Facultad Regional Resistencia Dto. de Ingeniera Qumica Ctedra Ingeniera de las Instalaciones

Almacenaje de fluidos en Plantas de Procesos

Ing. Carlos O. Alderetes Nora F. Bertollo

Serie N2 / 2004 Argentina

INTRODUCCION

La recepcin, almacenaje, transferencia y despacho de lquidos en las plantas de procesos constituye una operacin frecuente e importante en muchas industrias. En algunos casos, como el de las plantas de almacenaje de petrleo, combustibles o de gases licuados representan estas operaciones su nica y ms importante actividad. En otras industrias puede necesitarse manejar tanto productos qumicos, alimenticios, combustibles como efluentes y gases licuados simultneamente. Esta variedad de productos de los que se pueden requerir distintas cantidades en stock, tienen obviamente requerimientos comunes como especficos para su almacenaje y manipuleo, razn por la que el proyecto de estas instalaciones deber efectuarse siguiendo las Normas y mejores practicas de ingeniera vigentes y bajo una visin de conjunto.

OBJETIVOS La lectura atenta y anlisis del trabajo permitirn 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 funcin de su uso y compatibilidad qumica con otros almacenados en la planta Conocer las Normas y Cdigos de ingeniera de aceptacin global para el proyecto y diseo de las instalaciones involucradas Integrar los conocimientos de las distintas disciplinas relacionadas en el anlisis y visin 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 permite conocer los flujos msicos que circulan a travs de las instalaciones como as tambin determinar las capacidades requeridas de los equipos necesarios. Esta informacin junto a la proporcionada por la ingeniera de procesos nos da idea de las propiedades fsicoqumicas de los productos involucrados y de las exigencias para su manejo. Nos permite tambin conocer las transformaciones que sufrirn en el proceso y las condiciones bajo las cuales se desarrollarn (presin, temperaturas, concentracin, etc.) As resultar que podemos estar frente al manejo de lquidos sencillos como el agua como frente a otros complejos: alimenticios (lcteos, jugos ctricos), cidos, lcalis, solventes, efluentes, gases licuados, combustibles, etc. Algunos de estos productos participarn como materia prima y otros como insumos especficos en el proceso o para servicios generales. Tal es el caso de los cidos que pueden emplearse en diversas industrias qumicas (CPI) como reactantes, solventes y catalizadores. Anlogamente, los lcalis pueden emplearse tambin como reactantes, neutralizantes y como catalizador en la fabricacin de productos farmacuticos, qumicos, celulosa y papel, jabones y detergentes, etc. Tambin los gases licuados podrn ser utilizados como insumos en algunos procesos (C02 en la fabricacin de bebidas carbonatadas, N2 como inertizante o GLP como combustible). Visto el amplio campo de productos y usos en la industria, est claro que al momento de organizar el proyecto de las instalaciones para el manejo de los mismos ser necesario contar con un criterio de segmentacin que nos permita agruparlos para su tratamiento.

CLASIFICACION DE PRODUCTOS ALMACENADOS

Criterio de segmentacin Con los fines de almacenamiento, la segmentacin de las sustancias que se encuentran en las plantas industriales se har segn el uso que se le da a las mismas. Esta clasificacin engloba en siete grupos las sustancias cuya utilizacin es comn a gran parte de las industrias qumicas 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 podr utilizar tambin otras sustancias qumicas dentro de sus procesos productivos, para cuyo manejo y almacenamiento se tendrn en cuenta las reglamentaciones especficas de cada una de ellas. La razn primordial de esta forma de clasificacin se debe a la necesidad de plantear lineamientos generales para la realizacin del diseo preliminar de las instalaciones asociadas. Siguiendo este criterio adoptado encontramos: Combustibles: se consideran como tales a aquellas sustancias de uso comn en la industria que actan como proveedoras de la energa trmica necesaria para los procesos que se llevan a cabo en la misma. Acidos y lcalis: se incluyen productos tanto inorgnicos como orgnicos.

Solventes: se consideran a los productos qumicos que se utilizan exclusivamente para disolver otras sustancias con los fines de separar componentes de una mezcla. Entre los ms utilizados estn: benceno, tolueno, ter etlico, ter de petrleo. Oxidantes y reductores: a aquellas sustancias utilizadas con fines catalticos. Lquidos criognicos: de acuerdo al National Institute of Standards and Technology (NIST), se entienden como tales a todos aquellos lquidos cuyas temperaturas son menores a 150C. Se incluyen en este grupo productos tales como el 02, N2, He, GNL, etc.

TABLA N1 SEGMENTACION DE PRODUCTOS EN CPI

Gaseosos

Gas natural

Combustibles

Fuel oil, gasoil Lquidos GLP, Butano (gases licuados)

Slidos

Biomasa

Inorgnicos cidos Orgnicos

c. sulfrico, ntrico, clorhdrico.

c. Actico, ctrico

lcali

Hidrxido de sodio, de potasio, de amonio

Oxidantes

Permanganatos, perxidos, percloratos, cloratos, cloritos, nitratos

Solventes

ter etlico, ter de petrleo, benceno, tolueno

Reductores Fluidos Criognicos

Amonaco, compuestos orgnicos oxgeno, nitrgeno, helio, GNL

ANALISIS DE RIESGOS POTENCIALES EN EL ALMACENAJE DE LQUIDOS

En las plantas industriales al almacenar productos qumicos existen riesgos potenciales de accidentes. Estos riesgos pueden originarse o provenir de muy diversas fuentes, a saber: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. sobrepresin o vaco (roturas de recipientes por explosin o implosin) fugas y derrames mezclas de productos incompatibles qumicamente alteracin de las condiciones de almacenamiento (temp y presin), entre otras cargas elctricas causas naturales (terremotos, ciclones, alta temperatura ambiental, rayos, etc.) errores operativos o fallas de componentes, etc.

Debido a sus propiedades fsicas y qumicas, 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 daos materiales en la planta industrial y perjudicar al medio ambiente. Los riesgos principales enumerados a continuacin, tienen una fuerte interrelacin entre s, y la mayora de las veces la consecuencia de una falla se transforma en causa de otra, dndose el fenmeno de reacciones en cadena o efecto domin 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 fbrica.

Incendio / explosin Emisiones txicas Corrosividad

Los que daan seriamente al medio ambiente

Fugas / derrames Corrosin Emisiones txicas

Los que ocasionan prdidas materiales

-

Incendio / explosin Corrosividad Prdidas por evaporacin

Cada familia de productos tiene en general un grado de riesgo caracterstico que lo diferencia o asocia a otros, razn por la que los accidentes pueden derivarse de cualquier de ellos y estn analizados en la tabla siguiente.

MATRIZ N1 DE RIESGOS POTENCIALES

Riesgos Potenciales Fugas Derrames Contaminacin ambiental Prdidas por evaporacin Incendio Explosin Autoignicin Auto descomposicin Reacciones exotrmicas Reacciones explosivas Reactividad con agua Corrosin de material Corrosin Intoxicacin/ asfixia Cncer Emisiones txicas

Combustibles

cidos inorg.

cidos orgnicos

lcalis Oxidantes Solventes Reductores

Fluidos criogen.

Esta matriz junto a las posteriores constituirn verdaderas herramientas para el anlisis de problemas potenciales en el almacenamiento y para el proyecto de las medidas preventivas para eliminarlos o contenerlos.

INCOMPATIBILIDAD QUIMICA ENTRE SUSTANCIAS Algunos productos qumicos, adems de acarrear riesgos por s mismos, son capaces de dar lugar a reacciones peligrosas en contacto con otros. Materiales incompatibles qumicamente son aquellos que al ponerse en contacto entre s sufren una reaccin qumica descontrolada que puede resultar en:

Emisin de gases txicos. Emisin de gases corrosivos o inflamables. Formacin de lquido corrosivo. Reaccin explosiva. Formacin de producto sensible a friccin o choque. Reaccin exotrmica. Explosin / Incendio. Generacin de gases que puedan romper el recipiente contenedor. Calentamiento de sustancias que inicie una descomposicin o reaccin descontrolada (runaway reaction). Reduccin de la estabilidad trmica de una sustancia. Degradacin de la calidad de los productos almacenados. Deterioro de contenedores (envases, etiquetas, etc.).

En el depsito o zona de almacenamiento, ya sea de productos qumicos utilizados como materia prima, insumos o productos finales de cualquier industria qumica, existe riesgo de incompatibilidad qumica. Las causas posibles de originar una mezcla no intencional de sustancias diferentes pueden ser:

Fugas Derrames Roturas de recipientes, tuberas, etc. Incendio Explosin Fallo de operacin (abrir vlvulas equivocadas, no cerrar vlvulas, etc.) Ausencia de sello hidrulico de bombas para operaciones de carga y descarga en la zona de almacenamiento Ausencia de estanqueidad de las vlvulas de bloqueo o regulacin

La prevencin de mezclas de productos qumicos incompatibles requiere el anlisis de los siguientes aspectos 1. Identificacin de: sustancias que pueden combinarse en forma inadvertida, incluyendo sus composiciones o concentraciones, cantidades especficas de las sustancias existentes. temperaturas de almacenamiento, confinamientos (sistemas abiertos o cerrados), atmsfera (aire, inertizada con nitrgeno, enriquecida con oxgeno), mximo tiempo en el que los materiales pueden estar en contacto,

todo, para prever posibles escenarios donde podra ocurrir una potencial combinacin 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 anlisis: Combustibles cidos inorgnicos cidos orgnicos lcalis Oxidantes Solventes Reductores Fluidos criognicos Otras materias primas Otros insumos Productos finales Contaminantes Agua y aire

2. Prediccin de reacciones qumicas indeseadas: Establecidos los distintos escenarios posibles, se podrn consultar varias herramientas para predecir si pueden o no ocurrir reacciones qumicas no deseadas:

Hojas de Seguridad de los productos qumicos en cuestin. (MSDS: Material Safety Data Sheets. Seccin 10, Stability and Reactivity) Brethericks Handbook of Reactive Chemical Hazards. ButterworthHeinemann. 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 recopilacin de estos datos sirve para determinar:

Caractersticas de diseo de equipos Procedimientos de operacin. Lmites crticos de los parmetros de almacenamiento

3. Segmentacin de productos por incompatibilidad qumica. 4. Establecimiento de distancias mnimas, muros de proteccin y sistemas de contencin de fugas y derrames. La observacin atenta de la siguiente matriz, servir como medida preventiva de los riesgos anteriormente citados cuando se almacenan sustancias qumicas incompatibles en la industria. Esta matriz de aplicacin genrica puede resultar muy til para evaluar estas cuestiones se trate de almacenar productos tanto en el campo industrial como en el propio laboratorio qumico de la planta.

MATRIZ N2 DE INCOMPATIBILIDADES QUIMICAScidos cidos cidos Txicos, Txicos, Reactivos Solventes lcalis Oxidantes inorgnicos oxidantes orgnicos inorgnicos orgnicos con agua orgnicos cidos inorgnicos X X X X X X X

cidos oxidantes

X

X

X

X

X

X

X

cidos orgnicos

X

X

X

X

X

X

X

lcalis

X

X

X

X

X

X

OxidantesTxicos, Inorgnicos

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

Txicos, Orgnicos

X

X

X

X

X

X

Reactivos con agua

X

X

X

X

X

X

Solventes orgnicos

X

X

X

X

X

X: No compatible

TABLA N2 - PRECAUCIONES PARA EL ALMACENAJETipo de producto No almacenar junto a Evitar contacto o cercana con

Combustibles

cidos inorgnicos

cidos orgnicos

lcalis

Oxidantes Comburentes Sustancias txicas Gases venenosos cidos y bases minerales. Bases minerales, cianuros, nitruros, sulfuros, hipocloritos. Distintas concentraciones del mismo cido. cidos orgnicos, materiales inflamables y/o combustibles. Sustancias txicas o venenosas. cidos inorgnicos Oxidantes Comburentes cidos, explosivos, perxidos orgnicos y materiales de fcil ignicin. Sustancias txicas o venenosas. Materiales combustibles e inflamables. Materiales orgnicos. cidos. Materiales oxidantes. cidos. Materiales oxidantes. Alcoholes, halgenos, haluros. cidos inorgnicos. Materiales oxidantes. Comburentes.

Fuentes de ignicin (calor, chispas, superficies calientes o llamas abiertas).

Agua. Metales reactivos.

Fuentes de ignicin (calor, chispas, superficies calientes o llamas abiertas). Agua Metales reactivos Fuentes de calor Humedad Agentes reductores: zinc, metales alcalinos. Fuentes de ignicin (calor, chispas, superficies calientes o llamas abiertas). Agua, aire y oxgeno.

Oxidantes

Solventes

Reductores

Fluidos criognicos

Agua, Fuentes de ignicin (calor, chispas, superficies calientes o llamas abiertas).

TABLA N3 - EFECTOS DE MEZCLAS QUIMICAS INCOMPATIBLES Combinacin Solventes lcalis y cidos fuertes + cidos orgnicos Combustibles Fluidos criognicos inflamables Resultado

Explosin / incendio

lcalis y cidos fuertes + Solventes Sustan. txicas

Emisin de gas txico

Solventes Combustibles cidos orgnicos Fluidos criognicos inflamables

+

Oxidantes Explosin / incendio

cidos

+

lcalis

Vapores corrosivos / generacin de calor

IDENTIFICACION DE PRODUCTOS EN EL ALMACENAMIENTO Todos los tanques y recipientes que almacenen sustancias qumicas debern llevar seales de advertencia para que en el caso de un accidente grave (fuga, derrame, incendio) pueda conocerse con precisin la naturaleza de los productos almacenados y actuar con los medios adecuados. Las seales de advertencia debern identificar:

Nombre qumico, nombre comercial y nmero de clase de material de las Naciones Unidas Riesgo asociado a la sustancia que se almacena

Esta identificacin se ubicar en lugar visible y deber cumplir con las normas oficiales correspondientes. Algunas normas internacionales reconocidas que pueden aplicarse, son: Cdigo de etiquetado de la Unin Europea, que contiene una descripcin de los riesgos y de las medidas de precaucin y un sistema de proteccin de imgenes.

Sistema de la National Fire Protecction Association (NFPA 704-M). Establece un sistema de identificacin de riesgos para que en un eventual incendio o emergencia, las personas afectadas puedan reconocer los riesgos de los materiales respecto del fuego. Este cdigo ha sido creado para dar informacin al cuerpo de bomberos en el terreno. No identifica los peligros para la salud de una sustancia qumica, en situaciones distintas de una emergencia.

Interpretacin Cuadro Riesgos NFPA4 3 2 1 0 Peligro Atencin Atencin Aviso Salud (azul) Puede ser fatal en cortas exposiciones. Equipos de proteccin especializada se requiere Corrosivo o txico. Evitar contacto o inhalacin Puede ser perjudicial inhalar o absorber Puede ser irritante Sin peligro usualmente Inflamabilidad (rojo) gas inflamable o liquido extremadamente inflamable liquido inflamable con flash point por debajo de 100 F Combustible liquido con flash point de 100 a 200 F Combustible si es calentado No combustible

4 Peligro 3 Atencin 2 Advertencia 1 0

4 3 2 1 0

Peligro Peligro Atencin Aviso estable

Reactividad (amarillo) material explosivo a temperatura ambiente Puede ser explosivo si es golpeado, calentado bajo confinamiento o mezclado con agua inestable o puede reaccionar violentamente si se mezcla con agua Puede reaccionar si es calentado o mezclado con agua pero no violentamente No reactivo cuando es mezclado con agua Casos Especiales (blanco) W Reactivo con agua OX Agente Oxidante

NFPA - Smbolos de precauciones especiales

inflamable

corrosivo

explosivo

radiactivo

gas comprimido

veneno

Sistema Hazardous Material Identification System (HMIS), basado en la ASTM. Identifica el peligro intrnseco de una sustancia.

Recomendaciones establecidas por las Naciones Unidas para la clasificacin de los riesgos, la lista de sustancias peligrosas, los requisitos para el embalaje, los recipientes intermediarios y las cantidades mximas para el transporte de una sustancia, etc. Identificacin y Rotulado de Productos Peligrosos - Segn Norma IRAM 3797.

Se identificar el contenido de productos qumicos en:

tuberas tanques de almacenamiento camiones cisternas recipientes como botellas, garrafas y tambores zonas de depsito de sustancias qumicas

cuando se encuentren llenos de las sustancias en cuestin y an cuando se vacen y no se haya realizado su limpieza y/o descontaminacin. Se aconseja sealar esta condicin y el nmero de clase del material que se contuvo.

ALMACENAJE DE FLUIDOS

1. Tanques de almacenaje (storage tank)La mayor parte de los lquidos manejados en las industrias de procesos se almacena a granel en tanques que operan en el entorno de la presin atmosfrica. La necesidad de stock en las plantas puede presentarse tanto en el aprovisionamiento como en el despacho de productos elaborados, sean estos intermedios o finales del proceso. La capacidad total de almacenaje como la individual de cada tanque depender segn el caso analizado de: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. el balance entre el flujo producido y demandado por el consumidor la reserva fijada como crtica, expresada en das de marcha o volumen mnimo los medios, capacidad y costos de transporte (logstica) las distancias al proveedor / cliente y los tiempos de entrega costo y grado de importancia del producto en el proceso productivo o servicio espacio disponible en planta requisitos de las Normas de Cuidado Ambiental (EPA) y otras aplicables en el pas exigencias de las Normas de Seguridad (NFPA y OSHA) y otras vigentes en el pas requisitos de las compaas aseguradoras (ART)

Como viramos anteriormente en el anlisis de problemas potenciales, el proyecto de estos equipos exige la consideracin simultnea de mltiples 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 as tambin a las inversiones requeridas. Esta etapa del proyecto es muy importante ya que exige la consideracin y aplicacin de algunas herramientas tales como: Intensificacin: esta tcnica implica minimizar el stock de productos peligrosos a un nivel tal que su peligro sea reducido en el caso de algn accidente Sustitucin: esta tcnica implica analizar las posibles sustituciones de materiales peligrosos por otros ms seguros o bien por operaciones ms confiables Atenuacin: consiste en evaluar el manejo de productos peligrosos pero bajo condiciones ms seguras. Ejemplo, el GLP puede ser almacenado como lquido refrigerado a presin atmosfrica en vez de a presin a temperatura ambiente Simplificacin: consiste en desarrollar diseos sencillos, amigables y seguros que minimicen los errores operativos. Es decir, evitar instalaciones complejas Efecto domin (Knock-on effects): las instalaciones debern ser proyectadas de modo tal de reducir la posibilidad de que se propague hacia otras reas Poka Yoke: esta tcnica consiste en disear los componentes crticos de modo tal de evitar que se puedan producir conexiones o derivaciones de manera incorrecta por parte de los operadores. Por ejemplo, evitar la conexin de tanques donde debe impedirse la mezcla de productos por su incompatibilidad qumica.

Los tanques de almacenaje pueden clasificarse segn distintos criterios y su seleccin depender del anlisis global de la instalacin y de su impacto sobre los procesos asociados. As encontramos los siguientes diseos:

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

1. Tanque ASME horizontal para almacenaje de cidos

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

1. Tipo de cobertura: abiertos o techados 2. Tipo de techo: fijo o flotante. Techos flotantes a pontn o a membrana 3. Tipo de fondo: plano o cnico Con relacin a la seleccin de los tanques cilndricos, optar por una u otra forma depender del volumen requerido, el espacio disponible, las inversiones exigidas, etc.

que harn que en algunas situaciones un tipo determinado sea ms indicado que otro y que habr que determinar en cada caso en particular.

2. Tanque API para almacenaje de hidrocarburos

2. Recipientes a presin (pressure vessels)Como es sabido, muchos de los productos requeridos o producidos en las industrias requieren para su almacenaje y utilizacin de presiones superiores a la atmosfrica, dando lugar as a los llamados recipientes a presin. Estos equipos debern ser capaces de contener productos de diferente naturaleza qumica bajo las condiciones de operacin requeridas (presiones, temperaturas, concentraciones, etc) Dependiendo de los volmenes manejados y de las condiciones de operacin, estos recipientes son construidos de las siguientes formas Recipientes cilndricos horizontales con fondos abovedados Recipientes verticales con fondos abovedados Recipientes verticales encamisados (jacketed vessels, cryogenic gases) Recipientes esfricos o esfricos modificados

NORMAS Y CODIGOS DE DISEO

a) Tanques de almacenajePara el calculo, diseo y construccin de estos equipos existen varias Normas y Cdigos, pero las ms difundidas y empleadas en las industrias de procesos son las del American Petroleum Institute (API), siendo los estndares aplicables los siguientes

API Standard 620 (1990) : es aplicable a grandes tanques horizontales o verticalessoldados en el campo, areos que operan a presiones en el espacio vapor menores a 2.5 psig y a temperaturas no superiores a 93C

API Standard 650 (1998) : es aplicable a grandes tanques horizontales o verticalessoldados en el campo, areos que operan a presiones en el espacio vapor menores a 1.5 psig y a temperaturas no superiores a 121C

API Specification 12D: es aplicable a tanques horizontales o verticales soldados enel campo para almacenaje de lquidos de produccin y con capacidades estandarizadas entre 75 y 1500 m3

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

API Standard 653 (1991) : es aplicable a la inspeccin, reparacin, alteracindesmontaje y reconstruccin de tanques horizontales o verticales, basndose en las recomendaciones del STD API 650. Recomienda tambin la aplicacin de las tcnicas de ensayos no destructivos aplicables Estos estndares cubren el diseo, fabricacin, inspeccin, montaje ensayos y mantenimiento de los mismos y fueron desarrollados para el almacenaje de productos de la industria petrolera y petroqumica, pero su aceptacin a sido aplicada al almacenaje de numerosos productos en otras industrias. Si bien estas normas cubren muchos aspectos, no todos estn contemplados, razn por la que existen otras normas complementarias a las mismas. Existen adems de los mencionados estndares otras normas que tambin son aplicables a estos casos, pero cubriendo no solo materiales constructivos metlicos sino tambin otros materiales (plsticos, fibra de vidrio), etc. Estas normas son:

ASME, Boiler and Pressure Vessel Code ( edith 2001), Section VIII y X: es aplicable para el diseo de diferentes recipientes y tanques tanto cilndricos, esfricos como de seccin rectangular. Se trata de los estndares ms reconocidos mundialmente en este campo de aplicacin

Underwriters Laboratories (UL) Standard UL 142: es aplicable a tanques de acero de diferentes diseos soldados en taller para almacenaje de lquidos inflamables y combustibles British Standard (BS) 2594: es aplicable a tanques cilndricos horizontales de acero al carbono soldados BS 4994: comprende las especificaciones para el diseo y construccin de recipientes y tanques en plsticos reforzados BS 6374: comprende las especificaciones para el recubrimiento de recipientes y tanques con materiales polimricos ASTM D 3299 / 4021 / 4097: comprende las especificaciones para tanques plsticos reforzados con fibra de vidrio

b) Recipientes a presinPara el calculo, diseo y construccin de estos equipos son tres las Normas y Cdigos ms difundidos y aceptados internacionalmente: ASME, Boiler and Pressure Vessel Code ( edith 2001)

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

Los estndares especifican los requerimientos para el diseo, construccin, inspeccin, ensayos y verificacin de cumplimiento de los recipientes a presin, esto es, la consideracin de aspectos tales como: 1. seleccin de materiales, propiedades y composicin 2. tamaos y capacidades preferidos 3. mtodos de calculo, inspeccin y fabricacin 4. cdigos de practica para la operacin y seguridad de planta 5. anlisis y determinacin de cargas estticas y dinmicas sobre los equipos 6. tensiones residuales, stress trmico, fatiga de materiales, concentracin de tensiones 7. mecanismos de desgaste, erosin, corrosin, abrasin. Tipos de recubrimientos 8. conexiones a tanques recipientes, de caeras y vlvulas, etc.

NORMAS DE SEGURIDAD Y MEDIO AMBIENTE

Cumplidos los requisitos de los cdigos de diseo, el proyecto se completar teniendo en cuenta las exigencias de las Normas y Cdigos de Seguridad y Medio Ambiente vigentes, para lo cual nos tendremos que basar en la matriz de causas potenciales de fallas analizada anteriormente. Esto permitir definir los elementos tanto de medicin y control de las variables crticas como seleccionar los dispositivos de seguridad que correspondieren aplicarse en cada caso analizado. Tambin se deber en esta etapa definir el control y management del stock de productos. Encontramos as las siguientes etapas de ingeniera:

1. Diagrama de P&ID: deber contemplar el esquema de piping, instrumentacin y control. En estas instalaciones es frecuente medir y controlar Niveles: valores mximos, mnimos y normales Temperatura: valores mximos, mnimos y normales Presin / vaco: valores mximos, mnimos y normales Densidad, concentracin, interfase Masa o volumen Alarmas: para deteccin de sobrellenado, vaciado, fugas, sobrepresin, etc.

2. Dispositivos de seguridad: la sobrepresin o vaco dentro de los tanques que pueden generarse por distintas causas, sumadas al hecho que muchos de los lquidos almacenados pueden ser voltiles y emitir en consecuencia gases inflamables, txicos y contaminantes, hacen que deban preverse dispositivos para alivio y contencin. Tambin muchos productos requieren ser almacenados en atmsferas inertes debido a que su contacto con el oxgeno o vapor de agua pueden no solo contaminarlos sino ser peligroso. Este hecho ser tanto ms importante cuanto mayor sea el precio del producto, sea comprado o para venderse

Dentro de los dispositivos de seguridad encontramos los siguientes: Vlvulas de seguridad y alivio Discos de ruptura Arrestallamas Vlvulas de presin y vaco / blanketing Venteos y paneles supresores de explosin Scrubbers (limpieza de gases txicos) Flaring (quemadores de antorcha para gases inflamables y txicos)

El calculo, diseo, construccin, operacin y mantenimiento de estos dispositivos estn regidos por los estndares de la API, NFPA y BSI, entre los que encontramos: a) BS EN 1127-1: atmsferas explosivas, prevencin y proteccin. Parte 1 b) BS 5908: cdigo de practicas para precaucin de fuego en la industria qumica c) BS 6713, parte 4: sistemas de proteccin contra explosiones d) BS 6759: vlvulas de seguridad e) API Std 2000: venteo atmosfrico y a baja presin de tanques de almacenaje f) API RP 520: seleccin, dimensionado e instalacin de dispositivos de alivio de presin en refineras g) API RP 521: gua para alivio de presiones y despresurizacin de sistemas h) API RP 576: inspeccin de dispositivos de alivio de presin i) API RP 526: vlvulas de seguridad y alivio bridadas j) API RP 527: tensin de asiento para vlvulas de seguridad k) NFPA 68: gua para venteo y deflagracin l) NFPA 30: cdigo de Lquidos Inflamables y Combustibles m) NFPA 58: cdigo para almacenaje de GLP n) NFPA 69: Estndar Sobre sistemas de Prevencin de Explosiones o) NFPA 491: gua de reacciones qumicas peligrosas

Ciclo de presurizacin y depresin en TK API

Dispositivos de alivio de presin e inertizacin en TK API

3. Cuidado ambiental: vimos que los tanques de almacenaje pueden contener productos voltiles 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) estableci el estndar siguiente y un software para su calculo EPA 40 CFR, Part 60, Subparts K, Ka y Kb, titulado: Standars for performance for storage vessels for petroleum liquids TANKS, versin 4.09 software (EPA): el programa calcula las emisiones de los tanques basado en el standard API 42 sobre: Compilacin de contaminantes del aire provenientes del almacenaje de lquidos orgnicos EPA 450/3-81-003: VOC emissions from volatile organics liquid storage tanks

API y el Canadian Petroleum Products Institute presentan los siguientes estndares para el calculo de las prdidas por evaporacin 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 Decamos anteriormente que un producto qumico (o un conjunto de los mismos) presenta un peligro potencial que puede desencadenar daos 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 deber desarrollar: Sistemas de prevencin: como los antes mencionados Sistemas de proteccin y mitigacin : estos comprenden medidas de proteccin activas y pasivas adecuadas para defensa contra incendios y que pueden ser de dos tipos:

1. Pasivas (reducen la magnitud de las consecuencias)

Distancias mnimas entre tanques e instalaciones. Muros de contencin de derrames

Medios para la conduccin de derrames Muros protectores. Aislamiento trmico e ignifugacin. Ventilacin Vas de acceso y escape. Inertizacin de espacios cerrados.

2. Activas (dispositivos de seguridad que se activan automticamente o manualmente)

Proteccin e instalacin para la lucha contra incendios. Cortinas de agua, pulverizadores. Vlvulas de seccionamiento.

METODOS DE PROTECCION PASIVA DISTANCIAS MINIMAS

La determinacin de distancias mnimas 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 administracin y poblacin aledaa),

se debe a que los efectos drsticos de un incendio, explosin y emisin txica y/o inflamable, disminuyen con el cuadrado de la distancia. Una vez ocurrido un accidente, ya sea qumico o mecnico, las concentraciones txicas y/o inflamables, las radiaciones trmicas, sobrepresiones y/o proyeccin 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 aledaas a la planta industrial como en efecto domin. Las consecuencias de estos accidentes son catastrficas si no se respetan mnimas distancias, debidamente calculadas y estipuladas en normas reconocidas, entre las facilidades de la planta, que permiten la atenuacin de los efectos dainos. 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) rea de riesgo grave: 400-500 m alrededor del epicentro (caso de grandes esferas de almacenamiento de GLP); 76 m para otros casos

Distancias mnimas establecidas por NFPA Fire Protection handbook Ante fuego localizado (para evitar su propagacin): 15 m Entre un riesgo de explosin y otro incendio: 30 m Entre dos riesgos de explosin: 46 m Desde fuego abierto hasta zonas con vapores inflamables: 180 m Plantas qumicas y petroleras (sin GLP) a zonas residenciales como mnimo: 250 300 m.

1. Distancias recomendadas entre unidades para plantas qumicas y petroleras segn Industrial Risk Insurers (IRI)Edificios para servicios generales Centros para control de motores y subestaciones elctricas reas para servicios de procesos Torres para enfriamiento Salas de control Salas de compresores Salas grandes de bombas Unidades de procesos con riesgo moderado Unidades de procesos con riesgo medio Unidades de procesos con riesgo alto Tanques para almacenamiento atmosfrico Tanques de almacenamiento a presin Tanques para almacenamiento refrigerado Antorchas Marquesinas para carga y descarga Bombas para agua DCI Estaciones para DCI 1 2 3 4 5 6 7 8 9 / / 50 50 / / 50 50 / / 100 50 / 30 30 30 50 30 30 50 50 100 100 200 300 350 350 300 200 300 300 9 200 350 3501 350 300 300 300 300 10 * * * * * * / 50 / / 16 / 17

100 100

100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 200 100 100 100 200

10 400 200 200 200 300 100 100 200 11 250 250 250 250 250 250 250 250 12 350 350 350 350 350 350 350 350 13 350 350 350 350 350 350 350 350 14 300 300 300 300 300 300 300 300 15 200 200 200 200 200 200 200 200 16 17 50 50 1 50 50 2 50 50 3 50 50 4 50 50 5 200 200 200 200 200 200 6 7 8

300 400 400

250 350 350 300

350 350 350 300 200 350 350 350 300 200 11 12 13 14 15

Distancias mnimas en pies: 1 pies = 0,305 m. Ejemplo: 1 350 pies entre un tanque de almacenamiento a presin y unidades de proceso con riesgo alto Observaciones: / = sin requisitos de separacin y * = separacin segn tabla 2.

2. Distancias recomendadas entre tanques de almacenamiento en plantas qumicas petroleras segn IRITanques de techo flotante 3 o fijo 47700 m Tanques de techo fijo para productos de clases II y III entre 1590 y 3 47700 m Tanques de techo fijo para productos de clases I**inertizados entre 1590 y 3 23850 m . Recipientes para almacenamien to a presin (esferas y esferoides). Recipientes para almacenamien to a presin (depsitos y puros) Tanques para almacenamien to refrigerado (con cpula) 1 0,5 . D*

2

0,5 . D

0,5 . D

3

1xD

1xD

1xD

4

1xD

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1xD

5

0,5 . D

0,5 . D

1xD

1xD

0,5 . D

6

1xD

1xD

1xD

1xD

1xD

1xD

7

1,5 . D 100 MIN

1,5 . D 100 MIN

1,5 . D 100 MIN

2xD

1,5 . D 100 MIN

1,5 . D 100 MIN

1,5 . D 100 MIN

8

1,5 . D 100 MIN

1,5 . D 100 MIN

1,5 . D 100 MIN

2xD

1,5 . D 100 MIN

1,5 . D 100 MIN

1xD 100 MIN

1xD

9

2xD 100 MIN 1

2xD 100 MIN 2

2xD 100 MIN 3

2xD

2xD 100 MIN 5

2xD 100 MIN 6

1xD 100 MIN 7

1xD 100 MIN 8

1xD 100 MIN 9

4

Distancias mnimas en pies: 1 pies = 0,305 m. D = dimetro del tanque mayor 1 barril = 42 galones = 159 litros y C = (F-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 F. Estas tablas y sus recomendaciones son muy importantes ya que tendrn una marcada influencia en el diseo del layout de planta. Sus exigencias impondrn en el proyecto ciertas limitaciones con las que habr que trabajar a la hora de optimizar este trazado.

MEDIOS DE CONTENCION DE FUGAS Y DERRAMES Las distancias mnimas requeridas entre tanques, recipientes y dems instalaciones de la planta industrial pueden ser reducidas en algunos casos, si existen en el rea formas de contencin o contenedores secundarios de fugas y derrames, as como medios para su conduccin hacia zonas seguras para su disposicin final o tratamiento. El objetivo primordial es evitar que prdidas de sustancias peligrosas almacenadas, ya sea debido a fugas, derrames (sobrellenados, cadas de recipientes) o roturas de recipientes, lleguen a fuentes de agua naturales y suelos produciendo una contaminacin ambiental grave. Adems, es necesaria su existencia con el fin de evitar que se mezclen productos qumicos incompatibles con las consecuencias drsticas que esto acarrea. Estas fugas o derrames sern tanto ms importantes cuanto mayor sea el precio del producto perdido. De aqu que los medios de contencin sirvan tambin para recuperar el producto derramado y permitir su tratamiento Segn la EPA, un contenedor secundario es un sistema de almacenamiento de emergencia temporal, diseado para retener prdidas o derrames de tanques que contienen sustancias peligrosas. Un sistema de contencin secundario debe estar equipado con un sistema de deteccin de prdidas capaz de detectar una falla, ya sea en la estructura de contencin 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 trmica. Sensores de resistividad elctrica. Detectores de vapores. Inspeccin visual diaria.

En todos los casos, un sistema de contencin secundario debe resistir la presin lateral a la altura mxima del lquido que puede retener. Formas de contencin y conduccin ms utilizadas: 1. Terrenos con pendientes, provistos de diques o zanjas para conducir los lquidos derramados a zonas alejadas de los tanques para almacenarlos o eliminarlos sin peligros. 2. Muros de contencin perimetrales.

Su funcin es evitar la extensin, hacia reas exteriores a la zona de almacenamiento, de las prdidas y derrames de lquidos peligrosos. Estos rodean a uno slo o a un conjunto de tanques de almacenamiento y estn construidos de material impermeable y resistente al contacto con las sustancias a retener. Materiales de construccin generalmente usados: membranas sintticas, concreto, arcilla, bentonita, tierra compactada, cemento o asfalto. Capacidad: Debe poder contener el 100% del contenido del tanque ms grande que existe dentro de sus lmites, ms un plus para contener agua de lluvia, si los tanques estn a la intemperie, equivalente a la mxima cantidad precipitada en 24 hs en los ltimos 25 aos en la zona de localizacin.

Se debern colocar diques alrededor de los tanques para evitar su corrosin por contacto de los lquidos derramados con el tanque, drenar el agua de lluvia y de incendio y otras infiltraciones que pueden haber. Cuando varios tanques grandes estn dentro del mismo muro de contencin, una opcin es instalar paredes intermedias entre los tanques, para que pequeos derrames no afecten a los tanques anexos. Para el caso especial de prevencin de mezcla accidental de sustancias incompatibles almacenadas, los tanques o recipientes que las contengan debern estar separados entre s y ubicados dentro de diques independientes. Para accionar vlvulas o acceder a la cubierta de los tanques que almacenen lquidos inflamable a temperatura ambiente, no se deber pasar por debajo del borde superior del dique correspondiente para evitar aspirar vapores en una concentracin peligrosa para la persona.

2. Bandejas

Se la disponen debajo de los recipientes o tanques para recogida y conduccin de los derrames a un contenedor distante mediante tuberas por gravedad. Para localizacin elevada, se construyen con material metlico. 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.

3. Cmara subterrnea

Es un compartimento subterrneo que contiene las prdidas que no son visibles para el operario. Se puede construir con pisos y paredes de concreto, recubiertos por un material impermeable tanto exteriormente (evitar infiltracin de agua) como en el interior, en este caso, adems, debe ser compatible con la sustancia a retener. Los tanques pueden descansar sobre el suelo o sobre cunas dentro de esta cmara. Se puede rellenar la cmara con tierra compactada para soportar estructuralmente los tanques y prevenir una explosin de material que pueda entrar en ignicin fcilmente.

4. Tanques de doble pared

Es un tanque completamente cerrado dentro de otro con sistema de deteccin de prdidas. Materiales de construccin: metal protegido contra corrosin o con una membrana sinttica, epoxis, fibra de vidrio. Capacidad: Debe poder contener el 100 por ciento del contenido del tanque interior.

5. Accesorios complementarios: canaletas, encamisados, tuberas de doble pared, pendientes para limitar el alcance de derrames, sistema especial para drenaje de agua de lluvia y agua de extincin de incendio.

Los desages 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 aledaas en el caso de conducir lquidos en estado de ignicin

Muros protectores antifuego

Adems de los sistemas de contencin secundaria, es necesaria la existencia de muros resistentes al fuego como a los efectos de una explosin con el fin de evitar la propagacin del incendio y actuar como barrera ante la onda destructiva de presin y proyectiles de restos de materiales o sustancias peligrosas. La capacidad de estos muros para soportar las cargas trmicas se establece en trminos 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 caractersticas, diseo y aplicacin de estos materiales para calorifugado. Adems, se debe tener en cuenta la resistencia de estos muros a los efectos de una explosin en trminos de presin, tiempo y distancia, que podr encontrarse en normas especializadas (NFPA 69). La tabla siguiente relaciona las distancias mnimas necesarias a mantener segn la resistencia al fuego de los muros de proteccin utilizados

Distancias mnimas Sin requerimiento de distancia mnima D mn 7.6 m Dmn 7.6 m ( Para muros que separan sustancias incompatibles entre s)

Resistencia al fuego (RF) Corresponde a ms de 2 horas 240 de resistencia al fuego. Corresponde a 2 horas de 120 resistencia al fuego. 120 Corresponde a 2 horas de resistencia al fuego.

BIBLIOGRAFA CONSULTADA

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