Tipos esenciales de placas de tanque en tanques de almacenamiento API 650

Los tanques de almacenamiento de petróleo y GNL (API 650) se construyen a partir de cuatro tipos de placas primarias: Caparazón, Abajo (piso), Anular, y Techo Placas. Cada una cumple una función estructural distinta. Las placas de la carcasa forman la pared cilíndrica y resisten las tensiones circunferenciales y axiales; las placas del fondo forman el piso del tanque y soportan la carga líquida; las placas anulares son las placas en forma de anillo en la unión de la carcasa con el piso que transfieren las cargas a la carcasa; y las placas del techo cubren el tanque con un techo cónico/cúpula fijo. La selección y el diseño de cada placa deben considerar las demandas de carga, los métodos de soldadura, la tolerancia a la corrosión y la disponibilidad de materiales.

Placas de concha

Las placas de concha forman las paredes verticales del tanque. Se cortan y laminan en cursos Bandas horizontales que se apilan hasta la altura máxima. El espesor se calcula a partir de la tensión circunferencial debida a la presión del líquido, más el margen de corrosión. Según la norma API 650, las placas de la carcasa están limitadas a un máximo de 45mm (1,75 pulgadas) de espesor. Si las tensiones de diseño o la resistencia del material exigen más de 45 mm, se debe utilizar un material de mayor resistencia (acero de los grupos IV-VI). Los materiales comunes incluyen ASTM A36 o EN S235JR (límite de fluencia de ~250 MPa) para tanques de menor altura, y A516 Gr 70, A537 CL2 o EN S355 (355 MPa) para tanques más altos o de mayor exigencia. Las placas de la carcasa deben estar calmadas con acero y ser de grano fino para garantizar su soldabilidad.

Desafíos y soluciones: Las placas gruesas de la coraza son pesadas y difíciles de laminar y soldar sin distorsión. Los fabricantes suelen precurvar las placas y utilizar soldadura secuencial con temperatura controlada entre pasadas para controlar la deformación. Todas las costuras de soldadura verticales deben radiografiarse según la norma API 650, sección 8.3; las soldaduras horizontales (circunferenciales) y las soldaduras de placa anular también requieren radiografía. Los aceros de grado A36 o similares carecen de tenacidad al impacto a bajas temperaturas, por lo que en climas fríos, los diseñadores optan por acero endurecido a baja temperatura (p. ej., ASTM A553) o se aseguran de realizar pruebas de impacto. Finalmente, la coraza se ancla a la cimentación del tanque mediante sillas de anclaje soldadas a la placa anular o a la base de la coraza.

Placas inferiores (de piso)

Las placas inferiores forman el piso del tanque y deben soportar la carga hidrostática y los eventos de vacío. Varias placas de acero (de 6 a 12 mm de espesor, más el margen de corrosión) suelen cubrir todo el fondo del tanque. Los diseños estándar incluyen placas de piso superpuestas y un refuerzo más pesado. placa anular Alrededor del borde. Las placas descansan sobre un anillo de cimentación de hormigón o pilotes. Las placas inferiores se sueldan entre sí formando una cuadrícula; se utilizan soldaduras a tope con ranuras cuadradas o biseladas para una penetración completa, según lo exige la norma API 650 (Sección 5.1.5.5). Se pueden utilizar tiras de soporte soldadas por puntos (≥3 mm de espesor) para mantener las aberturas de la raíz. El ancho nominal de las placas rectangulares y de croquis debe ser ≥1800 mm, salvo acuerdo en contrario del comprador. El espesor requerido de las placas inferiores es el espesor corroído más el margen de corrosión.

Consideraciones de diseño: Las placas inferiores deben ser planas y niveladas para evitar la acumulación de agua. Se instalan con soldaduras de sellado al cuerpo o a la placa anular. Según la norma API 650, las soldaduras a tope de las placas inferiores suelen disponerse paralelas al cuerpo para facilitar el vertido del anclaje. También se pueden utilizar diseños inclinados en espiga o radiales. Los tanques pueden incluir... sumidero Bolsillo en el centro para drenaje.

Desafíos y soluciones: El revestimiento del fondo debe resistir tanto la presión positiva (carga hidrostática) como la negativa (vacío). Un vacío insuficiente puede provocar un colapso, por lo que los diseñadores incluyen válvulas de alivio de vacío y consideran refuerzos (p. ej., placas de compensación). La distorsión de la soldadura se mitiga sujetando las placas y soldando simétricamente. El control de calidad es crucial: si bien las soldaduras del techo y del fondo no suelen radiografiarse, todas las conexiones entre la carcasa y el fondo, así como las juntas del suelo, se someten a una inspección con partículas magnéticas 100% o con líquidos penetrantes para garantizar la estanqueidad. Los plazos de entrega pueden ser largos para placas de suelo grandes (especialmente anillos anulares gruesos), por lo que se recomienda la adquisición anticipada.

Placas anulares

Las placas anulares son el anillo de placas que se encuentra inmediatamente dentro del cuerpo del tanque, en la hilada inferior. Transfieren las cargas del cuerpo al piso, proporcionando un punto de fijación para los ángulos de la base del cuerpo y las sillas de anclaje. Según API 650 Sec. 5.5.2, las placas anulares debe tener al menos 600mm (24en) de ancho (medido radialmente) desde la carcasa hasta cualquier junta traslapada cuando el diámetro del tanque sea ≥30 m (100 pies) o cuando la capa inferior de la carcasa esté diseñada utilizando la tensión admisible para los materiales del Grupo IV, IVA, V o VIEn la práctica, los diseñadores suelen fabricar placas anulares significativamente más gruesas que las placas del piso interior (por ejemplo, 12–16 mm en lugar de 6–8 mm) para soportar las elevadas fuerzas circunferenciales.

Soldadura y uniones: Uniones radiales de placa anular Deben ser soldaduras a tope de penetración completaSe permite una tira de refuerzo continua (mínimo de 3 mm) debajo de estas soldaduras, siempre que la soldadura no presente defectos. Para tanques de más de 30 m de diámetro o que utilicen acero de alta resistencia para la carcasa (Grupos IV-VI), la norma API 650 exige placas anulares soldadas a tope. Los tanques más pequeños o los casos de baja tensión pueden permitir placas de "boceto" soldadas a solape, pero los inspectores suelen preferir el anillo soldado a tope por seguridad. El borde interior del anillo anular puede ser recto o poligonal; según la definición de API, la circunferencia interior puede formar un polígono regular con tantos lados como placas.

Desafíos y soluciones: Debido a su gran tamaño y grosor, las placas anulares son pesadas y difíciles de transportar. Su alineación con la carcasa en obra es crucial. Los fabricantes suelen soldarlas a tope a la carcasa en el taller o al inicio del montaje en campo, con un ajuste y soldadura cuidadosos (precalentamiento si es necesario) y control de la entrada de calor. El anillo anular presenta un riesgo de fugas si se suelda de forma insuficiente o deficiente, por lo que muchos ingenieros añaden un margen de corrosión adicional y realizan un ensayo no destructivo (END) exhaustivo (radiografía o PAUT) en estas uniones.

Placas de techo

Los techos fijos (conos o cúpulas) cubren los tanques sobre el suelo. Las placas del techo son paneles metálicos soldados entre sí y fijados a un... ángulo de bordillo superior En la carcasa. La norma API 650 divide el diseño de techos en tres casos de carga: presión interna (fórmula de tensión del Anexo F), cargas externas (pandeo del Anexo F) y cargas generales (Sección 5.10). En la práctica, el espesor de la placa de techo suele estar determinado por el pandeo bajo el peso del techo o el viento, no por la presión interna. La norma API 650 exige un espesor nominal de la lámina de techo. ≥ 5mm (3/16en) Más tolerancia por corrosión. Los techos de cono poco profundo pueden usar acero de 6 a 10 mm; los techos abovedados suelen usar acero de 8 a 12 mm.

Construcción: Las placas de techo se cortan en un patrón de "porción circular" (con un polígono igual al número de placas) o en anillos concéntricos. Las placas se sueldan entre sí mediante soldaduras de filete traslapadas o soldaduras a tope biseladas, con soldaduras de filete continuas solo en la cara superior. Las placas deben estar completamente apoyadas en el perímetro. Para techos de cono apoyado, la norma API 650, sección 5.10, exige que las placas no se suelden a las vigas (sino que se apoyen sobre ellas) para permitir un ligero movimiento. Todos los paneles del techo se fijan al ángulo del bordillo mediante soldaduras de filete continuas en la cara superior.

Desafíos y soluciones: Las placas de techo son más delgadas y suelen deformarse con la soldadura, por lo que los constructores fabrican el techo en el terreno, por secciones o utilizan marcos de elevación. El control dimensional es fundamental para evitar huecos. Dado que las soldaduras de techos suelen presentar menor tensión, el API no exige radiografía en las soldaduras de las placas de techo, pero la inspección visual/MPI 100% es estándar. El acero para techos suele ser A36 o similar; rara vez se requiere acero de alta resistencia, a menos que las grandes luces de techo requieran mayor resistencia al pandeo.

Materiales y especificaciones de las placas

La norma API 650 agrupa los aceros para placas según su tensión admisible y aplicación. Los materiales comúnmente especificados para placas de tanques incluyen:

Normas ASTM

ASTM A36 (Flujo de 26 ksi, ~250 MPa) – Ampliamente utilizado para la carcasa y el fondo en condiciones moderadas. Es económico y fácil de conseguir, aunque no es apto para entornos fríos a menos que se someta a pruebas de impacto.
ASTM A283 Grado C (también ~205–290 MPa) – Un acero estructural general que a veces se utiliza para tanques de baja altura.
ASTM A285 Grado C (Placa para recipientes a presión, 195–260 MPa) – Aprobada por API 650, pero limitada a secciones más delgadas. Más dúctil, a menudo una alternativa más económica.
ASTM A516 Grado 70 (Placa para recipientes de temperatura moderada/baja, resistencia a la tracción de 485 MPa) – Común para carcasas/fondos de mayor resistencia. Tiene mayor tenacidad que el A36.
ASTM A537 CL.2 (placa de recipiente a presión, rendimiento de ~450 MPa) – Mayor resistencia y tenacidad para tanques grandes.
ASTM A553 (Tipos 1 y 2) – Placa de carbono-manganeso de baja temperatura (aleada con níquel) para servicio criogénico. El A553 Tipo 1 (≈9% Ni) se especifica en el Apéndice Q de API 620 para tanques de GNL.

Norma EN

EN 10025 S235JR / S355JR Aceros estructurales europeos equivalentes al A36 (S235JR) y al A572/A656 (S355JR) de mayor resistencia. Tenga en cuenta que la norma API 650 exige grados J0 o J2 sometidos a pruebas de impacto (ensayados a 0 °C o -20 °C) para S275/S355; el grado ordinario «JR» (ensayado solo a 20 °C) no está permitido para placas de mayor espesor.

Norma JIS

JIS G3101 SS400 / SS490 Aceros estructurales japoneses equivalentes (YS 205-245 MPa y 245-295 MPa). El SS400 es más débil que el A36, por lo que algunos diseñadores evitan la sustitución directa a menos que se aumente el espesor.

Otras normas nacionales

La norma API 650 permite el uso de "estándares nacionales reconocidos" si las propiedades mecánicas y los límites químicos cumplen con los criterios de los Grupos I a VI. Por ejemplo, los grados 300W/350W de la norma CSA G40.21 (Canadá) o los grados S275/S355 de la norma ISO 630 suelen aceptarse.

Para todas las placas, la sección 4 de la norma API 650 exige que el acero esté completamente desoxidado y se realicen pruebas de grano fino, con un control riguroso de C, Mn, P, S, etc. Los materiales de mayor calidad (Grupos IV-VI) suelen requerir pruebas de impacto específicas a 0 °C o -20 °C, incluso a temperatura ambiente, para evitar la fractura frágil en condiciones de desgaste. Al seleccionar acero extranjero, verifique los certificados de pruebas de fábrica que confirmen que la composición y la calidad de impacto cumplen con los requisitos de la norma API 650. (Por ejemplo, el acero SS400 chino puede tener una energía de impacto menor que el A36).

Tanques de GNL frente a tanques de petróleo crudo

Los tanques de almacenamiento de GNL operan a –162 °C e imponen requisitos de material mucho más estrictos. Las placas API 650 convencionales (A36, A516, etc.) se vuelven frágiles a temperaturas criogénicas. En su lugar, se suelen utilizar tanques o cestas interiores para GNL. Acero al níquel 9% (ASTM A553 Tipo 1 o ASTM A553M) para una excelente tenacidad. Recientemente, se han desarrollado aceros 7% Ni como alternativas económicas. Estos aceros cumplen con los criterios de impacto Charpy (p. ej., ≥34 J longitudinal a –196 °C para A553T1) según API 620 Apéndice Q. Los tanques de almacenamiento externos (o techos y cimentaciones) pueden usar acero al carbono regular a temperatura ambiente.

Las diferencias de diseño incluyen tanques de doble pared con aislamiento y requisitos de estanqueidad más estrictos. API 620 (no 650) suele ser el código que rige los tanques criogénicos sobre el suelo, e incorpora el Apéndice Q para materiales. En resumen, Para el servicio de GNL, utilice siempre aceros de grado criogénico (A553, A553M o aleaciones con mayor contenido de níquel) para las placas humedecidas.; Los aceros estándar API 650 son solo para la carcasa exterior aislada o contención secundaria por encima de la temperatura ambiente.

Cumplimiento de API 650 (2020)

Para garantizar el cumplimiento de API 650 es necesario seguir las reglas de material, diseño y fabricación del código:
Espesor de la placa y límites del material: Cumpla con la Sección 4.2.1.4: espesor máximo de la carcasa: 45 mm. Utilice los límites de espesor de la Sección 4.2.2 por grado (por ejemplo, A537 puede ser más grueso que A516). Especifique las clases de placa que cumplan con las pruebas de impacto requeridas para la temperatura de servicio prevista.
NDE y soldadura: Realice radiografías 100% para juntas de carcasa a carcasa y anulares. Las soldaduras de techos y pisos requieren 100% MPI/líquido penetrante. Siga la norma API 650, sección 8, para la calificación de soldadores (ASME IX), la preparación de juntas y las pruebas.
Reglas de diseño: Utilice la Sección 5 y los Apéndices (p. ej., Anexo F/V) para calcular el espesor de las carcasas y los techos. Asegúrese de que el ancho de la placa anular sea ≥600 mm. Dimensione las placas inferiores para cumplir con los límites de deflexión y pandeo. Dimensione las distancias entre los solapes y los bordes de las soldaduras según las Secciones 5.1.5 y 5.5.
Documentación: La placa de identificación y la documentación del tanque deben indicar “API 650 – Duodécima Edición” (la edición de 2020 es la decimotercera). Conserve los informes de pruebas de laminación de todas las placas (químicas, mecánicas e impacto) y los registros de soldadura. Solicite inspecciones externas según sea necesario, especialmente para juntas críticas.
Tolerancia a la corrosión: Agregue siempre el CA apropiado (a menudo, de 2 a 5 mm) al espesor de la placa en los cálculos para tener en cuenta la corrosión y los posibles defectos en la superficie del molino.

Desafíos y mejores prácticas

Calidad de la soldadura y distorsión: Las placas gruesas (>10 mm) requieren precalentamiento y control de la temperatura entre pasadas. Utilice soldadura secuencial o control de contracción para minimizar la deformación. Las soldaduras a tope de penetración completa deben lograrse sin defectos. Inspeccione todas las soldaduras completadas (especialmente en las juntas de la carcasa y anulares) con END.
Protección contra la corrosión: Elija materiales chapados compatibles con el producto almacenado o aplique recubrimientos (epoxi o imprimación rica en zinc). Las placas inferiores suelen estar expuestas al agua o a sólidos, por lo que se puede utilizar un mayor margen de corrosión o revestimientos resistentes a la abrasión.
Disponibilidad del material y plazo de entrega: Las placas de gran diámetro o extragruesas son especializadas. Planifique la adquisición con meses de antelación. Si importa, verifique los estándares de calidad (por ejemplo, no asuma que SS400 es igual a A36). Trabaje con los proveedores para garantizar que las certificaciones cumplan con los requisitos API.
Secuenciación de construcción: Instale el anillo anular con antelación, utilizando un respaldo resistente o soportes temporales para mantener la alineación de la estructura. Utilice una viga de viento (anillo similar a un andamio) durante el montaje de la estructura para mantener la forma circular. Siempre que sea posible, preensamble los paneles del techo en el suelo y luego levántelos sobre la estructura terminada.
Ajustes de campo: Las desviaciones en obra (p. ej., asentamiento de la cimentación o una ligera desalineación) deben compensarse con placas de calce, pernos de anclaje ranurados o cortes en las bridas, no mediante el reenrollado de las placas. Verifique la planitud de las placas inferiores antes de la soldadura final para garantizar la estanqueidad.

Conclusión

Al comprender la función de cada tipo de placa y seguir las normas API 650, los equipos EPC/EPCM pueden diseñar y construir tanques seguros y que cumplan con las normas. La selección adecuada de materiales (de A36 a A553), una práctica de soldadura rigurosa y la atención a los detalles del código (ancho de placa y calidad de la soldadura) son esenciales para la durabilidad de los tanques de petróleo crudo y GNL. Si tiene solicitudes de cotización de placas de acero para proyectos de tanques marinos, no dude en contactarnos. [email protected] ¡Para una cotización competitiva y profesional!