Os tanques soldados para petróleo
Os tanques de armazenamento são equipamentos estáticos de caldeiraria pesada, sujeitos à pressão próxima à atmosférica e, na maioria das vezes, destinados ao armazenamento de petróleo e seus derivados. Eles são, comumente, encontrados em refinarias, bases de distribuição, parques industriais, etc. Os tanques de armazenamento são uma divisão de vasos de armazenamento que não são pressurizados. Os vasos de armazenamento com pressões baixas são denominados tanques de baixa pressão e os de alta pressão são denominados vasos de pressão. Eles precisam cumprir, obrigatoriamente, os requisitos normativos em relação aos materiais, projetos, fabricação, montagens e testes de tanques de aço-carbono, soldados, cilíndricos, verticais, não enterrados, com teto fixo ou flutuante.
Os tanques de armazenamento podem ser projetados para armazenar uma ampla gama de volumes de produto. No Brasil, é usual projetar tanques de armazenamento com capacidades que vão de 100 barris (16 m³) até 700.000 barris (112.000 m³). O barril é uma unidade de medida de petróleo líquido (geralmente petróleo cru) igual a 158,987294928 litros no caso do barril estadunidense.
Quanto maior o volume armazenado, menor é o custo de armazenamento por barril. Isso faz com que o interesse pela construção de tanques cada vez maiores seja cada vez mais comum. Porém, há um limite para dimensionamento de um tanque de armazenamento. Isso se deve à pressão hidrostática que o fluido armazenado exerce na parede do tanque. Quanto maior a pressão, maior a espessura de costado requerida no projeto. Estas espessuras têm medidas padronizadas pelos fabricantes de chapa de aço-carbono. Assim, chegando a um limite para o dimensionamento do tanque de armazenamento.
O petróleo fica acomodado em recipientes denominados tanques. Diferente dos reservatórios que contém os fluidos a pressão maiores que à atmosférica, os tanques armazenam o conteúdo à pressão atmosférica.
Grande parte dos tanques de armazenamento seguem os requisitos do código americano API 650 e podem ter diversas dimensões que vão de 2m de diâmetro até 50m ou mais. Podem ser equipados com teto fixo ou flutuante, interno ou externo, de acordo com as características e o tipo de produto a ser acondicionado.
Além disso, podem ter tanto tamanhos quanto formas diferentes, seja retangulares, cilindros horizontais ou formas esféricas. Por exemplo, cilindros horizontais e esferas são geralmente utilizados para realizar o armazenamento completo de produtos químicos ou hidrocarbonetos. Já os cilindros verticais podem ter capacidade variante, de 100 barris a 1,5 milhões de barris.
A produção, o processamento e o refino dos derivados do petróleo contam com o uso de químicos altamente agressivos e seu contato, seja com a água ou o solo, pode trazer muitos problemas ambientais. Por isso, é muito importante saber qual tipo de tanque deve ser utilizado para cada fluido a ser acondicionado. Além disso, a qualidade dos materiais também é parte fundamental do processo. Assim, o tipo de construção do tanque também pode variar de acordo com a localização, o espaço interno disponível, o clima do ambiente ou outras condições específicas do local.
É preciso ressaltar que para o planejamento, execução e montagem de tanques de armazenamento é imprescindível contar com fornecedores e profissionais altamente especializados e capacitados para que não corra o risco de haver nenhum tipo de vazamento ou problemas em suas aplicações. Os tanques, usados para armazenar petróleo e seus derivados, podem ser de quatro categorias, de acordo com a sua finalidade: teto, forma, localização e utilização.
Podem ser tanques de teto fixo, teto móvel, teto fixo com diafragma flexível, tanques de teto flutuantes, teto cônico, teto curvo, teto em gomos. O teto em gomos, segundo Aldo, conta com uma estrutura de uma calota esférica ao mesmo tempo em que é constituído por várias placas de chapas.
Além disso, também é possível encontrar tanques móveis. Seu teto pode deslocar-se de acordo com a pressão exercida pelo vapor. Por isso, é necessário contar com dispositivos de segurança para evitar acidentes e utilizar um vedante entre o teto e a parede do tanque para evitar que haja perdas por causa da evaporação.
Os tanques com diafragma flexível, por exemplo, apresentam pressão interna que se modifica alterando o volume do vapor, assim este conta com a capacidade de variar o espaço. Isso se dá pela deformidade de um revestimento interno que funciona como uma membrana flexível.
Já os tanques flutuantes têm a capacidade de o teto flutuar sobre o produto que está acondicionando. Assim, o teto pode se movimentar de acordo com o esvaziamento ou enchimentos. Esses tanques reduzem as perdas de produto em consequência da evaporação.
É considerável ressaltar que em relação à forma, os tanques também podem variar. Os cilíndricos, por exemplo, contam com corpo longo e arredondado de igual diâmetro em todo comprimento e podem ser horizontais ou verticais. Já os esféricos são mais recomendados para o acondicionamento de gás, pois sua forma não permite que nenhum resíduo ou sobra de gás permaneça no interior do tanque.
Um fator que deve ser observado com total cautela é a segurança dos tanques de armazenamento. Por isso é de suma importância que todas as legislações e normas sejam aplicadas corretamente tanto na construção quanto manutenção dos recipientes.
Além disso, utilizar o tipo de tanque certo para cada tipo de fluido é fundamental. A manutenção bem como o descarte ou da desativação dos tanques são fatores que também devem estar presentes em planejamentos para que todo o processo garanta tanto retorno financeiro como segurança para quem trabalha diretamente quanto para o meio ambiente.
A NBR 7821 de 04/1983 – Tanques soldados para armazenamento de petróleo e derivados tem por objetivo estabelecer as exigências mínimas que devem ser seguidas para materiais, projeto, fabricação, montagem e testes de tanques de aço-carbono, soldados, cilíndricos, verticais, não enterados, com teto fixo ou flutuante, destinados ao armazenamento de petróleo e seus derivados líquidos. Com exceção do que estabelece o Anexo F, esta norma abrange apenas os tanques sujeitos a uma pressão próxima da atmosférica, permitindo-se que a válvula de respiro do tanque, quando existente, esteja regulada para uma pressão manométrica máxima de 0,0035 kgf/cm², e para um vácuo máximo de 0,0038 kgf/cm², ambos os valores medidos no topo do tanque.
O Anexo F estabelece os requisitos adicionais a que devem atender os tanques de teto fixo dimensionados para pequenas pressões internas, acima de 0,0035 kgf/cm². Esta norma inclui também diversas recomendações de boa prática que, embora não obrigatórias, podem ser seguidas ou não, a critério do comprador ou do projetista do tanque. Recomenda-se portanto que no documento de compra ou de encomenda do tanque, o comprador manifeste explicitamente o seu desejo ou a sua preferência sobre as recomendações não obrigatórias desta norma, bem como sobre quaisquer outros pontos em que houver possibilidade de opção do fabricante ou do montador do tanque.
Abrange apenas tanques cujos produtos armazenados tenham temperaturas compreendidas entre os seguintes limites: temperatura mínima: -6°C e temperatura máxima: + 200°C. O Anexo B fornece, sem que sua utilização seja obrigatória, algumas dimensões típicas, espessuras de chapas do costado e capacidades de tanques construídos de acordo com esta norma. O Anexo E apresenta uma alternativa de critério para o projeto de costados de tanques de armazenamento. O Anexo G fornece um critério especial de projeto prevendo a utilização de aços de alta resistência e alta resiliência. O Anexo J contém uma alternativa de procedimento para o cálculo das espessuras dos anéis dos costados de tanques.
Os Anexos D e H desta Norma apresentam os requisitos a que devem atender tipos especiais de tetos para tanques de armazenamento. O Anexo D fornece os requisitos para os tetos flutuantes do tipo pontão e para os tetos flutuantes duplos. O Anexo H fornece os requisitos para um teto flutuante a ser instalado num tanque que já possua um teto fixo na sua parte superior. O Anexo I apresenta os requisitos relativos aos tanques totalmente montados na fábrica, cujo diâmetro não exceda 6 m.
Os tanques cobertos por esta norma classificam-se, de acordo com o tipo de teto, em: tanques sem teto, tanques de teto fixo, tanques de teto suportado – tanques cujos tetos possuem uma estrutura de sustentação, com ou sem colunas: tanques de teto cônico suportado, tanques de teto em domo suportado. tanques de teto em gomos suportado, tanques de teto autoportante – tanques cujos tetos não possuem estrutura de sustentação: tanques de teto cônico autoportante, tanques de teto em domo autoportante, tanques de teto em gomos autoportante, tanques de teto flutuante, tanques de teto duplo e tanques de teto pontão.
As chapas a serem utilizadas devem estar de acordo com a última edição especificações, respeitadas as modificações e limites indicados nesta norma. Outros materiais produzidos de acordo com especificações diferentes das listadas neste capítulo podem ser empregados desde que seja comprovado que tais materiais preenchem todos os requisitos de uma das especificações deste capítulo e seu uso seja aprovado pelo cliente.
As chapas de aço carbono com adições de cobre poderão ser usadas desde que especificadas pelo comprador. O fabricante deve indicar na sua proposta a especificação (ou especificações) das chapas que pretende utilizar. Chama-se atenção para o fato de que o aço carbono sofre uma considerável queda na sua ductilidade quando submetido a baixas temperaturas, ficando sujeito ao risco de fraturas frágeis catastróficas.
A probabilidade de ocorrência dessas fraturas é tanto maior quanto mais baixa for a temperatura do metal, e quanto maiores forem as espessuras da chapa, o nível de tensões no material, o tamanho dos grãos e o teor de carbono no aço. Em operação normal dificilmente existe esse perigo para um tanque, porque os produtos de petróleo são em geral estocados em temperaturas acima da temperatura de transição dos aços carbono.
Pode entretanto haver um sério risco durante o teste hidrostático, não só porque o nível de tensões no material é mais elevado, como principalmente porque a temperatura da água do teste pode estar bastante baixa em lugares de clima frio. A ocorrência de fraturas frágeis pode ser evitada adotando-se um aço carbono de melhor qualidade, que tenha uma temperatura de transição mais baixa. Recomenda-se portanto que para tanques importantes, nos quais se justifique uma segurança adicional, sejam empregadas para o costado chapas de acordo com a tabela abaixo em função da temperatura mínima esperada para a água do teste hidrostático.
Os eletrodos para soldagem manual devem atender às exigências da norma AWS A-5.13) (classes AWS E-60XX e E-70XX), obedecidas as características de corrente elétrica, de polaridade e posição de soldagem, bem como outras condições implícitas nesta norma técnica. Entretanto, nos casos em que os materiais a serem soldados possuam propriedades mecânicas superiores aos eletrodos estabelecidos, deverão ser usadas classes de eletrodos e procedimentos de forma a se conseguir uma solda com propriedades compatíveis com as dos materiais que serão soldados.
Os perfis de aço laminado para fins estruturais devem estar de acordo com a última edição das normas NBR 6109, NBR 6351, NBR 6352, NBR 7007, NBR 7012, NB-143, todas da ABNT; ASTM A-36 e com os padrões do Manual do AISC para perfis I, H, U e cantoneiras de abas iguais e desiguais. Os perfis de aço com adições de cobre poderão ser usados, desde que especificados pelo comprador.
Os pescoços das conexões ligadas a qualquer tubulação devem ser fabricados com materiais que satisfaçam às especificações relacionadas a seguir: para tubos de diâmetro externo até 273 mm (tamanho 10): ASTM A-53 ou ABNT NBR 6321 (ASTM A-106); para tubos de diâmetro externo maior do que 273 mm (tamanho 10): chapas ASTM A-285 Grau C, ASTM A-515 Grau 60, ou ASTM A-516, qualquer Grau.
Para conexões não ligadas a tubulações admite-se também o tubo feito de chapa ASTM A-283, Grau C. Os tubos para estruturas podem ser de aço carbono, conforme a especificação ASTM A-53, devendo o fabricante discriminar o material que pretende usar. As luvas devem ser de aço carbono forjado, conforme as especificações da ASTM A-181 ou A-105.
Os flanges de bocais ligados a qualquer tubulação, quando forjados, devem corresponder às exigências da especificação ASTM A 181 e podem, ainda, ser fabricados de chapas ASTM A-285 Grau C, ASTM A-515 Grau 60, respeitadas as espessuras máximas estabelecidas no item 5.1, ou ASTM A-516 (qualquer espessura). Quanto às dimensões e furações, os flanges até o tamanho 24 devem obedecer à norma ANSI B 16.5 e os flanges maiores à norma API-605 salvo quando o comprador especificar em contrário. Não será permitido o uso de flanges fundidos. Os flanges não ligados a tubulações poderão ser fabricados de chapas cujos materiais estejam de acordo com o item 5.1.1.
Os parafusos e as porcas usados para unir tubulações devem estar de acordo com as especificações ASTM A-193, Grau B-7 e ASTM A-194, Grau 2H, respectivamente. Os parafusos e as porcas para todos os outros fins poderão ser fabricados de acordo com a especificação ASTM A-307. O comprador deve especificar na ordem de compra o formato das cabeças dos parafusos e das porcas, e se os parafusos e as porcas devem ter dimensões normais ou reforçadas (séries normal e pesada, respectivamente).
As seguintes definições ficam estabelecidas: solda de topo – solda executada entre duas peças dispostas topo a topo; as faces das peças a serem soldadas podem ser paralelas ou chanfradas; solda de ângulo – solda de corte transversal aproximadamente triangular, unindo duas superfícies aproximadamente em ângulo reto, tais como as juntas sobrepostas em “T” ou de quina; solda de ângulo integral – solda de ângulo cuja dimensão é igual à espessura da chapa (ou peça) de menor espessura dentre as que estão sendo soldadas; solda intermitente – solda de ângulo ou sobreposta cujo cordão é interrompido a espaços regulares; junta de topo simplesmente soldada – junta entre duas peças, topo a topo, dispostas aproximadamente no mesmo plano e soldadas por um só lado; junta de topo duplamente soldada – junta entre duas peças, topo a topo, dispostas aproximadamente no mesmo plano e soldadas pelos dois lados; junta de topo simplesmente soldada e com cobrejunta – junta entre duas peças, topo a topo, dispostas aproximadamente no mesmo plano, soldadas somente de um lado, usando-se uma tira, barra ou outro elemento como cobrejunta; junta sobreposta, simplesmente soldada – junta entre duas peças sobrepostas nas quais somente a borda de uma delas é soldada com solda de ângulo; junta sobreposta, duplamente soldada – junta entre duas peças sobrepostas, nas quais ambas as bordas são soldadas com solda de ângulo.
A dimensão de uma solda será baseada nas seguintes medidas: solda de topo – é a profundidade do chanfro acrescida da penetração de raiz, quando esta for especificada; solda de ângulo – para soldas de lados iguais, a dimensão da solda indica o comprimento correspondente ao lado do maior triângulo isósceles que possa ser inscrito dentro do corte transversal da solda em causa; para soldas de lados desiguais as dimensões da solda indicam os comprimentos dos catetos correspondentes ao maior triângulo retângulo que possa ser inscrito dentro do corte transversal da solda em causa.
Há restrições sobre juntas soldadas: os pontos de solda não podem ser considerados como tendo qualquer valor de resistência estrutural; as dimensões mínimas das soldas de ângulo devem ser as seguintes: chapas até 4,50 mm de espessura: solda de ângulo integral; chapas com mais de 4,50 mm de espessura: solda de ângulo com dimensão igual ou superior a um terço da menor das espessuras das chapas da junta e nunca inferior a 4,5 mm.
As juntas sobrepostas simplesmente soldadas são permitidas somente nas chapas do fundo e do teto dos tanques e as juntas sobrepostas devem ter uma sobreposição de, no mínimo, cinco vezes a espessura nominal da chapa mais fina; a medição desta sobreposição deve ser feita por ocasião da ponteação. Todavia, não é necessário que a superposição exceda a: nos casos de juntas sobrepostas duplamente soldadas 50 mm; nos casos de juntas simplesmente soldadas 25 mm.
Quanto às fundações, deve-se estabelecer os requisitos básicos, mínimos, para o seu projeto e construção para tanques construídos de acordo com esta norma. As recomendações não são obrigatórias, fornecendo uma visão de práticas recomendáveis e destacando algumas precauções que devem ser observadas na construção de tais fundações.
Dada a grande variedade de superfícies, subsuperfícies e condições de clima, é impraticável estabelecer dados de projeto de modo a cobrir todas estas situações. A carga admissível, do solo, bem como o tipo exato de estruturas no subsolo devem, forçosamente, ser decididos para cada caso, individualmente, após estudo cuidadoso.
Na escolha do local para as fundações, devem ser adotadas as mesmas regras e cuidados usuais na construção de fundações de qualquer estrutura de porte semelhante. Seja qual for o local do tanque, a natureza do subsolo deve ser conhecida, de modo a permitir avaliar o recalque que poderá ocorrer e as suas prováveis consequências. Essas informações podem ser obtidas por meio de sondagens, testes de carga, amostras de solo e pelo conhecimento e experiências do comportamento de estruturas semelhantes nas vizinhanças. As fundações devem ser projetadas de modo a evitar quaisquer recalques diferenciais que venham a causar distorções no tanque e introduzir esforços devidos a causas externas. O recalque total deve ser tal que não provoque esforços no tubos conectados ao tanque ou introduza erros nas medidas de nível. Também não deve permitir que o fundo do tanque venha a ficar em cota inferior à do terreno adjacente.
