CURSO DE INSPEÇÃO DE EQUIPAMENTOS
Inspeção de Tanques de Armazenamento
________________________________________________________________
Elaborado por Orlando Costa: 05/03/2011 Rev-04
Tanques de Armazenamento
TANQUES
2011
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Inspeção de Tanques de Armazenamento: Guia Completo para Profissionais, Manuais, Projetos, Pesquisas de Materiais e Sistemas de Construção
Um guia abrangente para a inspeção de tanques de armazenamento, com foco em procedimentos, normas e aspectos críticos a serem considerados. Aborda desde a identificação de falhas e corrosão até testes hidrostáticos e medidas de segurança, incluindo exemplos práticos e ilustrações.
Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas
2021
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Inspeção de Tanques de Armazenamento ________________________________________________________________ Elaborado por Orlando Costa: 05/03/2011 Rev-
Tanques de Armazenamento
TANQUES
Inspeção de Tanques de Armazenamento ________________________________________________________________ Elaborado por Orlando Costa: 05/03/2011 Rev-
INTRODUÇÃO Tanques de Armazenamento são equipamentos usados para armazenagem de grandes inventários de produtos como o petróleo e seus derivados, produtos químicos, resíduos diversos, misturas e águas. As características do produto armazenado, tais como volatilidade, inflamabilidade, temperatura e pressão de armazenamento são importantes fatores na seleção do tipo de tanques a ser utilizado. São considerados equipamentos de caldeiraria pesada devido a grande quantidade de material utilizado na sua fabricação, opera normalmente com pressão atmosférica ou levemente acima. Esses tanques são construídos em diferentes tipos, formas, tamanhos e com varia dos tipos de materiais. Dado ao domínio da tecnologia de fabricação e de controle de deterioração usa-se o aço carbono como principal material de fabricação de tanques de armazenamento.
Histórico O homem tem lidado com as dificuldades de armazenamento de petróleo e seus derivados a mais de 140 anos. Inicialmente armazenava-se esses produtos em barris de madeiras. Os primeiros tanques de aço eram pequenos, feitos de aço galvanizados e rebitados. Os primeiros tanques soldados surgiram entre 1920 e 1930. Com o crescimento das indústrias após a Segunda Guerra Mundial, necessidades foram sendo identificadas nesta área, principalmente quanto a questão de perda e riscos provocados pela vaporização dos fluidos derivados do petróleo. Aos poucos o homem começou a identificar que os custos reduziam quando o volume de armazenagem aumentava. Surgindo assim projetos de tanques cada vez maiores. Seguido do desenvolvimento de normas e códigos envolvendo este tipo de equipamento e vindo a se tornar constante para atender as constantes mudanças de cenários. Este histórico está relacionado com tanques enterrados (UnderGround Storage Tanks, UST) e para tanque de superfície (Aboveground Storage Tanks, AST) como são conhecidos e tratados pelo API, American Petroleun Institute. Sendo este último tipo alvo deste guia.
Tanques de armazenamento inicialmente parecem trata-se de um equipamento simples e fácil de lidar. Porém os riscos que envolvem estes equipamentos exige atenção e práticas direcionadas desde a fase de projeto até a sua desativação e conseqüente retirada do local onde foi instalado, existindo normas e procedimentos para toda atividade relacionada.
Um problema que desafia a engenharia com relação a este tipo de equipamento é a perda por evaporação. O fenômeno da evaporação de produtos derivados do petróleo
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N-1763 - Revestimentos dos taludes de solos para bacias de tanques N-1822 - Tratamento de superfície de base de tanque N-2111 - Segurança na limpeza, inspeção e reparo de tanque de armazenamento. ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas NBR 7821 ABNT – Tanques soldados para armazenamento de petróleo e derivados.
NOMENCLARTURA Este material contém um ANEXO com os croquis e as definições dos itens, tomando como base a nomenclatura padronizada pela Comissão de Inspeção do IBP.
Esquemática de um Tanque de Armazenamento
CLASSIFICAÇÃO:
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Tipos de Tanques
Neste material estão sendo considerados apenas os tanques atmosféricos e os tanques de baixa pressão e que não sejam enterrados. Qualquer outro equipamento usado para armazenagem deve ser analisado por guias ou códigos específicos.
Os tanques são equipamentos providos de acessórios e ou equipamentos e sistemas auxiliares, como, sistemas de drenagens, indicadores de nível, radar, válvulas de alívio e vácuo, sistemas de combate e proteção contra fogo. Alguns possuem unidades para recuperação de voláteis, sistemas de detecção de vazamento, sistemas de proteção catódica, aquecedores, misturadores etc. Um dos mais importantes dos acessórios são os sistemas de selagem interna, que tem a proposta de evitar a vaporização dos fluidos armazenados, para tratar este item o API-650 traz o Appendix-H, (Internal Floating Roof). Os cuidados direcionados para estes auxiliares serão tratados ainda neste guia.
OS Tanques de Armazenamento podem ser classificados de acordo com suas características de projeto como:
Tanques Atmosféricos Tanques de Baixa Pressão
TANQUES ATMOSFÉRICOS
São equipamentos projetados para operar com um espaço de gás e vapor com pressões internas que se aproximam da pressão atmosférica: 0,05 Kg/cm^2 , acima do nível, do líquido armazenado, criando assim o chamado “espaço vapor”. Os tanques são normalmente construídos em aço carbono, aço liga ou outros materiais dependendo do serviço. Eventualmente podemos nos deparar com alguns tanques construídos com materiais não metálicos, como reforçado com concreto, plástico ou madeira. Alguns tanques são construídos em madeira (API RP-12E) ainda são usados. Normalmente os tanques atmosféricos são soldados, ainda encontramos tanques rebitados (API-RP-12 A) e aparafusados (API RP-12B).
Tanques Atmosféricos são usados para armazenar fluidos que possua uma Verdadeira Pressão de Vapor^1 substancialmente menores que a pressão atmosférica.
(^1) Pressão de Vapor é a pressão na superfície do líquido armazenado, pressão esta causada pela vaporização deste líquido e varia diretamente com a variação de temperatura.
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Fig-1: Tanque de Teto Fixo Auto Portante Fig-2: Tanque de Teto Fixo Auto Portante
Tetos Suportados, possui estruturas internas formadas por colunas e longarinas que dão suportação para as chapas do teto.
Fig-3: Tanque de Teto Fixo Auto Suportado Fig-4: Tanque de Teto Fixo Suportado
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Tanques Rebitados Um outro tipo de tanque atmosférico é o tanque rebitado: no lugar de solda as chapas do tanque são rebitadas. Trata-se de tanques para atendimentos rápidos: fácil e rápido montagem e desmontagem.
Fig-5: Imagem de um tanque rebitado Fig-6: Detalhe das juntas - Posições
Tanques de Teto Flutuante Outro tipo é o Tanque de Teto Flutuante, projetado de modo que as chapas do teto ficam apoiadas diretamente sobre a superfície do líquido armazenado. Acompanhando o movimento de enchimento e esvaziamento. Este tipo de teto necessita de um sistema de selagem nas extremidades para garantira a estanqueidade.
Tanque de Teto Flutuante Simples : O teto é construído de tal modo que flutua sobre a superfície do líquido com um lençol de chapas. Usando para enrijecimento uma estrutura metálica na parte superior, para lhe conferir a necessária estabilidade. É o tipo de construção mais simples e barata, tendo como ponto fraco a sua flutuabilidade. Hoje em dia muito pouco usado. Trata-se de um dos modelos percussores deste tipo de tanque.
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teto mais caro, proporcionalmente, oferecendo a menor perda por evaporação, pois esses dois lençóis de chapas formam um colchão de ar que funciona como isolante entre a superfície em contato com o líquido armazenado e a superfície externa do teto. Este tipo de teto apresentam algumas limitações: maior custo de fabricação e montagem; fundações mais caras devido a não permitir recalque de qualquer natureza; limitação de nível, pois a rigidez da estrutura não recomenda o apoio do teto com muita freqüência, podendo gerar falhas por fadiga
Fig-9: Tanque de Teto Flutuante Pantoon
Os Tanques de Teto Flutuante possuem um sistema de vedação para o espaço entre o costado do tanque e seu teto móvel. Essa vedação é feita por meio de uma chapa: chapa-sapata pressionada firmemente contra o costado por molas ou com efeitos de mola (expostas ao tempo ou submersas no líquido armazenado) ou por contrapesos e com uma membrana flexível fixada entre a sapata e a chapa do teto. Outros tipos de vedação utilizam uma bolsa anular de borracha o material especial cheia de líquido ou gás, ou um anel de resina esponjosa, ambos protegidos contra as intempéries. Um tipo bastante usado para gasômetros é aquele em que o teto flutua em uma selagem de líquido ou a selagem é feita por uma membrana flexível, fixada entre o topo do teto e o costado.
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Fig-10: Tanque de Teto Fixo Auto Suportado
Outros: Existem alguns tipos de tanques, como Tanques de Teto Móvel; Tanques com Diafragma Flexível e outros, usados normalmente para unidade de recuperação de voláteis, sistemas deste tipo quase não usam mais tanques e quando usam, usam um teto fixo normal com selagem interna. Possivelmente não sejam mais usados, porém citados por autores de alguns trabalhos.
Para o armazenamento de pequenas quantidades de fluidos à pressão atmosférica podem ser usados tanques cilíndricos, usualmente com tampas planas e montados em posição horizontal. Para estes tipos de tanques o API – RP12F traz as considerações para projeto, fabricação e testes para este tipo de tanque.
Fig-11: Tanque horizontal Fig-12: Tanque horizontal pronto para montagem
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Fig-14: Tanque de Baixa Pressão Fig-15: Tanques esferóide (Gasoduto)
ACESSÓRIOS E EQUIPAMENTOS AUXILIARES
É previsto na maioria dos tanques o uso de acessórios tais como: válvulas de pressão e vácuo, anti-rotacional, retentor de chama, escadas, etc. De acordo com a sua utilização os tanques podem ter ou não pintura e ou isolamento térmico externamente.
REVESTIMENTO Nos casos onde se prevê corrosão, os tanques podem ser recobertos internamente com materiais resistentes tais como chumbo, alumínio, borracha, vidro, aços-liga, resinas, fibra de vidro e cimento-armado.
RAZÕES PARA INSPEÇÃO
As razões para inspeção estão presentes em toda a vida do tanque, desde a montagem até a retirada deste equipamento de operação, chamando atenção para o também necessário acompanhamento de remoção definitiva deste tipo de equipamento que também é normalizada: API Bulletin 2202.
As razões para inspeção podem ser identificadas como: A verificação de suas condições físicas; determinação da taxa de corrosão; avaliação das causas de deterioração e ou avaria; determinação de vida residual.
Pelo conhecimento dos dados adquiridos durante as inspeções torna-se possível tomar medidas preventivas a fim de reduzir a probabilidade de incêndio ou perda de capacidade do armazenamento; manter seguras suas condições de trabalho; efetuar
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reparos ou determinar antecipadamente a necessidade de substituição e prevenir ou retardar deteriorações futuras.
INSPEÇÃO
Tanques de Armazenamento são projetados pelos códigos API-650, API-620 e BS-
- Trata-se de equipamento de importância operacional considerável, devido aos grandes inventários neles contidos. Os modos de falhas em tanques são complexos e variados, portanto necessitam de uma gestão constante de integridade. Portanto a inspeção é uma prática necessária e em caso que por algum motivo venha a ser adiada, deve ter ações que autorize este adiamento e garantam que os riscos foram analisados. Os mecanismos de falhas nestes equipamentos quando associados, podem ser complexos e variados em tanques. Este mecanismo inclui corrosão sob as chapas do fundo, onde a proteção catódica e sistemas de drenagem ou detector de vazamento são importantes; corrosão interna por diversas causas pode estar presente e falhas não relacionadas com corrosão, principalmente falhas operacionais. Falha em tanque pode desdobrar em grandes impactos principalmente para o meio ambiente, seguido de longa descontinuidade operacional.
CAUSAS DE DETERIORAÇÃO E/OU AVARIA O norteamento em analise das causas de deterioração tem como base o API RP 571.
CORROSÃO A corrosão é a causa principal da deterioração das chapas de aço carbono de um tanque de armazenamento, por isso sua localização e medição são as razões principais da inspeção de um tanque.
CORROSÃO EXTERNA A corrosão atmosférica, que pode ocorrer em todas as superfícies externas do tanque pode variar entre desprezível e acentuada, dependendo das condições do ambiente, as quais podem ser classificadas como leve, de média intensidade e severa podendo ser localizada ou generalizada. Assim, uma atmosfera sulforosa ou ácida pode destruir películas de proteção e aumentar a taxa de corrosão. Qualquer superfície externa de um tanque e seus equipamentos auxiliares serão avariados mais rapidamente, caso sobre eles não exista nenhuma película de proteção. Qualquer depressão ou bolsa na qual pode haver acúmulo de água por longos períodos de tempo, será foco de corrosão localizada. O tipo de tanque e os detalhes de sua construção podem afetar a localização e a intensidade da corrosão externa. Assim, em tanques rebitados, a corrosão por célula
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Fig-17: Corrosão do lado inferior de uma chapa de fundo Fig-18: Varredura eletromagnética para ensaio de chapas
CORROSÃO INTERNA
A corrosão interna dos tanques de armazenamento depende principalmente das características do líquido armazenado e do material de que é construído o tanque. Assim como a eficiência do sistema de proteção contra corrosão instalada, se este existir. A corrosão mais severa ocorre em tanques que armazenam produtos químicos corrosivos ou produtos de petróleo contendo compostos corrosivos e ou que operam com hidrocarbonetos com lastro de água.
Fig.-19: Corrosão interna nas chapas do fundo Fig-20: Corrosão devido a falha da pintura
Em muitos casos é necessário o uso de revestimento (tinta à base de silicato de zinco, resina epoxy, “guinite”, ect.), os quais são mais resistentes às propriedades corrosivas do produto armazenado do que o material de que é feito o tanque (aço). Em casos que venham utilizar revestimentos internos, seguir recomendações e orientações do API-652. Em muitos casos estes revestimentos são aplicados apenas
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no primeiro anel do tanque, ou até alturas onde se concentre o nível máximo de água.
Em alguns casos particulares é necessário construir o tanque de um material resistente à corrosão, por exemplo: tanques de aço inoxidável ou alumínio, para armazenagem de ácido nítrico a 45% e nitrato de amônio a 85% respectivamente, ou proteger um de aço carbono com revestimentos adequados. Por vezes a construção de tanques com materiais mais nobres visa a não contaminação do produto, por exemplo, nas indústrias alimentícias e farmacêuticas. Para os casos de tanques construídos em aço inox, seguir as recomendações do Appendix- S do API-650.
Fig-21: Tanques API-650 Apendix S
Os tanques que armazenam petróleo e seus derivados são usualmente construídos de aço carbono, e normalmente, a intensidade de corrosão varia principalmente em função do líquido armazenado. Os tanques que armazenam óleos pesados (10º API e mais pesados) podem apresentar taxa de corrosão até 0,05mm/a no anel superior do costado, os que armazenam óleos leves (50º API e mais leves) até 0.5mm/a nos anéis correspondentes à 2/3 da altura do tanque.
Os tanques que armazenam produtos intermediários podem apresentar uma taxa de corrosão mais alta devido ao teor do H2S, água absorvida, produtos químicos residuais, PH baixo e temperatura alta. A corrosão interna no espaço de vapor acima do nível de líquido é comumente causada por vapores de gás sulfídrico, vapor de água, oxigênio ou uma combinação dos três; nas áreas cobertas pelo líquido armazenado a corrosão pode ser causada pelo gás sulfídrico, sais, outros compostos de enxofre ou pela água. A solubilidade
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VAZAMENTOS, TRINCAS E OUTRAS AVARIAS MECÂNICAS Algumas justificativas importantes para se inspecionar um tanque de armazenamento é a verificação de vazamentos existentes ou em potencial a fim de prevenir perdas do fluido armazenado, diminuir áreas perigosas e salvaguardar a integridade humana e o patrimônio industrial, a extensão da vida útil do equipamento e o controle da deterioração do equipamento.
Como o líquido armazenado em qualquer tanque representa alto investimento, qualquer perda por vazamento não deve ser tolerada. Além disso, se a perda for instantânea e total (como tem acontecido em alguns casos no mundo) uma grande avaria pode ocorrer em equipamentos vizinhos ao tanque, assim como no meio ambiente.
Os vazamentos são comumente resultantes da corrosão, mas podem também ocorrerem juntas soldadas ou rebitadas indevidamente, através de conexões rosqueadas e flangeadas, ou através de trincas nas soldas ou nas próprias chapas. As trincas podem resultar de várias causas, sendo as mais freqüentes as seguintes: Soldagem imprópria; concentração de tensões não aliviadas ao redor de conexões; reforço insuficiente das conexões; esforços causados pelo recalque do terreno; vibrações; projeto ou reparo mal executado; falha operacional; tensões cíclicas, etc. Os locais mais prováveis da ocorrência de trincas situam-se na junção fundo/costado, ao redor de conexões e bocas de visita, ao redor dos furos rebitados e nas juntas soldadas. Embora a inspeção não identifique trincas em potencial, ela pode perfeitamente definir as condições das trincas existentes antes que elas se tornem perigosas.
Fig-24: Indicações de vazamentos por falhas em chapas do fundo de tanques
Fig-25: Indicação de vazamento entre a base e chapa do fundo de tanques.
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OUTRAS CAUSAS
- Falha nos dispositivos de alívio e Vácuo A válvula de pressão e vácuo e o dispositivo de ventilação podem tornar-se inoperantes devido à presença de materiais gomosos ou carbonatados, à corrosão nas partes móveis e suas guias, ao depósito de corpos estranhos e ao isolamento do dispositivo de segurança feito por pessoas não autorizadas.
- Falha no sistema de medição O medidor de nível do tipo flutuante pode não servir à sua finalidade devido a vazamento no flutuador causado por corrosão ou trincas, e pelo rompimento da trena de medição ou dos cabos-guia da bóia.
Fig-26: Bóia de um sistema de medição de nível Fig-27: Régua externa para indicação de nível
- Falha no sistema de drenagem em teto de tanques de teto flutuante: O dreno de água do teto em tanques de teto flutuante pode não funcionar devido ao seu tamponamento por materiais estranhos ou fechamento indevido da válvula do bloqueio, permitindo o acúmulo excessivo de águas pluviais, o que pode provocar o afundamento das chapas ou o adernamento do teto.