Cálculo de Requerimientos de Venteo en Tanques Según API 2000

1 Introducción

Los sistemas de venteo en tanques atmosféricos y de baja presión permiten evitar la acumulación peligrosa de presión o vacío durante condiciones normales o de emergencia. La norma API 2000, armonizada con la ISO 28300, define los criterios para calcular requerimientos de venteo en diversas condiciones.

Este documento presenta los diferentes métodos de cálculo, diferencias entre ediciones, dispositivos involucrados y las reglas clave para establecer los set points, de forma clara y precisa.

2 Conceptos Básicos

• MAWP: Presión máxima admisible de trabajo del tanque.

• Set point: Presión manométrica a la que una válvula comienza a abrir.

• Sobrepresión: Aumento necesario sobre el set point para alcanzar el flujo de diseño.

• Presión de alivio: Suma de set point + sobrepresión.

• Acumulación: Cuánto puede excederse la MAWP durante el alivio.

3 Causas de Sobrepresión o Vacío.

3.1 Condiciones Normales:

• Movimiento de líquido (llenado y vaciado)

• Cambios térmicos (efecto solar y ambiental)

3.2 Condiciones de Emergencia:

• Incendio externo

• Fallas operativas (rotura de serpentines, etc)

4 Factores que Afectan el Venteo de los Tanques

• Latitud geográfica: Define los coeficientes Y y C para venteo por efecto térmico.

• Aislamiento térmico: Disminuye el volumen requerido de venteo.

• Presión de vapor del producto: Determina si se aplica el factor 2.0 para outbreathing (alivio de presión por llenado).

• Tamaño y geometría del tanque: Afecta la masa de gas desplazado.

• Ubicación y altitud: Cambia la densidad del aire y condiciones de presión ambiental.

5 Métodos de Cálculo

5.1 Movimiento de Líquido

a) Para productos no volátiles

(Presión de vapor < 5 kPa)

• Outbreathing (alivio de presión por llenado):

Vop = Vpf

• Inbreathing (alivio de presión por vaciado):

Vip = Vpe

Donde:

• Vop: Caudal requerido de expiración (Nm³/h)

• VIP: Caudal requerido de inspiración (Nm³/h)

• Vpf: Caudal máximo de llenado ((Nm³/h)

• Vpe: Caudal máximo de vaciado (Nm³/h)

b) Para productos volátiles

(Presión de vapor > 5 kPa)

• Según API 2000 7ma edición, sección 3.3.2.2.1.b, el outbreathing es:

  Vop = 2 Vpf

Esto considera el efecto del desequilibrio líquido-vapor al ingresar líquidos volátiles.

• Inbreathing (alivio de presión por vaciado):

Vip = Vpe

5.2 Por Efecto Térmico Ambiental

• Outbreathing térmico:

VOT = Y Ri Vtk^0.9

• Inbreathing térmico:

VIT = C Ri Vtk.^0.7

Donde:

• Vtk​: Volumen geométrico del tanque (m³)

• Y & C: Coeficientes que dependen de la latitud

• Ri​: Factor de aislamiento térmico (1 sin aislamiento, <1 con aislamiento)

Latitud y coeficientes Y y C:

La latitud geográfica afecta significativamente el requerimiento de venteo por respiración térmica, al influir sobre la amplitud térmica diaria. API 2000 clasifica las latitudes como sigue:

Latitud Y C

Debajo de 42° C 0.32 4-6

Entre 23° C y 58° C 0.25 3-5

Encima de 58° C 0.20 2.5-4

Efecto del aislamiento térmico:

El uso de aislamiento reduce los efectos térmicos sobre el espacio de vapor. El factor de aislamiento Ri varía típicamente entre:

• Sin aislamiento: Ri = 1.0

• Aislamiento parcial: Ri = 0.5–0.8

• Aislamiento completo: Ri = 0.3–0.5

5.3 Por Incendio Externo

Este cálculo considera el vapor generado por transferencia de calor debido a un incendio cercano.

a) Productos con Pv similar al hexano:

q = 208.2 F Atws^0.82

Donde:

• Q: Calor total transferido (W)

• F: Factor de corrección por aislamiento (≈1 si no hay aislamiento)

• Atws​: Área húmeda del tanque expuesta al fuego (m²)

b) Productos con Pv mayor que el hexano o desconocida:

q = 906.6 (Q F/L) (T/M)^0.5

Donde:

• Q: Carga térmica absorbida (kW)

• F: Factor de aislamiento

• L: Calor latente (kJ/kg)

• M: Masa molar (kg/kmol)

• T: Temperatura de alivio (K)

5.4 Apendice A.

El Apéndice A proporciona un método simplificado para estimar los requerimientos de venteo bajo condiciones de operación estándar. Este método evita cálculos detallados cuando se cumplen ciertas condiciones de aplicabilidad:

Condiciones para aplicar el Apéndice A:

• El tanque debe ser atmosférico, no refrigerado y sobre el nivel del terreno.

• Volumen del tanque menor a 100,000 barriles (aproximadamente 15,900 m³).

• El producto debe tener una presión de vapor menor a 14 psia (aproximadamente 96.5 kPa).

• La instalación debe operar en condiciones ambientales y operativas típicas, sin fuentes de calor anormal ni procesos especiales. volume less than 100,000 barrels (approximately 15,900 m³).

Este método proporciona valores tabulados que integran simultáneamente los efectos de movimiento de líquido, respiración térmica y condiciones promedio para latitud y aislamiento.

⚠️ El Apéndice A no debe usarse para condiciones extremas, presencia de fuego, productos altamente volátiles o configuraciones no convencionales.

5.5 Otras Contingencias

Otras contingencias requieren análisis de ingeniería específico, encontramos entre otras las siguientes:

• Roturas de serpentines

• Reflujo incontrolado

• Cierre intempestivo de válvulas

• Requieren análisis de ingeniería específico

6 Dispositivos de Venteo

6.1 Válvulas de Presión y Vacío (Conservación)

Rango típico de set point:

• 0.35–1.4 kPa

• 0.05–0.2 psig

• 1.4–5.6 in H₂O

6.2 Válvulas de Emergencia

Rango típico de set point:

• 1.5–5.0 kPa

• 0.22–0.73 psig

• 6–20 in H₂O

6.3 Válvulas de Inertización (Blanketing)

• Mantienen presión positiva con nitrógeno u otro gas

• Evitan ingreso de aire, oxidación y formación de mezclas inflamables

7 Set Points y Escalonamiento de los Dispositivos

7.1 Relación con Presión de Operación

El set point de la válvula de alivio de presión (válvula de conservación) debe ser al menos 10% mayor que la presión de operación normal del tanque.

7.2 Escalonamiento entre Dispositivos

Relación / Recomendación

Válvula de Conservación vs. Presión de operación: / Set point ≥ 10% más alto que la presión de operación

Válvula de emergencia vs. Válvula de conservación: / Set point de Válvula emergencia ≥ 10% más alto que el de la Válvula de conservación

Válvula de Emergencia vs.MAWP: / Presión de alivio ≤ MAWP (API 650 o API 620)

Ejemplo:

• Presión de operación: 10 mbar (0.145 psig)

• Set point de conservación: 12 mbar (0.174 psig)

• Set point de emergencia: 15 mbar (0.22 psig)

• MAWP tanque API 650: 17.2 kPa (2.5 psig)

7.3 Limits According to Design Code

Norma: API 650

MAWP: ≤ 2.5 psig (17.2 kPa)

Acumulación permitida: 0% (cannot be exceeded)

Norma: API 620

MAWP: ≤ 15 psig (17.2 kPa)

Acumulación permitida: 0% (cannot be exceeded)

8 Comparativa: API 2000 6ta vs. 7ma Edición

La principal diferencia entre la 7ma edición y la 6ta edición del API 2000 radica en el requerimiento de venteo por movimiento de líquido (outbreathing) para productos volátiles. En la sección 3.3.2.2.1.b, se establece que para líquidos con presión de vapor superior a 5 kPa, el caudal de venteo requerido durante el llenado debe ser igual al doble del caudal de entrada. Este criterio no era considerado explícitamente en la 6ta edición..

9 Conclusiones

• La norma API 2000 presenta métodos específicos para cada tipo de contingencia. Por ello, el cálculo de venteo debe abordar individualmente escenarios como movimiento de líquido, respiración térmica o incendio, aplicando la metodología correspondiente a cada uno.

• Un escalonamiento adecuado de válvulas y la correcta selección de set points son fundamentales para evitar pérdidas, sobrepresiones y asegurar un funcionamiento seguro. Esta configuración protege eficazmente sin activar dispositivos de forma innecesaria.

• Los dispositivos de venteo deben seleccionarse respetando la MAWP del tanque, de acuerdo con los límites establecidos en API 650 y API 620. Bajo ninguna circunstancia se recomienda exceder este valor.

• El Apéndice A puede ser útil para casos operativos simples, pero no sustituye un análisis completo cuando existen condiciones especiales o riesgos adicionales.API 2000 provides specific methods for each type of contingency. Therefore, venting calculations should address scenarios such as liquid movement, thermal breathing, or fire individually, using the appropriate methodology for each case.