Asegurando eficiencia: Consejos clave para evaluar chimeneas de acero en la Industria del petróleo

Introducción

La inspección detallada y óptima de las chimeneas de acero en la industria petrolera es fundamental para garantizar un funcionamiento eficiente, seguro y en cumplimiento con las normativas ambientales y de seguridad. En este artículo exploraremos las claves para llevar a cabo una inspección exhaustiva, abordando temas como la evaluación de las condiciones estructurales, la revisión periódica, las normativas de seguridad y otros aspectos críticos que aseguran el rendimiento y la integridad de estas estructuras.

Concepto, instalación e innovación de chimeneas industriales

Las chimeneas son estructuras de grandes alturas fabricadas normalmente de acero o de concreto. Son utilizadas en instalaciones industriales para descargar gases de combustión de los procesos, que pueden contener N₂, CO₂, SO₂, NO, 0₂, H₂O. Estos gases deben ser   descargados a una altura donde se tenga suficiente velocidad de salida, de modo que los mismos y las cenizas se dispersen en la atmósfera dentro de los límites permitidos por las autoridades reguladoras de la contaminación, de allí la importancia de la ubicación para instalación de estas estructuras.

Para la instalacion de una chimenea industrial es necesrio conocer los siguientes aspectos: Localizacion, fijaciones o soportes, diseno y el conocimiento de normas reguladoras de estos proyectos a nivel nacional e internacional.

La implementación de tecnología innovadora en chimeneas industriales autoportantes ofrece soluciones avanzadas para la evacuación de humos. Estos sistemas destacan por su versatilidad al presentar estructuras completamente independientes, donde las cargas son soportadas por tubos exteriores fabricados con materiales de alta calidad, como el acero al carbono. Además, la disposición de aislamientos entre los componentes internos y externos contribuye a mejorar la operatividad y rendimiento de estos sistemas.

Un ejemplo de estos sistemas lo constituye la solución sencilla e inteligente de la chimenea industrial autoportante modelo FSA de Jeremias España S.A.U. La cual destaca por su tecnología innovadora. las cargas son soportadas por el tubo exterior (Windshield) fabricado en acero al carbono. se caracterizan por su gran calidad en los acabados aportando detalles de construcción fundamentales para una instalación rápida y segura.

En el siguiente video se muetra el pasa a paso para la instalación correcta de la chimenea utilizando los medios de elevación necesarios para una instalación rápida y segura.

Desplazamiento de los gases al tope de la chimenea

Existen tres formas de desplazamiento:

• Tiro natural: En este tipo no se requiere ningún equipo o ventilador que desplaza los gases al tope de la chimenea. Funciona aprovechando el efecto de empuje que sufren los gases calientes del tope rodeados por otros más fríos del ambiente. Este tiro depende mucho de la altura de la chimenea.

• Tiro forzado: En este caso, los gases son aspirados por un ventilador ubicado en el ducto de gases entre el horno y la chimenea, el cual impulsa los gases hacia la chimenea. No se requiere más altura de chimenea que la impuesta por las regulaciones de la contaminación ambiental.

• Tiro inducido: Es muy similar al tiro forzado, pero el ventilador se coloca en un punto fuera del ducto de gases para inyectar aire tomado del ambiente a una boquilla colocada en la chimenea, el cual se impulsa según el principio de efecto Venturi.

Tipos y características de las chimeneas de acero

Las chimeneas de acero se clasifican en dos tipos principales: como se puede apreciar en la figura 1:

• Chimeneas de acero autosoportadas: Estas chimeneas son autónomas y no dependen de estructuras de soporte externas (Figura 2A). Frecuentemente, se utilizan en entornos industriales para ventilar gases o emisiones producidas por diversos procesos. Son construidas de acero y están diseñadas para resistir tanto el viento como las fuerzas sísmicas y suelen ser estructuras altas, diseñadas para garantizar la estabilidad estructural¹.

• Chimeneas de acero arriostradas: Estas chimeneas se sostienen mediante una red de cables, como se muestra en la figura 1B. Estos cables anclan la chimenea al suelo, proporcionándole estabilidad. Las chimeneas con vientos se suelen utilizar cuando la altura de la chimenea supera el límite práctico del diseño autoportante. Suelen encontrarse en aplicaciones como las telecomunicaciones y ciertas chimeneas industriales¹.

Partes de una chimenea

Los tipos y cantidad de partes o componentes de una chimenea de acero para la industria petrolera, dependen del propósito para el cual se diseñaron. Cada parte de una chimenea industrial tiene una función específica, las cuales se describen a continuación:

• Cimiento: Es la parte de la estructura que se extiende debajo o el piso de chimenea y se encarga de transmitir y distribuir las cargas al suelo de manera segura y estable. Los cimientos proporcionan el soporte necesario para sostener el peso de la estructura y resistir las fuerzas externas, como la velocidad de los vientos, sismos o cargas vivas. Igualmente, en la cimentación están empotrados los espárragos que sirven para acoplar y ajustar el casco. Para el caso, de unas las chimeneas que estén posadas sobre el horno, la función de la cimentación la cumplen las estructuras de esos hornos.

• Casco: Es la parte principal de la chimenea. Es la sección más alta, posicionada de forma vertical. Su función es llevar y descarga los gases de combustión hacia arriba. Tiene forma cilíndrica o de cono trucado fabricado con láminas o tubos de acero al carbono. También proporciona la altura necesaria para la dispersión efectiva de los contaminantes en la atmósfera.

• Brida del casco: Sirve de unión entre el casco y los cimientos. Esta brida está soldada a la parte inferior del cuerpo, donde se acopla y ajusta con turcas a los espárragos que están empotrados en los cimientos, como se indica en la figura 2.

• Brida del ducto de gases: Sirve de unión entre el casco y los ductores de gases que vienen del horno. Esta unión bridada debe utilizar empacadores resistentes a la corrosividad de los gases.

• Revestimiento interior: Protege las paredes internas del casco contra las altas temperaturas de los gases de la combustión, la erosión y la corrosión. Normalmente, es un refractario silicoaluminosos que se aplica anclado en parte interna del casco. En el caso de gases muy ácidos, se recomiendan los borosilicatados Para los gases producidos por la combustión de gas natural, pueden utilizarse aceros especiales que resisten bien la agresividad de los gases de combustión, abaratando considerablemente la construcción.

• Escaleras y plataformas: Proporciona facilidad de acceso seguro a la parte superior de la chimenea para realizar inspección, mantenimiento y reparaciones. En la figura 3, se muetras estos componentes de gran utilidad para la realizacion de estos trabajos.

• Cables tensores: Los cables tensores se instalan en las chimeneas para compartir las cargas sísmicas y de viento. La cantidad y ubicación de los cables tensores dependen de la altura de la chimenea, del diseño estructural, de la ubicación geográfica, de las fuerzas del viento y las estimaciones símicas. Dependiendo de estos factores, las chimeneas pueden estar provistas de uno o más juegos de cables colocados a diferentes alturas.

• Pararrayos: Este sistema se instala para proteger las chimeneas y las instalaciones cercanas contra descargas eléctricas atmosféricas.

• Luces de balizaje: Proporciona seguridad aérea en la zona a la aviación ya que ayudan a las aeronaves a identificar y evitar obstáculos durante el vuelo, especialmente durante la noche o en condiciones de baja visibilidad.

• Analizadores de gases: Son colocados en diferentes alturas de la chimenea para tomar muestras de los gases para su análisis.    

• Sistema de monitoreo de variables operacionales: Son instalados para monitorear y controlar parámetros como la temperatura, la presión y las emisiones de gases para garantizar un funcionamiento seguro y cumplir con las regulaciones ambientales.

• Sistema de iluminación: Proporciona iluminación para facilitar las actividades de inspección, operaciones y mantenimiento nocturno.

Inspección óptima de las chimeneas de hornos en la industria petrolera

Para poder mantener la confiabilidad operacional de las chimeneas industriales de acero es indispensable realizar inspecciones periódicas realizadas por inspectores calificados en chimeneas, los cuales deben tener las condiciones físicas requeridas para los trabajos en altura. El conocimiento sobre la operatividad y el diseño de chimeneas industriales ayudará a identificar signos de problemas tales como: la carga del viento, los rayos y el contacto constante con la atmósfera agresiva interna y externa, con el fin de evitar daños a los componentes estructurales y al refractario.

 Clasificación de las inspecciones de chimeneas de acero

Los tipos de inspección pueden ser varios, dependiendo del tiempo en servicio de la chimenea, las normativas de las instalaciones, explosiones, el histórico de la chimenea y los eventos naturales, entre otros. A continuación, se presentan cuatro de los tipos de inspección más relevantes basados específicamente en la experiencia del autor.

Inspección tipo I

Este tipo de inspección visual directa no especializada la realizarán los operadores de planta para detectar desviaciones macros. Esta inspección es de alta frecuencia como parte de los recorridos diarios de los operadores de planta.

Inspección tipo II

Es una inspección visual directa o indirecta con frecuencia no mayor a un año que se realiza con la chimenea en servicio de la forma siguiente:

• Inspección desde el suelo, observando las partes accesibles. Se debe inspeccionar la brida en el piso del casco para detectar posible corrosión en los espárragos, tuercas, entere otros.
• Inspección desde las partes altas externas con la ayuda de binoculares. Evaluación de las partes visibles del casco desde la escalera.
• Evaluación de las partes visibles del casco desde la escalera.
• La inspección visual a toda la parte externa utilizando drones equipados con cámaras.
• Realizar evaluaciones con termografía infrarroja para detectar puntos calientes por posibles desprendimientos o fallas del refractario.
• Realizar inspección con ultrasonido para medir espesores a las paredes del casco, utilizando equipos robotizados remotos que escalan en las paredes del casco.  

Inspección tipo III

Esta se realiza con la chimenea fuera de servicio, la frecuencia depende del plan de mantenimiento mayor del horno. Aquí se realizan las mismas evaluaciones de la inspección tipo II y se evalúa la condición del refractario. Generalmente en los mantenimientos mayores se instalaban andamios en toda la longitud interna de la chimenea, pero con la tecnología actual la inspección se puede realizar con drones y dependiendo del resultado se instalaría andamios para las reparaciones internas y el control de cálida de las mismas.

Inspección tipo IV

Este es el nivel de inspección más profundo, que se realiza en circunstancias únicas que requieren un examen exhaustivo, estructural y de estabilidad. En los casos en las cuales la chimenea estuvo expuesta a daños debido a condiciones climáticas severas, explosiones, sobrecalentamiento, terremotos, asentamientos, u otra exposición severa, requiere una inspección de tipo IV de inmediato, al igual que si realizaran modificación estructural como aumento de altura, colocar partes adicionales como plataformas. Además, se debe realizar este tipo de inspección antes de realizar modificaciones estructurales significativas, como aumentar la altura o agregar más plataformas o recámaras. La aplicación de la metodología Fitness for Service es de mucha utilidad para estos casos.

• Seguridad operativa: Las chimeneas desempeñan un papel fundamental en la gestión de gases y emisiones producidos durante los procesos industriales. Una inspección detallada garantiza que estas estructuras estén en condiciones óptimas para evitar posibles riesgos y fallos operativos.
• Cumplimiento normativo: La legislación ambiental y de seguridad impone requisitos estrictos para el control de emisiones contaminantes. La inspección asegura el cumplimiento con estas normativas, evitando sanciones y contribuyendo a la sostenibilidad ambiental.
• Eficiencia energética: Chimeneas en buen estado contribuyen a una combustión eficiente y a la conservación de energía. La inspección permite identificar y corregir posibles pérdidas de calor y optimizar el rendimiento energético de los hornos.

Conclusión

La inspección óptima de las chimeneas en la industria petrolera es una práctica necesaria para garantizar operaciones seguras, eficientes y sostenibles. La combinación de evaluaciones estructurales, revisiones periódicas y cumplimiento normativo contribuye a un entorno industrial responsable y resiliente. Finalmente, la inspección detallada de las chimeneas no solo es una medida preventiva, sino también una inversión en la seguridad, la eficiencia y la sostenibilidad a largo plazo de la industria petrolera.

Referencias

1. www.jetir.org (ISSN-2349-5162).