Serbatoi di Stoccaggio Industriali: Tipologie, Costruzione e Conformità Normativa

Introduzione ai Serbatoi di Stoccaggio

Le cisterne sono strutture costruite per conservare attrezzature o fluidi, operando a pressione atmosferica o con una pressione del fluido fino a 0,5 kgf/cm².

Metodi Costruttivi e Normative di Riferimento

La costruzione può avvenire tramite rivettatura, saldatura o bullonatura, con una forma generalmente cilindrica verticale. La progettazione e la fabbricazione sono regolamentate da standard internazionali come API 650 e dalla norma brasiliana NBR 7821.

Tipologie di Tetti per Serbatoi

Tetto Fisso

Il tetto fisso è direttamente appoggiato sul lato superiore del serbatoio, o supportato alla periferia da profili interni strutturali che formano il tetto metallico. Può avere forma conica, curva o a poligono regolare.

Tetto Mobile (o a Sollevamento)

Il tetto mobile si sposta verso l'esterno lateralmente. Il suo movimento è dovuto alla pressione del vapore. Dispositivi di sicurezza evitano l'eccesso di pressione interna ed esterna. Il sistema di tenuta tra il corpo del serbatoio e il tetto previene la perdita per evaporazione e può essere a tenuta liquida o a secco.

Tetto a Membrana Flessibile

Il tetto a membrana flessibile (o a diaframma) gestisce le variazioni del volume di vapore dovute alle variazioni di pressione. Funziona come una membrana flessibile per permettere una variazione maggiore dello spazio del vapore. È realizzato in materiali plastici come neoprene, nylon, ecc., e deve resistere al prodotto immagazzinato.

Tetto Galleggiante

Il tetto galleggiante è sostenuto direttamente sul fluido liquido e ne accompagna il movimento, riducendo al minimo le perdite per evaporazione. Necessita di un sistema di tenuta. Esistono 3 tipi principali:

• Tetto Galleggiante Semplice: È il tipo più semplice, ma presenta un galleggiamento precario e maggiori perdite per evaporazione a causa dell'incidenza solare che trasmette energia.
• Tetto Galleggiante con Disco Centrale: Ha un disco centrale e un galleggiante alla periferia del tetto. Offre una migliore galleggiabilità e minori perdite per evaporazione rispetto al tipo semplice, con un costo contenuto.
• Tetto Galleggiante a Camera: Costituito da un telo (o foglio) collegato internamente da una struttura metallica a tenuta d'acqua, che forma una struttura robusta con eccellente galleggiabilità.

Strutture Ausiliarie e Fondamenta

Bacino di Contenimento

Il bacino di contenimento ha lo scopo di garantire la sicurezza nella conservazione, contenendo il prodotto immagazzinato in caso di perdita dal serbatoio, guasto della tubazione o errore operativo. Le dighe sono costruite con strati successivi e uno spessore non uniforme > 30 cm. La superficie del suolo compattato deve essere protetta. L'inerbimento o la copertura del terreno sono soluzioni più economiche, ma aumentano i costi di manutenzione. I bacini dovrebbero avere accesso tramite scale e un sistema di drenaggio per le acque piovane.

Fondazioni

Un pompaggio eccessivo può causare deformazioni, elevati rischi di sollecitazioni e tensioni nelle apparecchiature, compromettendone l'integrità. Può anche generare sforzi elevati sugli ugelli e sulle connessioni, errori nella misurazione del livello e malfunzionamenti dei componenti. L'appendice B della norma API 650 fornisce raccomandazioni per la costruzione delle fondazioni.

La costruzione prevede un anello di fondazione in calcestruzzo, elevato di 30 cm sopra il fondo del bacino. Il trattamento superficiale dello strato di base deve essere impermeabile. Possono essere necessari pali in profondità sotto la soletta di calcestruzzo per supportare le piastre inferiori e laterali.

Misurazione del Cedimento

Misurazione del Cedimento (Racalque)

La misurazione fissa le condizioni di prova idrostatica secondo la norma N-1807, utilizzando perni imbullonati di riferimento posizionati a 10 cm sotto la superficie superiore della fondazione. Questi perni sono fissati direttamente su angolari di acciaio saldati al lato del serbatoio. Il numero di perni varia in base al diametro (D):

• D < 30m: 4 perni
• 30m ≤ D < 50m: 6 perni
• D ≥ 50m: 8 perni

Fasi di Misurazione del Cedimento

Le fasi di cedimento sono misurate durante il riempimento delle prove idrostatiche al 0%, 25%, 50%, 75% e 100%.

Secondo la norma N-270, il cedimento assoluto ammissibile in qualsiasi punto della periferia è di 300 mm. Il cedimento differenziale tra due punti distanti 9000 mm lungo il perimetro è di 38 mm.

Standard e Specifiche per Serbatoi

API 650: Serbatoi Saldati in Acciaio per Stoccaggio Olio

Questa norma copre le specifiche di:

• Materiale
• Progetto
• Produzione
• Assemblaggio
• Test

Si applica a serbatoi:

• Verticali
• Cilindrici
• Non interrati
• Con tetto chiuso o aperto
• A costruzione saldata
• In acciaio
• Di varie dimensioni e capacità
• Operanti a pressione interna e a pressione atmosferica o leggermente superiore (non superiore a 2,5 psig)

NBR 7.821 (ABNT): Praticamente le stesse condizioni della API 650.

BS 2654: Specifica i requisiti per materiali, progettazione, fabbricazione, assemblaggio e prova di cisterne in acciaio, non refrigerate, saldate, cilindriche e verticali. Pressione massima di progetto di 56 mbar e temperatura minima di progetto di -10 °C.

API 620: Progettazione e costruzione di grandi serbatoi a bassa pressione, saldati, assemblati in campo per petrolio e prodotti petroliferi. Pressione massima del vapore nello spazio di 15 psig.

API 2000: Requisiti normali e di emergenza per serbatoi non interrati (olio e refrigerati) o serbatoi per olio interrati, o in assenza di idrocarburi liquidi.

Specifiche API per Diverse Tipologie di Serbatoi

• API Specification 12A: Requisiti per materiali, progettazione, fabbricazione, assemblaggio e collaudo per serbatoi in acciaio, verticali e cilindrici rivettati, con capacità nominale da 240 bbl a 250.000 bbl (misure standard). Ampiamente utilizzati nei campi di produzione.
• API Specification 12B: Specifica i requisiti per materiali, progettazione, fabbricazione, assemblaggio e prova di serbatoi in acciaio, non interrati, imbullonati, cilindrici e verticali. Capacità nominale da 100 bbl a 10.000 bbl (misure standard). Ampiamente utilizzati nei campi di produzione.
• API Specification 12D: Specifica i requisiti per materiali, progettazione, fabbricazione, assemblaggio e prova di serbatoi in acciaio, non interrati, saldati in opera. Capacità nominale da 500 bbl a 10.000 bbl (dimensioni standard). Ampiamente utilizzati nei campi di produzione.
• API Specification 12E: Requisiti per materiali, progettazione, fabbricazione, assemblaggio di serbatoi in legno, verticali e cilindrici, non interrati, con capacità nominale da 130 bbl a 1.500 bbl (dimensioni standard). Ampiamente utilizzati nei campi di produzione.
• API Specification 12F: Specifica i requisiti per materiali, progettazione, fabbricazione, assemblaggio e collaudo di cisterne in acciaio, non interrate, saldate in officina, cilindriche e verticali. Capacità nominale da 90 bbl a 750 bbl, diametro massimo 15,5 m (dimensioni standard). Molto usate nei campi di produzione.

Norme Brasiliane (N)

• N-270: Fissa i requisiti per la progettazione meccanica di serbatoi in acciaio al carbonio, di fabbricazione saldata, verticali e cilindrici, senza tetto, con tetto fisso o galleggiante, per lo stoccaggio di petrolio e derivati. Temperatura massima di 260 °C.
• N-271: Specifica i requisiti per il montaggio di serbatoi in acciaio, saldati, cilindrici, verticali, operanti a pressione atmosferica e temperature da -6 °C a 150 °C, e per pressioni fino a 1 kg/cm² e temperature da -50 °C a 95 °C.
• N-1888: Stabilisce le condizioni per la produzione in officina e il trasporto di cisterne atmosferiche.

Dettagli Costruttivi

Fondo del Serbatoio

Il fondo dovrebbe essere rastremato con una pendenza minima di 1:120 dal centro alla periferia. Il contorno del fondo del serbatoio dovrebbe essere realizzato con piastre disposte in modo specifico.

Giunti e Saldature del Fondo

• I giunti di testa sono comunemente usati nella saldatura delle piastre dell'anello (a V smussata o singola, con guarnizione in rame).
• I giunti a sovrapposizione sono comunemente usati nelle piastre del fondo.
• La saldatura avviene solo nel filetto superiore, con... (il testo originale era incompleto qui).
• Le saldature delle piastre del fondo con il primo anello laterale sono realizzate con saldature d'angolo continue su entrambi i lati, con i seguenti limiti di dimensione:
  • Non deve superare ½ dello spessore della piastra più sottile.
  • Non inferiore allo spessore della piastra più sottile.
  • Non inferiore al valore specificato in tabella.
• Per piastre anulari fino a ½ pollice, sono necessarie almeno 2 passate per i materiali appartenenti ai gruppi IV, V o VI della norma API 650.

Rinforzo del Fondo

Il rinforzo alla parte inferiore è impiegato nella regione della struttura di sostegno per il tetto fisso (spessore 19 mm), nelle regioni che supportano il tetto galleggiante (spessore 6,3 mm) e per le regioni degli accessori. Nelle regioni del mixer vengono utilizzate piastre di 2 mm di spessore.

Corpo del Serbatoio (Fianchi)

Lo spessore nominale delle piastre non deve essere inferiore al minimo strutturale prescritto dalla norma, basato sulle esigenze di montaggio. A questo spessore minimo è necessario aggiungere un valore per la corrosione. Vedere la tabella comparativa.

Layout dei Fianchi

• Simmetrica: La più consigliabile, ma quasi impossibile da montare.
• Faccia esterna: Offre estetica, facilità di montaggio e migliore finitura.
• Faccia interna: Più usuale nella pratica. Semplicità di montaggio e finitura regolare. Più comune per i serbatoi con tetto galleggiante.

I giunti verticali degli anelli adiacenti devono essere sfalsati di almeno 1/3 della lunghezza di ogni piastra. È ammissibile per un anello di chiusura una piastra minima di 5 volte lo spessore nominale dell'anello più spesso considerato. Non dovrebbe esserci accumulo di giunti verticali nella stessa regione del corpo del serbatoio.

Tetto del Serbatoio

Secondo API 650, tutti i tetti e le strutture di sostegno devono essere progettati per sopportare il proprio carico statico, il peso delle piastre del tetto e delle strutture di sostegno, oltre a un carico di tensione (incluso il carico neve) inferiore a 120 kgf/cm² di superficie proiettata. La quantità di materiale richiesto varia in base alla norma. Il materiale utilizzato è acciaio al carbonio strutturale (A-283 Gr. B, GR-570 33). È previsto l'uso di piastre a sovrapposizione. Lo spessore minimo è di 3/16 di pollice. Spessori maggiori possono essere applicati ai tetti autoportanti. I profili di supporto sono in acciaio A-36. La pendenza minima è di 1:16.

Anelli di Rinforzo

Ogni serbatoio deve avere anelli di rinforzo per mantenere la circolarità quando è sottoposto al carico del vento. Sono costruiti da profili saldati con saldatura continua. Le sezioni sono saldate al corpo del serbatoio. L'anello può essere circolare o poligonale. Anelli intermedi possono essere necessari per mantenere la rotondità del corpo del serbatoio quando sottoposto a carichi simultanei di vento e vuoto.

Logistica e Montaggio

Stoccaggio dei Materiali

• Le piastre calandrate dovrebbero essere stoccate su apposite culle di legno, ad almeno 20 cm dal suolo.
• Parti di piccole dimensioni come flange, viti, dadi, rondelle devono essere conservate in casse e in luogo asciutto.
• Le superfici delle parti lavorate devono essere protette con grasso anticorrosivo o altre sostanze protettive.
• Le facce delle flange devono essere coperte con dischi di legno.

Montaggio del Fondo

Le saldature tra il fondo e i fianchi dovrebbero essere effettuate dopo la saldatura dei giunti verticali del primo anello (preferibilmente dopo il secondo anello) e prima della saldatura del bordo inferiore con le piastre periferiche.

Sequenza Tradizionalmente Adottata:

1. Esecuzione del cordone interno
2. Controllo della saldatura interna
3. Esecuzione della saldatura esterna

Ispezione e Manutenzione

Ispezione in Esercizio

L'ispezione mira a:

• Controllare le condizioni fisiche del serbatoio e dei suoi componenti, interni ed esterni.
• Determinare la velocità di corrosione e valutare la vita utile del serbatoio.
• Valutare le cause di deterioramento e/o danni.

La norma N-2318 stabilisce i requisiti e le pratiche raccomandate per l'ispezione dei serbatoi in esercizio: serbatoi in acciaio al carbonio per petrolio e derivati, acqua, alcool.