Mantenimiento y Construcción de Techos en Tanques API

7/24/2019 Mantenimiento y Construcción de Techos en Tanques API

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Julio, 2010

MANTENIMIENTO Y/O CONSTRUCCION DE TECHOS FIJOS ENTANQUES DE ALMACENAMIENTO API

GermanAlfonso Mantilla NietoLider de Mantenimiento de Tanques - GRB

[email protected]



Mantenimiento de Techos Fijos en Tanques de A lmacenamiento API 2

INTRODUCCION

Los tanques de almacenamiento API, desde el punto de vista de los techos, tienen lassiguientes clasificaciones:

• Techos fijos soportado (con columnas internas)

• Techos fijos auto-soportados (sin columnas internas)

• Techos externos flotantes

• Techos fijos con techos internos flotantes (membranas flotantes)

• Techos geodésicos con techos internos flotantes (membranas flotantes)

Los techos fijos de los tanques, son susceptibles a presentar corrosión interna, debido a queallí se presenta un fenómeno de condensación y/o presencia de vapores. Lo anterior resulta

que cuando se interviene el tanque para mantenimiento, se evidencie la necesidad dereemplazo total ó parcialmente de las láminas de techo y/o la estructura de soporte delmismo.

En esta presentación, se mostrará los principios de diseño de este tipo de techos, elprocedimiento de montaje de los mismos y los procedimientos recomendados para elreemplazo, total ó parcial de estos, con enfoque técnico y de seguridad.




PRINCIPIO DE DISEÑO

Los techos fijos de los tanques API, se componen de:

• Una estructura de soporte conformada de columnas y vigas

• Cubierta en lámina

Debido a que los ciclos de llenado y vaciado a los que están permanentementeexpuestos los tanques y a lo relativamente flexible de los suelos donde estánsoportados los fondos de los mismos, estas estructuras deben tener las siguientes

características:• Las columnas no deben estar unidas rígidamente al fondo

• Las conexiones de las vigas deben permitir movimientos verticales de laestructura

• Las vigas y columnas se diseñan como elementos simplemente apoyados

en sus extremosLo anterior supone un riesgo al momento de la construcción y/o elmantenimiento, debido a que la estructura de techo tiene una estabilidadincipiente que requiere que buena parte de sus elementos estén instalados,requiriendo así, en algunos casos de elementos adicionales para garantizarsu estabilidad durante la construcción y/o mantenimiento.




COMPONENTES DE UN TECHO FIJO

Fuente: http://www.polymer-services.com

Plato central

Vigas Radiales(Rafters)

VigasPoligonales(Girders)

Columna Central

ColumnasPoligonales

Lámina de Techo




COMPONENTES DE UN TECHO FIJO

Plato central

Vigas Radiales(Rafters)

VigasPoligonales(Girders)

Columna Central

Columnas

Poligonales

Cartelas SoporteCasco

SoportesColumnas




DISEÑO TIPO DE UN TECHO (API 650)

• En un diseño típico de un techo fijo soportado, esta compuesto por los siguienteselementos:

Elemento Descripción

ColumnasSección conformada por perfil compuesto por dos perfiles tipo“C”

Base ColumnasFabricadas en perfil tipo “C” para distribuir la carga sobre la

lámina de piso

Rafters (Vigas Radiales)Normalmente conformado por perfil tipo “C” de máximo 6

mts. de largo.

Girders (Vigas Poligonales) Conformados por perfiles “W” de máximo 6 mts. de largo

CartelasPara recibir los Rafters tanto sobre los Girders como en elcasco

Cubierta Lámina de acero carbón, comúnmente de 3/16” de espesor


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DISEÑO DE UN TECHO CONICO SOPORTADO

•Cada uno de los elementos se diseñan cumpliendo los siguiente principios:

Elemento Principio de Diseño

Viga radial - Rafter Se diseña como un elemento simplemente apoyado, que soporta supropio peso y una carga viva de 20 lb/ft2. La carga se calcula deacuerdo al área aferente de la lámina que soporta.

Viga poligonal - Girder Se diseño como un elemento simplemente apoyado para soportar supropio peso y la carga transmitida (peso propio y viva) de las vigasradiales.

Columnas Se diseñan como elementos simplemente apoyados en sus extremos,de acuerdo a la carga que le transmiten los puntos de unión de lasvigas poligonales.

Platinas Se diseñan para soportar las cargas verticales que le transmiten

todos los elementos que recibe.

Importante: No se diseñan conexiones a para resistir momento, por lo tanto, las conexiones deben tener lasuficiente holgurapara permitir el movimientoy así evitar que se transmitan momentosa las uniones.

Lo anterior supone que durante la construcción, esta estructura requiere de elementos adicionalesy/o un procedimiento especial para garantizar la estabilidad. Igualmente, durante un mantenimiento,es de especialcuidadorevisar su estabilidad al retirar parcialmente uno ó máselementos.



CONSTRUCCION DE UN TECHO CONICO SOPORTADO

Durante la construcción de un techo cónico soportado, se identifican claramente dos etapasque se deben tener en cuenta durante la planeación.

• El montaje de la estructura de soporte

• El montaje de la lámina de cubierta



LOS PLANOS Y EL PROCEDIMIENTO, UN FACTOR IMPORTANTE

Los planos de construcción, normalmente indican la orientación tanto de la estructura desoporte, como la de las láminas del techo. Es importante desde el punto de vista deseguridad seguir estas orientaciones.

Tanto la estructura de techo, como la cubierta se componen de elementos que solamente

cuando están unidos, se comportan como está considerado en el diseño. Pero durante elmontaje, son elementos independientes que deben instalarse de una forma planeada, paragarantizar así la estabilidad de la estructura que se está construyendo y la seguridad delpersonal que allí trabaja.

Algunas láminas de techo, pueden quedar para que sus soldaduras queden en sitios dondeno hay vigas soporte. Estos sitios deben ser identificados desde la planeación paraestablecer el procedimiento más seguro para ejecutarlo.


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EJEMPLOS DE ORIENTACION DE ESTRUCTURA Y LAMINASADECUADA

Centros en la misma orientación

Distribución de láminas y vigas con respecto al

centro



EJEMPLOS DE ORIENTACION DE ESTRUCTURA Y LAMINASADECUADA

Simetría y alineación delas orientaciones tanto de

las láminas de techo

como de la estructura



Centros en diferente orientación



• Después de soldar el ángulo bocel, se localizan y se puntean las cartelas de soporte delas vigas externas sobre el casco.

• Se localizan sobre el fondo, la ubicación de los centros de las columnas

• Se levantan las dos primeras columnas de la poligonal más cercanas al casco. Cada

columna se debe asegurar con vientos.• Se instala sobre estas columnas la viga poligonal (Girder).

• Se instalan sobre la viga poligonal (Girder) las vigas radiales hasta el casco (Rafter)

• Se continúan instalando todas la columnas, vigas poligonales, vigas radiales de lapoligonal mas externa y se continúa con las demás poligonales.

• Terminado de montar la estructura, se chequea verticalidad de columnas, se instalanguías de las columnas, se sueldan las cartelas al casco y se ajusta la tornillería.

• Ya se puede iniciar la instalación de la lámina de techo.



CONSTRUCCION DE LA ESTRUCTURA DE SOPORTE(INSTALANDO PRIMERO PARCIALMENTE EL CASCO)

ESTA PRACTICA ES MUY COMUN PORQUE AHORRA ESFUERZO DEL MONTAJE DE LAESTRUCTURA AL NO TENER QUE SALVAR LA ALTURA DE TODO EL CASCO PARA SU MONTAJE,PERO REQUIERE DE CABLES (VIENTOS) AMARRADOS AL PISO PARA MANTENER LAESTRUCTURA ESTABLE HASTACOMPLETARLA.

•Se localizan sobre el fondo, la ubicación de los centros de las columnas

•Se levanta primero la columna central y se amarra con cables.

• Se instalan las columna del primer polígono (del centro hacia el casco) y se amarran concables

•Se instalan las vigas poligonales sobre las columnas del primer polígono.

• Se instalan las vigas radiales del polígono interno

• Se continúa con las columnas del segundo polígono y así hasta llegar al polígono externo.

• Después de finalizar el casco al 100% de la altura, se instalan las cartelas y luego seinstalan las vigas radiales más externas.

•Ya se puede iniciar la instalación de la lámina de techo.



ACCIDENTES

Canadian Natural Resources Ltd. and two other companiesface 53 charges under Alberta's Occupational Health and

Safety Act in the April 2007 deaths of two Chinese temporaryworkers at CNRL's Horizon oilsands project, the provinceannounced Tuesday.

Two workers were killed and five others injured in April 2007 when the roof of a massive storage tankunder constructioncollapsedat the site in northern Alberta.

The men were welding the wall structure inside the tank when the roof support structure collapsed onthem.

In a news release,the province said the companies also face charges for:•Allegedly failing to ensure that a professional engineer prepared and certif ied drawings andprocedures.

•Allegedly failing to ensure the roof support structure inside the tank was stableduring assembly.•Allegedly failing to ensure that U-bolt type clips used for fastening rope wire were installed properly.•Allegedly failing to ensure that wire ropebeing usedwas safe.

The maximum penalty for a first offenceunderthe act is $500,000foreach charge.

Fuente: CBC News



CONSTRUCCION DE LA CUBIERTA DEL TECHO

•Una vez finalizado el montaje de la estructura, se puede iniciar el montaje de la cubierta del

techo.

• Montar y asegurar tablas sobre la estructura para formar andamios

• Instale una torre de andamios móvil como soporte al entablado instalado para accesar aaquellos sitios por debajo que de otra forma sean peligrosos.

•Utilice grúa para montar las láminas del techo.

• Monte primero la lámina central, de acuerdo a la orientación definida en el plano.

• Continúe instalando las láminas, respetando el orden de los planos y dejando el traslapoindicado.

• Para evitar que las láminas se corran, vaya instalando “punteando” las láminas.

• Se debe completar totalmente una franja, antes de iniciar la instalación de láminas de otra.

• Se continuará instalando las láminas hacia los costados de la franja central.

• Una vez instalada la totalidad de las láminas, se inicia el proceso de soldadura, dejando parel final, las láminas orilleras.

• Finalmente, soldar las láminas orilleras.

• Realizar pruebas con jabón y caja de vacío al 100% de las soldaduras.



MONTAJE DE ESTRUCTURA Y TECHO

Montaje de la estructurainiciando por el centrohacia afuera, con cascoparcialmente instalado.

Montaje de la lámina de

techo una vez finalizado elmontaje de la estructura

Se observa el montajeiniciando del centro hacia

los extremos.



MANTENIMIENTO DE TECHOS FIJOS

En muchas ocasiones, en el mantenimiento de los techos fijos de tanques, se requiere elcambio de las láminas de techo total o parcialmente y también de su estructura soporte,principalmente a nivel de vigas radiales (rafters ó cabios).




RECOMENDACIONES DURANTE EL CAMBIO DE LAMINAS YESTRUCTURA DEL TECHO

Es primordial para una adecuada ejecución de reparación del techo de un tanque, tener a losplanos tanto de la estructura del techo, como el de las láminas.

Sobre estos planos, se debe identificar, el trabajo a realizar resultante de la inspección, elcual puede ser:

• Cambio parcial de las láminas del techo

• Cambio total de las láminas de techo

• Instalación de parches en láminas de techo

• Reemplazo total ó parcial de vigas radiales (rafters)

• Reemplazo total ó parcial de vigas poligonales (girders)

• Reemplazo parcial ó total de columnas

Cada uno de estas actividades, deben analizarse, y de acuerdo a factores como cantidad deelementos a reparar, tamaño del tanque, equipos disponibles, material disponible, etc. Sedeberán ejecutar de una determinada forma, para garantizar la seguridad de los trabajadoresy la estabilidad de la estructura.




RIESGOS PRINCIPALES LA CONSTRUCCION Y REPARACION DETECHOSFIJOS DE TANQUES API

• CAIDA DE ALTURAS DURANTE EL MONTAJE / DESMONTAJE / MANTENIMIENTO

• DESPLOME DE LA ESTRUCTURA DURANTE EL MONTAJE / DESMONTAJE / MANTENIMIENTO

• MOVIMIENTOS DE CARGA

• MACHUCONES / ATRAPAMIENTO / CORTES




CONCLUSIONES

1. Normalmente, las alturas de los techos de los tanques que se operan enEcopetrol tienen en promedio una altura de 40 ft ( 12 mts), por lo tanto, todoslos trabajos de mantenimiento y construcción, son trabajos en alturas.

2. Han ocurrido accidentes fatales en la industria durante la construcción ymantenimiento de techos fijos en tanques API, entre otros por caída de alturaó por colapso de las estructuras.

3. Las actividades de construcción y mantenimiento de techos fijos de tanquesAPI son actividades de riesgo que deben ser planeadas rigurosamente conbase en planos de diseño y realizadas por personal calificado en el diseño,construcción y mantenimiento de tanques.

4. La configuración de la estructura del techo y las láminas van cambiando amedida que se avanza en el techo del tanque, por lo tanto, existen zonas de

mayor riesgo que otras. Por lo tanto, se debe planear como y donde se iniciael montaje ó desmantelamiento, ya que esto puede inducir riesgosadicionales.




RECOMENDACIONES

1. Siempre se debe contar con los planos del tanque antes de intervenir untanquecon el fin de que sirva de apoyo en la planeación de los trabajos

2. Siempre hay que pensar en la estabilidad de la estructura del techo deltanque cuando se considere en el alcance el cambio de elementos comovigas poligonales, radiales ó columnas.

3. Antes de intervenir un techo de un tanque, se debe diseñar un procedimiento

específico dependiendo de la configuración del tanque y del alcanceespecífico a realizar (cantidad de elementos, localización, etc.), con el fin deidentificar riesgos adicionales.

4. Siempre se deben instalar las láminas de techo empezando por la franjacentral y avanzar hacia los lados. Y en caso de desmantelamiento, se debeavanzar en orden inverso.

5. Instalar líneas de vida horizontales en el techo de tal forma que se garanticeque los trabajadores puedan acceder al 100% del techo sin necesidad quese tengan que soltar de esta.



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