analisis de perdidas por evaporacion en tanques de (2)
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UNIVERSIDAD AUTONOMA GABRIEL RENE MORENOFACULTAD INTEGRAL DEL
CHACOCARRERA ING. DEL PETROLEO Y
GAS NATURAL
MONOGRAFIA PARA OPTAR EL TITULO DE:
TECNICO SUPERIOR EN PETROLEOS
ANALISIS DE PERDIDAS POR EVAPORACION EN TANQUES DE ALMACENAMIENTO DE GASOLINA DE TECHO FIJO Y TECHO FLOTANTE
ELABORADO POR: UNIV. DAVID MORATO FERNANDEZUNIV. JOSE LUIS FLORES PANTOJA
CAMIRI - BOLIVIA
CAPITULO IDEFINICIONES PREVIAS.
DEFINICIONES PREVIAS TANQUES DE ALMACENAMIENTO
Es un recipiente de forma cilíndrica o esférica, capaz de almacenar fluido a determinada presión y temperatura, siendo el almacenamiento de vital importancia en la explotación de los Hidrocarburos debido a que actúa como pulmón entre producción y transporte absorbiendo las variaciones de consumo. USO DE LOS TANQUES DE ALMACENAMIENTO
En industrias petrolera, petroquímicas y otras; se usan distintos tipos de tanques de almacenamiento para una gran variedad de productos como: Crudo y sus Derivados, Butanos, Propanos, GLP, Solventes, etc.
NORMAS API
Generalmente el diseño y calculo de tanques de almacenamiento se basa en la publicación que realiza el «Instituto Americano del Petróleo» de los cuales se designan:
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.
Normas Producto del Tanque Presión del Tanque
Estándar A.P.I. 650 Hidrocarburos Líquidos
Presiones Atmosféricas.
Estándar A.P.I. 620 Hidrocarburos Gaseosos
Presiones Cercanas a 142 Psi.
¿QUE ES LA GASOLINA?La gasolina es una mezcla de los hidrocarburos líquidos más ligeros que se usa como combustible en motores de combustión interna. Se produce a través de varios procesos: la destilación fraccionada del petróleo, la condensación o la adsorción de gas natural, la descomposición térmica o catalítica del petróleo o sus fracciones, etc. OBTENCION DE LA GASOLINA.Cuando se produce a través de la destilación directa del petróleo bruto, se habla de gasolina de destilación. Ésta se destila normalmente de forma continua en una torre de fraccionamiento que separa las partes del petróleo que se mezclan para fabricar gasolina. Las partes del petróleo utilizadas en la gasolina hierven y destilan en una gama de temperaturas entre los 38 y los 205 . Según el tipo de petróleo, la cantidad producida de gasolina durante este proceso puede ser de un 1 a un 50%.
PROPIEDADES DE LA GASOLINA.A. octanaje.El octanaje se la define como la principal propiedad de la gasolina ya que está altamente relacionada al rendimiento del motor del vehículo. El octanaje se refiere a la medida de la resistencia de la gasolina a ser comprimida en el motor.B. Curva De Destilación.Esta propiedad se relaciona con la composición de la gasolina, su volatilidad y su presión de vapor. Indica la temperatura a la cual se evapora un porcentaje determinado de gasolina, tomando una muestra de referencia.C. Volatilidad.La volatilidad es una propiedad la cual se mide al igual que la presión de vapor. Esta registra de manera indirecta el contenido de los componentes volátiles que brinden la seguridad del producto durante su transporte y almacenamiento. D. Contenido De Azufre.Esta propiedad se encuentra altamente relacionada con la cantidad poseída de azufre (S) presente en el producto. Dentro de la cantidad, se encuentran determinados promedios y estadísticas en la cual en producto no puede sobrepasar o resaltar, ya que si esto sucede la gasolina puede tener efectos corrosivos sobre las partes metálicas del motor y sobre los tubos de escape.
CAPITULO IIDESCRIPCION DE LOS TANQUES VERTICALES
DE ALMACENAMIENTO
DESCRIPCION DE LOS TANQUES DE TECHO FIJO.
Los tanques de techo fijo son recipientes que tienen un cuerpo cilíndrico vertical y un techo fijo. Además del cuerpo y del techo, los componentes básicos y características de construcción incluyen:
o Accesorios que atraviesan el techo fijo y servir a las funciones operacionales.
o Aislamiento del cuerpo y el techo en los tanques que almacenan productos en condiciones de calentamiento.
o Superficie del cuerpo y el techo, tipo y condición.
El tanque de techo fijo es el menos aceptado por la norma para el almacenamiento de líquidos volátiles. Los grandes y modernos tanques de techo fijo son de todos soldados en la construcción y están diseñados para ser ajustado para líquido y el vapor.
Estos están disponibles en gama de tamaños de 20 a 300 pies de diámetro y hasta 65 pies de altura del cuerpo. El techo fijo puede ser apoyado por la columna o auto-apoyo, y puede ser en forma de cono, domo, o plana.
ACCESORIOS DEL TECHO.
Varios accesorios atraviesan el techo del tanque para permitir su función operacional y son fuentes de la pérdida por evaporación.
Estos accesorios del techo pueden ser una fuente de pérdida por evaporación cuando no están selladas.
La pérdida por evaporación de accesorios del techo correctamente sellados es insignificante en comparación a la pérdida permanente de almacenamiento y la pérdida por trabajo. Presión De Vacío - De Llenado (válvulas).
Están instalados en el techo del tanque para proporcionar suficiente capacidad de ventilación para proteger el tanque de los efectos nocivos de la sobrepresión o sobre vacío.
La presión de vacío del respiradero sobre la presión atmosférica en tanques de techo fijo son usualmente ajustados a 6 pulgadas de columna de agua, o aproximadamente 0.22 libras por pulgada cuadrada.
ESCOTILLA DE MEDICIÓN / HUECO PARA MUESTRA.
Consiste de un tubo que atraviesa el techo del tanque y está equipada con cierre automático; un empaque puede ser usado para reducir aún más las pérdidas por evaporación; facilita el acceso para medir manualmente el nivel de existencias en el tanque y tomar del contenido del tanque; está montado en la parte superior del tanque.
Alguna pérdida de vapor puede ocurrir durante la medición manual y las operaciones de muestreo del líquido almacenado. Esta pérdida puede minimizarse mediante la reducción del periodo de tiempo en que la cubierta se deja abierta. ENTRADA DEL PERSONAL DEL TECHO (MANHOLE).
Los manholes del techo son usados para facilitar el acceso al interior del tanque con fines de mantenimiento. La apertura es de tamaño para el paso de personal y materiales a través del techo del tanque. AISLAMIENTO.
El aislamiento puede ser utilizado en el cuerpo del tanque y el techo para reducir la entrada de calor o la pérdida de calor.
El aislamiento en el cuerpo del tanque o techo puede reducir la pérdida permanente por almacenamiento al reducir el calor ambiental o reducir el espacio de vapor del tanque.
Varios tipos de sistemas de aislamiento se han utilizado, incluyendo:
o Aislante de panel rígido prefabricado.
o Manta de fibra aislante prefabricada.
o Aislamiento de espuma de Poliuretano.
SUPERFICIE EXTERIOR DEL TANQUE.
La pintura del tanque y del techo es importante en la reducción de las pérdidas por evaporación y preservación del tanque.
El uso de una superficie muy reflectante, como la pintura blanca, resultara en una menor entrada de calor al espacio de vapor en el tanque, reduciendo así la pérdida por respiración.
El techo de aluminio tipo domo sin pintar también proporciona una superficie muy reflectante, evitando al mismo tiempo el mantenimiento concerniente a la pintura.
DESCRIPCION DE LOS TANQUES DE TECHO FLOTANTE.
Estos son recipientes que tienen un cuerpo cilíndrico vertical y un techo que flota en la superficie del líquido. También pueden tener un techo fijo adjunto en la parte superior del cuerpo del tanque.
Los componentes básicos del techo flotante incluyen:o Una plataforma o cubierta flotante.o Un sello anular adjunto al perímetro de la plataforma o
cubierta flotante. o Accesorios que penetran la plataforma o cubierta flotante
para cumplir algunos una finalidad funcional.
PLATAFORMA O CUBIERTAS FLOTANTES
Las cubiertas flotantes reduce la pérdida por evaporación de existencias de liquido por que cubre la superficie, minimizando así que la superficie del liquido sea expuesta a la evaporación.
La perdida por evaporación se da por almacenamiento a través del espacio anular del cuerpo del tanque, accesorios o también por fisuras o costuras de la plataforma o cubierta flotante.
Las cubiertas flotantes se utilizan en productos volátiles con una presión de vapor por debajo de la atmosférica.
Existen tres clases de tanques de techo flotante: tanques de techo flotante interno, tanques de techo flotante externo y los tanques de techo flotante tapado.
SELLOS DE ANILLOS
Instalados en los espacios anulares dados entre el borde de la cubierta y el cuerpo del tanque, con el objetivo de: acomodar las irregularidades entre el cuerpo flotante y la envolvente del tanque, permitir un buen movimiento del techo flotante y mas que todo minimizar las perdidas por evaporación que se dan en el espacio anular.
ACCESORIOS DE LA PLATAFORMA.
COSTURA DE LA CUBIERTA.
Las cubiertas Flotantes son típicamente construidas por uniones de hojas o paneles del material de la cubierta del campo mediante un sistema mecánico que pueden ser empernado (hechas de aluminio) o soldado (cubiertos de placas de acero).
TIPOS DE TANQUES DE TECHO FLOTANTE TANQUES DE TECHO FLOTANTE EXTERNO (EFRTs).
No tienen un techo fijo en la parte superior y por lo tanto la cubierta flotante (construida de chapa de acero soldado). esta expuesta a cargas ambientales como la lluvia. Existen tres tipos de diseño de EFRTs:
a) Pan.
b) Pontón.
c) Doble cubierta.
Los accesorios de la cubierta en los techos flotantes externos suelen ser de acero generalmente son más pesados que los utilizados en los techos flotantes internos.
Estas piezas tienden a tener relativamente alta envoltura o curvas. Esto es minimizar la posibilidad de que la lluvia acumulada se vacíe desde la cubierta dentro del líquido almacenado a través de los accesorios.
GRÁFICO N°7: TANQUE DE TECHO FLOTANTE EXTERNO.
TANQUES DE TECHO FLOTANTE INTERNO (IFRTs).Estos tienen un techo fijo en la parte superior y una cubierta liviana flotante sobre la superficie del liquido almacenado que reducirá la concentración de vapor en el espacio existente con la cubierta fija.Existen respiraderos instalados para evitar la concentración de mezclas inflamables aire-vapor que pueden crearse dentro del tanque.Los tipos básicos de sellos primarios en su mayoría de uso común en los techos flotantes internos son limpiadores flexibles. Los sellos de zapata mecánica también se han desarrollado para techos flotantes internos en los últimos años.
GRAFICO N°8: TANQUE DE TECHO FLOTANTE INTERNO
TANQUES DE TECHO FLOTANTE TAPADOS O CUBIERTOS (CFRTs).
Al igual que ocurre con IFRTs, la funcionalidad del techo fijo con respecto a la pérdida por evaporación es de no actuar como una barrera de vapor, sino más bien para bloquear el viento.
El tipo de techo fijo que es más comúnmente utilizado como una readaptación para cubrir EFRTs con un techo de aluminio de tipo domo autosustentable, que es de construcción atornillado.
GRÁFICO N° 9: TANQUE DE TECHO FLOTANTE TAPADOS O CUBIERTOS
CAPITULO IIIPÉRDIDAS POR EVAPORACIÓN EN TANQUES DE TECHO FIJO.
PROCEDIMENTO PARA EL CÁLCULO DE PÉRDIDAS.Los procedimientos para estimar las pérdidas totales anuales por evaporación en almacenamiento o el equivalente a las emisiones de vapor de hidrocarburos a la atmosfera, en tanques de techo fijo, se describen en este punto. La pérdida total, es la suma de la pérdida permanente por almacenamiento, y la pérdida de trabajo,
ECUACIÓN No 1. Pérdida total, (Libras por año) = (libras por año) + (libras por año)
A. Pérdida Permanente De Almacenamiento, :La pérdida permanente de almacenamiento, se refiere a la pérdida de vapores de almacenaje en la que ocurre como consecuencia del espacio de vapor del tanque para respirar. La siguiente es la información mínima para calcular la pérdida permanente de almacenamiento:
o Diámetro del tanque. o Altura del tanque. o El tipo de techo del tanque (techo cónico o domo). o La superficie exterior del color del tanque. o La temperatura de líquido almacenado a granel. o La presión de vapor de almacenamiento (o presión de vapor Reíd de almacenaje). o Nivel de líquido almacenado.
ECUACIÓN No 2. Pérdida permanente de almacenamiento,
(Libras por año) = 365 (
Dónde:
Son calculadas a partir de ecuaciones 3, 4, 5, y 6, respectivamente, y el diámetro del tanque, D, está especificado por el usuario.
B. Pérdida De Trabajo, .
La pérdida de trabajo, se refiere a la perdida de existencias de vapores que se producen como consecuencia del tanque en operación de vaciado y llenado.
La pérdida de trabajo, puede calcularse a partir de la siguiente información.o El peso molecular de vapor de almacenaje.o La presión de vapor de almacenaje (o presión de vapor Reíd de almacenaje).o El diámetro del tanque y altura máxima de líquido o la cantidad de material anual
neto de almacenaje (asociada con el incremento del nivel de líquido).o El flujo de volumen de venta de existencias.o El tipo de almacenaje.
ECUACIÓN No 7b. Pérdida de trabajo,
(Libras por año) = 0.0010 Q
DESARROLLO DEL CALCULO DE LA PERDIDA POR EVAPORACION EN EL TANQUE DE TECHO FIJO1.- CALCULO DEL VOLUMEN TOTAL DEL ESPACIO DE VAPOR DEL TANQUE
ECUACIÓN No 37. Volumen del espacio del vapor del tanque, .
= (
DATOS REQUERIDOS:
DIAMETRO: D= 42,7 PIES
RADIO: RS= 21,32545 PIES
INCLINACION DEL CONO DEL TECHO: SR= 0,0625 PIES POR PIES (valor típico asumido)
ALTURA DEL CUERPO DEL TANQUE: HS= 32,81 PIES
ALTURA DE TRABAJO: HL= 32,81 PIES
ECUACIÓN No 12. Altura del techo del tanque,
= => * = 1,3328 pies.
ECUACIÓN No 11. Merma del techo,
= => = 0,4443 pies.
ECUACIÓN No 10. Merma del espacio de vapor,
= - + => - + = 0,4443 pies.
La merma del espacio de vapor, es la altura de un cilindro de diámetro del tanque, D, cuyo volumen es equivalente al espacio de volumen de vapor de un tanque de techo fijo, incluyendo el volumen del trecho bajo el cono o domo.
Entonces el volumen del espacio del vapor del tanque, será:
= ( => ( * * = 634,75227 Datos Meteorológicos, , , I.
Los datos meteorológicos necesarios para estimar la pérdida permanente de almacenamiento, , consiste de :
ECUACIÓN No 13. Temperatura máxima y mínima diaria del ambiente, , .
= + 460 => + 460 = 545 ºR
= + 460 => + 460 = 530 ºR
ECUACIÓN No 14. Temperatura promedio diario del ambiente,
= => = 537,5 ºR
ECUACIÓN No 15. Rango diario de temperatura ambiente, .
= - => - = 15 ºR
Absorción Solar De La Pintura Del Tanque, .La absorción solar fuera de la superficie del tanque, , es una función del color de la superficie del tanque, superficie o tipo de sombra, y la condición de la superficie. En la Gráfica 12 se enumera la absorción solar de determinadas superficies del tanque.
Temperatura Del Líquido De Almacenamiento. .La temperatura del líquido de almacenamiento,, es la temperatura media del líquido de las existencias en el tanque de almacenamiento. Esta información está normalmente disponible a partir de registros de mediciones del tanque o de otros registros de operaciones del tanque.
ECUACIÓN No 17. Temperatura del líquido a granel, = + 6 - 1 => + 6 * - 1 = 539,44 ºR
Temperatura Promedio Diario De La Superficie Del Líquido, .La temperatura promedio diario de la superficie del líquido, , es usado para calcular la presión de vapor de almacenaje a la temperatura promedio diario de la superficie del liquido, .
ECUACIÓN No 18. Temperatura promedio diario de la superficie del líquido, = 0.44 + 0.56 + 0.0079 I => 0.44 * + 0.56 * + 0.0079 * * 110 = 539,0122 º R
= 0,49
Rango Diario De Temperatura Del Vapor, .
ECUACUÓN No 19. Rango diario de la temperatura del vapor, .
= 0.72 + 0.028 I => 0.72 * + 0.028 * * 110 = 12,3092 º R
Temperatura Diaria Máxima Y Mínima De La Superficie Del Líquido,, .
ECUACIÓN No 20. Temperatura diaria máxima de la superficie del líquido,.
= + 0.25 => + 0.25 * = 542,0895 º R
ECUACIÓN No 21. Temperatura diaria mínima de la superficie del líquido,.
= - 0.25 => - 0.25 * = 535,9349 ºR
Peso Molecular Del Vapor, .
El peso molecular del vapor, puede ser determinado por el análisis de muestras de vapor o de cálculo de la composición del líquido.
= 64 libras/libras-mol ( valor dado por laboratorio)
Presión de destilación ASTM-86 de productos derivados del petróleo al 10% del volumen evaporado, S.
La pendiente, S, es la pendiente de los datos destilación ASTM-D86 a 10% de volumen evaporado y puede calcularse a partir de los datos de destilación mediante la ecuación 26:
ECUACIÓN No 26. Presión de destilación ASTM-D86 al 10%, S.
S =
En ausencia de datos de destilación ASTM D-86 de productos derivados de petróleo, valores aproximados de la pendiente de destilación, S, puede ser usado del gráfico 16.
Las constantes A y B se puede determinar a partir de las gráficas 14 y 15 o calculada a partir de la ecuación 25, respectivamente:
PVR = 9 PSI. (Valor Calculado Por Laboratorio).
ECUACIÓN No 25. Constantes A y B en función de la Presión de Vapor Reíd.
A = 15.64 – 1.854 S 0.5 – (0.8742 – 0.3280 S 0.5)
A = 15.64 – 1.854 * 3 * 0.5 – (0.8742 – 0.3280 * 3 * 0.5)
A = 12,0192
B = 8742 – 1042 - (1049 – 179.4)
B = 8742 – 1042 * - (1049 – 179.4*)
B = 5315,0579
Presiones De Vapor Diaria Máxima, Media, Mínima, , ,.
ECUACIÓN No 22. Presión de vapor a la temperatura máxima diaria de la superficie del líquido, .
= exp => exp = 9,1565 PSIA.
S = 3
ECUACIÓN No 23. Presión de vapor a la temperatura media diaria de la superficie del líquido, .
= exp => exp = 8,6580 PSIA.
ECUACIÓN No 24. Presión de vapor a la temperatura mínima diaria de la superficie del líquido, .
= exp => exp = 8,1814 PSIA.
Rango Diario De Presión De Vapor, .
ECUACIÓN No 31. Rango diario de Presión de Vapor de almacenaje, .
= - => - = 0,9751 PSIA.
Rango De Ajuste De La Presión De Venteo Del Respiradero,.
ECUACIÓN No 32. Rango de ajuste de la Presión de Venteo del respiradero, .
= 0,03 PSI , = -0,03 PSI (Valores Tomados De Válvula De Venteo - vacío)
= - => - = 0,06 PSI.
Factor De Saturación De Vapor Venteado, .
ECUACIÓN No 33. Factor de saturación de vapor venteado,
= => = 0,8307
El factor de saturación de vapor venteado, , representa el grado de saturación de almacenaje del vapor en el vapor venteado.
Factor De Expansión Del Espacio De Vapor, .
ECUACIÓN No 3a. Factor de expansión del espacio de Vapor,
= 0,0018 => 0,0018 * = 0,2166
El factor de expansión del espacio de vapor, , se define como la proporción del volumen de mezcla de aire-vapor expulsado durante un ciclo diario de respiración para el volumen del espacio de vapor del tanque.
Densidad Del Vapor Almacenado, .
ECUACIÓN No 6. Densidad del vapor almacenado,
R = 10,73 (Constante Universal De Los Gases)
= => = 0,09581 LB/.
Densidad De Vapor Condensado,.
ECUACIÓN No 34. Densidad de vapor condensado almacenado,
= 0.08 => 0,08 * 64 = 5,12 LPG.
2.- CALCULO DE PERDIDAS PERMANENTES EN ALMACENAMIENTO, .
ECUACIÓN No 2c. Pérdida permanente de almacenamiento,
(libras por año) = 365
= 365 * * * * = 3993,3736 LIBRAS/AÑO.
Para convertir a barriles por año se divide entre: .
= => = 18,57 BARRILES/AÑO.
3.- CALCULOS DE PERDIDAS POR TRABAJO, .
Datos y cálculos adicionales:
Q = 188694,3 BARRILES/AÑO. (stock anual movilizado por el tanque)
= 47674,8 . (volumen máximo de liquido en el tanque)
N = 20 RENOVACIONES POR AÑO. (rata de renovación)
Factor De Renovación, .
ECUACIÓN No 8. Factor de pérdida de trabajo por movimiento,
= 1 (para N ≤ 36) (8)
= (180 + N) / (6 N) (8a)
Factor Del Producto, .
ECUACIÓN No 36. Índice de rotación de existencias, en un volumen de negocios,
= 0.75 para petróleo crudo
= 1.00 para derivados de petróleo
= 1.00 para un solo componente de un producto petroquímico
El factor del producto en la pérdida de trabajo, cuenta para el efecto de diferentes tipos de líquido almacenado en las pérdidas por evaporación durante la operación del tanque. El uso de este factor del producto sólo se aplica a las pérdidas de trabajo y no debe utilizarse para estimar las pérdidas de almacenamiento permanente.
ECUACIÓN No 7b. Pérdida de trabajo,
(libras por año) = 0.0010 Q
= 0.0010 * * * 188694,3 * * = 104557,744 libras/año. Para convertir a barriles por año se divide entre: .
= => = 486,2246 BARRILES/AÑO.
4.- CALCULO DE LAS PERDIDAS TOTALES, .
ECUACIÓN No 1. Pérdida total,
= +
= + = 504,795 BARRILES/AÑO.
5.- DETALLES DE ANÁLISIS DE PÉRDIDAS. PÉRDIDA POR EVAPORACIÓN.
La evaporación es el proceso natural en un líquido que se convierte en un vapor. La pérdida por evaporación se produce cuando el vapor se escapa a la atmósfera. PÉRDIDAS MECÁNICAS.
Cada líquido almacenado tiene una presión de vapor limitado, depende de la temperatura de la superficie y la composición del líquido, que produce una tendencia a que el líquido se evapore.
A través de la evaporación de los líquidos tienden a establecer un equilibrio de concentración de vapores por encima de la superficie líquida. Bajo condición completamente estática, una concentración de vapor en equilibrio se establecería, tras lo cual además no se produce la evaporación.
Sin embargo, los tanques de techo fijo están expuestos a las condiciones dinámicas que perturban este equilibrio, dando lugar a la evaporación adicional. Estas condiciones dinámicas son responsables de que continúe la evaporación, y se tenga como resultante la pérdida de existencias y emisiones a la atmósfera.
LA PÉRDIDA PERMANENTE POR ALMACENAMIENTO.
La pérdida permanente de almacenamiento es la pérdida por evaporación del vapor almacenado resultante de la expansión térmica y de la contracción de mezcla aire-vapor del tanque resultante del ciclo diario de calentamiento. Esta pérdida también se conoce como la pérdida por respiración y ocurre sin ningún cambio del nivel de líquido en el tanque.
PÉRDIDA POR TRABAJO.
La pérdida por trabajo es la pérdida por evaporación del vapor almacenado resultante de un cambio de nivel de líquido en el tanque, e incluye tanto la pérdida por llenado y de la pérdida por vaciado.
Mecanismo De Pérdida Por Llenado.
La pérdida por trabajo se producirá durante el llenado, si la presión del espacio de vapor es superior al ajuste de venteo y los vapores son expulsados.
Si la presión al comienzo del llenado es menor que la presión de ajuste de venteo, la mezcla aire-hidrocarburos será comprimida durante el llenado. Los hidrocarburos se condensan manteniendo casi constante a una presión parcial. Una cierta fracción del espacio de vapor, este espacio puede ser llenado con líquido antes de que se abra el respiradero, por lo tanto, disminuye la pérdida por trabajo. Como continúa llenándose, la presión total en última instancia es igual a la presión a la cual válvula de alivio se abre, dando lugar a la evacuación.
Mecanismo de Pérdida por Vaciado.
Durante el vaciado del tanque, como el nivel de líquido disminuye, la presión de la mezcla aire-vapor en el espacio de vapor del tanque disminuye. Cuando la presión llega al ajuste de presión de vacío, el aire entra al espacio de vapor del tanque a través de la válvula de venteo/vacio. Durante un rápido proceso de vaciado, el volumen de existencias eliminado del tanque es aproximadamente igual al volumen de aire que entra en el espacio de vapor del tanque.
CAPITULO IVPERDIDAS POR EVAPORACION EN TANQUES DE TECHO FLOTANTES
ECUACION PARA EL CALCULO DE PÉRDIDAS Las Pérdida por evaporación de tanques de techo flotante se
divide en dos categorías: Pérdida permanente por almacenamiento y Pérdida por trabajo.
En esta sección se presentan las ecuaciones para estimar la pérdida total anual de existencias por evaporación o el equivalente de las emisiones de vapor de hidrocarburos a la presión atmosférica de líquidos volátiles de las existencias almacenadas en un tanque de techo flotante. La pérdida total, Ls, y la pérdida retirada, Lw.
Lt(libras por año) = Ls(libras por año) + Lw(libras por año)
A. PERDIDA PERMANENTE POR ALMACENAMIENTO (Ls).
La pérdida permanente de almacenamiento es la pérdida por evaporación del vapor almacenado resultante de la expansión térmica y de la concentración de mezcla aire-vapor del tanque resultante del ciclo diario de calentamiento. Esta pérdida también se conoce como la pérdida por respiración y ocurre sin ningún cambio del nivel de líquido en el tanque.
La siguiente información mínima es necesaria para estimar la pérdida permanente por almacenamiento, Ls.
a) Presión de vapor verdadera de las existencias .b) El tipo de existencias.c) El diámetro del tanque.d) El tipo de techo Flotante.e) Tipo de construcción de techo Flotante.f) El medio ambiente, velocidad del viento.
La pérdida permanente por almacenamiento, Ls, incluye las pérdidas de sellado y de los accesorios de la plataforma mas de las fisuras de la plataforma si ellos están en la construcción de tanques empernados. La pérdida permanente de almacenamiento puede estimarse de la siguiente manera:
ECUACION N° 38: Perdida permanente por almacenamiento, Ls.
La pérdida permanente de almacenamiento es convertido de libras por año a barriles por año de la siguiente manera:
B. PERDIDA POR ABANDONO (Lw).
La pérdida por abandono Lw, se refiere a la evaporación del líquido almacenado que se aferra al cuerpo del tanque, mientras que la existencia abandona y puede estimarse desde la siguiente información:
La pérdida por abandono puede estimarse de la siguiente manera:
ECUACION N° 42: Pérdida por abandono, Lw.
a) El rendimiento neto anual (asociado con la reducción de las existencias de nivel de líquido del tanque).
b) El tipo de existencia.c) Densidad promedio del líquido almacenado.d) Diámetro del tanque.e) La condición del cuerpo del tanque.
DESARROLLO DEL CALCULO DE LA PERDIDA POR EVAPORACION EN EL TANQUE DE TECHO FLOTANTE.1.- DESARROLLO DEL CALCULO DE LA PERDIDA PERMANENTE POR ALMACENAMIENTO
ECUACION N° 38: Perdida permanente por almacenamiento, Ls.
DATOS REQUERIDOS
Gasolina Extra [Ge]
Peso Molecular de Vapor del Producto [Mv] 64 lb/lb-mol
Presión de Vapor Reid [RVP] 9 psi
Factor de Producto [Kc] 1
Presión Atmosférica en el tanque [Pa] 13,38 psi
Promedio Anual de Temperatura del Stock [Ts] 72 ºF
Temperatura de Evaporación al 5% de Destilación[T5] 120 ºF
Temperatura de Evaporación al 15% de Destilación[T15] 135 ºF
Peso Molecular del Vapor [Mv] 64 lb/lb-mol
Promedio de la Densidad Liquido al Promedio de la Temperatura del Stock [Wl] 6,13 Lb/gal
Promedio Anual de la Velocidad del Viento en Tanque [V] 6 millas/hora
Factor de Corrección de la Velocidad del Viento [Kv] 0,7
Volumen Anual de Despacho del Tanque [Q] 188694,3 Bb/año
A.- Factor Producto, Kc.
El factor de producto, Kc, presenta el efecto de diferentes tipos de material líquido en la pérdida por evaporación. Los factores han sido desarrollados para múltiples mezclas de hidrocarburos, incluidas las existencias (como gasolinas y naftas) y los crudos, así como de un solo componente de las reservas (como la petroquímica).
Kc = 1.0 para derivados de petróleo.
Kc = 0.4 para petróleo crudo.
Kc = 1.0 productos de un solo componente.
B.- Peso Molecular Del Vapor, Mv.
El peso molecular del vapor, puede ser determinado por el análisis de muestras de vapor o de cálculo de la composición del líquido.
= 64 libras/libras-mol ( valor dado por laboratorio)
C.- Función De La Presión De Vapor.
La función de presión de vapor, P*, puede ser determinado como sigue:
ECUACION N° 51. Función de presión de vapor, P*.
Presión de destilación ASTM-86 de productos derivados del petróleo al 10% del volumen evaporado, S.
La pendiente, S, es la pendiente de los datos destilación ASTM-D86 a 10% de volumen evaporado y puede calcularse a partir de los datos de destilación mediante la ecuación 26:
ECUACIÓN No 54. Presión de destilación ASTM-D86 al 10%, S.
Constantes A y B.
Las constantes A y B pueden ser determinadas de las graficas 14 y 15 o calculada a partir de las siguientes ecuaciones :
ECUACION N° 53: Constante A y B para presión de vapor.
Presión de Vapor Verdadera, P.
Si la presión de vapor verdadera no se conoce, este puede ser determinado a partir de la ecuación 52, para existencias de derivados de petróleo (gasolinas y naftas) y petróleo crudo.
ECUACION N° 52. Presión de vapor verdadera de almacenamiento, P.
Función De La Presión De Vapor, P*.
La función de presión de vapor, P*, puede ser determinado como sigue:
ECUACION N° 51. Función de presión de vapor, P*.
D.- FACTOR DE PERDIDA POR SELLADO.
Puede estimarse de la siguiente manera:
ECUACION N° 44: Factor de la pérdida total por sellado, Fr.
Factor de Pérdida por Sellado por la Velocidad del Viento, Kr.
El factor de pérdida por sellado Kr, puede estimarse de la siguiente manera:
ECUACION N° 45: Factor de perdida por sellado por la velocidad del viento. Kr
Los Factores Kra, Krb y n; están dados en el grafico 20, como una función de la construcción del tanque y del tipo del sistema de sellado.
donde:
Kra= 1,6 lb-mol/pie-año
Krb= 0,3 lb-mol/(mi/hr)pie-año
n= 1,3
Entonces el factor de pérdida total por sellado es:
E.- Calculo Total de Pérdida por Accesorios de la Cubierta.
Si se dispone de información específica sobre el tipo y número de accesorios de la plataforma, el factor de pérdida total accesorios de la cubierta puede estimarse de la siguiente manera:
ECUACION N° 46: Factor de pérdida accesorios de la cubierta, Ff
El factor de pérdida para un determinado tipo de accesorios de la plataforma Kft, puede estimarse de la siguiente manera.
ECUCACION N°47: Factor de pérdida para un determinado tipo de accesorio de plataforma, Kft.
Numero acc. (Nf) Factor de perdida (Kf)
Perdida total de accesorio(Kft)
DESCRIPCION/ECUACION Kf=Kfa+Kfb(Kv*V)^n Kft= Kf*Nf
Numero de patas de techo (DL) 55 3,37 185,11
Numero de patas de ponton (DL2) 23 3,37 77,41
Numero de escotillas de techo (AH) 2 1,6 3,2
Numero de válvulas de respiración (VB) 1 6,2 6,2
Numero de columnas soportantes (FC) 1 0 0
Numero de tubo guía sin ranura (UGP) 1 1149,51 1149,51
Numero de drenajes de sello (DD) 1 0 0
Numero de escotilla de medición (SP) 1 0,55 0,55
Numero de accesorio para medición auto. Vareg (GF) 0 2,8 0
La Sumatoria Total de la Perdida por Accesorio(kft= Kf*Nf) es igual a 1167,39 lb-mol/año
Tabla de Coeficientes para cada Accesorio (tabla 6, anexo)
Kfa Kfb n
2 0,37 0,91
2 0,37 0,91
1,6 0 0
6,2 1,2 0,940 0 0
31 150 1,4
0 0 0
0,47 0,02 0,97
0,47 0,02 0,97
D.- Calculo total de Perdida por Costura, Fd.
El factor de pérdida total sello de la cubierta, Fd, se puede estimar a partir de la ecuación 49:
ECUACION N° 49: Factor de pérdida sello de la cubierta, Fd
La pérdida sello de la cubierta por unidad del factor de longitud de la fisura, Kd, es la siguiente:
.
El Factor de la Longitud de la Costura de la Cubierta se puede estimar de la siguiente Tabla del tipo de la Construcción de la Cubierta, Grafica 24:
Sd = 0,33 pie/pie2
REEMPLAZANDO DATOS CALCULO DE LA PERDIDA PERMANENTE POR ALMACENAMIENTO
ECUACION N° 38: Perdida permanente por almacenamiento, Ls.
0,0)*0,1331*6,4*1
Densidad del Vapor Condensado, Wv.
Para derivados del petróleo y petróleo crudo, la densidad del vapor condensado, Wv, es inferior a la densidad del líquido almacenado. Si no se conoce se calcula mediante la siguiente ecuacion:
ECUACIÓN N°55: Densidad del vapor condensado, Wv.
Convirtiendo el resultado de lb/año a barriles/año:
2.- Desarrollo del Calculo de Perdida por Abandono, Lw.La pérdida por abandono Lw, se refiere a la evaporación del líquido almacenado que se aferra al cuerpo del tanque, mientras que la existencia abandona. La pérdida por abandono puede estimarse de la siguiente manera:
ECUACION N° 42: Pérdida por abandono, Lw.
Donde el Numero de columnas soportantes del techo y el diámetro efectivo de cada columna llegan a ser 0 (cero) debido a que las columnas soportantes de techo existen solo en EFRT`s.
Por lo cual la Ecuación se resumiría de la siguiente manera:
El Factor de Adherencia «C» se halla de la Tabla 17 de la siguiente manera:
Donde el tipo de Producto es Gasolina el Factor de Adherencia es igual a 0,0015
La Ecuación se calcula de la siguiente manera:
3.- PERDIDAS TOTALES EN TANQUE DE TECHO FLOTANTE, Lt.
ECUACIÓN No 1. Pérdida total,
= +
4.- DETALLES DE ANALISIS.
PERDIDA MECANICA.
Cada líquido almacenado tiene una presión de vapor definida, depende de la temperatura de la superficie y la composición del líquido, que produce una tendencia a que el líquido se evapore. A través de la evaporación, todos los líquidos tienden a establecer un equilibrio de concentración de vapores por encima de la superficie líquida. Bajo condiciones completamente estáticas, una concentración de vapor de equilibrio se establecería, tras lo cual además no se produzca la evaporación.
PERDIDA SELLO DEL ANILLO.
Las pérdidas mecánicas de vapor de un sello del anillo son complejas. Sin embargo, el viento ha resultado ser el factor dominante en la inducción de las pérdidas de vapor por el sello del anillo de EFRTs. Esto resulta que el aire de la parte de abajo el techo flotante se desplaza alrededor de la circunferencia del techo flotante por encima del sello del anillo.
PÉRDIDA DE LOS ACCESORIOS DE LA CUBIERTA.
Los accesorios en el techo de la cubierta son posibles fuentes de pérdida, ya que puede exigir aperturas que permiten que vapores de los líquidos fluyan desde el líquido almacenado a la atmósfera por encima del techo flotante. Aunque estas aperturas son habitualmente cerrados, el diseño detallado de los accesorios en general se eliminan el uso totalmente de un sellado hermético.
PERDIDA POR FISURA DE LA CUBIERTA.
Las cubiertas flotantes son típicamente realizadas por uniones de varias secciones del material de la cubierta al mismo tiempo, resultando en las fisuras y las juntas de la cubierta. Esto puede efectuarse mediante un sistema mecánico, como el empernado, o de soldadura. En la medida en que estas juntas no son completamente ajustados, el vapor, se convierten en una fuente de pérdida por evaporación.