Protección de Tanques de Almacenamiento

OPCIONES DE PROTECCION

Los almacenamientos de grandes volúmenes de líquidos inflamables o combustibles, requieren consideración especial cuándo se provee de protección al fuego el combustible y el área cercana. Los tipos de líquidos y la variedad de estilos de tanques da posibilidad de emplear diversos sistemas de protección al fuego con espuma.

Hay tres tipos básicos para protección de tanques de almacenamiento:

  1. Inyección bajo la superficie

  1. Aplicación sobre la Superficie:

  • Techo Cónico (con o sin membrana flotante interior).

  • Techo Flotante.

  1. Dique de Protección.

La inyección bajo la superficie se logra utilizando un generador de espuma de contrapresión. La espuma debe inyectarse en la base del tanque sobre el nivel de agua residual. Este método puede usarse en combustibles hidrocarbonados almacenados en tanques de techo cónico. la inyección bajo la superficie no es un procedimiento aceptable para la protección de tanques de techo flotante, tanques de techo cónico con flotadores interiores, o cualquier tipo de tanque que contenga líquidos que sean solvente polares.

La aplicación de superficie se puede lograr por varios métodos entre los que se incluyen cámaras de espuma, generadores de espuma de techo flotante, monitores, o líneas manuales de manguera. El método de aplicación en superficie a utilizar depende principalmente del diámetro y tipo de tanque. Los tanques de techo cónico y los de techo flotante son los primeros candidatos para la protección de superficie.

La protección con dique se utiliza generalmente para tanques verticales de pequeño diámetro o para tanques horizontales. La protección con dique se puede completar utilizando generadores de espuma de techo flotante, boquillas rociadoras, o monitores de espuma.

INYECCION BAJO LA SUPERFICIE

La inyección bajo la superficie es la inyección de espuma de baja expansión, típicamente 4:1 o menor, en la base de un tanque. A causa de la presión ejercida sobre la tubería que suministra la espuma por el volumen del líquido contenido en el tanque (presión estática), se requiere utilizar un generador de espuma de contrapresión para asegurar el flujo y la expansión adecuadas. La espuma se puede inyectar en el conducto del producto, ya existente o por una entrada distinta dedicada especialmente para la protección del fuego.

La espuma debe entrar siempre en el tanque por encima del nivel de capa de agua que puede existir en el fondo; debe de inyectarse en el combustible contenido en el tanque. La inyección en la capa de agua destruirá la espuma que se produzca.

La inyección bajo la superficie se puede usar en hidrocarburos líquidos almacenados en tanques de techo cónico. No es un método aceptable para utilizarse en tanques de techo flotante (abierto o cerrado), ni es aceptable para tanques que almacenen líquidos de cualquier tipo de solventes polares.

La inyección bajo la superficie ofrece varias ventajas sobre otros métodos de aplicación.

  • La espuma se dirige más efectivamente a la superficie del combustible ardiendo sin interrupción por efecto del viento y la convección térmica de los gases.

  • La espuma al subir origina la circulación del contenido del tanque y ayuda a enfriar el combustible en el superficie.

  • Los daños producidos al equipo de suministro de espuma, en caso de fuego y explosión, se reducen al estar situado el equipo en el base del tanque en lugar de encontrarse en la parte superior.

La inyección bajo la superficie tiene una desventaja si la velocidad de entrada de espuma es superior a la recomendada por la excesiva agitación del hidrocarburo se causa la destrucción de la espuma por la combustión del combustible que la contiene. Por tanto, es importante que el sistema sea proyectado para NO EXCEDER esta velocidad máxima de entrada.

GUIA PARA CALCULAR LA PROTECCION POR INYECCION BAJO SUPERFICIE

El siguiente esquema define las secuencias lógicas para diseñar un sistema de inyección de espuma bajo la superficie para protección de tanques.

CALCULO DE LA SUPERDICIE A PROTEGER

Cuándo se protege solamente un tanque de almacenamiento, calcule el área de la superficie utilizando la fórmula siguiente:

AREA DE LA SUPERFICIE = R2

Cuándo se protegen varios tanques de almacenamiento, es importante calcular el área de la superficie de RIESGO MÁS SEVERO. El riesgo más severo es el tanque de almacenamiento que requiera la mayor cantidad de concentrado de espuma para su protección.

Cuándo todos tanques contienen el mismo combustible, el tanque más grande requerirá mas concentrado de espuma y es considerado por eso como de riesgo más severo.

Cuándo los tanques contienen combustibles diferentes, el riesgo más severo puede que no sea el tanque más grande. En estos casos, es necesario determinar el área de la superficie, tiempo de descarga, y cantidad de espuma requerida por cada tanque y entonces seleccionar el tanque que necesita mayor cantidad de concentrado de espuma para la protección primaria.

DETERMINACIÓN DEL TIEMPO DE DESCARGA Y CANTIDAD NECESARIA

Se determinan tiempo de descarga y cadencia del solicitud según el tipo de combustible almacenado en el tanque de almacenamiento que se desea proteger utilizando la Tabla I. El concentrado de Espuma proteínico no es aceptable porque la espuma agita el combustible.

 

Combustible Protegido

Concentrado de espuma

Velocidad de aplicación

lpm/m2

Tiempo de Descarga

Hidrocarburos con Flash Point entre

38ºC y 93ªC

Fluoroproteinica

AFF

4.1

4.1

30 minutos

30 minutos

Hidrocarburos con Flash Point inferior 38ºC o líquidos calentados por encima del Flash Point

Fluoroproteinica

AFF

4.1

4.1

55 minutos

55 minutos

Crudo de Petróleo

Fluoroproteinica

AFF

4.1

4.1

55 minutos

55 minutos

 

CALCULO DE LA CANTIDAD DE ESPUMA PRIMARIA

Primero, utilice la fórmula siguiente para determinar la Cantidad de Espuma a descargar requerida para el valor obtenido:

CANTIDAD DE ESPUMA = AREA DE RIESGO X CANTIDAD DE ESPUMA A DESCARGAR

Ahora, calcule la cantidad del concentrado de espuma con la fórmula siguiente:

CANTIDAD = CANTIDAD DE ESPUMA A DESCARGAR X TIEMPO DE DESCARGA X % DE CONCENTRADO

  • el valor del % de Concentrado se expresa como:

  • 01 para el 1% de concentrado

  • 03 para el 3% de concentrado

  • 06 para el 6% de concentrado

CALCULO DEL NÚMERO DE BOCA DE DESCARGA

El número de bocas de la descarga requeridas se basa en diámetro del tanque y el “punto de flash” del combustible.

Número de Bocas de Descarga Requerido

Diámetro del Tanque [m]

Flash Point inferior a 38ºC

Flash Point superior a 38ªC

Hasta 24

1

1

Entre 24 y 26

2

1

Entre 36 y 42

3

2

Entre 42 y 48

4

2

Entre 48 y 54

5

2

Entre 54 y 60

6

3

Superior a 60

Una salida más por cada

465 m2

Una salida más por cada

697 m2

CALCULO DEL TAMAÑO DE LA TUBERÍA DE ENTRADA

La norma 11 de NFPA establece que la velocidad de la espuma en el punto de descarga en el tanque no exceda de 3 m/s para líquidos Clase IB o 6.1 m/s para otros líquidos, a menos que pruebas reales demuestren que velocidades más altas son satisfactorias.

La tubería de entrada para la inyección bajo la superficie debe ser del tamaño adecuado para que el flujo de espuma no exceda la velocidad de entrada recomendada. El tamaño adecuado de la tubería de entrada puede obtenerse multiplicando el valor del flujo necesario para el tanque por 4 (expansión máxima esperada) para conseguir la cantidad de espuma expandida, entonces buscar este en el ábaco del a Figura 1 para determinar el tamaño de tubería apropiado.

Para usar el ábaco, busque la velocidad de aplicación de Espuma en su lado izquierdo. Localice su intersección con la cantidad de espuma expandida. Seleccione el tamaño de la tubería de entrada, en la línea correspondiente, situada en o debajo de la intersección.

Figura 1

Para utilizar el ábaco de la figura 2, busque la Presión Estática ejercida (por la altura del líquido), en el lado izquierdo. Localice su intersección con la línea de la Gravedad Específica para el combustible en el tanque. La Presión Estática es la indicada en la parte inferior del ábaco directamente debajo la intersección.

Figura 2

CALCULO DE PÉRDIDAS POR FRICÍON DE LA ESPUMA POR EL TAMAÑO DE LA TUBERÍA

La máxima Pérdida por Fricción Aceptable y el valor de Espuma expandida utilizando las fórmulas siguientes:

PERDIDA MAXIMA PERMITIDA POR FRINCCION = MAXIMA CONTRAPRESION PERMITIDA – PERDIDAD POR PRESION ESTATICA

CANTIDAD DE ESPUMA EXPANDIDAD = CANTIDAD DE CONCENTRADO DESCARGADO X GRADO DE EXPANSION (4)

A continuación, busque el valor de la cantidad de espuma expandida en la zona inferior del ábaco. Localice su intersección con la línea del tamaño de tubería utilizada, seleccione el valor de perdida de presión, en el lateral derecho del ábaco.

APLICACIÓN DE SUPERFICIE

La aplicación de espuma en superficie del combustible se realiza con una tubería que suministra la espuma a cámaras de espuma uno o a generadores de espuma de techo flotante. Ambos aparatos son del tipo aspirantes de aire y vierten la espuma sobre la pared del tanque. La forma del tanque determina que tipo de aparato de descarga puede utilizarse.

Los tanques de techo cónico (con o sin flotadores interiores) requieren el uso de cámaras de espuma para la aplicación de superficie. Porque las cámaras de la espuma contienen un sello al vapor, previenen la entrada de vapores inflamables en el conducto de suministro. A diferencia de las cámaras de espuma, los generadores de espuma de techo cónico.

Los tanques de techo flotante pueden protegerse tanto con generadores de espuma de techo flotante o cámaras de espuma. Porque el conducto del generador de espuma de techo flotante esta encima del techo flotante del tanque y abierto a la atmósfera, se reducen los vapores inflamables y no se necesita un sello de vapor.

GUIA PARA CALCULAR LA PROTECCIÓN POR ESPUMA EN SUPERFICIE

El siguiente esquema define las secuencias lógicas para diseñar un sistema de inyección de espuma en la superficie para protección de tanques de techo cónico.

CALCULO DEL AREA DE LA SUPERFICIE (Tanques de Techo Cónico)

Cuándo se protege solamente un tanque de almacenamiento, calcule el área de la superficie utilizando la fórmula siguiente:

AREA DE LA SUPERFICIE= r2

Cuándo se protegen varios tanques de almacenamiento, es importante calcular el área de la superficie de RIESGO MÁS SEVERO. El riesgo más severo es el tanque de almacenamiento que requiera la mayor cantidad del concentrado de espuma para su protección.

Cuándo todos los tanques contienen el mismo combustible, el tanque más grande requerirá mas concentrado de espuma y es considerado por eso como el de riesgo más severo.

Cuándo los tanques contienen combustibles diferentes, el riesgo más severo puede que no sea el tanque más grande. En estos casos, es necesario determinar el área de la superficie, tiempo de descarga, y cantidad de espuma requerida por cada tanque y entonces seleccionar el tanque que necesita mayor cantidad de concentrado de espuma para la protección primaria.

CALCULO DEL TIPO DE APARATOS DE DESCARGA (Tanques de techo cónico)

Generalmente, se usan para proteger tanques de almacenamiento de techo cónico las cámaras de la espuma. Sin embargo, en ciertos casos, monitores de espuma o líneas manuales de manguera se utilizan para tanques más pequeños.

La utilización de líneas manuales de manguera o de monitores como protección primaria de espuma esta sujeta a las condiciones siguientes:

  • Las líneas de manguera no se admiten para tanques de techo cónico superiores a 9 m de diámetro ni cuándo la altura de los tanques excedan de 6 m de altura.

  • Los monitores no se admiten para tanques de techo cónico superiores a 18 m de diámetro.

Cuándo se utilicen líneas de manguera manuales o monitores para protección primaria, las cantidades de espuma a aplicar y lo tiempos de descarga son superiores a los requeridos para las cámaras de espuma y por eso se requiere más concentrado de espuma. Esto es debido a las condiciones adversas que pueden surgir cuando se aplica el chorro de espuma sobre la superficie del combustible a través del t echo dañado.

Cuándo aplica espuma a combustibles solventes polares utilizando monitores o líneas manuales de manguera, es importante que se dirijan los chorros de la pared interior del tanque para evitar sumergir la espuma en el combustible.

DETEMINACIÓN DEL TIEMPO DE DESCARGA Y CANTIDAD NECESARIA (Tanques de techo cónico)

Se determinan tiempo de descarga y cadencia del solicitud según el tipo de combustible almacenado en el tanque de almacenamiento que se desea proteger utilizando la Tabla:

 

Cámara de Espuma

como Protección Primaria

Monitores/Líneas de mangueras como Protección Primaria.

Combustible Protegido

Concentrado de espuma

Velocidad de Aplicación

Tiempo de Descarga

Velocidad de Aplicación

Tiempo de Descarga

Hidrocarburos Flash Point entre 38ºC y 93ºC

Proteico

Fluoroproteinica

AFFF

4.1

4.1

4.1

30 minutos

30 minutos

30 minutos

6.5

6.5

6.5

50 minutos

50 minutos

50 minutos

Hidrocarburos Flash Point menos de 38ªC

o líquidos calentados por encima del Flash Point

Proteico

Fluoroproteinica

AFFF

4.1

4.1

4.1

55 minutos

55 minutos

55 minutos

6.5

6.5

6.5

55 minutos

65 minutos

65 minutos

Crudo de Petróleo

Proteico

Fluoroproteinica

AFFF

4.1

4.1

4.1

55 minutos

55 minutos

55 minutos

6.5

6.5

6.5

65 minutos

65 minutos

65 minutos

Alcoholes

ARC

6.9

55 minutos

6.9 – 9.8

65 minutos

Metanol

ARC

4.1

55 minutos

6.6

65 minutos

Kerosene

ARC

6.9

55 minutos

6.9 – 9.8

65 minutos

Etanol

ARC

4.1

55 minutos

6.5

65 minutos

Eteres

ARC

4.1

55 minutos

6.5

65 minutos

 

CALCULO DE CANTIDAD PRIMARIA DE ESPUMA (Tanques de Techo cónico)

Primero, utilice la fórmula siguiente para determinar la Cantidad de Espuma a descargar requerida para el valor obtenido:

CANTIDAD DE ESPUMA= AREA DE RIESGO X CANTIDAD DE ESPUMA A DESCARGAR

Ahora, calcule la cantidad del concentrado de espuma con la fórmula siguiente:

CANTIDAD = CANTIDAD DE ESPUMA A DESCARGAR X 10 MINUTOS X % DE CONCENTRADO

  • el valor del % de Concentrado se expresa como:

  • 01 para el 1% de concentrado

  • 03 para el 3% de concentrado

  • 06 para el 6% de concentrado

CALCULO DEL NÚMERO DE CÁMARAS DE DESCARGA (Tanques de techo cónico)

Si se seleccionan cámaras de espuma como protección primaria, el número de cámaras requeridas depende del diámetro del tanque. Vea la Tabla para determinar el número de cámaras requerido.

Diámetro del Tanque [m]

Número mínimo de Cámaras de Espuma

Hasta 24

1

Entre 24 y 36

2

Entre 36 y 42

3

Entre 42 y 48

4

Entre 48 y 54

5

Entre 54 y 60

6

Más de 60

Una cámara por cada 465 m2 más.

CALCULO DEL NÚMERO DE MONITORES/LÍNEAS DE MANQUERA PARA PROTECCIÓN PRIMARIA (Tanques de Techo cónico)

Si se seleccionan monitores/líneas de mangueras como protección primaria, el número requerido debe ser adecuado para proveer la cantidad solicitada para estos equipos. Equipos adicionales se deben situar para acomodarse a la dirección del viento reinante u obstrucciones que puedan afectar el patrón y la cobertura.

GUIA PARA CALCULAR LA PROTECCIÓN POR ESPUMA EN SUPERFICIE EN TANQUES DE TECHO FLOTANTE

El siguiente esquema define las secuencias lógicas para diseñar un sistema de inyección de espuma en la superficie para protección de tanques de techo flotante

DETERMINE TIPO DE SELLO (Tanques de Techo Flotante)

Hay dos tipos generales de anillo sellador según NFPA 11:

  • Sello del Pantógrafo (Zapato Mecánico).

  • Sello de Tubo

Un pantógrafo del tipo techo flotante típicamente esta formado por una banda de tejido que se fija alrededor del borde superior del tanque por la pared interior. Un pantógrafo o “zapato mecánico” se fija debajo de la banda de tejido para mantener el techo alineado con el tanque. Vea figura 3.

Se construyen los sellos de tubo típicamente, de espuma de uretano contenida en una envuelta duradera. El sello se coloca en el borde del techo flotante alrededor de toda la circunferencia del tanque. Una pantalla para inclemencias del tiempo o sello secundario se instala sobre el anterior. Vea figura 4.

Figura 3 Figura4

OPCIONES DE PORTECCIÓN (Tanques de Techo Flotante)

Hay dos opciones de la protección para los sistemas de tanques de techo flotante:

  • Protección por encima del sello.

  • Protección por debajo del sello.

La protección por encima del sello utiliza tanto los generadores de espuma de techo flotante o cámaras de espuma conectados a la pared del tanque por encima del sello. Cuándo se usa este tipo de protección, se requiere de un dique para contener la espuma en el área del sello (Figura 5). El dique para la espuma es habitualmente de 30 o 60 cm de altura. (Vea Figura 7).

La protección bajo el sello se logra utilizando un generador de techo flotante montado en el techo flotante. La tubería proviene del generador de espuma y penetra el sello de tejido, el sello secundario o la pantalla. (Vea Figura 6).

Figura 5 Figura 6

Un dique de la espuma se requiere dependiendo del tipo de sello (vea la siguiente Tabla). Al montarse el generador de espuma en el techo, se requiere una red de distribución en catenaria.

 

PROTECCION

TIPO DE SELLO

SOBRE EL SELLO

BAJO EL SELLO

Pantógrafo

Generadores flotantes o Cámaras de espuma

Requiere de Dique

Generadores flotantes de espuma

No requiere Dique

Sello de tubo

(Borde de sello mayor de 15 cm desde el borde del techo)

Generadores flotantes o Cámaras de espuma

Requiere Dique

Generadores flotantes de espuma

No requiere Dique

Sello de tubo

(Borde del sello menor de 15 cm desde el borde del techo)

Generadores flotantes o Cámaras de espuma.

Requiere Dique

Generadores flotantes de espuma

Requiere Dique

 

Figura 7

CALCULO DEL AREA DEL ANILLO ANULAR (Tanques de Techo Flotante)

Para tanques con diques de la espuma, el anillo anular es el área entre el dique de espuma y las pared del tanque. Por tanques sin diques de la espuma, el anillo anular es el área del techo sin proteger del área de la superficie del total del tanque como sigue:

AREA DEL ANILLO ANULAR = AREA DE LA SUPERFICIE TOTAL (r2) – AREA DEL TECHO SIN PROTECCIÓN (r2)

CALCULO DE LA CANTIDAD DE ESPUMA PRIMARIA (Tanques de Techo Flotante)

La protección superior del sello requiere un tiempo de descarga de 20 minutos y una cantidad de aplicación de 12.2 Lpm/m2. La protección bajo el sello requiere un tiempo de la descarga de 10 minutos y una cantidad de aplicación de 20.1 Lpm/m2. Con estos requerimientos, se calcula la cantidad de espuma primaria.

Primero, utilice la fórmula siguiente para determinar la Cantidad de Espuma a descargar requerida para el valor obtenido:

CANTIDAD DE ESPUMA = AREA DEL ANILLO ANULAR X CANTIDAD DE ESPUMA A DESCARGAR

Ahora, calcule la cantidad del concentrado de espuma con la fórmula siguiente:

CANTIDAD = CANTIDAD DE ESPUMA A DESCARGAR X TIEMPO DE DCESCRAGA X % DE CONCENTRADO

  • el valor del % de Concentrado se expresa como:

  • 01 para el 1% de concentrado

  • 03 para el 3% de concentrado

  • 06 para el 6% de concentrado

ESTABLECA LA DISTANCIA ENTRE LOS APARATOS DE DESCARGA (Tanques de Techo Flotante)

La distancia entre los generadores de espuma de techo flotante o cámaras de espuma para la protección por encima del sello se basa en la altura del dique de espuma; la protección bajo el sello se basa en el tipo de sello

 

Distancia máxima

TIPO DE SELLO

Altura del dique [cm]

por encima [m]

por debajo [m]

Pantógrafo

Sin Dique

30

60

12.2

24.4

39.6

Sello de tubo

(Borde de sello mayor de 15 cm desde el borde del techo)

Sin Dique

30

60

12.2

24.4

18.3

Sello de tubo

(Borde del sello menor de 15 cm desde el borde del techo)

30

60

12.2

24.4

18.3

18.3

 

CALCULO DEL NUMERO DE APARATOS DE DESCARGA (Tanques de Techo Flotante)

Se determina el números de aparatos de la descarga como sigue:

NUMERO DE APARATOS DE DESCARGA = CIRCUNFERENCIA DEL TANQUE (d) /

/ ESPACIO MAXIMO ENTRE APARATOS

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