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DESARROLLO DE METODOLOGÍA PARA LA ELABORACIÓN DE RCA APLICADO A FALLAS DE TECHOS FLOTANTES EN TANQUES DE ALMACENAMIENTO DE CRUDO. YENNY ROCÍO PORRAS SÁNCHEZ UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA MAESTRÍA EN GESTIÓN DE INTEGRIDAD Y CORROSIÓN TUNJA, BOYACÁ 2019 DESARROLLO DE METODOLOGÍA PARA LA ELABORACIÓN DE RCA APLICADO A FALLAS DE TECHOS FLOTANTES EN TANQUES DE ALMACENAMIENTO DE CRUDO. YENNY ROCÍO PORRAS SÁNCHEZ Monografía, para obtener el título de Maestría en Gestión de la Integridad y Corrosión. Director: Dr. José Aníbal Serna Gil Codirector: Dr. Carlos Mauricio Moreno Téllez UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA MAESTRÍA EN GESTIÓN DE INTEGRIDAD Y CORROSIÓN TUNJA, BOYACÁ 2019 3 Nota de Aceptación ______________________________ ______________________________ ______________________________ ______________________________ ______________________________ ______________________________ ______________________________ ______________________________ Firmas del presidente de Jurado ______________________________ Firmas del Jurado Firmas del Jurado Tunja, Boyacá, 10 de Septiembre2019 4 TABLA DE CONTENIDO 0. INTRODUCCIÓN .............................................................................................. 7 1. OBJETIVO GENERAL....................................................................................... 9 2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................. 9 3. MARCO TEÓRICO .......................................................................................... 10 3.1 INTRODUCCIÓN A TANQUES DE ALMACENAMIENTO..................... 10 3.2 TIPOS TANQUE DE ALMACENAMIENTO ........................................... 10 3.3 DISEÑO DE TANQUES ........................................................................ 12 3.4 Diseño de tanques con techo flotante externo. ...................................... 12 3.5 MONTAJE Y FABRICACIÓN DE TANQUES ........................................ 13 3.6 OPERACIÓN DE TANQUES ................................................................. 13 3.7 INSPECCIÓN Y MANTENIMIENTO DE TANQUES .............................. 13 4. ESTADO DEL ARTE ....................................................................................... 14 5. DESARROLLO DE METODOLOGÍA GUÍA PARA RCA APLICADO A TANQUES TECHO FLOTANTE ............................................................................ 19 5.1 METODOLOGÍA .................................................................................... 19 5.2 DISEÑO EXPERIMENTAL .................................................................... 20 5.3 DESARROLLO DEL DOCUMENTO ...................................................... 20 5.4 INTRODUCCIÓN BÁSICA DE TANQUES ............................................ 20 5.5 Tanques De Techo Fijo ......................................................................... 21 5.6 Tanques De Techo Tipo Umbrella (Sombrilla) ....................................... 22 5.7 Tanques de Techo Geodésico ............................................................... 22 5.8 Tanques De Techo Flotante .................................................................. 24 6. MECANISMOS DE FALLA EN TANQUES ...................................................... 29 6.1 FALLAS CONSTRUCTIVAS .................................................................. 29 6.2 Perforación de las láminas del techo por proceso de corrosión externa 29 6.3 Perforación de las láminas del techo por proceso de corrosión interna 30 6.4 Fallas Operativas ................................................................................... 30 6.5 Fallas por cambios geométricos del tanque .......................................... 30 6.6 Mantenimiento preventivo...................................................................... 35 5 7. DEFINICIÓN Y PRINCIPIOS BÁSICOS DE UN ANÁLISIS CAUSA RAÍZ (RCA) 35 7.1 Clasificación de las Fallas ..................................................................... 36 7.2 Metodología para realizar un RCA ........................................................ 37 8. FUENTES DE INFORMACIÓN PARA ELABORACIÓN DEL RCA PARA TANQUES.............................................................................................................. 41 8.1 Información de construcción .................................................................. 41 8.2 Información operativa ............................................................................ 41 8.3 Resultados de inspección ...................................................................... 42 8.4 Intervalo de inspección interna posterior ............................................... 44 8.5 Peritaje (inspección) posterior a la falla ................................................. 44 9. ÁRBOL DE FALLA PARA EL TANQUE DE TECHO FLOTANTE ................... 45 10. CONCLUSIONES. ....................................................................................... 57 11. BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................ 58 6 LISTA DE FIGURAS Figura 1. Tanque de almacenamiento de crudo tipo techo flotante ....................... 11 Figura 2. Tanques para servicio a alta presión ...................................................... 11 Figura 3 Diseño CAD de un tanque de techo flotante externo. .............................. 13 Figura 4. Tanque de almacenamiento objeto de estudio ....................................... 15 Figura 5. Falla en la estructura del techo del tanque de almacenamiento de agua ............................................................................................................................... 16 Figura 6. Agujeros por efecto del Pitting ................................................................ 17 Figura 7. Mapa de la corrosión de la base del tanque. .......................................... 18 Figura 8. Tanques de techo fijo .............................................................................. 21 Figura 9. Distribución de las láminas del techo de un tanque de techo fijo ............ 21 Figura 10. Tanques atmosféricos tipo sombrilla..................................................... 22 Figura 11. Tanque de techo Geodésico ................................................................. 23 Figura 12. Configuración típica de un tanque tipo geodésico ................................ 23 Figura 13 Tanque de techo flotante ponton anular y doble cubierta ...................... 24 Figura 14. Bocetos de la sección transversal de un tanque de techo flotante tipo pontón. ................................................................................................................... 25 Figura 15. Tanque de alta capacidad de almacenamiento .................................... 25 Figura 16. Visualización del drenaje para cubiertas de tanques. ........................... 26 Figura 17. Bocetos de la sección transversal de un tanque de techo flotante de doble cubierta. ................................................................................................................. 26 Figura 18. Tanque cilíndrico vertical de techo flotante ........................................... 27 figura 19. Instalación de un techo flotante externo ................................................. 27 Figura 20. Visual de la parte interna de un tanque de membrana flotante. ............ 28 Figura 21. Ejemplo de Corrosión severa en el techo del tanque............................29 Figura 22. Colapso de un techo tipo chapa, por el excesivo peso del agua ......... 30 Figura 23. Tolerancia de pérdida de verticalidad en el cuerpo del tanque ............. 32 Figura 24. Tipos de asentamiento de cuerpo del tanque ....................................... 33 Figura 25. Deterioro del sello del techo flotante. .................................................... 33 Figura 26. Falla de techo flotante ........................................................................... 34 Figura 27. Falla de un techo flotante. ..................................................................... 34 Figura 28. Niveles de un RCA................................................................................ 38 Figura 29. Modelo de árbol de una metodología RCA ........................................... 40 Figura 30. Factor de seguridad en Años dependiendo de las barreras ................. 44 Figura 31. Metodología RCA, para análisis de falla de un tanque de techo flotante. ............................................................................................................................... 46 7 0. INTRODUCCIÓN En la industria de hidrocarburos, los tanques de almacenamiento son pieza clave en el desarrollo del negocio, por lo cual la importancia de mantener su integridad desde dos grandes puntos de vista, el primero es su aceptabilidad operativa bajo estrictas condiciones de integridad que asegurara la contención del producto sin generar pérdidas y contaminación por vertimientos o derrames no controlados. El segundo punto de vista conlleva al aseguramiento de operación continúa eliminando o reduciendo paradas de los equipos no programada, teniendo en cuenta que la parda de un tanque para mantenimiento o reparación fortuitas, generan altos costos operativos y efectuaciones operativos debido a la no disponibilidad de almacenamiento del tanque. De acuerdo a lo anterior, la fabricación y operación de tanques de almacenamiento de techo flotante, exigen una serie de variables y consideraciones especiales a diferencia de los recipientes con techos fijos, con el fin de asegurar la correcta operación del techo, evitando fallas durante su operación que obligue a la parada prematura del recipiente, lo que genera pérdidas económicas al dueño del activo. Todo esto nos conlleva a la necesidad de realizar un análisis detallado de los posibles factores que afectan o generan el daño del equipo, todo esto guiado a través de una efectiva metodología RCA, que permita establece la causa raíz de la falla, lo que permite al dueño del activo tomar acciones precisas para eliminar el mecanismo de daño, no solo en el equipo sino aplicarlo como lección preventiva (observación) en recipientes de características similares. Se pretende a través de este trabajo, establecer los principios básicos que pueden conllevar al desarrollo de RCA efectivos aplicados a las fallas de techos flotantes en tanques de almacenamiento de hidrocarburos, describiendo de manera detallada los mínimos requerimientos de levantamiento y análisis de información, requerida para la efectividad del ejercicio, estableciendo las pruebas, estudios, normatividad, especialistas y actores que se requieren involucrar en el proceso de análisis, así como el desarrollo y planteamiento de hipótesis básicas a tener en cuenta para el éxito del ejercicio RCA. ¿Cómo realizar un RCA aplicado a fallas de techos flotantes en tanques de almacenamiento de crudo? El tratamiento de fallas en un equipo estático, en la mayoría de casos se remite a la etapa de reparación y/o intervención, siendo esta la primera acción a tomar debido a la prioridad de regresar el recipiente a servicio, durante el desarrollo de los diferentes procesos requeridos para restaurar a la integridad del tanque, se omite o 8 minoriza el levantamiento de información que permite determinar las causas que generaron la falla. Las fallas de techos en tanques de almacenamiento generan pérdidas millonarias a la industria debido a la necesidad de parar el equipo para realizar las respectivas reparaciones con el fin de restaurar su integridad, la necesidad de reactivar la operación del equipo, elimina o reduce la posibilidad de realizar estudios detallados que evite la réplica de este tipo de acontecimiento ya sea en el mismo tanque o en tanques similares. Este fenómeno en la industria y la inexperiencia en el desarrollo de talleres RCA conllevan a la necesidad de establecer una guía para trasmitir el conocimiento a los futuros colegas que incursionan en el mercado, para diversificar y ampliar la oportunidad de intervención en esta área de conocimiento y desarrollo profesional. Adicionalmente es importante establecer que el desarrollo y resultados de este tipo de análisis (RCA), no solamente aplican o son principales usuarios los dueños de los activos, parte importante de este proceso , así como de sus resultados para la toma de acciones es para los fabricantes y mantenedores de los equipos, puesto que son ellos una parte principal en la garantía de vida útil del activo y aseguramiento de integridad del mismo en un tiempo optimo con bajos costos de intervenciones no programadas. 9 1. OBJETIVO GENERAL Establecer una metodología para la elaboración de RCA aplicado a fallas de techos flotantes en tanques de almacenamiento de crudo. 2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Introducción básica de tanques de almacenamiento, tipos, funcionamiento y mecanismos de falla. Describir los principios básicos de un ejercicio de RCA Determinar los requerimientos mínimos de información necesaria para el desarrollo del estudio. Descripción de los parámetros básicos para establecimiento de hipótesis de acuerdo a mecanismos y modos de falla. Establecer pruebas, estudios, recursos (humanos y tecnológicos), para descartar o reafirmar las diferentes hipótesis. 10 3. MARCO TEÓRICO 3.1 INTRODUCCIÓN A TANQUES DE ALMACENAMIENTO En la industria petrolera, petroquímica y otras industrias son utilizados distintos tipos de recipientes para almacenar una gran variedad de productos como son: crudo y sus derivados, butano, propano, GLP, solventes, agua, etc los tanques de almacenamiento forman parte de distintas operaciones en la industria, tales como: Producción Tratamiento Transporte Refinación Distribución Inventarios / Reservas Servicios Los tanques de almacenamiento [10], en general pueden contener líquidos orgánicos, líquidos inorgánicos, vapores, e inclusive sólidos. Deben ser diseñados y construidos según norma de la American Petroleum Institute, API 650[2]. En cuanto dimensionamiento, estos varían entre 2 metros a 60 metros de diámetro, o más. En la instalación debe diseñarse un sistema de barrera o dique para contener derrames en caso de ruptura del recipiente. 3.2 TIPOS TANQUE DE ALMACENAMIENTO En la industria, se pueden encontrar ocho tipos de tanque para almacenamiento de líquidos: Tanques de techos fijos Tanques de techos flotantes externos Tanques de techo flotante interno Tanques de techo tipo Domo con membrana flotante interna 11 Tanque horizontales Tanques de servicio para alta presión Tanques para vapor de espacio variable Tanques de GLP Figura 1. Tanque de almacenamiento de crudo tipo techo flotante Fuente. El autor Los primeros cuatro tipos de tanques tiene una geometría cilíndrica con el eje central orientado perpendicularmente al suelo. Por lo tanto, estos tanques son construidos a nivel sobre el terreno. Los tanques horizontales pueden disponerse sobre el terreno o bajo tierra, parcial o totalmente. Lo recipientes a presión a menudo se construyen en orientación horizontal, de forma esférica, para mantener su integridad estructural y soportaraltas presiones. Generalmente se montan sobre nivel de terreno. Los tanques para vapor de espacio variable, puede ser de forma cilíndrica o esférica. Figura 2. Tanques para servicio a alta presión Fuente. Miro refinery Karlsruhe, Germany 12 3.3 DISEÑO DE TANQUES Para el diseño de tanques de almacenamiento atmosférico para almacenamiento de crudo o refinados , se tiene como principal fuente o guía el API STANDARD 650 Welded Tanks for Oil Storage, Esta Norma establece requisitos mínimos para materiales, diseño, para tanques de almacenamiento soldados verticales, cilíndricos, sobre el suelo, cerrados y abiertos en varios tamaños y capacidades para presiones internas aproximando la presión atmosférica (presiones internas no exceder el peso de las placas del techo). Esta Norma se aplica solo a los tanques cuyo fondo completo está uniformemente soportado y a los tanques en servicio no refrigerado que tienen una temperatura de diseño máxima de 93 ° C. 3.4 Diseño de tanques con techo flotante externo. Los tanques de techo flotante son diseñados para almacenar líquidos volátiles y minimizar la pérdida considerable de vapor, también para disminuir el riesgo de formación de vapores debajo de la placa del techo. Los tanques de techo flotante están divididos en dos tipos: Tanques de techo flotante externo (usualmente llamado tanque de techo flotante o tanque FR) Tanque de techo flotante interno o (tanque IFR). Los requerimientos mínimos para el diseño de cubiertas internas flotantes están indicados en el apéndice “H” del API-650. resumiendo lo más importantes a continuación se relacionan: La gravedad específica de diseño debe ser 0.7, cuando GR es mayor de este valor. Pero cuando GR es menor de 0.7 debe usarse el valor real. El volumen de flotación debe ser capaz de soportar dos (2) veces el peso muerto del techo. Los materiales a usar deben ser: acero al carbono, aluminio, acero inoxidable y plástico 13 Figura 3 Diseño CAD de un tanque de techo flotante externo. Fuente. KING ABDULAZIZ UNIVERSITY, General Design Considerations “Storage tanks disponible en www.kau.edu.sa/Files/0060757/Subjects/Lect.8.pptx 3.5 MONTAJE Y FABRICACIÓN DE TANQUES API 650 también brinda los parámetros para el montaje y fabricación de los tanques, estableciendo los requerimientos mínimos de pruebas y/o ensayos alineados al control de calidad para el aseguramiento de la estructura, de acuerdo a los diseños realizados. 3.6 OPERACIÓN DE TANQUES Los parámetros de operación son establecidos durante la etapa de diseño del tanque , variable como ratas de llenado y vaciado del tanque, de acuerdo a esto , durante la vida útil del tanque se debe garantizar que las condiciones de operación no superen las establecidas en el diseño, en dado caso de que el dueño del tanque requiera un cambio en estas condiciones, esto debe ser evaluado previo a la ejecución del cambio, con el fin de evaluar que si el equipo puede mantener su integridad bajo los nuevos parámetros operativos. 3.7 INSPECCIÓN Y MANTENIMIENTO DE TANQUES una vez puesto en operación los tanques de almacenamiento, mediante API STANDARD 653 Tank Inspection, Repair, Alteration, and Reconstruction se establecen los requerimientos de inspección en servicio y programación de las 14 primeras inspecciones fuera de servicio, así como las inspecciones subsecuentes de acuerdo a las condiciones encontradas en la primera inspección. Al igual que API 650, 653 establece una guía básica para el desarrollo de inspecciones y reparaciones de acuerdo a ciertos mecanismos de daños, todo esto apoyado de otros códigos, normas, estándares y prácticas recomendadas, con el fin de mantener y/o restaurar la integridad de los equipos. El deterior de los equipos, así como su intervención genera altos costos operativos, no solo por la inversión en las obras de mantenimiento , sino por las pérdidas generadas durante el tiempo que el tanque deja de almacenar producto, el cual de acuerdo al tamaño del recipiente y labores a ejecutar puede están entre uno a 10 meses fuera de operación, situación que aumenta su criticidad cunado este tipo de paradas o salida de servicio no son programadas es decir se ocasionan por fallas fortuitas que obligan a sacar el tanque de servicio de manera repentina. 4. ESTADO DEL ARTE Para el estado del arte se realizó consulta en bases de datos, así como en repositorios de universidades y escuela académicas. Los siguientes son los trabajos relacionados con el presente trabajo. “A study of caprolactam storage tank accident through root cause analysis with a computational approach [5]” El rápido desarrollo de la industria petroquímica en los últimos tiempos, viene acompañado por los avances tecnológicos. Sin embargo, No deja de ser ajeno las afectaciones ambientales y esporádicos accidentes. Numeroso accidente relacionado con el sector de hidrocarburos tiene como resultado pérdida de vidas humanas, lesiones a la integridad de personas, impacto ambiental, daños a la propiedad, efectos económicos y aun impactos políticos y sociales. El presente estudio investiga el accidente a un tanque de almacenamiento de un químico derivado de hidrocarburo, Carprolactam, usando técnicas avanzadas de análisis a través de herramientas computacionales. Estas Tecnicas se basan en estudios de análisis causa raíz o RCA. El estudio sirve como referencia para futuras investigaciones, y es un marco ejemplo de evitar las causas que puedan generar un accidente similar. 15 “Failure analysis of storage tank”[6]. El presente artículo estudia la falla de un tanque de almacenamiento de agua caliente. Durante la operación uno de dos tanques ha sido afectado por el colapso del techo. Así, se realiza un análisis numérico y experimental de las razones de la falla. Se indica que esfuerzos extremos durante la operación, así como la influencia de la corrosión interna. La evaluación se realiza por análisis computacional y elementos finitos. Figura 4. Tanque de almacenamiento objeto de estudio Fuente. F. Trebuna , F. Simcak, J. Bocko. Engineering Failure Analysis 16 (2009) 26–38 Dos tanques verticales para trabajo a bajas presiones aproximadamente de 30 años de edad y diseñados originalmente para almacenar crudo pesado, son usados como tanques de almacenamiento de agua a una temperatura de servicio entre 65 y 95 ° C. los tanques fueron reconstruidos y equipados con la tecnología necesario para su funcionamiento. Después de dos semanas de operación, la estructura del techo colapsó. El objetivo del estudio es analizar las cargas de operación y juzgar las rasiones de falla y proponer las acciones correctivas para la operación del segundo tanque. 16 Figura 5. Falla en la estructura del techo del tanque de almacenamiento de agua Fuente. F. Trebuna , F. Simcak, J. Bocko. Engineering Failure Analysis 16 (2009) 26–38 Design Construction and Testing of a Petroleum Product Storage Tank 10 Million Litre Capacity.[7] La propuesta de este artículo es presentar el diseño de un tanque de almacenamiento de 10 millones de litros de capacidad de almacenamiento, para crudo, en Nigeria. El tanque tiene un diámetro 27.04 metros y una altura de 17.5 metros. El diámetro y la altura fueron optimizados considerando el espacio, la velocidad del viento y las cargas muertas. El estándar API 650 12a edición fue usado como guía en el diseño, además para mitigar los desafíos, especialmente por corrosión dentro de los costos normales de trabajo. 17 “API 653 Inspection Report”[8] El presente documento, indica la fase procedimental de la inspección por parte de la empresa Powers Engienring and Inspection,a un tanque en servicio de la empresa Freedom Industries Facility, en la ciudad de Charleston. El tanque tipo techocónico, tiene un diámetro de 20 pies de diámetro por 20 pies de altura. Con 25 años de servició se decidió realizar la inspección a razón que un tanque gemelo presentó perdida de contención. El tanque contiene un líquido 4-ciclohexanodimetanol, conocido también como CHDM, es un diol alifático de fórmula molecular C8H16O2 Dentro de la inspección visual se encontró picaduras en las láminas de la parte inferior del tanque, productos de la corrosión del medio. Figura 6. Agujeros por efecto del Pitting Fuente. 1U.S. Chemical Safety And Hazard Investigation Board Freedom Industries Charleston,Wv. API 653 Inspection Report Internal Inspection And Out-Of-Service Or Internal Inspection W/ External Checklist APRIL 29 – MAY 1, 2014. p . 5. El documento también presenta la técnica de evaluación con un escáner MFE, 2412 y luego mapeo de la corrosión de la parte inferior del tanque. https://es.wikipedia.org/wiki/Diol https://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%B3rmula_molecular 18 Figura 7. Mapa de la corrosión de la base del tanque. Fuente. 1U.S. Chemical Safety And Hazard Investigation Board Freedom Industries Charleston,Wv. API 653 Inspection Report Internal Inspection And Out-Of-Service Or Internal Inspection W/ External Checklist APRIL 29 – MAY 1, 2014. p . 5. Los últimos años se has desarrollado varios estudios e implementaciones de la metodología RCA enfocada en la gestión de activos industriales, para el desarrollo de este trabajo se realiza el análisis de diferentes estudios y aplicación entre las cuales se encuentran: Lee N. Vanden Heuvel, Donald K. Lorenzo, Laura O. Jackson, Walter E. Hanson, James J. Rooney and David A. Walker (2008). Root Cause Analysis Handbook. USA: ABS Consulting. Luis José Amendola. (2006). Gestión de Proyectos de Activos Industriales. España: UPV. Adicionalmente la implementación en industria hidrocarburos Marycruz Alfaro Antor Gilberto Aranda Domínguez (México 2014) El Análisis Causa Raíz Utilizado Como Herramienta En La Evaluación De Eventos No Deseados En Instalaciones De Una Refinería Debido a que la metodología RCA es universal, es decir se aplica a cualquier tipo de industria, problema o situación presentada en las diferentes ciencias existentes, 19 es importante establecer una guía específica para las problemáticas presentadas en los techos flotantes de tanques de almacenamiento de hidrocarburos, enfocado desde el punto de vista como inspector certificado API 653 y con los conocimientos adquiridos a través de la Maestría en Integridad y corrosión. 5. DESARROLLO DE METODOLOGÍA GUÍA PARA RCA APLICADO A TANQUES TECHO FLOTANTE En el presente capítulo se presenta los elementos básicos requerido para establecer y desarrollar un estudio RCA efectivo, aplicado al análisis de fallas en techos flotantes de tanques atmosféricos construidos bajo API 650. 5.1 METODOLOGÍA La calidad y cantidad de información sobre una falla o daño en un tanque es vital para el desarrollo de un análisis efectivo y poder tomar decisiones acertadas para mantener un modelo y estrategia de integridad. Por lo cual se definirá la mínima cantidad y tipo de información que se debe obtener y analizar para aportar a la efectividad del RCA. Establecer el tipo de pruebas y especialistas involucrados para la determinación del tipo y mecanismos de falla que afectan el techo del tanque Definir los pasos, secuencia y variables a tener en cuenta en la construcción de las hipótesis del RCA. Creación de árbol de falla con las hipótesis y variables mínimas que se deben contemplar en el RCA aplicado a techos flotantes de tanques de almacenamiento. Etapa 1: Recopilación de información e historial del tanque, planos, diseños, historial de operación, inspecciones y mantenimiento. Etapa 2: Análisis y definición de información documentada relevante para los estudios, descartando información que no aporta al desarrollo de la causa raíz. Etapa 3: Determinación de las pruebas, ensayos y/o inspecciones que se requieren para recopilación de información que aportes al análisis. Etapa 4: Determinación de necesidad de inspección bajo los lineamientos API 653 y descripción de los mínimos requerimientos de esta Etapa 5: Guía para desarrollo de talleres de RCA: Definición de mínimos participantes requeridos construcción de hipótesis. Etapa 6 Elaboración de árbol de falla 20 5.2 DISEÑO EXPERIMENTAL Se realiza la revisión documental, verificando su cumplimiento versus las condiciones de diseño y requerimientos del código de construcción, con el fin de descartar si son fallas por problemas de diseño, fabricación y montaje. Evaluación de resultados de inspección/ pruebas versus los requerimientos de API 653 y requerimientos operativos. Se Descarta hipótesis de acuerdo a los resultados de la revisión documental, inspecciones, pruebas, evidencias de operación y testimonios de los involucrados en el manejo del tanque. 5.3 DESARROLLO DEL DOCUMENTO 5.4 INTRODUCCIÓN BÁSICA DE TANQUES Los tanques de almacenamiento se encuentran clasificados de acuerdo a su presión de operación, como se muestra a continuación: Atmosféricos Y Baja Presión: P ≤ 2.5 Psig Techo Fijo Techo Flotante Tope Abierto Media Presión: 2.5 < P ≤ 15 Psig Refrigerados No Refrigerados Presurizados: P > 15 Psig Cilindros Esferas Para este estudio es de interés los tanques atmosféricos; a continuación, se encuentra la descripción de los diferentes tipos de tanque que operan bajo estas condiciones de presión 21 5.5 Tanques De Techo Fijo Típicamente soportado por estructuras internas (columnas y correas) o totalmente Auto-soportados, los elementos estructurales (correas y vigas) deben ser dispuestos de manera que las columnas soporten aproximadamente la misma carga. Figura 8. Tanques de techo fijo Fuente. Autor Las láminas están colocadas directamente sobre las correas sin ser unidas a ellas y soldadas a solape entre sí. Figura 9. Distribución de las láminas del techo de un tanque de techo fijo Fuente. https://issuu.com/luisalbertocollazospasco/docs/presentacion_-_api-650 https://issuu.com/luisalbertocollazospasco/docs/presentacion_-_api-650 22 5.6 Tanques De Techo Tipo Umbrella (Sombrilla) Variación del techo fijo, cuenta con un segmento de láminas radialmente –arqueado, conserva la curvatura sobre el eje vertical, sobre el eje circunferencial tiene semejanza con el tipo cónico. El radio de curvatura te techos tipo sobrilla tiene los mismos valores que los techos tipo domo. Figura 10. Tanques atmosféricos tipo sombrilla. Fuente. Hitech. Design Services for Tanks & Pressure Vessels Complying to ASME Standards. Tomado de https://www.hitechcaddservices.com/news/design-services- for-tanks-pressure-vessels-complying-to-asme-standards/ 5.7 Tanques de Techo Geodésico Un techo fijo tipo domo en aluminio, constituido por laminas y estructura triangular, están unidas en puntos cuyo arreglo forman una superficie semi-esferica. Utilizado para almacenar el producto reduciendo al mínimo el ingreso de agua, hielo o nieve, al igual que la evaporación del producto almacenado. Algunas de sus ventajas son: No requiere de columnas internas No está expuesto a la corrosión y su servicio es de larga vida. No requiere e válvulas de presión y vacío pues en el perímetro hay una ventilación permanente protegida con una malla que evita el ingreso de elementos externos al interior. https://www.hitechcaddservices.com/news/design-services-for-tanks-pressure-vessels-complying-to-asme-standards/ https://www.hitechcaddservices.com/news/design-services-for-tanks-pressure-vessels-complying-to-asme-standards/ 23 Protege de la evaporación del producto almacenado, debido al efecto del viento sobre el Domo. Su peso esmuy liviano ayudando al peso total del tanque sobre la cimentación. Menor costo comparado con otros tipos de techos, rápida fabricación y montaje en sitio. Elimina los usos de sellos secundarios y drenajes. Figura 11. Tanque de techo Geodésico Fuente. Autor Figura 12. Configuración típica de un tanque tipo geodésico Fuente. Tomado de http://www.petrolplaza.com/technology/articles/MiZlbiYxMDM4NyY0JjEmMyYxMjU%3D. http://www.petrolplaza.com/technology/articles/MiZlbiYxMDM4NyY0JjEmMyYxMjU%3D 24 5.8 Tanques De Techo Flotante Se emplean para almacenar productos con alto contenido de volátiles como alcohol, gasolinas y combustibles en general. Los techos flotantes se desarrollaron con el objetivo de reducir o minimizar la cámara de aire, o espacio libre entre el del líquido y el techo, además de proporcionar un medio aislante para la superficie del líquido, reducir la velocidad de transferencia de calor al producto almacenado durante los periodos en que la temperatura ambiental es alta, evitando así la formación de gases (su evaporación), y consecuentemente, la contaminación del ambiente y, al mismo tiempo se reducen los riesgos al almacenar productos inflamables. Figura 13 Tanque de techo flotante ponton anular y doble cubierta Fuente. AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE. Inspection Practices for Atmospheric and Low- Pressure Storage Tanks . API Recommended Practice 575 2013. 3ed. Washington DC: API, 2013. p.10. Las cubiertas están diseñadas para reducir las pérdidas por llenado y evaporación, a continuación, los tipos de techo flotante: a) Cubierta simple o anular de pontones Los techos con pontón, también conocidos como cubiertas simples, se componen de varias cámaras cerradas separados por mamparas radiales, lo que aumenta la estabilidad de la estructura. El techo está constituido por una sola cubierta que cubre el líquido almacenado, con una pendiente hacia el centro para permitir que el agua de lluvia fluya hacia un sistema de drenaje. Aunque este tipo de techo ofrece la menor protección contra la evaporación, es el más económico y fácil de instalar que el de doble cubierta. 25 Figura 14. Bocetos de la sección transversal de un tanque de techo flotante tipo pontón. Fuente. AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE. Inspection Practices for Atmospheric and Low- Pressure Storage Tanks. API Recommended Practice 575 2013. 3ed. Washington DC: API, 2013. p.19 Figura 15. Tanque de alta capacidad de almacenamiento Fuente. PREFABRICACIÓN DE TANQUES DE ALMACENAMIENTOS Tomado de: http://tuberiaysoldadura.blogspot.com/2011/08/prefabricacion-de-tanques-de.html http://tuberiaysoldadura.blogspot.com/2011/08/prefabricacion-de-tanques-de.html 26 Figura 16. Visualización del drenaje para cubiertas de tanques. Fuente. Drenaje para cúpulas. Tomado de: https://www.mesaetp.com/esp/roofdrain.htm. b) Cubierta Doble (Double Deck) El techo de doble cubierta, constituido por dos cubiertas de láminas de acero, separadas sobre toda la superficie del tanque. De esta manera, la superficie del líquido está en contacto con el lado inferior de la cubierta del techo, maximizando de ese modo la protección contra la evaporación. La cubierta superior se inclina hacia el centro, para permitir que el agua se mueva hacia el sistema de drenaje de agua de lluvia, mientras que la cubierta inferior se inclina hacia arriba para permitir que el vapor de agua esté dentro del tanque para que acumule. Figura 17. Bocetos de la sección transversal de un tanque de techo flotante de doble cubierta. Fuente. AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE. Inspection Practices for Atmospheric and Low-Pressure Storage Tanks . API Recommended Practice 575 2013. 3ed. Washington DC: API, 2013. p.19. https://www.mesaetp.com/esp/roofdrain.htm 27 Figura 18. Tanque cilíndrico vertical de techo flotante Fuente.Tico. Storage Tank Tunrkey Projection solution. Tomado de http://www.ansonindustry.com/how-to-classify-oil-tanks.html c) Techo flotante Interno (Membrana): Constituido por techo fijo y una membrana interna flotante Los componentes de este sistema tienen una sección modular varias veces mayor que otros techos internos flotantes excediendo los requisitos de carga especificados en el API-650, Apéndice H. figura 19. Instalación de un techo flotante externo Fuente: Instalación De Techos Flotantes Internos Para Tanques De Combustibles. Tomado de : https://pruebadenuevapage.weebly.com/instalacioacuten-de-techos-flotantes- internos-para-tanques-de-combustible.html http://www.ansonindustry.com/how-to-classify-oil-tanks.html https://pruebadenuevapage.weebly.com/instalacioacuten-de-techos-flotantes-internos-para-tanques-de-combustible.html https://pruebadenuevapage.weebly.com/instalacioacuten-de-techos-flotantes-internos-para-tanques-de-combustible.html 28 Figura 20. Visual de la parte interna de un tanque de membrana flotante. Fuente. Autor. El techo o membrana sube y baja al mismo nivel que el líquido, al tiempo que el total contacto con el líquido logra que no exista ninguna zona con vapores, estos tanques generalmente se construyen para minimizar las afectaciones operativas relacionadas con el clima sobre la flotación de un techo flotante externo, al igual que para reducir las emisiones de vapor o para evitar la contaminación del producto. A continuación, se describen las partes principales de este tipo de techo flotante interno: Fuente. AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE. Inspection Practices for Atmospheric and Low-Pressure Storage Tanks . API Recommended Practice 575 2013. 3ed. Washington DC: API, 2013. p.23 29 6. MECANISMOS DE FALLA EN TANQUES Las principales fallas en techos flotantes se describen a continuación: 6.1 FALLAS CONSTRUCTIVAS Relacionadas a los incumplimientos en los criterios establecidos por el código de construcción, para el caso de tanque atmosféricos API 650, en parámetros como: Dimensión de soldaduras, Material y Espesores de techo, Diseño de escaleras rodante, Pontones, Soportes, Drenajes, dispositivos anti-rotacionales, entre otros Todos los parámetros de diseño y requerimientos mínimos de los elementos descritos anteriormente se encuentran descritos detalladamente en API 650 Anexo C “External Floating Roofs”[2] Cualquier desviación en el diseño, fabricación y/o moteje puede ocasionar serias fallas en la operación del tanque y posterior colapso de la estructura de manera prematura. 6.2 Perforación de las láminas del techo por proceso de corrosión externa Puede presentarse en forma de corrosión localizada provocando posteriormente la perforación de la chapa o bien en forma de pitting localizado en un área determinada, producida por las condiciones ambientales en las que se encuentra ubicado el recipiente Figura 21. Ejemplo de Corrosión severa en el techo del tanque Fuente. AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE. Inspection Practices for Atmospheric and Low- Pressure Storage Tanks . API Recommended Practice 575 2013. 3ed. Washington DC: API, 2013. p.59. 30 6.3 Perforación de las láminas del techo por proceso de corrosión interna Generada por vapores interno y falla del recubrimiento, permitiendo la generación de procesos corrosivos y deterior de las laminas 6.4 Fallas Operativas a) Sobrellenar el tanque y chocar la pantalla con las estructuras portantes del techo sin funcionar las alarmas de detección de sobrellenado, b) Mala operación de drenajes de techo provocando sobre carga de agua lluvia sobre las láminas y colapso del techo. Figura 22. Colapso de un techo tipo chapa, por el excesivo peso del agua Fuente. AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE. Inspection Practices for Atmospheric and Low- Pressure Storage Tanks . API Recommended Practice 575 2013. 3ed. Washington DC: API, 2013. p.60 6.5 Fallaspor cambios geométricos del tanque El desempeño del tanque puede verse afectado cuando existen asentamientos significativos fuera del plano. La falta de redondez y perdida de verticalidad puede impedir el funcionamiento del techo flotante y también afectar a las estructuras que soportan el techo. 31 Pérdida de redondez en cuerpos de tanques: Diferencia existente entre los radios de un modelo de tanque con redondez óptima (diseño) y la forma real del tanque. Los criterios de evaluación o parámetros de referencia descritos en API 653 numeral 10.5.3 Roundness , establece que los radios medidos a 1 pie por encima de la soldadura de cuero – fondo, no deben exceder las tolerancias que se muestran en la Tabla 1. Tabla 1. Tolerancias según diámetro del tanque. Fuente. AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE. Tank Inspection, Repair, Alteration, and Reconstruction. API Standard 653 2003. 3ed. Washington DC: API, 2003. p. 10-3. Las tolerancias de radio medidas a más de un pie por encima de la soldadura de caparazón a fondo no deben exceder tres veces las tolerancias dadas en la Tabla 1, mostrada anteriormente Pérdida de verticalidad en cuerpo de tanques: Se refiere a la desviación que existe entre la parte baja del tanque en la lámina del cuerpo en la zona adyacente a la unión cuerpo –fondo y la parte más alta del tanque 10.5.2.1 La máxima desviación de la parte superior de la carcasa en relación con la parte inferior de la carcasa no debe exceder 1/100 de la altura total del tanque, con un máximo de 5 pulg. Los criterios de 1/100, con un máximo de 5 pulg., también se aplicarán al techo fijo columnas Para tanques con techos flotantes internos, aplique los criterios de esta sección o API 650, Sección 7.5.2 y API 650, Sección H.4.1.1, la que sea más estricta. Para techos flotantes se utiliza una tolerancia de 1/200 de acuerdo a lo establecido en API 650. 32 Figura 23. Tolerancia de pérdida de verticalidad en el cuerpo del tanque Fuente: (Ecopetrol S.A., 2014). Asentamiento fuera de plano: Debido a que el cuerpo de los tanques e es una estructura flexible, este puede asentarse en una configuración no planar, induciendo esfuerzos adicionales al casco. Los asentamientos fuera del plano, pueden producir o inducir pérdida de redondez en el cuerpo del tanque, los cuales pueden llegar a ser excesivos, lo cual puede llegar a causar problemas en el funcionamiento de los techos flotantes. Asentamiento uniforme: Se caracteriza por que todo el tanque baja al mismo nivel en todo su afectando todos los elementos del tanque como, boquillas, tuberías y accesorios, generando daños graves a la estructura. Asentamiento de cuerpo rígido de un tanque: Este asentamiento se da por la rotación del tanque en un plano inclinado. Este asentamiento genera un incremento del nivel del producto en un sector del tanque. Una inclinación excesiva puede generar una pérdida de tolerancia en el espacio anular de los sellos de los techos flotantes y/o membranas internas flotantes restringiendo el libre desplazamiento de estos elementos. Al igual que el asentamiento uniforme, puede afectar las boquillas, tuberías y accesorios 33 Figura 24. Tipos de asentamiento de cuerpo del tanque Fuente. AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE. Tank Inspection, Repair, Alteration, and Reconstruction. API Standar 653 2003. 3ed. Washington DC: API, 2003. p .60. Todos los mecanismos geométricos descritos anteriormente, pueden generar daños a los sellos del techo flotante, provocando un riesgo alto de caída de o colapso de la estructura. Figura 25. Deterioro del sello del techo flotante. 34 Fuente. AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE. Inspection Practices for Atmospheric and Low- Pressure Storage Tanks. API Recommended Practice 575 2013. 3ed. Washington DC: API, 2013. p.60 Figura 26. Falla de techo flotante Fuente. Federal Public Service, Employment, Labour and Social dialogue. Chemical Risks Division. Safety alert: Rupture of an (atmospheric) Crude Oil Storage Tank. CRC/ONG/013-E. Version 1. 2006 Figura 27. Falla de un techo flotante. Fuente. AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE. Inspection Practices for Atmospheric and Low- Pressure Storage Tanks. API Recommended Practice 575 2013. 3ed. Washington DC: API, 2013. p.61 35 6.6 Mantenimiento preventivo a) Es importante inspeccionar externamente el tanque cada 5 años por un inspector calificado. b) Las láminas del techo del tanque pueden verse afectadas por la corrosión debido a la condensación del vapor de agua presente en la atmósfera o a vapores de productos agresivos, por lo que se debe aplicar un revestimiento protector. c) La inspección del techo flotante presenta variaciones en lo referente a inspección mensual rutinaria ya que en estos tanques se debe controlar el sistema de drenaje, la presencia de agua o producto sobre el techo, el asentamiento del tanque y el estado de los sellos. 7. DEFINICIÓN Y PRINCIPIOS BÁSICOS DE UN ANÁLISIS CAUSA RAÍZ (RCA) Es un riguroso método de solución de problemas empleado para analizar cualquier tipo de falla. Utiliza la lógica deductiva y un árbol lógico de falla. El árbol lógico consiste en una representación visual de un evento de falla, en el cual el razonamiento por deducción y la verificación de los hechos conducen a las causas originales. Es una herramienta de confiabilidad utilizada para determinar hasta tres niveles de causas raíz para cualquier evento específico de falla. Es una técnica de análisis que permite aprender de las fallas y eliminar las causas, en lugar de corregir los síntomas. La metodología RCA se emplea cuando se presentas en un sistema, maquina o elemento mecánico, fallas crónicas o repetitivas, tales como fallas de equipos (generalmente problemas de mantenimiento). También se enfoca a fallas esporádicas, tales como paradas no planeadas, incendios, explosiones, muertes, lesiones importantes, o fallas graves poco frecuentes en los equipos. Además, es funcional para identificar las deficiencias en los procedimientos operativos y de mantenimiento 36 7.1 Clasificación de las Fallas Las fallas esporádicas son una desviación por fuera de un rango aceptable de operación normal (por lo general en el lado bajo). Generalmente, la eliminación de una falla esporádica solamente llevará las cosas de nuevo a un rango aceptable. Estos son eventos por lo general poco frecuentes y no relacionados entre sí. Las fallas crónicas son una desviación dentro de un rango aceptable de operación normal. Estos son eventos relativamente frecuentes. La eliminación de fallas crónicas llevará las operaciones regulares al punto máximo de una operación normal aceptable y elevará el nivel promedio esperado del desempeño [14]. En una instalación en operación, por lo regular se dedica más tiempo a resolver fallas esporádicas que fallas crónicas. Esto se debe generalmente a: Por lo regular, se sabe cómo retornar al rango aceptable. Existe un sentido de seguridad y reconocimiento en el trabajo. Hay retroalimentación inmediata en cuanto a un “arreglo” que funcionó. Una falla crónica es la falla típica repetitiva que puede afectar las operaciones en el corto plazo o las actividades de mantenimiento pero que, por lo general, no resulta dramática, no es necesariamente difícil de arreglar (pero puede ser difícil de resolver la causa raíz), y es generalmente aceptada como uno de los costos del negocio. Ejemplo de esto son las fallas que se presentan en los rodamientos, los sellos, las correas, los engranajes, los apagados del sistema de control, problemas con la unidad, etc. El nivel de “operación aceptable” por lo general se cumple a pesar de estas fallas. Cada evento tiene un impacto relativamente bajo, pero cuando se totalizan en el transcurso de un año y se combina con otras fallascrónicas, se suman llegando a un alto porcentaje del presupuesto general de mantenimiento y a la pérdida de ingresos debido a la baja utilización. Cuando se han resuelto las fallas crónicas (la causa raíz es identificada y eliminada), el nivel de “operación aceptable” comenzará a elevarse. Se reduce el tiempo improductivo y los costos de reparación. La producción total de la instalación aumentará y puede mejorar considerablemente la rentabilidad general. 37 7.2 Metodología para realizar un RCA La metodología está definida por un procedimiento de trabajo el cual está dividido en varias partes y pasos. Inicia preparando la investigación y termina con un reporte de los hallazgos [15]. Paso 1: Identificar los eventos más significantes En este paso se recolectan los datos, se definen las fallas y se calculan las perdidas debido a las fallas ocurridas. El objetivo de este paso es determinar cuáles son los eventos y fallas más significativas. Se utiliza para analizar los costos de las fallas en unas instalaciones y clasificar los problemas en orden de importancia económica. Esto garantiza el retorno más rápido sobre el tiempo y el dinero invertidos en entrenamiento y análisis. La herramienta apropiada es el análisis Pareto (Figura 1). En ésta simplemente se afirma que el 80% de los costos de las fallas son causados por el 20% de las fallas totales. Estas las designamos como “pocas fallas críticas,” y son identificadas para los análisis de RCFA Paso 2: Preservación de las evidencias de las fallas Con una falla, lo más importante es la recolección de la información de la falla y están clasificados en el método de las 5 P’s. 1. Partes: Equipo o componente que fallo. Rodamientos, Sellos, instrumentos, motores, bombas, muestras, herramientas, etc. 2. Posiciones: Ubicación física del equipo o componente en falla. Mapa de la posición de los componentes, de los instrumentos, personal en la hora de la ocurrencia, información ambiental, posición física, etc. 3. Personal: Entrevistas al personal involucrado en la falla. Entrevistas al personal de mantenimiento, operaciones, administración, manejo, vendors, HSE, otros con procesos similares, etc. 4. Papel: todos los reportes escritos relacionados con la falla. Reportes de cuarto de control, metalúrgica, procedimientos, políticas, mantenimiento, planos, especificaciones, entrenamientos, etc. 5. Paradigmas: Frases comunes que el personal de operaciones comúnmente usa para evitar investigaciones o desarrollar alguna actividad de mejoramiento “No tenemos tiempo para un RCFA”, “Hemos tratado de resolver esto desde hace 20 años”, “Es un equipo viejo y por supuesto falla”, Esto es imposible de resolver”, etc. Parte 3: Ordenar el análisis Es la organización del equipo de trabajo y el facilitador. El RCFA es dirigido por un facilitador, quien ha recibido 38 entrenamiento específico en la metodología RCFA. El resto del equipo lo conforma un grupo multifuncional que varía entre un problema y otro. Equipo RCFA El equipo RCFA, por lo regular, podrá incluir: 4 Un operador familiarizado con el proceso operativo 4 Un técnico (sí se trata de equipos mecánicos, eléctricos, o de instrumentación) 4 Un supervisor de primera línea 4 Un ingeniero (químico, eléctrico, mecánico, o de otra especialidad) 4 En ocasiones incluye especialistas tales como metalúrgicos, inspectores, especialistas de proceso, especialista de equipos rotativos, o proveedores 4 Por lo menos una persona que ignora los eventos de fallas y sirve como crítico constructivo o abogado del diablo. La Sala de Guerra Cualquier investigación de importancia merece una “sala de guerra”. Se trata de un salón para uso exclusivo del equipo RCFA donde podrá recopilar/evaluar las evidencias, dotado de mesa de conferencia, tableros de tiza o de marcadores borrables y espacio en la pared para colocar los cuadros de causa raíz lógica. Figura 28. Niveles de un RCA Fuente. Latino Robert J. Root Causes Analysis, Improving Performance for bottom line results. CRC PRESS, 2da Edition. U.S.A, 2002. p18. Paso 4: Análisis – Árbol lógico de falla: el análisis, continua con la construcción estructurada del árbol lógico de fallas con niveles de causa y efecto. Un árbol lógico es una herramienta que usa la deducción lógica para la guía atravez de todos los eventos hipotéticos de la falla. Pasos para construir un arbol de falla. 1. Describir el Evento de la Falla 2. Describir los Modos de la Falla 3. Hacer una lista de las causas potenciales y verificar 39 (esto puede requerir varios niveles) 4. Causa(s) Raíz Física: Verificar mecanismo de falla en el nivel de componentes 5. Causa(s) Raíz Humana: Verificar punto de acción indebida o error humano 6. Causa(s) Raíz del Sistema: Verificar defecto en el sistema de administración. Las preguntas para construir un árbol de falla son simples y consistentes, algunas de ellas son “Como pudo ocurrir la falla“, “Porque ocurrió la falla”, entre otras. El éxito del método del análisis costoefectividad de un RCFA es buscar e identificar muy bien la falla. Se han identificado 4 agentes posibles de fallas: · Fuerza. · Reacción al Medio Ambiente. · Tiempo · Temperatura. Las 7 categorías de las causas de fallas: 1. Falla por diseño. 2. Defecto en los materiales. 3. Fabricación y/o error del proceso. 4. Ensamble o defecto de instalación 5. Fuera de diseño o condiciones de servicio sin planeación. 6. Deficiencias en el mantenimiento. 7. Operaciones Inapropiadas El Análisis de la Falla y Verificación de las Causas Raíces, determinar las causas raíz físicas, humanas y del sistema para cualquier tipo de falla. Consta de seis pasos básicos. Los primeros cuatro pasos se reconocen a partir de cosas tales como la solución inmediata de problemas, en los que únicamente se observan los elementos que resultan verdaderos. El quinto algunas veces se encuentra también en la solución de problemas, puesto que la operación apropiada o deficiente del mantenimiento. El paso seis es la verificación de fallas Latentes o del sistema y son debidos a problemas administrativos. Paso 5: Comunicación de los Resultados y las Recomendaciones Comunicar los resultados ha constituido el paso esencial al documentar los hallazgos en las investigaciones de RCFA y las recomendaciones asociadas con ello. Estos hallazgos se deben analizar con el personal apropiado y pueden requerir de reuniones con la gerencia. Un informe formal por lo general ayuda a obtener compromiso de la gerencia a resolver las fallas concentrándose en las causas raíz determinadas en la investigación. El costo de implementar los resultados se debe comparar frente al costo de la falla. Paso 6: Seguimiento a los resultados Parte de la responsabilidad del facilitador es analizar la implementación de las recomendaciones y realizar el seguimiento de su ejecución, los resultados pueden ser comparados y medidos con reducción en los costos de mantenimiento, mejoramiento en las ratas de producción y reducción de las ratas de fallas, etc 40 El Objetivo general de una metodología RCA, Detectar los siguientes Items Causas raíz físicas: Todas aquellas situaciones o manifestaciones de origen físico que afectan la continuidad operativa de los equipos o plantas. Causas raíz humanas: Errores cometidos por el factor humano y que inciden directa o indirectamente en la ocurrencia de la falla. Causas raíz latentes: Todos aquellos problemas que, aunque nunca hayan ocurrido, es factible su ocurrencia. Figura 29. Modelo de árbol de una metodología RCA Fuente. El autor El éxito o precisión de un ejercicio de RCA depende de la cantidad y veracidad de la información que se tenga sobre el tanque, lo cual permitirá realizar un detallado análisis de cada hipótesis establecida. 41 8. FUENTES DE INFORMACIÓNPARA ELABORACIÓN DEL RCA PARA TANQUES 8.1 Información de construcción Permite establecer las condiciones Bajo las cuales el tanque inicio su vida operativa, que nos ayuda a determinar si las fallas presentadas fueron ocasionadas por problemas y/o desviaciones que se generaron desde su etapa de diseño, fabricación y/o montajes, por lo cual esta documentación deber ser comparada con los criterios técnicos y normatividad de la versión bajo la cual se construyó el equipo Dentro de la información de construcción se puede encontrar, sin limitarse a ello: Detalle de diseño de los diferentes componentes del tanque (cuerpo, techo, fondo, drenajes, escaleras, difusores, agitadores, sellos perimetrales, etc) Certificados de materiales utilizados en cada uno de los componentes Planes de control de calidad de acuerdo a las especificaciones técnicas contratadas y las normas de referencia establecidas Resultados de las pruebas yo ensayos realizados a de acuerdo a los controles descritos en el plan de calidad Estudios de Verticalidad, redondez, asentamiento del tanque y verticalidad de dispositivos anti-rotacionales Pruebas de flotabilidad del techo 8.2 Información operativa Esta describe los aspectos de operación del tanque, los cuales permiten determinar si durante el servicio del tanque se representó alguna condición diferente o por fuera de los limites operacionales establecidos de acuerdo al diseño del tanque, a continuación, la información mínima requerida para el estudio: Ratas de llenado y vaciado Historial de funcionamiento de agitadores Características de los productos almacenados 42 8.3 Resultados de inspección De acuerdo a lo establecido por API 653, Durante el servicio del tanque se deben realizar inspecciones con el fin de detectar cualquier anomalía en su operación que ponga en riesgo la operatividad del mismo. a continuación, se describen las inspecciones mínimas establecidas por API 653 capitulo 6 Inspecciones rutinarias en servicio: La condición externa del tanque debe monitorearse mediante una inspección visual cercana desde el suelo en una rutina base. Esta inspección puede ser realizada por el propietario / operador personal, y puede ser realizada por personas distintas a las autorizadas, La condición externa del tanque debe monitorearse mediante una inspección visual cercana desde el suelo en una rutina El intervalo de inspecciones debe ser consistente con las condiciones en el sitio particular, pero no debe exceder un mes. Esta inspección de rutina en servicio debe incluir una inspección visual de las superficies exteriores del tanque. Evidencia de fugas distorsiones del cuerpo del tanque; signos de asentamiento; corrosión; y estado de los cimientos, recubrimientos de pintura, aislamiento. Los sistemas y accesorios deben documentarse para la acción de seguimiento por parte de un inspector autorizado Inspección externa: Todos los tanques deberán ser inspeccionados externamente por un inspector autorizado. Esta inspección se llama inspección externa y debe realizarse al menos cada cinco años o RCA / 4N años (donde RCA es la diferencia entre el espesor medido del cuerpo y el espesor mínimo requerido en milésimas de pulgada, y N es la tasa de corrosión del cuerpo en milésimas por año), la que sea menor. Los tanques pueden estar en funcionamiento durante esta inspección. Los tanques aislados deben eliminarse el aislamiento solo en la medida necesaria para determinar la condición de La pared exterior del tanque o el techo. Los componentes del sistema de puesta a tierra del tanque, como derivaciones o conexiones mecánicas de cables, deben ser visualmente comprobados. Las 43 prácticas recomendadas que se ocupan de la prevención de la ignición de hidrocarburos están cubiertas por API 2003. Inspección de espesor por ultrasónico: Las mediciones externas de espesor mediante ultrasonido del cuerpo del tanque, puede ser un medio para determinar una tasa de corrosión general uniforme, mientras el tanque está en servicio, y pueden proporcionar una indicación de la integridad de cuerpo. El alcance de tales mediciones será determinado por el propietario / operador. Cuando se usa, las mediciones de espesor ultrasónico se deben realizar a intervalos que no excedan lo siguiente: Cuando no se conoce la velocidad de corrosión, el intervalo máximo será de cinco años. Se pueden estimar las tasas de corrosión de tanques en servicio similar basado en mediciones de espesor tomadas en un intervalo que no exceda los cinco años. Cuando se conoce la velocidad de corrosión, el intervalo máximo debe ser el menor de RCA / 2N años (donde RCA es la diferencia entre el espesor medido del cuerpo y el espesor mínimo requerido en milésimas de pulgada, y N es la velocidad de corrosión del cuerpo en milésimas de pulgada año) o 15 años. La inspección interna del cuerpo del tanque, cuando el tanque está fuera de servicio, se puede sustituir por un programa de medición de espesor ultrasónico externo si el intervalo de inspección interna es igual o menor que el intervalo requerido en el párrafo anterior Inspección Interna: El intervalo desde la fecha de servicio inicial hasta la primera inspección interna no debe exceder los 10 años o lo establecido en la tabla 6.1 De API 653 44 Figura 30. Factor de seguridad en Años dependiendo de las barreras Fuente. AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE. Tank Inspection, Repair, Alteration, and Reconstruction. API Standar 653 2014. 5ed. Washington DC: API, 2018. p. 6-4. 8.4 Intervalo de inspección interna posterior El intervalo de inspección posterior (más allá de la inspección inicial) se puede determinar utilizando la medida tasa de corrosión del fondo del tanque y el espesor restante mínimo, Durante cualquier examen para determinar las tasas de corrosión, el propietario / operador debe asegurarse de comprender la efectividad de la inspección Técnicas empleadas para detectar y medir posibles mecanismos de daño. 8.5 Peritaje (inspección) posterior a la falla Una vez evidenciada la falla, se debe realizar una serie de estudios y/o pruebas, el cual pretende recolectar la mayor cantidad de información sobre las posibles causas que generaron el evento, su secuencia cronológica (inicio, de la falla, secuencia de elementos afectados) y las consecuencias finales que evidenciaron la falla. 45 9. ÁRBOL DE FALLA PARA EL TANQUE DE TECHO FLOTANTE A continuación, se presenta el modelo de árbol de falla que se puede construir, para el análisis RCA, este presenta los elementos mínimos que pueden ser causantes del evento en el equipo “hipótesis”, este modelo permite obtener una guía completa que evita o reduce la posibilidad de cometer alguna omisión de causas aportantes al análisis. 46 Figura 31. Árbol de falla RCA, para análisis de falla de un tanque de techo flotante. FA LL A D E T EC H O F LO TA N TE F2 DAÑO EN EL SELLO F1 DEFORMACIÓN DEL CUERPO F3 FALLA DE DRENAJES F3.2 DISEÑO INADECUADO F3.3 FALLA OPERACIONAL F3.1 TAPONAMIENTO CAJA DE DRENAJE F2.3 LLENADO Y VACIADO INADECUADO F2.4 MONTAJE DEL SELLO F2.1 CRISTALIZACIÓN DEL SELLO SECUNDARIO (WIPER) F2.2 CAMBIOS DE CONCENTRICIDAD F2.5 DISEÑO INADECUADO F1.2 FALLAS CONSTRUCTIVAS F1.1 FALLAS OPERATIVAS F3.3.1 FALLA EN EL PROTOCOLO DE APERTURA DE VÁLVULA F3.2.1 CAPACIDAD DE DRENAJE INFERIOR AL REQUERIDO F3.1.1 FALTA DE MANTENIMIENTO DE LA CUBIERTA F3.2.1 A BAJA CANTIDAD DE DRENAJE F3.3.1 B FALTA ENTRENAMIENTO F3.3.1 A OMISIÓN DEL PROTOCOLO DE APERTURA F3.2.1 B DIÁMETRO TUBERÍA MENOR F2.5.2 CAMBIO DE PRODUCTO VARIANDO FLOTABILIDAD DEL TECHO F2.5.1 MATERIALES INADECUADOS F2.4.2 MONTAJE INADECUADO DEL SELLO F2.4.1 FALLAS EN LOS ESTANDARES DE MONTAJE F2.3.2 FRICCIÓNEXAGERADA ENTRE SELLO SECUNDARIO Y TANQUE DURANTE SU LLENADO F2.3.1 PRESIÓN NEGATIVA DENTRO DEL TANQUE QUE DETERIORA EL SELLO F2.1.1 PERDIDA DE PROPIEDADES DEL WIPER F2.2.2 INCAPACIDAD DEL SELLO PARA ADAPTARSE A LA PERDIDA DE CONCENTRICIDAD F2.2.1 FALLAS DE DIPOSTIVOS GUÍA F1.2.2 DISTORSIÓN DE LAMINA DURANTE PROCESO DE SOLDADURA F1.2.3 PARÁMETROS DE CONSTRUCCIÓN DIFERENTES AL DISEÑO F1.2.1 DEFICIENCIA EN LA CIMENTACIÓN F.1.2.1 B MATERIAL F.1.2.1 A CONSTRUCCIÓN F1.1.1 RATAS DE LLENADO Y VACIADO INADECUADO F 1.1.1.A IMCUMPLIMIENTO DE PROTOCOLO DE LLENADO F2.3.1 B OPERACIÓN INDEBIDA DEL TANQUE F2.3.1 A MAL FUNCIONAMIENTO DE LAS VÁLVULAS DE PRESIÓN Y VACIO (P/V) F3.1.1 A FALTA RETIRO DE SEDIMENTOS. F2.1.1.B POR CONTACTO CON EL PRODUCTO F2.1.1 A AFECTACIÓN POR CONDICIONES AMBIENTALES EXTREMAS F2.2.1 A FALLAS EN CONSTRUCIÓN F2.2.2 B DISEÑO INADECUADO F2.2.2. A CONDICIONES OPERATIVAS POR FUERA DE LOS LIMITES OPERATIVOS DEL SELLO Fuente. Autor 47 Una vez elaborado el árbol de falla, el cual nos permite visualizar de manera clara y especifica las posibles causas que generaron el evento, se debe iniciar la respectiva investigación y análisis de cada una de estas “hipótesis”, para determinar cuáles realmente son aportantes o no, para iniciar su eliminación o descarte. Para poder determinar cuál hipótesis es aportante o no a la falla del equipo, se debe contar con información documentada como, por ejemplo: Mecanismos de falla que pueden afectar el equipo (descritos al largo de este documento) Historial de construcción (Dossier) Historial de operación del tanque Historial de mantenimiento Reportes de inspección Adicionalmente se debe contar con la información detallada de la falla o evento, de igual manera entrevistas al personal que presencio o estaba en custodia (personal de operaciones) del equipo cuanto sucedió la falla. Para el desarrollo de esta investigación, análisis y recolección de información, se debe contar con un personal especializado e imparcial que integre el equipo de trabajo, este mínimo debería contar con: - Inspector API 653 Certificado (de acuerdo a los lineamientos de API 653. - Ingeniero de tanques de almacenamiento (de acuerdo a la definición establecida en API 653 NUMERAL 3.31 storage tank engineer) - Inspectores calificados en ensayos no destructivos (de acuerdo a la SNT-TC- 1A Personnel Qualification and Certification in Nondestructive Testing) De acuerdo a lo anterior a continuación se establece una “Matriz de recursos para valoración de hipótesis”, la cual servirá de guía para determinar la información y recursos requeridos para el desarrollo del estudio. Tabla 2. Matriz de recursos para valoración de hipótesis CÓDIGO DESCRIPCIÓN INFORMACIÓN Y/O ACTIVIDADES REQUERIDA RECURSOS MÍNIMOS F1 Deformación Del cuerpo Reportes geométricos del tanque (Verticalidad y redondez) al finalizar la construcción y antes de iniciar el servicio Reportes de inspecciones geométricas realizadas durante su vida útil Realizar inspección después del evento para determinar la condición actual del equipo Especialista en Integridad de tanques Inspector certificado API 653. Cuadrilla de inspección topográfica con especialidad en tanques de almacenamiento. F1.1 Fallas operativas Verificar historial de operación Entrevistas con personal de operaciones Especialista en Integridad de tanques Inspector certificado API 653. F.1.1.1. Ratas de llenado y vaciado Análisis del registro de llenado/ vaciado del tanque Verificar historial versus las condiciones de diseño F1.1.1.A Incumplimiento de protocolo de llenado Revisión procedimiento de operación del tanque versus el historial de llenado y vaciado F1.2 Fallas constructivas Dossier de construcción Acceso a registros históricos del tanque Especialista en Integridad de tanques Inspector certificado API 653. F1.2.1 Deficiencia en la cimentación Realizar inspección de cimentación Realizar pruebas de compactación y resistencia de la cimentación Verificación de materiales descritos en el diseño del tanque versus los instalados Especialista en Integridad de tanques Inspector certificado API 653. 49 Tabla 2. (Continuación) CÓDIGO DESCRIPCIÓN INFORMACIÓN Y/O ACTIVIDADES REQUERIDA RECURSOS MÍNIMOS Laboratorio especialista en pruebas de compactación con equipos y personal certificado/calificado F1.2.1.A Construcción Dossier de construcción Verificación estado final de construcción versus los requerimientos de diseño y API 650 Especialista en Integridad de tanques Inspector certificado API 653. F1.2.1.B Material Listado de materiales utilizados en la construcción Verificar características de materiales, versus condiciones de operación del tanque. Pruebas de caracterización de materiales instalados (Composición química, resistencia , etc), para verificar lo requerido versus lo realmente instalado Especialista en Integridad de tanques Inspector certificado API 653. Laboratorio con equipos de composición química y resistencia de materiales, con personal calificados para la caracterización de materiales F1.2.2 Distorsión de lámina durante procesos de soldadura Reportes de evaluación Peaking / Banding realizado durante la construcción Evaluación del estado del equipo después del evento Ingeniero de tanques de almacenamiento (Definido en API 653) Especialista en Integridad de tanques Inspector certificado API 653. F1.2.3 Parámetros de construcción diferentes al diseño Planos y memorias de diseño aprobados para construcción Planos as-built del tanque 50 Tabla 2. (Continuación) CÓDIGO DESCRIPCIÓN INFORMACIÓN Y/O ACTIVIDADES REQUERIDA RECURSOS MÍNIMOS Realizar la comparación de planos de diseño versus As-Built , verificando su cumplimiento y desviaciones de construcción Evaluación de cumplimiento de planos As-built verus los criterios establecidos por API 650 Ingeniero de tanques de almacenamiento (Definido en API 653) Especialista en Integridad de tanques Inspector certificado API 653 F2 DAÑO EN EL SELLO DOSSIER DE CONSTRUCCIÓN F2.1 Cristalización del sello segundario (WIPER) Inspección de sello segundario después del evento, determinado su estado actual Comparación de material nuevo versus condiciones del actual F2.1.1 Perdidas de propiedades del wipper Verificar ficha técnica del material instalado versus las condiciones de operación Especialista en caracterización de materiales que constituyen el sello F2.1.1A Afectación Por condiciones ambientales extremas Verificar ficha técnica del material instalado versus las condiciones de operación Inspector certificado API 653. Cuadrilla de inspección topográfica con especialidad en tanques de almacenamiento. F2.1.1B Afectación Por contacto con el producto Evaluación de características del material (ficha técnica del fabricante) y su compatibilidad con el (los), productos almacenados Especialista en caracterización de materiales que constituyen el sello F2.2 Cambios de concentricidad Inspección redondez del techo después del evento Ingeniero de tanques de almacenamiento (Definido en API 653) 51 Tabla 2. (Continuación) CÓDIGO DESCRIPCIÓN INFORMACIÓN Y/O ACTIVIDADES REQUERIDA RECURSOS MÍNIMOS F2.2.1 Fallas de dispositivo guía Evaluación verticalidad e inspección del 100% de la estructura de los tubos guías y anti-rotacional Evaluación estructura de escalera rodante Inspector certificado API 653. Cuadrilla de inspección topográfica con especialidad en tanques de almacenamiento. F2.2.1.A Fallas en construcción Dossier de construcción Acceso a registros históricos del tanqueF2.2.2 Incapacidad del sello para adaptarse a la perdida de concentricidad Pruebas de caracterización de materiales instalados (Composición química, resistencia, etc), para verificar el material requerido versus lo realmente instalado Evaluación de materiales instalados versus condiciones operativas y requerimientos de API 650 Evaluación dimensión de sello instalado versus la capacidad del tanque (memorias del cálculo) Ingeniero de tanques de almacenamiento (Definido en API 653) Especialista en Integridad de tanques Inspector certificado API 653. Laboratorio con equipos de composición química y resistencia de materiales, con personal calificados para la caracterización de materiales F2.2.2.A Condiciones operativas fuera de los limites operativos Entrevistas con personal de operaciones Parámetros de diseño aprobados Historial de operación del tanque Verificación de los registros de operación del tanque versus las condiciones de diseño del equipo 52 Tabla 2. (Continuación) CÓDIGO DESCRIPCIÓN INFORMACIÓN Y/O ACTIVIDADES REQUERIDA RECURSOS MÍNIMOS F2.2.2.B Diseño inadecuado Diseño del tanque aprobado para construcción Diseño del sello con memorias de cálculo Evaluación del cumplimiento de los diseños de acuerdo a los establecido en API 650 Evaluación de las propiedades de los materiales utilizados versus el diseño del tanque y las condiciones operativas Especialista en Integridad de tanques Inspector certificado API 653. F2.3 Llenado y vaciado inadecuado Entrevistas con personal de operaciones Registros de operación del tanque Verificación de parámetro de diseño versus historial operativo Especialista en Integridad de tanques Inspector certificado API 653. F2.3.1 Presión negativa dentro del tanque que deteriora el sello Reportes del personal de operaciones de anomalías durante operación, de acuerdo a lo establecido en API 653 F2.3.1.A Mal funcionamiento de las válvulas de presión y vacío (P/V) Inspección a dispositivos de alivio (Válvulas presión/vacío; venteos; respiraderos) Evaluación de requerimientos de venteo de acuerdo a API 2000 versus condición instalada en el tanque Verificación estado de calibración de válvulas P/V Especialista en Integridad de tanques Inspector certificado API 653. Contratista especializado en mantenimiento y calibración de válvulas P/V 53 Tabla 2. (Continuación) CÓDIGO DESCRIPCIÓN INFORMACIÓN Y/O ACTIVIDADES REQUERIDA RECURSOS MÍNIMOS F2.3.1.B Operación indebida del tanque Entrevistas con personal de operaciones Registro de operación del tanque Especialista en Integridad de tanques Inspector certificado API 653 F2.3.2 Fricción exagerada entre sello segundario y tanque durante su llenado Inspección Visual al cuerpo del tanque, para evidencia marcas de fricción Reportes del personal de operaciones de anomalías durante operación, de acuerdo a lo establecido en API 653 F2.4 Montaje de sello Diseño del sello con memorias de cálculo Planos as-built del sello Evaluación de Planos AS Built versus diseño del sello. Ingeniero de tanques de almacenamiento (Definido en API 653) Especialista en Integridad de tanques F2.4.2 Montaje inadecuado del sello F2.5 Diseño inadecuado Diseño del sello con memorias de cálculo Evaluación dimensión de sello instalado versus la capacidad del tanque (memorias del cálculo) F2.5.1 Materiales inadecuados Pruebas de caracterización de materiales instalados (Composición química, resistencia, etc), para verificar lo requerido versus lo realmente instalado Evaluación de materiales instalados versus condiciones operativas y requerimientos de API 650 Especialista en Integridad de tanques Inspector certificado API 653. Laboratorio con equipos de composición química y resistencia de materiales , con personal calificados para la caracterización de materiales 54 Tabla 2. (Continuación) CÓDIGO DESCRIPCIÓN INFORMACIÓN Y/O ACTIVIDADES REQUERIDA RECURSOS MÍNIMOS F2.5.2 Cambio de producto Verificación, características de productos (s) almacenado Verificación flotabilidad del techo versus características del producto Ingeniero de tanques de almacenamiento (Definido en API 653) Especialista en Integridad de tanques Inspector certificado API 653. F3 Falla de drenajes Inspección dispositivos después del evento Inspector certificado API 653 F3.1 Taponamiento caja de drenaje Reportes del personal de operaciones de anomalías durante operación, de acuerdo a lo establecido en API 653 Inspección de dispositivos y pruebas de funcionamiento después del evento Especialista en Integridad de tanques Inspector certificado API 653. F3.1.1 Falta de mantenimiento de la cubierta Inspección de techo y dispositivos de drenaje después del evento Determinar la existencia de sedimentos y sus características (naturaleza, cantidades, etc) Evaluación de reportes de mantenimiento del tanque , verificación de hallazgos, periodicidad y actividades correctivas, preventivas realizadas. Especialista en Integridad de tanques Inspector certificado API 653. F.3.1.1.A Falta retiro de sedimento 55 Tabla 2. (Continuación) CÓDIGO DESCRIPCIÓN INFORMACIÓN Y/O ACTIVIDADES REQUERIDA RECURSOS MÍNIMOS F3.2. Diseño inadecuado Diseño de drenajes aprobados para construcción Planos As-Built Verificación de capacidad instalada de drenaje versus capacidad requerida Evaluación de reportes operativos de drenaje por lo menos los dos últimos años de servicio. Evaluación cantidad de agua lluvia evacuada mensual (en los dos últimos años), velocidad de drenaje, capacidad máxima de agua lluvia que puede contener el techo antes de generar problemas operativos a la estructura Ingeniero de tanques de almacenamiento (Definido en API 653) Especialista en Integridad de tanques Inspector certificado API 653. F3.2.1 Capacidad de drenaje inferior a la requerida F.3.2.1.A Baja capacidad de drenaje F3.2.1.B Diámetro de tubería menor F3.3 Falla operacional Entrevistas con personal de operaciones Registros de operación del tanque Especialista en Integridad de tanques Inspector certificado API 653. F3.3.1 Falla en el protocolo de apertura de válvula Verificación de la existencia de procedimientos internos del área de operaciones Evaluación de procedimientos versus las características de diseño del tanque Especialista en Integridad de tanques Inspector certificado API 653. 56 Tabla 2. (Continuación) CÓDIGO DESCRIPCIÓN INFORMACIÓN Y/O ACTIVIDADES REQUERIDA RECURSOS MÍNIMOS F3.3.1.A Omisión del protocolo de apertura Entrevistas con personal de operaciones sobre los hechos antes del evento Verificación de condiciones de operación con la revisión de los sistemas electrónicos de control y registro Especialista en Integridad de tanques Inspector certificado API 653. F3.3.1B Falta de entrenamiento Entrevistas con personal de operaciones Verificación perfiles requeridos para la operación del equipo Evaluación de las hojas de vida del personal de operación Verificación de entrenamientos y capacitaciones, periodicidad y nivel técnico de acuerdo las necesidades operativas 10. CONCLUSIONES. La metodología propuesta del estudio RCA en el documento se ajusta a las condiciones operativas de los tanques de techo flotante, con un enfoque en el planteamiento de un árbol de fallas y una matriz de recursos para la evaluación y valoración de diferentes hipótesis. El enfoque de la propuesta de estudio RCA, se delimitó con un alcance a las fallas en los sistemas de drenajes, fallas en el sistema de
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