Sistemas de seguridad y control de emisiones en tanques de almacenamiento

Introducción

En refinerías y terminales petroleras, los gases de los productos procesados o almacenados representan un peligro debido a su potencial explosivo o letal. Es importante cumplir con regulaciones ambientales y de seguridad para controlar eficazmente estas emisiones. Por diseño, los tanques están equipados con sistemas de venteo, que permiten la liberación controlada de vapores y mantienen la presión interna cerca de la atmosférica, evitando así riesgos debido a las emisiones en tanques de almacenamiento. 

Durante el almacenamiento en los parques de tanques, es donde se encuentra el mayor problema de emisiones contaminantes hacia la atmósfera. Los cambios de temperatura y presión causan expansión y comprensión dentro del equipo, produciendo emisión de gas contaminante, que afectan la calidad del aire y representan un riesgo para la salud. 

Este artículo examina las principales fuentes de emisiones en tanques de almacenamiento, los dispositivos de seguridad, los sistemas de control de emisiones más utilizados, y las principales normativas clave para garantizar la seguridad y la protección ambiental en la industria del almacenamiento de hidrocarburos.

Entendiendo las fuentes de emisión de los tanques de almacenamiento

Los tanques de almacenamiento, que operan a presión atmosférica o baja presión, son utilizados para almacenar productos líquidos volátiles. Estos equipos son una fuente importante de diferentes tipos de emisiones, incluyendo metano, Compuestos Orgánicos Volátiles (COV), emisiones flash, emisiones operativas y de respiración. 

Una de las principales fuentes de emisiones en estos equipos es la evaporación de los productos almacenados, que es influenciada por factores como la volatilidad, la temperatura y en menor medida la presión interna; también están las emisiones por respiración que se presentan cuando la presión interna del tanque varía con los cambios de temperatura ambiental, ocasionando expansión y contracción de la cámara de aire interna del tanque lo que facilita la liberación de vapores. El proceso de carga y descarga, genera emisiones operativas por el desplazamiento de vapores en el espacio vacío del tanque. 

Las fugas por juntas, válvulas y conexiones, fallas en los sellos de tanques techos flotantes, limpieza e inertización  de equipos y eventos catastróficos contribuyen a los escapes de emisiones. Por otro lado, las emisiones causadas por el mal funcionamiento de los sistemas de ventilación aumentan el riesgo entre la presión interna y la composición gaseosa del tanque.

¿Qué son los sistemas de seguridad y control de emisiones en tanques de almacenamiento?

Son dispositivos diseñados para gestionar y minimizar la liberación de gases y vapores nocivos en instalaciones de almacenamiento de hidrocarburos u otros productos. Debido a la alta peligrosidad de la industria del almacenamiento, estos sistemas son fundamentales para asegurar operaciones seguras y responsables con el medio ambiente.

Una gestión de emisiones efectivas en tanques de almacenamiento a baja presión implica el uso de dispositivos especializados para regular el venteo, evitando emisión de vapores contaminantes que incrementen el riesgo de incendio y generen pérdidas económicas por la disminución de producto. Estos sistemas tienen como función regular la presión interna y mantener la calidad del producto almacenado; así mismo, reducen la contaminación ambiental por compuestos peligrosos.

Las emisiones de hidrocarburos, son fuentes contaminantes de gases de efecto invernadero; por lo tanto, el control de emisiones en tanques incluye la detección automática de fugas y sistemas de recuperación de vapores que procesan COV antes de ser liberados al ambiente. Estas medidas previenen la contaminación atmosférica y accidentes, así mismo, son necesarias para mantener la integridad operativa de las instalaciones de almacenamiento.

Dispositivos de seguridad para tanques de almacenamiento a baja presión 

Estos dispositivos varían en función y diseño, dependiendo de las necesidades específicas de la instalación y el producto almacenado, y tienen como propósito limitar las emisiones hacia la atmósfera. Entre los principales dispositivos de seguridad se encuentran: 

• Válvulas de venteo: Estas permiten la liberación controlada de vapores y gases a la atmósfera, para mantener la presión interna en los rangos seguros establecidos, previniendo el colapso del tanque por vacío, o ruptura debido al exceso de presión. Existen diversos tipos de válvulas, como las de presión y vacío, las de membrana y las de bola.
• Arrestadores de llamas: Instalados en las líneas de venteo, impiden que una llama externa entre en el tanque, protegiéndolo contra explosiones en caso de presencia de gases inflamables.
• Válvula de alivio de emergencia: Se activan automáticamente para liberar exceso de presión si los otros sistemas de control fallan, proporcionan seguridad contra la presurización excesiva.
• Indicador de nivel: Estos dispositivos monitorean y controlan el nivel de líquido dentro del tanque y previene el sobrellenado o el vaciado excesivo, ambos escenarios conducirán a situaciones de riesgo.
• Detección automática de fugas: Están diseñados para detectar la presencia de vapores o líquidos fuera de los tanques y alertar al personal para que tomen medidas correctivas y preventivas. 
• Barreras de contención secundarias: Son estructuras circundantes al tanque para contener la extensión de derrames o fugas, protegiendo el suelo y las aguas subterráneas de la contaminación.

Cada uno de estos dispositivos son utilizados para la prevención de incidentes y asegurar que los tanques de almacenamiento a baja presión se mantengan operando dentro de los parámetros establecidos

El siguiente video ilustra diversos tipos de dispositivos y sistemas de seguridad para tanques de almacenamiento como: arresta llamas, válvulas de alivio de presión, compuertas para manómetros, entre otros. Video proporcionado por Storagetech.

Sistemas para el control de emisiones en tanques de almacenamiento a baja presión   

Los sistemas o equipos de control de emisiones también son parte integral de las medidas de seguridad, ya que controlan, capturan o procesan las COV antes de ser liberadas al ambiente, minimizando el impacto ambiental, el riesgo de inflamabilidad y la reducción de producto almacenado, contribuyendo de esta forma con la eficiencia energética. Entre los principales a continuación se mencionan los siguientes:

• Unidad de Recuperación de Vapores (VRU): Capturan los vapores emitidos por los líquidos volátiles almacenados, los condensan o comprimen para tratarlos y reutilizarlos. Las VRU comunes se clasifican en dos tipos, las de compresor y las de eyector.  Su implementación depende del volumen de emisiones y del tipo de vapor a recuperar. 

• Tanques con techos flotantes: Los tanques son diseñados con un techo flotante que asciende o desciende con el nivel del líquido, reduciendo al mínimo el espacio sobre la superficie del líquido y, por lo tanto, limitando la emisión de COV. Este tipo de techo incluye sistemas de sellado, conformado por un sello primario y uno secundario alrededor del borde del techo flotante,  que impide que los vapores escapen, mejorando la gestión de emisiones en tanques.
• Sistemas de gas inerte: También conocido como blanketing, es un sistema que consiste en reemplazar el aire del tanque por un gas inerte como el nitrógeno, para mantener una capa protectora de gas sobre el líquido almacenado, previniendo la entrada de oxígeno y reduciendo las emisiones de COV. Esta técnica es particularmente útil para tanques que almacenan líquidos inflamables que operan a baja presión.

El siguiente video muestra cómo funciona el blanketing con nitrógeno, un proceso utilizado en diversas industrias, especialmente en el almacenamiento o transporte de líquidos. Consiste en introducir un flujo controlado de gas nitrógeno en un recipiente de almacenamiento para desplazar o reducir la presencia de oxígeno. Video proporcionado por Petrolsult.

• Filtros de carbón activado: Estos materiales adsorben y retienen los COV y otros contaminantes presentes en los vapores emanados, reduciendo así los contaminantes. Este proceso se basa en la atracción física o química entre el carbón activado y los contaminantes de los vapores. Normalmente, son utilizados en combinación con otros equipos de control de emisiones.
• Sistemas de incineración: Destruyen los vapores y gases mediante combustión controlada. Los principales tipos son: incineradores térmicos directos, catalíticos y de recuperación de calor.
• Monitoreo continuo de emisiones: La integración de herramientas digitales en los sistemas de seguridad y control de emisiones permiten detectar y cuantificar las emisiones en tiempo real, alertando al personal en caso de exceder los límites establecidos, y poder realizar los ajustes operacionales.

La selección de un sistema de control de emisiones para tanques de almacenamiento depende de las propiedades del producto almacenado, el tamaño del tanque, las normativas ambientales aplicables y los costos de inversión y operación.

Normas a considerar en la reducción de emisiones en tanques de almacenamiento

La reducción de emisiones en tanques de almacenamiento es parte de la gestión ambiental en la industria de hidrocarburos. Las normativas incluyen directrices sobre diseño de tanques, sistemas de control de emisiones y operaciones seguras, emitidas por entidades como la American Petroleum Institute (API) y la Environmental Protection Agency (EPA).  A continuación, se mencionan las principales: 

• API 650, Tanques de acero soldados para el almacenamiento de petróleo: Es la norma principal para el diseño y construcción de tanques de almacenamiento a presiones atmosféricas o internamente presurizadas hasta un poco por encima de la atmosférica. 
• API 2000, Ventilación de tanques de almacenamiento atmosféricos y de baja presión: Ofrece directrices sobre sistemas de venteo que incluyen aspectos de recuperación de vapor para mantener la presión adecuada dentro del tanque y prevenir emisiones no controladas.
• API Standard 276, Recomendaciones para la instalación, operación y mantenimiento de Sistemas de Recuperación de Vapor: Proporciona información detallada sobre el diseño, la instalación, la operación y el mantenimiento de VRS para tanques de almacenamiento.
• EPA, Norma de control de emisiones de HAP para tanques de almacenamiento de crudo: Establece requisitos para el control de emisiones de HAP de tanques de almacenamiento de crudo con una capacidad de más de 10,000 galones. Exige la implementación de controles como techos flotantes, sistemas de recuperación de vapor o sistemas de combustión de vapores.
• ISO 28300, Venteo de tanques de almacenamiento atmosféricos y de baja presión: Cubre los requisitos similares a API 2000 y está orientada a la ventilación adecuada de tanques para evitar problemas de sobre vacío y presión.
• ASTM D323, Método de prueba estándar para la presión de vapor de productos petroleros a 100°F: Proporciona un procedimiento para medir la presión de vapor de productos petroleros a una temperatura específica, lo que es una propiedad importante para la manipulación segura, almacenamiento y transporte de estos materiales.
• ASTM D4738, Método de prueba estándar para determinar la eficiencia de vapores de Sistemas de Recuperación de Vapor: Este método de prueba estándar se utiliza para evaluar la eficiencia de los VRS en la captura de emisiones de VOC de tanques de almacenamiento.
• NFPA 30, Líquidos inflamables y combustibles: Incluye requisitos para sistemas de recuperación de vapores en instalaciones de almacenamiento de líquidos inflamables y combustibles.
• New Source Performance Standards (NSPS) – Subparte Kb: Regula las emisiones de tanques de almacenamiento de petróleo y derivados.

Medidas de seguridad 

Las empresas deben estar comprometidas con la legalidad, el medioambiente y con forzar un desarrollo industrial sostenible. Es importante implementar soluciones tecnológicas efectivas y adaptadas a cada necesidad, para una gestión de emisiones efectiva en los parques o terminales de tanques de almacenamiento. 

Las estrategias para el control de emisiones en tanques de almacenamiento a baja presión requieren cumplir con los protocolos y características de seguridad, para proteger al personal y bienes de la organización. Una ventilación adecuada, la detección de fugas, un plan de respuesta a emergencias y un plan de prevención de incendios son fundamentales para evitar incidentes durante los procesos.

Conclusiones

A medida que los estándares ambientales se consolidan y la conciencia sobre la sostenibilidad aumenta, el mundo busca formas únicas y viables de controlar y reducir las emisiones, es por eso, que no debe subestimarse un control efectivo de las emisiones en tanques de almacenamiento a baja presión. Al adoptar tecnologías avanzadas y estrategias de gestión flexibles, las instalaciones reducen en gran medida su huella ambiental mientras aseguran el cumplimiento de las regulaciones de seguridad y medio ambiente.

Los sistemas de gestión de emisiones en tanques, que incluyen unidades de recuperación de vapores, sistemas de gas inerte y tecnologías de monitoreo de emisiones, permiten un manejo seguro y eficiente de los vapores nocivos que contribuyen a la contaminación atmosférica. En un entorno regulado como los parques de tanques de almacenamiento, consciente del impacto ambiental que ocasionan, el control efectivo de las emisiones es una prioridad en todas las operaciones involucradas.

Referencias

1. https://tecamgroup.com/es/sectores/tank-storage/
2. https://info.zeeco.com/hubfs/Zeeco-En_June_2020/pdf/article-Tank-Storage-Jul-Aug-2015.pdf?hsLang=en
3. https://www.zeeco.com/products/vapor-recovery-units#:~:text=A%20vapor%20recovery%20unit%20(VRU,and%20during%20the%20loading%20process