Aptitud para el Servicio de un tanque de almacenamiento vertical con deformaciones en su envolvente Tomas Johnston, Verónica A. Domínguez (Tergo Ingeniería,

Presentación del tema: "Aptitud para el Servicio de un tanque de almacenamiento vertical con deformaciones en su envolvente Tomas Johnston, Verónica A. Domínguez (Tergo Ingeniería,"— Transcripción de la presentación:

1 Aptitud para el Servicio de un tanque de almacenamiento vertical con deformaciones en su envolvente
Tomas Johnston, Verónica A. Domínguez (Tergo Ingeniería,

2 Sinopsis: En este trabajo se presenta el análisis de aptitud para el servicio de un tanque vertical soldado con deformaciones en la envolvente originadas durante el reemplazo de sus láminas envolventes. De acuerdo a la inspección realizada siguiendo el estándar API 6531, las deformaciones excedían los límites establecidos, por lo cual en primera instancia, el tanque no podía retornar al servicio para las condiciones que había sido diseñado. OBJETIVO: El objetivo del análisis fue determinar el estado tensional de la envolvente del tanque y establecer la altura máxima de operación segura del equipo.

3 (Disminución de espesores)
INTRODUCCION Equipo: Tanque vertical soldado destinado al almacenaje de hidrocarburo liviano con diseño tipo API 650. La principal preocupación se origina por apreciar un estado visible del equipo con deficiencias estructurales y por los resultados de auditorías legales nacionales con observaciones suficientes para negarle la continuidad del servicio de almacenaje. Al realizar la inspección bajo los lineamientos del estándar de aplicación API 653 nos encontramos que presenta: BANDING INCLINACION VERTICAL CORROSION (Disminución de espesores)

4 Análisis tensional mediante un modelo de elementos finitos
Luego de estas verificaciones concluimos que efectivamente el tanque no esta en condiciones de continuar en servicio, estando por fuera de lo aceptado por el estándar API 653, requiriendo un análisis específico de aptitud para el servicio con verificación de estado tensional y evaluaciones de mayor profundidad. Nivel 1: Excede limites API 650 (construcción) Nivel 2: Excede limites aceptables API 653 (inspeccion). Se realiza una evaluación Nivel 3 (Level 3 Assessment) Se procede a la aplicación de API 579-1 Análisis tensional mediante un modelo de elementos finitos Escaneo “láser 3D” para relevamiento de deformaciones volumétricas Nota: Anteriormente la aplicación de esta técnica presentaba complicaciones a la hora de los relevamientos volumétricos, pero con la aparición de las técnicas laser los dimensionamientos son mas sencillos, rápido y precisos.

5 DESARROLLO Para poder modelar de manera correcta el tanque, representando las deformaciones del tanque real en el modelo de elementos finitos se realizó un escaneo láser del mismo. En la Figura 2 se presenta una malla obtenida de la nube de puntos generada por el escaneo láser. Vista general del tanque Escaneo laser 3D

6 Se realiza una comparativa entre el escaneo láser y un cilindro ajustado mediante interpolación con el Software SolidWorks. Desvío radial lado sur Desvío radial lado Oeste Desvio radial lado Norte

7 MODELO DE ELEMENTOS FINITOS
Consideraciones: - Los modelos fueron generados con el Soft Abaqus/CAE 6.12 y resueltos con el Solver Standard. - Todos los componentes de acero del sistema fueron modelados con elementos de cáscara cuadriláteros dominantemente, de integración reducida e interpolación lineal. - Se siguieron las recomendaciones del anexo B1 de API579-1, para el desarrollo del modelo. - El análisis realizado es elasto-plástico con no linealidad geométricas activadas. - Se modelaron las soldaduras con “banding” simulando un enfriamiento desde la temperatura de soldadura hasta la temperatura ambiente, además se incorporan al modelado estados previos tensionales generados por secuencias de soldaduras y uniones de material nuevo con material usado existente. - El resultado de este proceso iterativo, además de proveer la deformada del tanque para el análisis tensional posterior según norma aplicable, también provee la estructura con las tensiones residuales acordes con las tensiones actuales del tanque.

8 Malla de elementos finitos utilizada
Materiales: A-36 - Lo parametros utilizados fueron obtenidos de API 579. - La curva tensión deformación fue calculada siguiendo el Anexo F. Espesores: - Fueron los obtenidos en inspección previa. Se consideró C.A de 1 mm Velocidad de corrosión máxima 0,086 mm/a Vida remanente calculada 11,6 años. De manera conservativa a los espesores reportados se le descontaron el C.A para ser utilizados en calculo.

9 Gráficos de espesores utilizados
El techo se simuló de manera simplificada, de todas formas no es objeto del estudio realizar una verificación del techo, y solo es tenido en cuenta para respetar de manera general las restricciones al desplazamiento y las cargas que el mismo impone a la envolvente. Envolvente Techo

10 CALCULO El calculo tensional (según anexo B1) se realiza teniendo en cuenta diversos colapsos, a saber: Protección contra el colapso plástico: La condición para que la protección contra el colapso plástico sea aceptable es que el análisis de elementos finitos de carga límite converja. Protección contra la falla local: Se debe verificar que la deformación plástica máxima no sobrepase un valor límite establecido por la norma. Protección contra la falla por pandeo: Este calculo ya no es necesario dado que si verifica en forma elástico - plástico también verifica por pandeo.

11 RESULTADOS Protección contra el colapso plástico:
Para evaluar el colapso plástico, el primer combinatorio que hay que verificar es la siguiente.  ( P+ P1+ D) De acuerdo con los datos disponibles e información obtenida del cliente el calculo de  se realiza por una relación directa tensional. Tension de Rotura psi (MPa) Tensión admisible psi (MPa) Basados en estos valores estipulados por API, el factor de ponderación β que es el cociente de ambas tensiones resulta: β = psi / psi = 2.33 Nota: El tanque fue verificado con un nivel de llenado del 75%, ya que previamente se realizaron verificaciones con mayor nivel que no arrojaron resultados positivos no solo por su condición de deformaciones volumétricas sino también por bajos espesores.

12 RESULTADOS Protección contra el colapso plástico 75% de llenado
Llenado 75% - Colapso – desplazamiento [mm] - lado suroeste Colapso – Tensiones de Von Mises [MPa] lado suroeste

13 RESULTADOS Protección contra el colapso plástico 75% llenado + carga de viento Llenado 75% + Viento - Colapso – desplazamiento [mm] - lado suroeste Llenado 75% + Viento - Colapso – Tensiones de Von Mises [MPa] lado suroeste

14 Protección contra la falla local
Se debe verificar, punto a punto, lo siguiente:  peq +  cf ≤  L  Donde  peq : Deformación plástica máxima obtenida del modelo = 0,0076 cf : Deformación plástica de conformado, dado en la norma = 5,2e-4 σ1 = 285 MPa σ2 = 167 MPa σ3 = 0 MPa σe = 289,4 MPa Deformación limite uniaxial= 0,2276 Deformación limite aceptable =0,064 αsl: 2,2 m2: 0.225 Para un nivel de llenado máximo del 75% se verificó la ecuación (2)  peq +  cf ≤  L

15 RESULTADOS Protección contra falla local 75% Llenado
Llenado 75% Falla local – Deformaciones - lado sur Llenado 75% + Falla local – Tensiones de Von Mises [MPa] lado sur

16 CONCLUSIONES - Por inspección de condición técnica según API 653 este equipo no podía continuar con su servicio habitual por contar con deformaciones permanentes por fuera de los parámetros establecidos por norma. - La utilización del escaneo Laser 3D permitió obtener un relevamiento dimensional con exactitud y representar de manera precisa el estado de deformaciones del tanque. - Por medio del modelo de elementos finitos pudieron simularse y analizarse distintos estados tensionales y deformaciones presentes en el material para diferentes niveles de llenado del tanque. - Bajo las hipótesis de cálculo adoptadas y siguiendo el análisis según API 579-1, el tanque puede continuar en servicio bajo una carga de almacenamiento no mayor al 75%. La estructura sometida a análisis de tensiones bajo esta condición cumple satisfactoriamente la verificación. NOTA: Si bien en este trabajo se detalla un solo escenario para el cálculo con cargas y esfuerzos generado por un nivel de llenado del 75%, cabe destacar que previamente a este ejemplo final se realizaron evaluaciones de condiciones tensionales y de deformaciones no solo con niveles mayores de llenado que no verificaban las hipótesis planteadas sino que también con niveles menores de llenado con los cuales el equipo verificaba con buen margen y presentaba un sobredimensionado estructural.

17 BIBLIOGRAFIA DE REFERENCIA
“Tank Inspection, Repair, Alteration and Reconstruction”. API Standard “Fitness for Service”. API “Fitness for Service Example Problem” API “Acción del viento sobre las construcciones” CIRSOC 102 GRACIAS POR SU ATENCION