Accesorios para Tanques Verticales API STD 650 Boquillas

1. Introducción:

Los tanques de almacenamiento atmosféricos y de baja presión requieren una variedad de accesorios mecánicos y estructurales que aseguren su operación segura, eficiente y conforme a las normas técnicas aplicables. Estos accesorios no solo permiten la conexión del tanque con las líneas de proceso, sino que también facilitan tareas de inspección, mantenimiento, protección contra incendios y acceso operativo.

Este documento forma parte de una serie técnica especializada que aborda los principales grupos de accesorios para tanques, entre los que se incluyen:

• Conexiones de pared y techo: Boquillas para entrada/salida de producto, venteos, limpieza, instrumentos, muestreo y mezcladores (documento actual).

• Accesos y estructuras: Escaleras helicoidales o verticales, plataformas, barandas y rodapiés.

• Protección contra incendios: Sistemas de espuma y sistema de agua de enfriamiento.

• Requisitos adicionales para techos flotantes: Sellos primarios y secundarios, venteos, drenajes articulados o flexibles, y dispositivos anti rotación, patas o columnas soporte.

2. Boquillas de pared y techo

Las boquillas instaladas en la pared (cuerpo o shell) y en el techo de los tanques verticales de almacenamiento son elementos fundamentales para la operación, mantenimiento y monitoreo de estos equipos. Están fabricadas generalmente a partir de tuberías, planchas, bridas y otros accesorios, seleccionadas de acuerdo con la función de la boquilla, el tipo de servicio y los requisitos del proyecto.

Las configuraciones más comunes son:

• Bridas tipo Slip-On (SO) o Welding Neck (WN) para boquillas de diámetro igual o superior a 3”.

• Bridas Socket Weld (SW) para boquillas de diámetro menor o igual a 2”.

• Bridas Lap Joint (LJ) en aplicaciones donde se requiere alineación precisa o uso de materiales distintos entre cuello y brida.

• Acoples roscados (NPT) o acoples soldados tipo SW para conexiones de instrumentos y servicios auxiliares.

• Conexiones rápidas para mangueras en servicios que requieren desmontaje frecuente o flexibilidad operativa.

Las bridas pueden tener cara resaltada (RF) o cara plana (FF), y su clase de presión suele estar definida por la clase 150#, 300# u otras, según lo establecido en la piping class del proyecto.

Estas boquillas cumplen funciones esenciales como:

• Entrada y salida de producto.

• Recirculación y mezcla interna.

• Drenaje de fondo y limpieza.

• Conexión de instrumentos de nivel, temperatura, presión y alarmas.

• Medición manual, aforo y toma de muestras.

Los diferentes tipos de boquillas y accesorios será abordado de forma general en las siguientes secciones, con base en lo indicado por la norma API STD 650, así como en prácticas recomendadas por operadores globales y fabricantes, considerando:

• Función de la boquilla.

• Tamaños típicos por servicio.

• Ubicación recomendada.

• Consideraciones de diseño e instalación.

2.1 Boquillas de pared

Para la boquillas de pared en API STD 650 se consideran boquillas bridadas desde 3/4” hasta 60” y con acoples (coupling) roscados o Socked Weld desde ¾” hasta 3”.

Pueden ser de:

• Brida Sencilla al ras con la pared interna del tanque o con una pequeña proyección interna.

• Doble brida, con brida interna para conexión con algún dispositivo interno como succión flotante, mezcladores etc.

• Brida sencilla con proyección interna para instalar rompe vórtices o tuberías internas soldadas.

2.1.1 Boquillas de entrada.

• Pueden estar instaladas en la parte superior de la pared y disponer de tubos verticales.

• Pueden estar instaladas en el primer anillo de la pared.

  • Para evitar generación de cargas estáticas se puede instalar un difusor para reducir la velocidad de salida a 3 pie por segundo (1 m/s).

  • En caso de tanques con techos flotantes también se pueden requerir difusores para suministrar protección de los componentes internos.

2.1.2 Recirculación.

• Son similares a las boquillas de entrada y son utilizadas para recirculación del producto del proceso o para mezclar y/o homogeneizar el producto.

• Cuando se requiere homogeneizar el producto y reducir la formación de sedimentos se pueden instalar tuberías con mezcladores.

• Los mezcladores pueden ser:

  • Rotativos (rotative Jet Mixer) instalados en tuberías interna.

  • Estáticos (Jet Mixer) fabricados con reducciones concéntricas, o con boquillas de fabricantes especializados.

2.1.3 Boquillas de salida o succión.

• Pueden ser a ras de pared o contar con proyección interna para la instalación de rompe vórtices.

• Los rompe vórtice son utilizados para evitar remolinos y formación burbujas de aire a la salida del tanque, pueden ser de:

  • Una plancha en dirección axial.

  • Planchas en cruz (dos planchas en dirección axial).

  • Codo de 90º con plancha horizontal usualmente utilizados en tanques de agua contra incendio.

Difusor Interno

• Pueden estar conectadas a líneas de succión flotante, las cuales incorporan codos rotativos y placas rompe vórtice, permitiendo la extracción de producto desde la capa superior del líquido, como se requiere habitualmente en aplicaciones de combustible de aviación.

Rompe Vórtice de Planchas en Cruz

• En ciertas aplicaciones pueden estar conectadas a desnatadoras (skimmers) utilizadas para recuperar la capa superficial de crudo o combustible que permanece flotando sobre el producto almacenado.

• Las boquillas de succión también pueden ser del tipo al ras de fondo (Flush-Type Connections).

  • En API STD 650 se indica que estas pueden ser de 8”, 12”, 16”, 18”, 20” y 24”

2.1.4 Rebose.

• Es utilizada para controlar el nivel máximo de líquido del tanque.

• En tanques de techo flotante el rebose puede efectuado mediante ranuras ubicadas en la parte superior de la pared. Este aspecto lo trataremos con más detalle en el artículo de Requerimientos Adicionales para Techos Flotantes.

• En tanques de techo fijo es una boquilla con bajante de tubería instalado dentro o fuera del tanque. Esta tubería usualmente descarga el producto en una tanquilla.

• En algunos casos se puede considerar conectar la tubería de rebose con la tubería de drenaje de fondo cuando están en la misma orientación de que la boquilla de drenaje.

• En algunos diseños el rebose puede disponer de:

  • Caja o batea para la recolección del producto.

  • Reducción con plancha rompe vórtice.

• En tanques de agua contra incendio NFPA 22 recomienda lo siguiente:

  • El rebose de los tanques destinados a almacenamiento de agua para sistemas contra incendio debe dimensionarse para manejar el caudal máximo de llenado.

  • En caso de desconocer este valor, el diámetro de la tubería de rebose debe ser al menos una medida nominal mayor que el de la línea de llenado. Además, debe estar equipada con una entrada tipo reducción concéntrica u otro dispositivo equivalente, cuyo diámetro sea al menos 2 pulgadas (50 mm) mayor que el de la propia tubería de rebose.

2.1.5 Drenaje sumidero.

• Es una conexión bridada con proyección interna, instalada en el primer anillo de pared utilizada realizar el drenaje del tanque o drenaje del agua de fondo en tanques de almacenamiento de productos de hidrocarburos.

• Esta conexión pude ser de diámetro 2”, 3”, 4” o 6” y dispone un sumidero que pueden ser de diámetros 610 mm, 910 mm, 1220 mm o 1520 mm (24”, 36”, 48” o 60”) instalado en el fondo del tanque y de una tubería interna desde la pared hasta el sumidero.

• La cantidad y tamaño de los drenajes sumidero es normalmente especificada por el cliente en la hoja de datos

Succión Flotante

Drenaje Sumidero

2.1.6 Toma muestras.

• Son conexiones utilizadas para verificar la calidad del producto, dependiendo del proceso se pueden requerir tomar muestras a diferentes alturas o simplemente para extraer muestras para verificar la calidad del producto.

• Son conexiones de diámetros pequeños, con válvulas de bloqueo. Dependiendo de las especificaciones y el piping class pueden ser bridadas o de acoples (coupling) roscados o Socket Weld

2.1.7 Boquillas para instrumentos.

• Usualmente en diámetros pequeños.

• Utilizadas comúnmente para instalar manómetros, transmisores de presión e indicadores o transmisores de temperatura (temopozos y termopares o termocuplas).

• El tamaño de las conexiones depende del instrumento a instalar y normalmente es especificado por el cliente en su hoja de datos.

2.1.8 Boquillas para alivio térmico.

• Son conexiones de pequeño diámetro, roscadas o tipo Socket Weld de 3000#.

• Están instaladas cerca de las boquillas entrada y salida del producto o bien en el cuello de las boquillas antes indicadas y su función es la de aliviar la presión de la tubería debida a efectos térmicos cuando cierran las válvula de bloqueo de entrada o salida del producto.

2.1.9 Acceso.

Manhole o escotilla de acceso.

• Son utilizadas para acceso al tanque y para introducir materiales dentro del tanque en caso de mantenimiento.

• Según API STD 650 pueden ser de 500 mm, 600 mm, 750 mm y 900 mm (20”, 24”, 30” y 36”).

Manhole o Escotilla de Pared

• Están conformadas por cuello, brida, tapa y plancha de refuerzo. El cuello puede ser fabricado de tubería o plancha rolada y soldada. La plancha de refuerzo puede ser circular o de forma adiamantada. Las dimensiones de la planchas de refuerzo, brida y tapa serán las indicadas en la norma API STD 650.

• La tapa dispone de dos asas para manejo de la misma.

• Las tapas cuyo peso exceda los 34 kg (75 lb) deben estar equipadas con bisagras o un pescante que facilite su apertura y cierre de manera segura. El brazo de soporte del pescante no debe soldarse directamente a la carcasa del tanque sin una placa de refuerzo intermedia que distribuya adecuadamente las cargas.

• Las escotillas de diámetros 600 mm (24”) y 750 mm (30”) son las de más uso en los tanques, no obstante, la cantidad y diámetro depende los requerimientos de la planta u operador y deben ser instaladas siempre que sea posible equidistantes o diametralmente opuestas cuando se instalen cantidades pares.

Mezcladores o agitadores rotativos de hélice.

En caso de que el proceso requiera el uso de mezcladores rotativos de hélice o propela, estos pueden ser instalados en boquillas con bridas clase 150# RF o FF o en una conexión tipo escotilla de acceso, el tamaño de la conexión dependerá del tamaño del mezclador o agitador especificado.

Puertas de limpieza.

Las puertas de limpieza tipo flush-type son dispositivos instalados en el primer anillo de la pared del tanque, alineadas al ras con el fondo, lo que permite el acceso directo al interior del tanque para realizar operaciones de limpieza, retiro de sedimentos o mantenimiento mayor.

Estas puertas están especialmente recomendadas en los siguientes casos:

• Tanques de servicio severo, donde se almacenan productos con alto contenido de sedimentos, como crudo pesado, brea, cera, fuelóleos o residuos decantables.

• Tanques de gran diámetro, donde el acceso interior requiere mayor espacio y facilidad de maniobra.

• Tanques con limpieza periódica programada, donde se necesita acceso directo al fondo sin obstrucciones.

• Casos donde se desea minimizar obstrucciones internas, permitiendo el uso de herramientas de limpieza por presión, succión o maquinaria.

• De acuerdo con el API STD 650 – Sección 5.7.7, las dimensiones nominales estándar son:

  • 203 mm × 406 mm (8” × 16”)

  • 610 mm × 610 mm (24” × 24”)

  • 914 mm × 1219 mm (36” × 48”)

  • 1219 mm × 1219 mm (48” × 48”)

• Son fabricadas completamente en taller e incluyen:

  • Plancha de refuerzo de fondo.

  • Plancha para la fabricación del cuello.

  • Plancha de pared.

  • Plancha de refuerzo de pared.

  • Bridas de fijación y tapa.

• Requieren un tratamiento térmico post-soldadura (PWHT) obligatorio, para aliviar tensiones residuales en las zonas afectadas por la soldadura.

• Se recomienda la instalación de pescante para la tapa de la puerta de limpieza.

Puerta de Limpieza

2.2 Boquillas de techo.

Para la boquillas de techo en el API STD 650 se consideran boquillas bridadas desde 1 ½’ hasta 12” y con acoples (coupling) roscados o Socked Weld desde ¾” hasta 12”.

Boquillas de Techo

2.2.1 Manhole o escotilla de acceso.

• Usada para inspección, ventilación e iluminación en caso de mantenimiento.

• Según API STD 650 pueden ser de 500 mm, 600 mm (20” y 24”), aunque eventualmente algunos clientes las solicitan en 750 mm (30”). La cantidad y diámetro depende los requerimientos de la planta u operador y deben ser instaladas siempre que sea posible equidistantes o diametralmente opuestas cuando se instalen cantidades pares.

2.2.2 Aberturas Rectangulares

Las aberturas rectangulares en los techos de acero fijo de tanques verticales son utilizadas principalmente para acceso, inspección y ventilación. Su diseño debe garantizar la integridad estructural del techo, considerando posibles cargas externas o condiciones operativas. De acuerdo con API STD 650 – Sección 5.8.6, estas aberturas deben cumplir con los detalles constructivos mostrados en las Figuras 5.17 y 5.18:

• Tapas con bridas (Fig. 5.17): No deben instalarse en tanques donde la presión interna supere el peso propio de las planchas de techo.

• Tapas con bisagras (Fig. 5.18): No deben emplearse en techos diseñados para contener presión interna.

2.2.3 Boquillas para Instrumentos.

Los tanques verticales de almacenamiento, especialmente aquellos utilizados en la industria de hidrocarburos y productos químicos, requieren la incorporación de boquillas específicas en el techo para la instalación de instrumentos de medición y control.

Los instrumentos Comúnmente Instalados en el Techo son:

• Transmisores de nivel: Utilizados para la medición continua del nivel de producto dentro del tanque.

• Sondas de temperatura: Permiten monitorear la temperatura del líquido almacenado, ya sea en un solo punto o a múltiples profundidades.

• Indicadores y transmisores de nivel con flotadores.

• Escotillas de medición y aforo (gauge hatch): Proveen acceso para aforo manual, medición de temperatura puntual o toma de muestras manuales.

Estos instrumentos usualmente requieren la instalación de Tubos de Calma

• La precisión de los instrumentos de nivel y temperatura puede verse afectada por movimientos del líquido, formación de espuma o perturbaciones por entrada/salida de producto. Por esta razón, es común que estos dispositivos se instalen en conjunto con tubos de calma (stilling wells).

• Dimensiones típicas de los tubos de calma:

  • Transmisores de nivel y escotillas de aforo: Se recomienda un tubo de calma de 8” (DN200) de diámetro nominal, aunque puede variar según las especificaciones del fabricante del instrumento.

  • Sondas de temperatura: Se utiliza típicamente un tubo guía de 2” (DN50), que permite insertar el conjunto sensor sin interferencias.

Importante:
Las dimensiones y disposición de los tubos de calma deben ser verificadas contra los requisitos técnicos del instrumento a instalar, considerando factores como el tipo de sensor, método de montaje, espacio libre requerido y características del producto almacenado.

2.2.4 Venteos.

Venteos libres o venteos abiertos (con protección para pájaros).

Utilizados generalmente en tanques que almacenan productos no volátiles o en tanques con techos flotantes internos, podemos encontrar venteos con.

• Cuello de cisne.

• Sombrero chino.

• Cuello de cisne con arresta llamas (usado con productos volátiles).

Venteos de presión y vacío.

Utilizados normalmente en tanques con productos volátiles para reducción de las emisiones atmosféricas, podemos conseguir venteos de presión con:

• Válvulas de presión y vacío con o sin arresta llama.

• Válvulas de alivio de presión.

• Válvula rompe vacío con o sin arresta llamas.

Válvulas de Presión y Vacío

Venteo de emergencia.

Usados normalmente en tanques con productos volátiles que no tengan junta frágil en la unión de techo pared, estos pueden ser de:

• Alivio de presión.

• Alivio de presión y vacío.

Venteos de Circulación

Los venteos de circulación son componentes esenciales en tanques con techos fijos equipados con techos flotantes internos, ya que permiten el desplazamiento del aire o de los vapores a medida que el nivel del líquido cambia. Este aspecto lo trataremos con más detalle en el artículo de Requerimientos Adicionales para Techos Flotantes.

Venteos de Emergencia

Venteos Cuello de Cisne

Tubos de Calma

Escotillas de Techo