN

1,5 . D100’MIN

Recipientesparaalmacenamiento a presión(depósitos ypuros)

81,5 . D100’MIN

1,5 . D100’MIN

1,5 . D100’MIN

2 x D1,5 . D100’MIN

1,5 . D100’MIN

1 x D100’MIN

1 x D

Tanques paraalmacenamiento refrigerado(con cúpula)

92 x D100’MIN

2 x D100’MIN

2 x D100’MIN

2 x D2 x D100’MIN

2 x D100’MIN

1 x D100’MIN

1 x D100’MIN

1 x D100’MIN

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Distancias mínimas en pies: 1 pies = 0,305 m. D = diámetro del tanque mayor1 barril = 42 galones = 159 litros y ºC = (ºF-32) x 0,555Observaciones: * Para productos de clases II y III, 5 pies es aceptable y ** O paraproductos de clases II o II a temperaturas >200 ºF.

Estas tablas y sus recomendaciones son muy importantes ya que tendrán una marcadainfluencia en el diseño del layout de planta. Sus exigencias impondrán en el proyectociertas limitaciones con las que habrá que trabajar a la hora de optimizar este trazado.

MEDIOS DE CONTENCION DE FUGAS Y DERRAMES

Las distancias mínimas requeridas entre tanques, recipientes y demás instalaciones de laplanta industrial pueden ser reducidas en algunos casos, si existen en el área formas decontención o contenedores secundarios de fugas y derrames, así como medios para suconducción hacia zonas seguras para su disposición final o tratamiento.El objetivo primordial es evitar que pérdidas de sustancias peligrosas almacenadas, yasea debido a fugas, derrames (sobrellenados, caídas de recipientes) o roturas derecipientes, lleguen a fuentes de agua naturales y suelos produciendo una contaminaciónambiental grave. Además, es necesaria su existencia con el fin de evitar que se mezclenproductos químicos incompatibles con las consecuencias drásticas que esto acarrea.Estas fugas o derrames serán tanto más importantes cuanto mayor sea el precio delproducto perdido. De aquí que los medios de contención sirvan también para recuperarel producto derramado y permitir su tratamientoSegún la EPA, un contenedor secundario es un sistema de almacenamiento deemergencia temporal, diseñado para retener pérdidas o derrames de tanques quecontienen sustancias peligrosas.Un sistema de contención secundario debe estar equipado con un sistema de detecciónde 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 tiempopracticable. 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 presiónlateral 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 líquidosderramados 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 dealmacenamiento, de las pérdidas y derrames de líquidos peligrosos. Estosrodean a uno sólo o a un conjunto de tanques de almacenamiento y estánconstruidos de material impermeable y resistente al contacto con lassustancias 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 másgrande que existe dentro de sus límites, más un plus para contener agua delluvia, si los tanques están a la intemperie, equivalente a la máxima cantidadprecipitada en 24 hs en los últimos 25 años en la zona de localización.

• Se deberán colocar diques alrededor de los tanques para evitar su corrosiónpor contacto de los líquidos derramados con el tanque, drenar el agua delluvia 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 quepequeños derrames no afecten a los tanques anexos.

• Para el caso especial de prevención de mezcla accidental de sustanciasincompatibles almacenadas, los tanques o recipientes que las contengandeberán estar separados entre sí y ubicados dentro de diques independientes.

• Para accionar válvulas o acceder a la cubierta de los tanques que almacenenlíquidos inflamable a temperatura ambiente, no se deberá pasar por debajo delborde superior del dique correspondiente para evitar aspirar vapores en unaconcentración peligrosa para la persona.

2. Bandejas

• Se la disponen debajo de los recipientes o tanques para recogida yconducción de los derrames a un contenedor distante mediante tuberías porgravedad.

• 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 puedendescansar sobre el suelo, o sobre cojinetes, cunas o anillos.

3. Cámara subterránea

• Es un compartimento subterráneo que contiene las pérdidas que no sonvisibles para el operario.

• Se puede construir con pisos y paredes de concreto, recubiertos por unmaterial impermeable tanto exteriormente (evitar infiltración de agua) comoen el interior, en este caso, además, debe ser compatible con la sustancia aretener.

• Los tanques pueden descansar sobre el suelo o sobre cunas dentro de estacámara.

• Se puede rellenar la cámara con tierra compactada para soportarestructuralmente los tanques y prevenir una explosión de material que puedaentrar en ignición fácilmente.

4. Tanques de doble pared

• Es un tanque completamente cerrado dentro de otro con sistema de detecciónde pérdidas.

• Materiales de construcción: metal protegido contra corrosión o con unamembrana sintética, epoxis, fibra de vidrio.

• Capacidad: Debe poder contener el 100 por ciento del contenido del tanqueinterior.

5. Accesorios complementarios: canaletas, encamisados, tuberías de doble pared,pendientes para limitar el alcance de derrames, sistema especial para drenaje de agua delluvia y agua de extinción de incendio.

• Los desagües para drenaje de agua deben estar normalmente cerrados yabrirse en caso de necesidad

• La ruta de un sistema de drenaje no debe exponer al fuego a tanques einstalaciones 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 murosresistentes al fuego como a los efectos de una explosión con el fin de evitar lapropagación del incendio y actuar como barrera ante la onda destructiva de presión yproyectiles de restos de materiales o sustancias peligrosas. La capacidad de estos murospara 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 datosrespecto 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 unaexplosión en términos de presión, tiempo y distancia, que podrá encontrarse en normasespecializadas (NFPA 69). La tabla siguiente relaciona las distancias mínimasnecesarias a mantener según la resistencia al fuego de los muros de protecciónutilizados

Distancias mínimas Resistencia al fuego (RF)Sin requerimiento de distanciamínima 240 Corresponde a más de 2 horas

de resistencia al fuego.

D mín ≥ 7.6 m 120 Corresponde a 2 horas deresistencia al fuego.

Dmín�≥�7.6 m ( Para murosque separan sustanciasincompatibles entre sí)

120 Corresponde a 2 horas deresistencia al fuego.

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