soldadura en reparacion de tanques de almacenamiento de crudo y derivados

7/23/2019 Soldadura en reparaci on de tanques de almacenamiento de crudo y derivados.

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Soldadura en reparacion de tanques de almacenamiento

de crudo y derivados.

Luis ToroJair Yanez

13 de febrero de 2015



Indice

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1. Objetivos

Disenar la soldadura para reparacion de tanques de almacenamiento de crudo y deri-vados.

Analizar la construccion en la soldadura de reparacion de tanques de almacenamientode crudo y derivados.

Aprender como se montan los tanques de almacenamiento de crudo y derivados.

Enteder cmo se realiza el control de obras soldadas en la reparacion de tanques dealmacenamiento de crudo y derivados.

2. Marco Teorico

2.1. Caracterısticas

Todas las nuevas juntas se haran respecto a los estandares que rigen en la jurisdiccion.En Ecuador se usan las normas de AWS.

Las compaas petroleras de algunos pases estn obligados a poseer en todo momento unacantidad de producto que garantice el consumo del mercado interno durante un tiempo mni-mo determinado. El stock debe encontrarse en todos los tramos para evitar cortes y la reservamnima exigida en condiciones normales.

El almacenamiento constituye un elemento de sumo valor en la explotacin de los serviciosde hidrocarburos, ya que acta como:

Pulmn entre produccin y transporte para absorber las variaciones del consumo.

Permite la sedimentacin de agua y barros del crudo antes de despacharlo por oleoductoo a destilacin

Brindan flexibilidad operativa a las refineras

Actan como punto de referencia en la medicin de despachos de producto

Existen varios tipos de tanques entre los de ms uso se tienen:

1. Tanques verticales

Constan de una membrana solidaria al espejo de producto que evita la formacin delespacio vapor, minimizando prdidas por evaporacin al exterior y reduciendo el dao me-dio ambiental y el riesgo de formacin de mezclas explosivas en las cercanas del tanque.

El techo flotante puede ser interno (existe un techo fijo colocado en el tanque) o externo

(se encuentra a cielo abierto). En cualquier caso, entre la membrana y la envolventedel tanque, debe existir un sello.

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Los nuevos techos internos se construyen en aluminio, y se coloca un domo geodsi-

co como techo fijo del tanque. Las ventajas que presenta el domo con respecto a untecho convencional son:

• Es un techo autosoportado, es decir, no necesita columnas que lo sostenga. Estoevita el tener que perforar la membrana.

• Se construye en aluminio, lo cual lo hace ms liviano.

• Se construyen en el suelo y se montan armados mediante una gra, evitando tra-bajos riesgosos en altura.

Figura 1: Tanque vertical

2. Tanques horizontales

Los recipientes horizontales (cigarros) se emplean hasta un determinado volumen decapacidad.

Para recipientes mayores, se utilizan las esferas. Los casquetes de los cigarros sontoriesfricos, semielpticos o semiesfricos. Sus espesores estn en el orden de (para unamisma p, T y ):

• semielptico: es casi igual al de la envolvente.

• toriesfrico: es aproximadamente un 75 mayor que el semielptico.

• semiesfrico: es casi la mitad del semielptico.

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Figura 2: Tanque horizontal

3. Tanques esfricos

Las esferas se construyen en gajos utilizando chapas de acero. Se sostienen mediantecolumnas que deben ser calculadas para soportar el peso de la esfera durante la pruebahidrulica (pandeo).

Al igual que en los cigarros, todas las soldaduras deben ser radiografiadas para descar-tar fisuras internas que se pudieran haber producido durante el montaje.

Cuentan con una escalera para acceder a la parte superior para el mantenimientode las vlvulas de seguridad, aparatos de telemedicin, etc.

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Figura 3: Tanque esfrico

2.2. Aplicaciones

Se puede realizar soldadura en un tanque de almacenamiento de crudo o derivados conlas siguientes aplicaciones.

En el casco, para reemplazo de placas.

En el casco, para parches en las placas a tope.

En el casco, para parches traslapados (se realiza solo si el dueno solicita estos procedi-mientos).

En el fondo, para parches generales.

En el fondo, para parches en la zona crıtica.

En el fondo, para reemplazo de placas.

2.3. Diseno de la soldadura y de juntas

Para reemplazo de placas en el casco

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2.3.1. Para placas completas removidas

Todas las nuvas juntas soldadas en el casco se haran a tope con completa penetraciony completa fusion. cita:[?]

2.3.2. Para parches a tope en una placa del casco

Todos los reemplazos de placas en el casco se haran con juntas a tope con completapenetracion y completa fusion. Exepto en los casos en donde se permita reparacionescon juntas traslapadas.

El reemplazo de las placas tendra que seguir los estatutos de la norma API 650. Verfigura 1

Para placas de mas de 1/2” de espesor, el filo exterior de la junta debe ser mayor que 8veces el espesor de la junta de soldadura o mayor que 10 pulgadas desde el filo exteriorde cualquier junta a tope. Para placas de menos de media pulgada, el espacio puedereducirce 6 pulgadas desde un filo vertical o 3 desde un horizontal. Ver figura 2.

2.3.3. Para parches traslapado en una placa del casco

Este procedimiento nunca se aplica si el espesor de la placa supera media pulgada o esinferior a 3/16 de pulgada.

Este procedimiento nunca se aplica para cambiar una placa entera.

El traslape debe ser de por lo menos 6 pulgadas.

2.3.4. Para parches en el fondo, reparacion general

Este procedimiento se hara con juntas a tope o con juntas a traslape.

Este procedimiento se hara de acuerdo a la seccion 9.10 de la norma API

2.3.5. Para parches en el fondo, en la zona crıtica

En esta zona, no se permiten parches yuxtapuestos soldados a tope entre si.

2.3.6. Para reemplazo de placas en el fondo.

Para esta zona, la soldadura se hara en traslape de acuerdo a la norma API 653.

2.4. Tipo de soldadura

La soldadura sera manual. Se usa soldadura por arco.

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2.5. Posiciones de soldadura

En el cazco, las soldaduras se haran en posicion: Vertical, horizontal. Posiciones 2G o3G.

En el fondo, las soldaduras se haran en posicion plana. 1G

3. Procesos de soldadura y material de aporte

Se usa el proceso de soldadura por arco con electrodo revestido.Se usan los electrodos E6012, E6013, E7018, E7016

4. Temperatura de precalentamientoLa norma API 650 especifica temperaturas mınimas de precalentamiento. Estas se rela-

cionan con la conformacion quımica del material, ası como del espesor de las planchas. Hayque tomar en cuenta que las temperaturas referidas son un lımite inferior y en zonas conhumedad como la amazonıa, se prefiere aumentarlas en 10 por ciento. Las siguientes tablas,tomadas de API 650, indican las temperaturas recomendadas.

Figura 4: Temperaturas de precalentamiento SI

Figura 5: Temperaturas de precalentamiento S americano

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Estas tablas hacen referencias a materiales citados en las siguietes tablas, tambien toma-das de API 650.

Figura 6: materiales base

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Figura 7: materiales base

5. Normas de soldadura WPS

Normas de la soldadura: wps

Una WPS es un procedimiento de soldadura calificado y escrito preparado para

proveer direccin para hacer soldaduras de produccin en conformidad con

requerimientos de Cdigo. La WPS u otros documentos se pueden usar para

proveer direccin al soldador o al operario de soldadura para asegurar

cumplimiento con los requerimientos del Cdigo.

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El wps contiene las variables que definirn el proceso de soldadura. se subdividen

en variables esenciales, variables esenciales suplementarias, y variables no

esenciales.

Variables Esenciales. Variables esenciales son aquellas en las cuales un cambio,

que se describe en las variables especficas, es considerado que afecta las

propiedades mecnicas del conjunto soldado, y requerir recalificacin de la WPS.

Las variables esenciales suplementarias se requieren para metales para los

cuales otras Secciones especifican pruebas de tenacidad de muesca y son

adems las variables esenciales para cada proceso de soldar.

Variables No Esenciales. Variables no esenciales son aquellas en las cuales un

cambio, que se describe en las variables especficas, puede ser hecho en la WPS

sin recalificacin.

Procesos Especiales

(a) Las variables esenciales de procesos especiales para sobrecapas con

metal de soldadura resistente a corrosin y de revestimiento duro son como

se indica en las tablas siguientes para el proceso especificado. Se aplicarn

slo las variables especificadas para procesos especiales. Un cambio en el

proceso de soldadura resistente a la corrosin o de revestimiento duro

requerir recalificacin.

(b) La WPS calificada para soldadura de sobrecapa resistente a corrosin y de

revestimiento duro, en conformidad con otras Secciones cuando tales

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reglas de calificacin fueron incluidas en esas Secciones, se puede usar

con las mismas provisiones que son estipuladas en QW-100.3(subseccin

norma ASME seccin IX)

Para la soldadura de reparacin en tanques, la soldadura principalmente es la que

se utiliza en la contstruccin de los tanques segn la norma API 650. Esta

especifca que los procesos mas usados son los de arco electrico y soldadura

oxiacetilnica.

Para la especificacin de procesos utilizados la norma API 650 hace referencia a

la norma ASME seccin IX. Aqu se especifican las siguientes variables para los

procesos previamente mencionados, con estas variables el calificador de procesos

es capaz de verificar la calidad del proceso de soldadura realizada. El presente

proyecto al dar generalidades del uso de esta norma no elaborara un WPS ya que

se describe de manera general como se realiza reparacin en tanques API 650.

Se anexan imagenes de los documentos que se recomiendan para esto.

6. Ensayos destructivos y no destuctivos

LA norma API 650 especifica que se deben hacer ensayos de tipo Rayos x en las juntas.Sin embargo, se puede realizar pruebas de ultrasonido en su defecto, si el comprador loacepta.

6.1. Radiografıa

Para juntas verticales: Se debe tomar la primera radiografia en los primeros 3 metros de junta vertical completa de cada tipo, de cada espesor y de cada soldador u operador. Luego,se debe tomar una radiografia cada 30 metros o fraccion independientemente del soldador otipo de soldadura. Para espesores mayores a 25 mm se deben radiografear cada una de las juntas verticales y horizontales y los filmes de radiografıa no deben ser visualizar menos de75 mm de junta vertical ni menos de 50 mmm de junta por encima o debajo de una junta

horizontal. Como se ilustra en la figura, tomada de API 650.

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Figura 8: Zonas que se deben radiografear

El personal que examine y evalue las radiografias deben tener niveles 2 o 3 de ASNT-SNT-TCIA. Antes de que cualquier soldadura sea reparada, se deben entregar todos losdocumentos con informacion al inspector. Para tanques API 650, se deben seguir los metodosy requerimientos de la seccion VIII del codigo ASME.

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6.2. Partıculas magneticas

Si el comprador lo desea, puede solicitar que se realizen pruebas de partıculas magneticas.En este caso, se deben realizar los procedimientos de acuerdo a la seccion V del codigo ASME.El examinador no requiere entrenamiento especial, pero debe comprovarse que goza de buenavista, (especificado en API 650), en especial lo suficiente como para distinguir los colores ycontrastes usados en una talbla JAEGER tipo 2.

La aceptacion de estas pruebas se ajustan a la secci on VIII del codigo ASME.

6.3. Ultrasonido

La norma API 650, Indica que para los tanques a los que se les realize ultrasonido, sedeben seguir los lineamientos de la seccion V del codigo ASME y los examinadores deben

ser NIVELES II o III de ASNT.

6.4. Lıquidos penetrantes

La norma API 650, Indica que para los tanques a los que se les realize ultrasonido, sedeben seguir los lineamientos de la seccion V del codigo ASME. Para los examinadores solorequiere que tengan vision adecuada. Esta debe ser comprovada con la capacidad de leer unatabla JAeger tipo 2.

6.5. Examinacion visual

Se especifica en la norma API 650 que:

No deben haber fisuras

No deben haber golpes de arco

El maximo subcorte debe ser de 0.4 mm

La porosidad no debe agurparse en zonas menores a 100 mm ni tener diametros grupalesmayores a 25 mm

6.6. Prueba de Vacıo

La prueba de vacıo consiste en usar una caja de vacıo para inducir si existiera la posi-bilidad, la filtraci[on de un fluıdo a traves de las soldaduras. Para esto, la norma API 650requiere que los operarios tengan buena vision.

Se operara con valores de vacıo de: 20 kPa.

6.7. Prueba Hidrostatica

Para la prueba hidrostatica, se mediran los diametros del tanque al ser cargado condiferentes niveles de agua. Los niveles a los que se llenara son los siguientes:

0 por ciento

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25 por ciento del tanque con tolerancia de 600 mm



100 por ciento y dejando pasar al menos 24 horas

6.8. Prubeas de impacto

Las pruebas de impacto se realizan por debajo de la temperatura para la cual se dise no elmaterial. En especıfico cuando el tanque estara sometido a temperaturas menores a 10 oC.Los resultados esperados para la prueba de impacto son:

Para los materiales del grupo 1, 20 J, como promedio de 3 especımenes



Estos grupos se refieren a los expresados en las tablas de la seccion 4 de este informe.

7. Costos de soldadura

Los costos para esta clase de reparaciones se dividen en dos principalmente:

Costo de operario

Costo de material

Costo de operario: Como bien se sabe se necesita de un soldador calificado que

pueda realizar este tipo de procesos. El sueldo promedio de un soldador

calificado API/ASME es de 15$ la hora, con esto se tiene un estimado para futuros

clculos con dimensiones fijas. Para este caso tambin se debe considerar el

tiempo perdido en preparacin de juntas, tiempos muertos etc, este tiempo es

considerado como factor operador, y se lo calcula en funcin al tiempo total, ya

que este es una fraccin del tiempo neto que utiliza el soldador en realizar la

soldadura. Podemos obtener un estimado con la siguiente tabla:

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Figura 9: Costos soldadura

Costo de Material: Para el costo de material se tienen 2 costos que la conforman.

El primero es el costo de la maquinaria necesaria para la realizacin de la

reparacin y la otra es el material propiamente dicho, es decir electrodos, gratas

cepillos etc.

El kilo de electrodos cuaesta alrededor de 1,65$, mientras que el alquiler de

mquinas soldadoras par SMAW esta en el orden de los 16$ por da. Igualmente

teniendo en cuenta estos costo unitarios se puede hacer un estudio de los costos

necesarios dependiendo del dao a reparar.

Cabe mencionar que la realizacin de una reparacin est dominada por la

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relacin entre el costo por reparacin y el costo de remplazo de piezas.

8. Conclusiones

8.1. Luis Toro

Si bien es cierto que la ciencia y el c alculo son las puertas de la ingenierıa, la aplicacionde normas es la herramienta principal de su ejecucion. Conocer la legislatura y codigosrelacionados a los procesos de construccion y produccion, en particular con la soldadura,permite ejercer la ingenierıa sin miedo a los posibles accidentes que pueden ocurrir.

Conocer al menos ciertos codigos y normas hacen de un ingeniero apto para realizar ydirigir procedimientos. Esto lo hace cotizado y capaz.

La soldadura es tal ves el proceso mas importante para un ingeniero mecanico. Conocersus fortalezas y limitaciones aseguran un trabajo de calidad y de precio adecuado.

8.2. Jair Yanez

La reparacion en los tanqies de almacenamiento depende si es para techp flotante otrcho fijo.

La norma api650 se basa en varias normas como son la api653 y la.norma asme seccionix

9. Recomendaciones

9.1. Luis Toro

Se recomienda que el proyecto sea convinculacion a organizaciones productivas del pais.Mediante el apoyo de la universidad.

Se recomienda seguir capacitacion para dominar normas y codigos. En especial AWSD1,1 y ASME V y VIII

Se recomienda dominar varios idiomas para poder entender el los avances dispuestosen otros paises y poder aplicarlos de mejor manera. Ingles para las normas americanasy es importante tambien el aleman para normas DIN.

9.2. Jair Yanez

Elaborar el wps segun las variables recomendadas en la asme ix al.igual.que utilizar

los criterios de reparacion de la api653

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10. Bibliografıa

Referencias

[1] AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE, Tank Inspection, Repair, Alteration, and

Reconstruction , 4a edicion, 2010. 1994.

[2] ASIMBAYA MANUEL, Norma API 653 , 2014-2015 asme epn student section.

[3] AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE, Welded Tanks for Oil Storage , 11a edicion,2010.

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