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“La gestión del peligro de incendio y explosión basada en el riesgo, para plantas químicas y petroquímicas” Guillermo Lozano Lozano & Asociados www.lozanoasociados.com.ve email: [email protected] Teléfono +58 241 6197788

Introducción Los accidentes en la industria química y petroquímica, han causado siempre una gran preocupación para sus directivos, autoridades competentes y comunidades vecinas. El informe preparado por MARSH “The 100 Largest Losses 1972-2001” de febrero de 2003, basado en accidentes de la industria química y de hidrocarburos. Específicamente para la industria petroquímica hay un incremento significativo de los accidentes en la década de 1987 a 1996, que tiende a disminuir o incluso a decrecer en el quinquenio de 1997 a 2001. Fig. 1 Accidentes por quinquenio en los Estados Unidos.1

Fig. 2

Accidentes por quinquenio fuera de los Estados Unidos1

Accidentes muy graves como la explosión ocurrida en una planta de fertilizantes, en la ciudad de Toluse en Francia, en septiembre de 2001; causando daños 1

MARSH “The 100 Largest Losses 1972-2001”

La gestión de peligros de incendio y explosión basada en riesgo

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materiales por US $750 MM, unas treinta personas fallecidas y mas de 3000 heridas. Igualmente, en Wuppertal en Alemania en Junio de 1999, la explosión en una planta insecticidas lesiono a 30 trabajadores y 20 vecinos, los daños fueron del orden de US $ 80 MM. Sensibilizan la actuación de autoridades, directivos de las empresas y ciudadanos, quienes vienen promoviendo el uso de herramientas de control mas efectivas que prevengan y/o minimicen las consecuencias de estos accidentes.

Tabla 1. Grandes accidentes en la industria química y petroquímica

Iniciativas en este se han realizado a todo el mundo. Por ejemplo en los Estados unidos, encontramos las siguientes regulaciones: •

OSHA, Admistracion de Seguridad y Salud Ocupacional. Su misión es de asegurar la seguridad y salud de los trabajadores. OSHA’s PSM Regulation 29 CFR 1910.119 Es una regulación sobre Process Safety Management para la protección de los trabajadores en sus ambientes de trabajo.

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EPA, Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos. Su misión es la de proteger la salud de los humanos y la del medio ambiente. La regulación EPA 40 CFR Part 68 tiene como su objetivo principal la protección de Publico y del medio ambiente. API, El Instituto Americano del Petróleo. API 750 “Management of Process Hazards” Center for Chemical Process Safety CCPS. Se estableció en 1985 por la “America Institute of Chemical Engineers” como consejo administrativo para desarrollar y diseminar información para el uso y promoción de la operación segura de procesos químicos y la prevención de incidentes en las instalaciones de procesos químicos.

Los países europeos han venido implementando normativas, basadas en técnicas de reducción de riesgos y sustentadas por objetivos claros de protección. Como ejemplo tenemos: • • •

European Communities Council Directive 96/82/EC “Control of Major-Accident Hazards Involving Dangerous Substances” Actualizada por la Directive 2003/105/EC Cada país de la Comunidad Europea esta obligado a implementarla por medio de su propia legislación. • Por ejemplo en Inglaterra esta “Health and Safety at Work … Act 1974. Realizado pr Health and Safety Executive (HSE)

A manera de ejemplo de documentos Europeos especializados en la parte de la industria de hidrocarburos tenemos: •

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International Petroleum (IP) • Model code of safe practice Part 19 “Fire precaution at petroleum refineries and bulk storage installation. 2a edición Enero 2007 Oil & Gas UK • Fire and Explosion Guidance. Mayo de 2007 International Association of Oil & Gas Producer • Fire system integrity assurance. Enero de 2000.

En general, hoy se reconoce mundialmente la necesidad de no implementar medidas de protección contra incendio del tipo prescriptivo, pues estos al carecer de objetivos claros de protección, nunca reciben la importancia debida durante las fases de conceptualización, diseño, instalación y mantenimiento. Muchos sistemas, son instalados por costumbre o por cumplimiento de normativas desactualizadas. Ingenieros y operadores no saben exactamente que se espera

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de ellos y como no son requeridos para la producción, muchas veces no reciben la inspección y mantenimiento necesarios. Por esta razón, se hace necesaria la implementación de medidas de protección contra incendio enmarcadas dentro de la “Gestión del peligro de incendio y explosión basada en el riesgo”. En vista de la definición de riesgo de un incidente como el producto de su frecuencia (o probabilidad) por las consecuencias. Entonces, es posible reducir dicho riesgo por medio de implementar la reducción de la frecuencia (prevención) y reducción de las consecuencias (mitigacion). En la práctica la “Gestión del peligro de incendio y explosión basada en el riesgo” es un procedimiento auditable, e integral de reducción del riesgo por medio de la implementación medidas de prevención y mitigacion apropiadas al nivel del riesgo. Las etapas claves en dicho procedimiento son: • • • • •

Definición de políticas y objetivos Análisis de escenarios de incendio Análisis de opciones de reducción de riesgos Definición de la estrategia de protección Implementación de la estrategia.

Definición de políticas y objetivos La gerencia de riesgos define un marco conceptual guiador que permite una metodología consistente de evaluación y de manejo de los peligros y riesgos de una actividad industrial. •

Establece los objetivos sobre
Protección a la vida • Empleados, contratistas y visitantes • Población civil que pueda ser afectada
Continuidad de la misión de la empresa
Protección de los activos de la empresa
Protección de medio ambiente

Los entes reguladores por lo general establecen los niveles de riesgo máximo individual y para las comunidades vecinas. La empresa debe establecer también sus objetivos en materia de continuidad del proceso, por ejemplo que un incendio no afecta la producción por más de 72 horas. Que un accidente no cause daños en exceso de US $ 5 MM. Los sistemas de extinción no deben contaminar el ambiente o aguas subterráneas.

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Análisis de escenarios de incendio y explosión Por medio de técnicas de Hazop u otras mas convenientes, mas la experiencia en el proceso que se analiza. Se deben definir los diferentes escenarios de incendio o explosiones que pudieran existir. Los escenarios típicos de incendios en las plantas químicas y que procesan hidrocarburos son: • • • • • • • •

Chorros de fuego (Jet fire) Piscina de fuego (Pool fire) Incendio en dos dimensiones Incendio de liquido en movimiento Incendio tridimensional Explosión de una nube de vapor no confinada (UCVE) Fogonazo (Flash fire) Explosión por la expansión de los vapores de los líquidos en ebullición (BLEVE)

Por medio de programas informáticos especializados, es necesario estimar las consecuencias adversas de los diferentes escenarios, para tener una idea del problema que tenemos entre manos y al cual hay que dar atención. • • • • • • • •

Impacto al personal (heridos, fatalidades) Daños a los activos de la empresa Tiempo de parada de planta Interrupción del negocio Perdida de mercado Perdida de imagen ante el publico Multas Demandas legales.

Una vez cuantificados los escenarios mas relevantes, podremos tener una idea a que se enfrenta el ingeniero de protección contra incendio y de esta forma establecer una estrategia de protección consona con los riesgos propios de la planta que se analiza. Es decir confeccionamos un traje a la medida de los riesgos existentes.

Análisis de las opciones de reducción de riesgos Son los procedimientos que describen como se implementa la estrategia, existen múltiples opciones, las cuales se deben evaluar su impacto económico.  Medidas preventivas típicas • Diseños seguros de sistemas y equipos

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Espaciamiento y distribución adecuada Inspección y mantenimiento de equipos Procedimientos operacionales

 Medidas de Mitigacion típicas • Detección de gases y de incendios • Paradas de emergencia • Respuesta a las emergencias • Sistemas de protección contra incendios La decisión de proporcionar sistemas fijos de protección contra incendio dentro de un área de proceso, o la protección de recipientes y equipos específicos, se basa usualmente en un análisis de peligros de incendio, que toma en consideración los siguientes factores: • • • • •

Cantidad producto inflamable o combustible presente Ubicación de la planta, espaciamiento de equipos Importancia económica de la operación o proceso Valor de los recipientes y equipos. Acceso a equipos de extinción (monitores) y del personal disponible para la emergencia.

Una opción es costo beneficiosa si la reducción económica del riesgo es mayor al costo de implementación:

{( Csin × γ sin ) - ( Ccon × γ con )}Pexito > Costo de implementación Donde: Csin Ccon gsin gcon Pexito

= = = = =

Costo esperado del incidente sin la opción de protección Costo esperado del incidente con la opción de protección Frecuencia del evento iniciador sin la opción implementada Frecuencia del evento iniciador con se la opción implementada Probabilidad de que la opción se desempeñara exitosamente.

En los costos esperados de un incidente se deben incluir: el de la vida de las personas afectadas, daños ambientales, daño a los activos, tiempo de la planta parada, costos de reparación, daño a la imagen de la empresa, repercusiones legales y de los seguros, etc.

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MEDIDAS TIPICAS DE MITIGACION DE CONSECUENCIAS En áreas de proceso  Detección de gases • • •

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Del tipo puntual en bombas y compresores para detectar descargas accidentales de inflamables. Del tipo acústico en potenciales sitios de descarga de gases o vapores a alta presión. Del tipo lineal (Open-path) en uno o mas lados de las áreas de proceso. Cuando la evaluación de riesgos requiere que se alerte de una nube de gases que se mueve alejándose de la planta o hacia una fuente de ignición identificada (Monitoreo perimetral) Detección puntual de gases y de humo a la entrada del aire exterior a los sistemas de Aire Acondicionado de las salas de control. Detección de gases tóxicos para los riesgos identificados (H2S, CO, etc.)

 Detección de incendios •

De llama o lineal de calor en las bombas que transfieren productos de bajo punto de inflamación, cuando lo justifica la evaluación de riesgos.

 Protecciones pasivas • • •

Protección Pasiva para las estructuras de acero que soportan recipientes, tambores y equipos que contienen petróleo. Típicamente se protegen hasta alturas de 8 m. Protección pasiva para recipientes, tambores y equipos que contienen petróleo. Cuando la evaluación de riesgos los identifica como de alto o rápido riesgo para el escalamiento. Muros de retención alrededor de aquellos recipientes cuyo inventario, pueda inicialmente inundar el sistema de drenaje existente.

 Sistema de bombeo contra incendio •

Por lo menos deben existir un sistema de bombeo con su respaldo. Preferiblemente dos salas de bombas con su respectiva reserva de agua contra incendio. Para efectos de compensar las perdidas por presión y minimizar la posibilidad de que un evento (UVC por

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ejemplo) saque fuera de servicio todas las fuentes de suministro de agua para incendio. Debe existir un respaldo del 100% por medio de bombas accionadas por motores diesel.

 Red de suministro de agua contra incendio e hidrantes. • •

•

Monitores portátiles o en trailer. o Cuando hay personal adecuado para transportarlos y desplegarlos en corto tiempo. Monitores fijos para enfriamiento. o Cuando hay poco personal o cuando el tiempo de respuesta y despliegue de equipos portátiles, es mayor al tiempo de falla de las estructuras, recipientes o equipos expuestos. Sistemas fijos de agua pulverizada para la protección de recipientes, equipos o estructuras o Considerar esta protección cuando las opciones de monitores fijos o portátiles no son suficientes para dar protección dentro del tiempo requerido. o Cuando la evaluación de riesgos así lo justifique.

 Extintores • •

Extintores manuales de PQS y/o de espuma para combatir incendios de derrames pequeños. Extintores portátiles sobre ruedas de gran capacidad de PQS y/o espuma, donde la evaluación de riesgos identifique regueros de líquidos inflamables que van mas allá de la capacidad de extinción de los extintores manuales.

Áreas de almacenamiento de combustible  Protecciones básicas para todo tipo de tanques: • • • • • •

Diques para contención de derrames Separación apropiada entre los tanques Drenaje para el área del dique Puesta a tierra del tanque Sellado de las penetraciones que se hagan a las paredes de los diques. Red de suministro de agua contra incendio e hidrantes.

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 Tanque de techo fijo • •

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Detección de calor en los venteos o En tanques identificados como críticos para disponer de una respuesta temprana. Sistema fijo o semi-fijo de extinción por espuma o En los tanques que contengan productos de bajo punto de inflamación y la evaluación de riesgos indique que se requiera la protección. Monitores de espuma gran capacidad o Como respaldo a los sistemas fijos o semi-fijos o Como protección única. Sistemas de agua pulverizada para el techo y paredes de tanques. o Cuando la evaluación de riesgos amerita esta protección para evitar escalamiento del incendio tanque a tanque. o Protección del tanque por incendio dentro del dique.

 Tanques de techo flotante cerrados • • • •

Sistema fijo o semi-fijo de extinción por espuma, si el riesgo lo amerita. Monitores fijos o portátiles para el enfriamiento de tanques, cuando los tanque son de diámetro pequeño y se pueden proteger con este medio. Extintores sobre ruedas de gran capacidad de PQS y/o espuma, para tanques relativamente pequeños y donde el alcance de los chorros de espuma o de polvo puedan alcanzar todas las áreas dentro del dique. Extintores manuales de PQS y/o espuma para apagar pequeños incendios dentro del dique.

 Tanques de techo flotante abiertos • • • • • •

Instalar un sello secundario de un material resistente a calor Sistema de extinción por espuma por medio de aplicación por arriba del sello y dique de contención de espuma. Mangueras de espuma auxiliar en la parte superior de la pasarela Sistema de detección lineal de calor en el sello. Sistema fijo de agua pulverizada para las paredes del tanque, cuando la evaluación de riesgos lo determine para evitar el escalamiento o su protección de un incendio en el dique. Monitores fijos para el enfriamiento del tanque, en lugar del sistema de agua pulverizada. En el caso de tanques pequeños.

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Extintores sobre ruedas de gran capacidad de PQS y/o espuma, para tanques relativamente pequeños y donde el alcance de los chorros de espuma o de polvo puedan alcanzar todas las áreas dentro del dique. Extintores manuales de PQS y/o espuma para apagar pequeños incendios dentro del dique.

TÁCTICAS Y CRITERIOS DE DISEÑO Sistemas a base de agua  Protección de áreas de proceso  Enfriamiento de equipos sin protección pasiva directamente expuestos a las llamas.  Enfriamiento de equipos expuestos a la radiación de las llamas  Control del fuego

Protección de áreas de proceso PROTECCIO PROTECCION DE UNIDAD DE PROCESOS

1 4 2 3 4 4 5 6 4

DESCRIPCIÓN Acumuladores Intercambiadores de calor Torres/Reactores (con liquido) Intercambiadores de calor enfriados por aire Bombas Puentes de tuberías/Bandejas de cables Compresores, incluyendo los sistemas de lubricación (no están mostrados)

3

4

7

11 m.

2 6 1

5

1 5

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Para el enfriamiento de áreas de proceso. La tasa de aplicación de agua esta basada en el área de la planta y lo congestionada de la misma  Bloques de unidades de proceso , una tasa de aplicación de agua 4 l/min./m2 (0.1 gpm/pie2)  Bloques muy congestionados, equipos en varios niveles, una tasa de 6 a 8 l/min./m2 (0.15 a 0.20 gpm/pie2) Protección de equipos (sin protección pasiva) directamente expuestos a las llamas. Tales como recipientes de proceso, acero estructural, puentes de tuberías, enfriadores por aire, etc. Bombas que manejan líquidos inflamables en áreas aisladas. Compresores que manejan gases inflamables. Cables, transformadores, gabinetes, etc.  Por lo general requieren de una tasa de 10 l/min./m2 (0.25 gpm/pie2)  Bombas que manejan líquidos inflamables en áreas adyacentes a bandejas de cables, puentes de tuberías, enfriadores por aire, equipos presurizados, etc. Requieren de una tasa de 20 l/min./m2 (0.50 gpm/pie2) Protección de equipos (sin protección pasiva) expuestos a la radiación las llamas. Equipos de proceso, tanques que contienen productos de las clases I, II y III. Edificaciones como oficinas, laboratorios y almacenes. Se protegen adecuadamente con una tasa de 2 l/min./m2 (0.05 gpm/pie2)  Tanques presurizados y Tanques de GLP, requiren una tasa mayor de 10 l/min./m2 (0.25 gpm/pie2)

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Pared

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Montantes separados

Unidad Proceso Unidad Proceso

Tanques

Montantes Líneas secas enterradas Válvulas Diluvio

Conexiones separadas para válvulas de Diluvio

Red de tuberías de incendio alrededor de plantas y equipos

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Protección de recipientes

Ubicar el montante detrás de la columna

Pared resistente a explosión Válvula Diluvio PIV

Protección de exposición – arreglo de tuberías

CONCLUSIÓN Las industrias químicas y petroquímicas se enfrentan a grandes desafíos en materia de protección contra los accidentes de incendio y explosión. En la medida de que las instalaciones se van haciendo mas viejas los problemas de fallas en tuberías y recipientes pueden traer consecuencias muy severas. Por tanto es fundamental que los directivos realicen evaluaciones de sus instalaciones para verificar y asegurar que sus instalaciones realmente se encuentran protegidas apropiadamente y de acuerdos a los riesgos reales.

Guillermo Lozano Lozano & Asociados www.lozanoasociados.com.ve email: [email protected] Teléfono +58 241 6197788