As exigências obrigatórias para os tanques soldados para petróleo e derivados

Os tanques de armazenamento podem ser projetados para armazenar uma ampla gama de volumes de produto.

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. Este trabalho irá tratar de um tanque de armazenamento atmosférico (não pressurizado), cilíndrico, vertical, não enterrado, construído com chapas de aço-carbono posteriormente soldadas, para armazenamento de gasolina.

Este equipamento é comumente encontrado em refinarias, bases de distribuição, parques industriais, etc. Os tanques de armazenamento são uma divisão de vasos de armazenamento, cujos 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.

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 18 capacidades que vão de 100 barris (16m³) até 700.000 barris (112.000m³). 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.

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.

Esta norma 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 desta norma 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 desta norma 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 desta norma apresenta os requisitos relativos aos tanques totalmente montados na fábrica, cujo diâmetro não exceda 6 m.

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Qual a deve ser a dimensão da solda?

Como devem ser executadas as juntas horizontais do costado?

Qual deve ser espessura nominal mínima para chapas do costado?

Como deve ser feito o projeto do anel de contraventamento por tanques abertos no topo?

Quais devem ser as tensões admissíveis?

Quais devem ser as conexões e acessórios para tanques?

Quais são as espessuras das tampas e dos flanges das bocas de visita do costado?

Os tanques cobertos por esta norma classificam-se, de acordo com o tipo de teto, em: tanques sem teto e tanques de teto fixo. Os 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, tanques de teto pontão.

As chapas a serem utilizadas devem estar de acordo com a última edição de uma das seguintes 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.

Chapas grossas ASTM A-36: Aço Estrutural2), espessura máxima da chapa: 37,5 mm, ASTM A-283: chapas de aço-carbono de qualidade estrutural com resistência à tração baixa e intermediária graus c e d apenas espessura máxima da chapa: grau c: 37,5 mm e grau d: 19,0 mm. ASTM A-285: chapas de aço para vasos de pressão com resistência à tração baixa e intermediária. Somente grau c, espessura máxima da chapa: 37,5 mm.

ASTM A-573 Chapas de Aço-carbono Estrutural com Tenacidade Melhorada, Grau 70, Modificado NBR 5006 Chapas Grossas de Aço-carbono de Baixa e Média Resistência para Vasos de Pressão. Somente Grau BM-21 NBR 6648 Chapas Grossas de Aço-carbono de Baixa e Média Resistência para Usos Estruturais. Graus G-24 e G-26.

Quando o rigor das condições de trabalho exigir o uso de materiais de melhor qualidade, chapas de acordo com as especificações seguintes poderão ser utilizadas, respeitadas as modificações e os limites indicados nesta norma: ASTM A-131 Aço Estrutural para Navios (Qualidade Estrutural Somente) Espessura máxima da chapa: Grau A: 12,5 mm, Grau B: 25,0 mm, Grau C não normalizado: 37,5 mm, Grau CS normalizado: 37,5 mm.

Para chapas de reforço do costado ou para flanges podem ser usadas chapas com espessuras acima de 37,5 mm, mas não superiores a 50,0 mm, em tanques construídos de acordo com esta norma e com o Anexo E da mesma, desde que as chapas preencham os requisitos especificados na Tabela 30 do Anexo E desta Norma. ASTM A-442 Chapas de Aço-carbono com Melhores Propriedades de Transição, para Vasos de Pressão, Espessura máxima da chapa: 37,5 mm ASTM A-516 Chapas de Aço-carbono para Vasos de Pressão, para Temperaturas de Serviço Baixas e Intermediárias. Espessura máxima da chapa: 37,5 mm. NBR 5001 Chapas Grossas de Aço-carbono, para Vasos de Pressão, para Trabalho em Temperaturas Baixas e Moderadas Espessura máxima da chapa: 37,5 mm.

Para chapas de reforço do costado ou para flanges podem ser usadas chapas com espessuras acima de 37,5 mm, mas não superiores a 75,0 mm, em tanques construídos de acordo com esta norma e com o Anexo E, desde que as chapas preencham os requisitos especificados na Tabela 30 do Anexo E desta norma.

ASTM A-537 Chapas de Aço-carbono-Manganês-Silício Tratadas Termicamente para Vasos de Pressão. Grau A Somente, Espessura máxima da chapa: 37,5 mm. Para chapas de reforço do costado ou para flanges podem ser usadas chapas com espessuras acima de 37,5 mm, mas não superiores a 50,0 mm, em tanques construídos de acordo com esta norma e com o Anexo E da mesma, desde que as chapas preencham os requisitos especificados na tabela 30 do Anexo E desta norma. As chapas fabricadas de acordo com esta especificação podem ser fornecidas sem teste de impacto.

ASTM A-573 Chapas de Aço-carbono Estrutural com Tenacidade Melhorada. Grau 70, Requisitos: Tensão de escoamento (min): 30 kgf/mm², Tensão de ruptura (máx): 63 kgf/mm², ASTM A-662 Chapas de Aço-carbono Manganês para Vasos de Pressão para Serviços em Temperaturas Baixas e Moderadas. Grau B somente Espessura máxima da chapa: 37,5 mm, NBR 5002 Chapas Grossas de Aço-carbono para Caldeiras e Outros Vasos de Pressão, para Trabalho em Alta Temperatura. Graus 3, 4 e 5.

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 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.

ASTM A-570 Chapas Finas e Tiras de Aço-carbono Laminado a Quente de Qualidade Estrutural. Grau C apenas NBR 6649 e NBR 6650 Chapas Finas de Aço carbono para Usos Estruturais. Graus CF-24 e CF-26. 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.

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. 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; 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 cobre junta – 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 cobre junta; 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.

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