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Evaluación de los Riesgos de Incendio y Explosión y sus factores Causales.
La determinación de la probabilidad de ocurrencia del incendio y su correlación con la explosión y de los posibles daños que pueden desencadenar un siniestro permiten disponer de una valiosa información a partir de las contribuciones que cada una de las áreas y/o locales tributan al riesgo total de la Instalación, así como el comportamiento individual de cada uno de los factores de riesgos, dando la posibilidad de realizar un trabajo preventivo mas diferencial y asumir decisiones más efectivas con vistas a disminuir al máximo las posibilidades de aparición, presencia o permanencia de los mismos.
Estimación de la Frecuencia con que pueden producirse los sucesos no deseados que representan riesgo de incendio o explosión.
La relación de frecuencias de fallas se realiza empleando la información proveniente de diversas fuentes de diferentes países, industrias y ambientes, por lo cual se utiliza
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se conviertan en resultados desviados.(Según consulta del Manual de Ingeniería de Riesgo PDVSA IR_S-02/1993 “Criterios para el Análisis Cuantitativo de Riesgos”
Tabla 3. Relación de tasas de falla de equipos y componentes. Nro. Equipo Modo de fallo Tasa de
Fallos Observaciones 1. Compresor Pérdida de
Función (102470.00 6horas) Movilizado por motor
eléctrico
2. Bombas Rotura Total 3,1 x 10–1
(bomba anual)
Doble sello) incluyendo todas las válvulas, tuberías y accesorios hasta
la primera brida Durante
Funcionamiento (10292.0 6horas)
Incluyendo el sistema de sello, unidad de control. Velocidad menor a la de diseño (106920 horas) Accionamiento Motor y alternado 3. Bomba Arrancada en
demanda (1010,80 6horas) Accionamiento Motor y alternado Diámetro menor 3” 7,90 x 10-5 4. Tuberías Diametro entre 4”- 11” 3,6 x10 -5 Tuberías excluyendo válvulas y bridas, no considera v
5. Bridas Fuga mayor a 10%
Area de Flujo (100,57 6horas)
Unión bridada. Normalmente fallan por perdida de pernos y tuercas y falla de empacaduras. Perdida de Función (103,18 6horas) Retención no operada Fallo al cerrar 1,61 (106horas) Retención no operada Fallo al abrir 0,145 Retención no operada 6. Válvulas
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La aplicación del método posibilita cuantificar aproximadamente el nivel de riesgo existente, y por consiguiente el riesgo previsto o potencial. Así como permite establecer la relación directa existente entre el riesgo y los factores de probabilidad del suceso, frecuencia del suceso y consecuencias posibles del suceso, los cuales determinan el Índice de Peligro de la Instalación.
Analizando los antecedentes de incendio y/o explosión en instalaciones industriales similares según consulta bibliográfica, se realiza el control in-situ de esta situación lo cual permite identificar y conocer los riesgos existentes, los cuales se agrupan por áreas y tipo según su incidencia en este tipo siniestros, en la forma siguiente:
En el Anexo IX se relacionan los riesgos de incendio y explosión por áreas y edificaciones y la aplicación del Método Richard Pickens. El cálculo cuantitativo del riesgo existente en la Instalación, se realiza con el empleo de una Hoja de Cálculo (Excel), según se muestra en el propio Anexo IX.
Tomando en consideración los resultados obtenidos con la aplicación del método antes tratado, se determina que las Áreas del Descargadero y Almacenameinto de Combustibles, así como el área de las Unidades de Tratamiento de Combustibles, poseen una Magnitud de Riesgo de Muy Alto, dado porque el Peligro Real es mayor que el Peligro Potencial; determinando que el proceso posea un Índice de Peligrosidad “Inseguro” lo cual Implica la Paralización de las Operaciones, hasta la eliminación o control de los factores de riesgo que contribuyen a este resultado.
Las Unidades Motores- Generadores (MDU) poseen una Magnitud de Riesgo de Alto, dado porque el Peligro Real es mayor que el Peligro Potencial, determinando que el proceso posea un Índice de Peligrosidad “Inseguro” lo cual Implica la Corrección Inmediata de todos los factores de riesgo que contribuyen a este resultado.
El área de las Celdas de Media Tensión poseen una Magnitud de Riesgo ”Aceptable”, dado porque el Peligro Real es menor que el Peligro Potencial determinando que el proceso posea un Índice de Peligrosidad “Seguro” lo cual Implica mantener el Control Periódico de las instalaciones .
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Para determinar la vulnerabilidad de las personas e instalaciones se asumió una explosión en uno de los reservorios a la intemperie, dentro de la Instalación en la Unidad de tratamiento de combustible HTU, la cual por la acción de una fuente de calor externa explota.
En la Figura 2 del Capítulo II, se representa el esquema del procedimientos a seguir para determinar la magnitud de los efectos del accidente antes definido; donde aplicando modelos empíricos se calculan los parámetros necesarios para la evaluación de las consecuencias de un evento no deseado.
Cálculo de la masa equivalente de TNT.
El cálculo de la masa equivalente de TNT se basa en la hipótesis de la equivalencia en efectos explosivos entre una masa determinada de materia inflamable y otra de TNT. Ya que a partir de una cierta distancia se pueden considerar iguales todas las explosiones. El calculo se realizo según la expresión (5).
η: (0,01 a 0,10). Ec: Diesel 3,5 kJ/kg
EcTNT: 4437 a 4765 kJ/kg. David R. L; (1996)
Utilizando la Ecuación (5) y con ayuda de una Hoja de Cálculo programada en Excel,
fueron desarrollados los cálculos de la masa equivalente de TNT para 18m3 de diesel que es la capacidad total de la Unidad de Tratamiento de Combustible (HTU), considerando. Se obtiene una Masa Equivalente de TNT de W=1,419 Kg.
Cálculo de la distancia reducida
Una vez conocida la masa equivalente de TNT, en la Hoja de Cálculo programada en Excel, se calcula la distancia reducida (Z) según la expresión (6):
3 / 1 W R Z = Donde:
Central de Generación Eléctrica Santa Clara 110 KV Fuel-Oil 76 Determinación de los parámetros de la explosión en función de la distancia reducida Los parámetros de la onda de choque generada por la explosión son:
• Ps: Sobrepresión incidente máxima, (Pa).
• Is; Impulso específico, (Pa.s).
• Ta; Tiempo de llegada de la onda de choque (s).
• Ts; Duración de la sobrepresión en la fase positiva de la onda de choque (s).
Los mismos fueron obtenidos en función de las distancias reducida a través de la figura del Anexo X “Grafica para el cálculo de los parámetros de la deflagración en función de la distancia escalada”. En la siguiente tabla se muestran los valores de cada uno de los parámetros obtenidos a través del método descrito anteriormente, para varias distancias de acuerdo al escenario definido.
Tabla 4. Parámetros de la explosión en función de la distancia reducida, aplicada a la Unidad de Tratamiento de Combustible HTU.
R(m) Ps (Pa) Is (Pas) Ta (s) Ts(s)
10 45000000 224.79175 2.24792E-05 0.00044958
50 950000 337.187626 0.000786771 0.0028099
200 70000 78.6771127 0.006743753 0.00449584
Cálculo de los parámetros de la explosión considerando la posición ante la propagación de una onda de choque
Los daños ocasionados por una explosión casi siempre dan origen a:
• Proyección, muerte o lesión de las personas dentro de su radio de acción.
• Abatimiento de estructuras con el consiguiente sepultamiento de las personas.
• Incendio posterior a consecuencia de los efectos térmicos ocasionados.
Conocido el valor de las sobrepresiones a determinadas distancias, se deberá considerar la posición de la personas y de las paredes de las estructuras respecto a la dirección de
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correspondientes a estas posiciones.
Se consideran tres posiciones con respecto a la propagación de la onda de choque:
Paralela: Donde se considera que el eje longitudinal del cuerpo es paralelo a la dirección de propagación de la onda de choque y equivale a que no haya obstrucción que perturbe a esa onda. En este caso la sobrepresión recibida sería P = Ps (sobrepresión lateral o
incidente máxima).
Perpendicular: el eje longitudinal del cuerpo es perpendicular a la dirección de la onda de choque y se manifiesta un efecto de arrastre y desplome. La sobrepresión total sería:
Q
Ps
P=
+
Ecuación (7)Siendo Q la presión dinámica recibida en forma de viento y cuyo valor está indicado en la propia figura en Pa. Este caso representa la orientación más probable en que se puede encontrar una persona trabajando o circulando en una planta química, según (Baker, W. E., 1983) a esta posición se puede añadir la posición de tumbado en que el eje longitudinal del cuerpo es perpendicular a la dirección de la onda de choque.
Con reflexión: se tiene el caso de sobrepresión reflejada, en el cual el tórax está cerca de una superficie reflectante perpendicular a la dirección de la onda de choque.
Pr = P 5 5 2 10 7 10 14 8 Pr ∗ + ∗ + = s s s P P P (Pa) Ecuación (8) Donde: Pr: Sobrepresión reflejada
Tabla 4. Calculo de los valores de sobrepresión considerando la posición de las personas con respecto a la onda de choque.
R (m) Paralela P=Ps (Pa) Perpendicular P=Ps+Q, (Pa) Reflexión P=Pr, (Pa) 10 45000000 155776805.3 355864332.6 50 950000 2317424.242 5181818.182
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200 70000 85909.09091 178181.8182
Para complementar los resultados, procedemos a gráficar los valores de sobrepresión vs distancia real según grafica representada en el Anexo XI, se puede observar como ocurre un descenso acelerado a pocos metros de distancia del origen de la explosión, aspecto considerado por los expertos como característico de estos fenómenos, donde lo significativo no es precisamente los efectos de onda expansiva; no obstante para mayor certeza en lo abordado se evaluó la vulnerabilidad frente a este hipotético caso, mediante un análisis de vulnerabilidad frente a explosiones con el uso del método de ¨Probit¨.
Análisis de los resultados del cálculo de la magnitud de los efectos de los accidentes Al analizar los parámetros que caracterizan la onda de choque generada por la explosión, para el evento definido, se está evaluando la magnitud de los efectos, Tabla 4 donde los parámetros más representativos van a ser, la sobrepresión (Ps) y el impulso (Is) pues es a partir de estos que se evalúan las consecuencias que genera, este tipo de accidente. Consecuencias finales
Con el objetivo de evaluar los daños que pudiera ocasionar un desastre (Explosión), se utilizará el método Probit, para determinar la vulnerabilidad de las personas ante accidentes graves.Para aplicar este método se parte de las magnitudes determinadas en el epígrafe anterior dando como resultado una previsión de los daños a las personas expuestas al incidente (es decir, número de heridos, número de víctimas, etc.). La fórmula empleada para este modelo de vulnerabilidad se basa en una función matemática lineal de carácter empírico:
Cálculo de las unidades Probit
El cálculo de las consecuencias sobre las personas fue realizado utilizando una hoja de cálculo preparada en Excel, con vistas a evaluar el comportamiento de los daños con respecto a la distancia, tal como se definió anteriormente. Los resultados obtenidos se muestran en las Tabla 6 siguiente:
Tabla 6.Resultados de cálculo de consecuencias con respecto a la distancia Muertes por lesiones
Central de Generación Eléctrica Santa Clara 110 KV Fuel-Oil 79 10 44.6692158 53.2497895 58.95831548 50 18.0107413 24.17273119 29.73320588 Pr=-77.1+6.91*LN(P) 200 -0.0103089 1.404820492 6.445767931
Rotura del timpano R (m) Paralela Perpendicular Con Reflexión 10 18.410794 20.80739417 22.40181605 50 10.9649393 12.68601609 14.23908645 Pr=-15.6+1.93*LN(P)
200 5.93156351 6.326816722 7.734780334
Impacto de proyectiles R (m) Paralela Perpendicular Con Reflexión 10 47.9704572 53.26036227 56.77965615 50 31.5355655 35.33441894 38.76243952 Pr=-27.1+4.26LN(P)
200 20.4256272 21.29805142 24.40578457
El valor de sobrepresión es proporcional a la masa equivalente de TNT. Tanto la sobrepresión como el impulso disminuyen con la distancia, disminuyendo por lo tanto el poder destructivo generado por la onda de choque, ya que la energía inicial se va debilitando y su propagación posee cada vez menos intensidad por unidad de superficie. Al analizar los valores reflejados en la Tabla 5 que indican la variación de la sobrepresión para las distintas posiciones en que puede encontrarse una persona con respecto a la onda de choque, se aprecia que, a una misma distancia, los valores de sobrepresión van siendo mayores, llegando a alcanzar un valor máximo para la posición de reflexión, coincidente con lo reportado en la literatura donde se plantea que los fenómenos de reflexión pueden dar lugar a cambios importantes en el valor de la sobrepresión, logrando una amplificación de la misma.
En el Anexo XII se representa gráficamente de los resultados de los cálculos realizados de consecuencias mediante el comportamiento de las unidades Proibit.
En el Anexo XIII se ejecuta El análisis de la Vulnerabilidad Ambiental.
En el Anexo XIV Se establecen los Criterios Básicos para el Plan de Prevención de Accidentes y Peligro para las personas e Instalaciones.
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1. La aplicación de los métodos de identificación de riesgos propuestos (PHA y Lista de Chequeo), demuestran su utilidad en la determinación de los riesgos, su causas de origen efectos principales y posibilitan su categorización según el significado de las causas y posibles efectos. Además, permite comparar el estado de un sistema con una referencia externa, identificando directamente carencias de seguridad en cada una de las áreas funcionales y tecnológicas que requieren un estudio más profundo en otros.
2. De acuerdo a los cálculos realizados mediante el empleo del método Richard Pickers, se determina que las Áreas del Descargadero y Almacenameinto de Combustibles, así como el área de las Unidades de Tratamiento de Combustibles, poseen una Magnitud de Riesgo de Muy Alto, así como un Índice de Peligrosidad “Inseguro”; lo cual Implica la Paralización de las Operaciones, hasta la eliminación o control de los factores de riesgo que contribuyen a este resultado. Además, las Unidades Motores- Generadores (MDU) poseen una Magnitud de Riesgo de Alto, con un Índice de Peligrosidad “Inseguro” lo cual Implica la Corrección Inmediata de todos los factores de riesgo que contribuyen a este resultado.
3. Con el empleo del Método Probit se logra determinar la vulnerabilidad de las personas e instalaciones al ocurrir una explosión en los reservorios de la Unidad de Tratamiento de Combustible HTU, el cual por la acción de una fuente de calor externa explota; así como la magnitud de los efectos del accidente asumido del análisis de vulnerabilidad de las persona; se determina que los mayores efectos están dados por impacto de proyectiles y por muerte por lesiones pulmonares esta ultima en un radio de 200m.
4. Existen probabilidades de ocurrencia de eventos (escapes, derrames, incendios y explosión), cuya magnitud puede sobrepasar los límites del área donde surja propagándose a las restantes áreas vecinas con la consecuente afectación humana y instalación y el medio ambiente alcanzando a nivel de Accidentes Mayores, así lo demuestran la aplicación el modelo matemático Probit..
Central de Generación Eléctrica Santa Clara 110 KV Fuel-Oil 81 CONCLUSIONES GENERALES
1. Dado que en el país, el marco legal que regula la Protección contra Incendios (NC del Grupo 96) no esta acorde a las exigencias de los avances tecnológicos en la industria eléctrica y se carece de una norma que establezca los lineamientos generales y requisitos a cumplir durante la ejecución del Análisis y la Evaluación de Riesgos de Incendios y Explosión, se hace necesario la elaboración de un procedimiento que permita evaluar estos riesgos y cuantificar su magnitud, dado por el volumen y peligrosidad de las sustancias procesadas y la complejidad de las operaciones del proceso de generación eléctrica, con elevada posibilidad de errores e incidencia de los factores causales de este tipo de siniestros.
2. El procedimiento propuesto para la ejecución del Análisis y la Evaluación del Riesgo de Incendio y Explosión en las Centrales de Generación Eléctrica cubanas, consta de tres etapas las cuales son: la identificación de sucesos no deseados, que pueden llevar a la materialización de un peligro; el análisis de los mecanismos por los que estos sucesos tienen lugar y la estimación de los efectos no deseados y de la frecuencia con que pueden producirse.
3. La aplicación de los métodos de identificación de riesgos propuestos posibilitan determinar los riesgos de incendio y explosión, sus causas de origen, efectos principales y categorización según el significado de las causas y posibles efectos. Además, permite comparar el estado de un sistema con una referencia externa, identificando directamente carencias de seguridad en cada una de las áreas funcionales y tecnológicas.
4. Como resultado de la aplicación del procedimiento propuesto se concluyo que los procesos tecnológicos que se llevan a cabo, así como los volúmenes de combustibles que se procesan y trasiegan se realizan en presencia permanente de factores de riesgos, algunos inherentes como la peligrosidad de las sustancias y materiales que intervienen en el proceso, otros asociados con la peligrosidad de los equipos y medios tecnológicos que funcionan bajo parámetros peligrosos, todo lo cual clasifican a sus áreas mayoritariamente con peligro de incendio y en menor media explosión y los
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restantes agregados que van desde factores técnicos hasta organizativos con la incidencia de algunas insuficiencias de la Gestión Empresarial y Cultura de Seguridad. 5. Con el empleo del método Richard Pickers, se determina que las Áreas del
Descargadero y Almacenameinto de Combustibles, así como el área de las Unidades de Tratamiento de Combustibles, poseen una Magnitud de Riesgo de Muy Alto, así como un Índice de Peligrosidad “Inseguro”; lo cual Implica la Paralización de las Operaciones, hasta la eliminación o control de los factores de riesgo que contribuyen a este resultado. Además las Unidades Motores- Generadores (MDU) poseen una Magnitud de Riesgo de Alto, con un Índice de Peligrosidad “Inseguro” lo cual Implica la Corrección Inmediata de todos los factores de riesgo que contribuyen a este resultado. 6. La aplicación del método Probit demostró que existen probabilidades de ocurrencia de
eventos (escapes, derrames, incendios y explosión) cuya magnitud puede sobrepasar los límites del área donde surja propagándose a las restantes áreas vecinas con la consecuente afectación humana y material alcanzando a nivel de Accidentes Mayores. 7. La verificación de la no disponibilidad de los sistemas de tecnología avanzada,
requerida para garantizar la detección oportuna y control eficiente de las desviaciones operacionales y averías que pueden estar presentes en cada uno de los equipos y/o áreas tecnológicas; así como la insuficiencia de los sistemas de protección contra incendios para el control de los eventos de escapes, incendios y explosión; repercuten de manera significativa en la seguridad intrínseca de la instalación y determinan la necesidad de un plan de mejoras continuo en la Central de Generación Eléctrica de Santa Clara.
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Partiendo de lo analizado en la investigación recomendamos, en aras de definir y evaluar las magnitudes reales de los peligros y consecuencias a que están expuestos las personas, instalaciones y el entorno natural del Central Eléctrica Fuel-Oil Santa Clara 110 KVA, lo siguiente:
1. Proponer a la Empresa Eléctrica de Villa Clara la extensión de esta experiencia a otras instalaciones similares como primer paso, para garantizar la aplicación de la propuesta del procedimiento y continuar los estudios de análisis de seguridad del proceso.
2. Someter a consideración de la Empresa Agencia de Protección contra Incendios la implementación y generalización del procedimiento objeto de la investigación para lograr su aplicación y extensión de su utilidad en las instalaciones del sector eléctrico e industrial en general.
3. Proponer a la dirección de la Instalación mantener un monitoreo permanente de los factores de riesgos de incendio y explosión analizados mediante la ejecución de los Niveles de Inspección de la Técnica de Seguridad.
4. Proponer a la dirección de la Empresa Eléctrica de V.C, elaborar y establecer un plan de mejoras sobre la presencia de barreras pasivas, activas y tramitar la adquisición (paulatina), montaje y mantenimientos especializados de todos los medios y sistemas de protección contra incendios requeridos para garantizar la oportuna detección y enfrentamiento de este tipo de siniestros.
5. Diseñar e implantar un Sistema de Gestión de la Seguridad contra Incendios que permita elevar la cultura de la seguridad y protección contra incendios y controlar los