En julio de 2024, la extracciĂłn de un pequeño volumen de betĂșn de un tanque de almacenamiento calentado y aislado en una instalaciĂłn portuaria del Reino Unido dio lugar a un vacĂo interno parcial y a una distorsiĂłn significativa de la forma de la coraza del tanque cuando el in-breather del tanque no funcionĂł segĂșn lo previsto.
Tras la rĂĄpida actuaciĂłn del equipo operativo local, el venteo manual del tanque aliviĂł las condiciones de vacĂo y aparentemente permitiĂł que el tanque volviera a su forma original. Se plantearon problemas de integridad en relaciĂłn con la distorsiĂłn permanente localizada de la coraza, la deformaciĂłn plĂĄstica residual y el agrietamiento potencial, todo lo cual requerĂa una amplia retirada del aislamiento o un vaciado completo y una limpieza interna exhaustiva para investigarlo.
Propusimos un enfoque de cribado analĂtico mediante anĂĄlisis de elementos finitos (FEA) para evaluar la probabilidad de deformaciĂłn plĂĄstica permanente en las condiciones de vacĂo sospechadas, asĂ como la identificaciĂłn de posibles ubicaciones de daños para una inspecciĂłn focalizada.
La ausencia de distorsiĂłn visible en el revestimiento aislante exterior impidiĂł la identificaciĂłn visual de posibles zonas de deformaciĂłn plĂĄstica.
Esto hizo necesaria una amplia campaña de retirada de aislamiento para lograr una alta cobertura de inspección y confirmar la ausencia de cualquier deformación plåstica perjudicial.
Como alternativa, el cliente podrĂa haber vaciado completamente y limpiado a fondo el depĂłsito para poder acceder a Ă©l de forma segura y facilitar la inspecciĂłn visual por parte de una persona o un dron. Ambos mĂ©todos de inspecciĂłn habrĂan requerido un tiempo de inactividad considerable, habrĂan supuesto importantes costes de preparaciĂłn e inspecciĂłn y habrĂan generado grandes cantidades de residuos con un impacto medioambiental significativo.
Propusimos el uso de un modelo simplificado de elementos finitos del tanque para simular las condiciones imperantes durante el evento, que luego se utilizĂł para determinar la probabilidad de que se produjera una deformaciĂłn plĂĄstica durante el evento de vacĂo.
Se esperaba que el anĂĄlisis de pandeo asociado realizado en el modelo indicara la ubicaciĂłn mĂĄs probable de la deformaciĂłn plĂĄstica para permitir la retirada selectiva del aislamiento y la inspecciĂłn, lo que reducirĂa al mĂnimo la preparaciĂłn, la inspecciĂłn y el tiempo de inactividad de los activos.
Se creó un modelo tridimensional de elementos finitos simplificado y representativo del depósito a partir de los planos de construcción, utilizando los espesores de diseño especificados (y variables) para cada una de las correas del armazón.
Como habĂa producto en el tanque en el momento del suceso, el suelo se considerĂł una superficie rĂgida, mientras que el techo y la estructura de soporte se modelaron en detalle para garantizar que la rigidez que proporcionaban al armazĂłn del tanque se representaba con precisiĂłn. Los accesorios internos sumergidos en el fondo del tanque, como los serpentines de calefacciĂłn, no se esperaba que afectaran al comportamiento de pandeo del tanque, por lo que se omitieron, mientras que se añadieron al modelo los factores adicionales apropiados para las pasarelas externas y otros activos.
El equipo realizó anålisis de pandeo y anålisis de tensiones lineales-elåsticas en el modelo de tanque para varios escenarios de carga, siguiendo las directrices generales de ASME VIII Div 2 Parte 5, pero sin la aplicación de factores de carga de diseño, para simular las condiciones reales en servicio.
Para cada altura de relleno de betĂșn evaluada, se redujo la presiĂłn interna del espacio de vapor hasta que el multiplicador de carga en la evaluaciĂłn del pandeo se redujo a un valor de uno, indicando el inicio de la inestabilidad del pandeo. Posteriormente, los ingenieros utilizaron el anĂĄlisis lineal-elĂĄstico en el punto de inicio del pandeo para comprobar si los niveles mĂĄximos de tensiĂłn superaban el lĂmite elĂĄstico del material, si lo habĂa, indicando el inicio de la deformaciĂłn plĂĄstica permanente.
Desgraciadamente, debido a la corta duraciĂłn del evento de vacĂo, no se registraron con precisiĂłn datos operativos clave como la altura de llenado del betĂșn y la presiĂłn del espacio de vapor. El equipo pudo realizar un anĂĄlisis de sensibilidad para abordar las incertidumbres variando los datos operativos clave para capturar todos los escenarios posibles.
Aunque el anĂĄlisis de pandeo indicĂł que el depĂłsito tenĂa una capacidad muy limitada para soportar el vacĂo parcial, se demostrĂł que el vacĂo parcial en el que se produce la inestabilidad de pandeo es varios Ăłrdenes de magnitud superior a los requisitos de diseño originales, lo que confirma la idoneidad del diseño original.
El anĂĄlisis de sensibilidad proporcionĂł una gama de condiciones de presiĂłn de vacĂo mĂĄximas admisibles para diferentes alturas de llenado del tanque, con la presiĂłn de vacĂo mĂĄs alta asociada a la altura de llenado mĂĄs baja y el espacio de vapor mĂĄs grande, como era de esperar.
Por el contrario, aplicando la ley de Boyle, se demostrĂł que el riesgo de iniciar condiciones de vacĂo mayores era mayor a alturas de llenado mĂĄs elevadas, donde cambios mĂĄs pequeños en el volumen de betĂșn darĂan lugar a mayores incrementos en las condiciones de vacĂo.
Todos los escenarios de evaluaciĂłn demostraron que los niveles de tensiĂłn en el armazĂłn del tanque al inicio de la inestabilidad de pandeo estaban muy por debajo del lĂmite elĂĄstico del material. TambiĂ©n se demostrĂł que serĂan necesarios aumentos sustanciales de la presiĂłn negativa, mucho mĂĄs allĂĄ del punto de inestabilidad de pandeo, para iniciar la deformaciĂłn plĂĄstica, lo que sugiere que el colapso catastrĂłfico del tanque se producirĂa mucho antes del inicio de una deformaciĂłn permanente significativa. AdemĂĄs, se demostrĂł que la primera deformaciĂłn plĂĄstica en un escenario de este tipo (poco probable) se producirĂa en la interfaz entre el depĂłsito y el techo, y no en ninguna de las zonas de distorsiĂłn de la coraza observadas.
Nuestro innovador planteamiento analĂtico permitiĂł cuantificar la probabilidad de que el depĂłsito sufriera daños permanentes a causa del vacĂo, lo que permitiĂł al cliente tomar la decisiĂłn, basada en el riesgo, de volver a poner en servicio el depĂłsito tras un llenado inicial supervisado y controlado.
El rĂĄpido tiempo de respuesta del enfoque analĂtico, completado en cuestiĂłn de dĂas, redujo el tiempo de inactividad del tanque al mĂnimo absoluto. AdemĂĄs, la eliminaciĂłn de los extensos requisitos de inspecciĂłn supuso un importante ahorro de costes directos, asĂ como una reducciĂłn significativa del impacto medioambiental, con cero residuos de aislamiento, producto desechado o agua contaminada.
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