Download - 06.1- Sistemas Para La Defensa Contra Explosiones

Transcript
Page 1: 06.1- Sistemas Para La Defensa Contra Explosiones

1

http://espanol.groups.yahoo.com/group/pronetoutsourcing/

Contáctenos en: [email protected]

PRONET, Empresa de Out

Sourcing, ofrece servicios

profesionales de excelente calidad

para su empresa, con la experiencia

de nuestro personal, en las áreas

de Finanzas, Ingeniería,

Arquitectura, Diseño, Video, Salud

Ocupacional, Jurídica, Seguros,

Gestión Humana, Control de Pérdidas

y Administración de Riesgos, entre

otros de los servicios que usted y su

empresa necesitan.

http://espanol.groups.yahoo.com/group/pronetoutsourcing/

Contáctenos en: [email protected]

INGENIERÍA Y

SEGURIDAD EN LA

INDUSTRIA

http://espanol.groups.yahoo.com/group/pronetoutsourcing/

Contáctenos en: [email protected]

SISTEMAS PARA LA DFEFENSA CONTRA EXPLOSIONES

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

A) EXPLOSIÓN DEFLAGRANTE

A1. Prevenir la deflagración: mantener las reacciones químicas

explosibles con concentraciones que estén fuera de los límites

de explosividad, si ello es posible. ver los Capítulos 2 y 3 de

NFPA-69

A.2. Suprimir la deflagración en su iniciación, Capítulo 4 de

NFPA-69.

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

A) EXPLOSIÓN DEFLAGRANTE

A.3. Diseñar los recipientes de manera que puedan resistir la

presión resultante de la deflagración: presión de diseño

adecuada a considerar en el diseño. Ver Capítulo 5 de NFPA-69.

A.4. Ventear la deflagración: Ampliar en la NFPA-68

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

B) EXPLOSIÓN DETONANTE

B. 1. Distancia como medio de protección pasiva;

consideración del alcance, o atenuación

B.2. Muros protectores como protección pasiva de

elementos sensibles (salas de control, equipos críticos,

etc.) de las instalaciones. lo que recibe la horrible

denominación de «bunkerización».

Page 2: 06.1- Sistemas Para La Defensa Contra Explosiones

2

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

Es importante recordar y recalcar aquí, una vez más, que

la acción humana sólo tiene efecto sobre la corta (mseg)

pero importante etapa deflagrante de la explosión, Una

vez que ésta haya alcanzado el régimen detonante (mseg,

cm, >=340 m/seg, DP cuatro veces, etc.) solamente

cabe la protección pasiva mediante distancias y muros.

Nota:

1 lb/pulg2 (psi) = 6,895 KPa = 0,07 Kg/cm2

1 kg/cm2 = 100 KPa = 98 1 mbar

1 KPa = 9,81 mbar

1 bar = 1,019 Kg/cm2 = 750 mm Hg

1 Pa = 1 Newton/m2

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

1. RECIPIENTES RESISTENTES

A LAS EXPLOSIONES

Recordar que los dispositivos para alivio que se han considerado en el diseño de proceso no son útiles, porque su actuación es demasiado lenta y, por tanto, ineficaz. Para establecer la presión de diseño, en el caso del aire como oxidante, se puede utilizar la ecuación siguiente:

P = 1,5 [R(Pi + 14,7) - 14,7] F

donde: P = Presión de diseño (psig) para resistir la deflagración (en dos usos que se verán). R = Pf/Pi, (en unidades consistentes de presión absoluta):

Para la mayoría de las mezclas gas/aire : R = 9. Para mezclas de polvo orgánico/aire : R = 10. Para mezclas de polvo tipo St-3/aire : R = 13.

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

1. RECIPIENTES RESISTENTES

A LAS EXPLOSIONES

Para temperaturas de operación (T°C) inferiores a 25°C corregir usando:

R’ = R [298 / (T + 273)].

Pr = Presión máxima de deflagración (psig) previsible. Pi = Presión inicial (psig) prevista (normalmente la de proceso). F = Razón de las tensiones de deterioro (rotura o deformación) del recipiente con respecto a la tensión máxima permisible; dos casos: Prevención F P Valores de F para P (Nota 1)

Ante rotura Fr Pdr 4.0 Ante deformación (2) Fd Pdd 2.0

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

1. RECIPIENTES RESISTENTES

A LAS EXPLOSIONES

Fr = tensión límite de rotura del material tensión máxima permisible

Fd = tensión límite de deformación del material

tensión máxima permisible

Notas:

(1) Aceros al carbono con bajo contenido de éste; aceros

inoxidables poco aleados.

(2) En este caso se debe diseñar el recipiente también para

vacío total.

(3) 1 psi = 6,89 KPa = 0,07 Kg/cm2.

(4) La ecuación no es aplicable a recipientes con L/D > 5.

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

2. SUPRESIÓN DE EXPLOSIONES

Se trata de aprovechar el tiempo muy breve (mseg.), que

transcurre entre la iniciación de la deflagración y el

desarrollo de presiones destructoras, para apagar la

reacción explosiva.

La supresión de deflagración se efectúa en tres etapas

que deben sucederse con gran rapidez.

Son, junto a consideraciones relativas al diseño del

equipo correspondiente, las siguientes:

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

2. SUPRESIÓN

DE EXPLOSIONES

Diagrama esquemático de la eliminación

de una explosión en el interior de un

depósito típico de 1.OOO galones

Page 3: 06.1- Sistemas Para La Defensa Contra Explosiones

3

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

2. SUPRESIÓN DE EXPLOSIONES

a) Detección. La iniciación de una deflagración se detecta

mediante el aumento

de presión, o mejor, la velocidad de dicho aumento. Tal

detección debe ser automática, muy rápida y capaz de

discernir los efectos de una deflagración iniciada con

respecto a variaciones de presión debidas al ambiente o

al proceso que puedan darse normalmente. Para la

detección de explosiones de polvo suelen emplearse

sensores de presión. Para las de gases o vapores pueden

emplearse dichos sensores o detectores de radiación

ultravioleta, que son más rápidos.

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

2. SUPRESIÓN DE EXPLOSIONES

b) Activación del sistema supresor . La señal procedente

del detector se analiza y, si es el caso, da lugar al

disparo del sistema supresor, a bloquear (con válvulas

muy rápidas) parte de la instalación y a activar la parada

de emergencia del proceso.

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

2. SUPRESIÓN DE EXPLOSIONES

c) Supresión. Se trata de aplicar aquí las mismas

acciones que las empleadas en la extinción de incendios:

enfriamiento, inertización-sofocación y, sobre todo,

inhibición de las reacciones en cadena propias de la

combustión. El equipo supresor debe dispersar el agente

supresor de manera homogénea en todo el recinto y

finamente dividido (niebla o polvo).

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

Diagrama presión-tiempo para una explosión normal y para una suprimida

2. SUPRESIÓN DE EXPLOSIONES

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

Vuelve a ser crítica la velocidad de actuación. Por ello es

frecuente la utilización, como medio propulsor del agente

(por ejemplo, nitrógeno), a presión muy elevada e,

incluso, de detonadores cuyas explosiones auxiliares

impulsan la dispersión. El agente supresor puede ser

líquido (hidrocarburos halogenados: Halones 1011 y 1301)

o polvo sólido (fosfato amónico).

2. SUPRESIÓN DE EXPLOSIONES

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

Son típicas las aplicaciones de los sistemas supresores de

explosiones deflagrantes en los casos siguientes:

Equipo para proceso: reactores, mezcladores,

pulverizadores, molinos, secadores, hornos, filtros,

tamizadores, separadores de polvo, etc.

Equipo para el transporte de sólidos: neumático, de

cangilones, de tornillo, de cinta, etc.

Equipo para el almacenamiento: tanques, silos, etc.

2. SUPRESIÓN DE EXPLOSIONES

Page 4: 06.1- Sistemas Para La Defensa Contra Explosiones

4

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

Los sistemas indicados no son idóneos cuando:

Las sustancias son objeto de descomposición química violenta.

Procesos que operan a temperatura >= 538°C a presiones >

7,1 bar.

Equipo no diseñado para resistir la presión originada por la

deflagración (no detonante).

Zonas ocupadas por personas: al no haber aviso con

antelación suficiente, las personas pueden sufrir daño y/o

pánico.

2. SUPRESIÓN DE EXPLOSIONES

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

3. VENTEO DE EXPLOSIONES

Suponiendo que la prevención y la supresión no hayan podido evitar el

desarrollo de la deflagración , y que el recinto no la pueda resistir,

cabe la posibilidad aún de aliviar la variación destructiva mediante

sistemas de venteo especiales.

Será posible siempre que no se alcancen las condiciones detonantes

La mayoría de las explosiones suelen ser de ámbito localizado y en

condiciones alejadas de las óptimas (mejor pésimas) para que tenga

lugar la explosión máxima posible (concentraciones, recinto

completamente lleno de mezcla explosiva, etc.).

Los medios más eficaces de venteo están en disponer, cuando sea

posible, el equipo fuente de peligro al aire libre, bajo cubierta sin

paredes o en edificios de construcción muy ligera

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

3. VENTEO DE EXPLOSIONES

La norma NFPA-68 distingue dos casos según sea la resistencia

del recinto al impulso de presión, que vamos a considerar.

El umbral de separación entre recintos de baja resistencia y los

de alta se establece en una sobrepresión de daño DPd = 1,5 psig

(0,1 bar man) (10.5 KPa).

El criterio general para diseño del venteo, para ambos casos, es

que la presión en el interior del recinto nunca exceda de 2/3 de

la correspondiente a la tensión límite de rotura de la parte más

débil del mismo. Ello incluye que el recinto pueda deformarse

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

3.1. Recintos de resistencia alta

Valor de la sobrepresión (DP = Pf - Pi) que produciría

daños en el recinto

Para diseñar venteos en recintos (locales o recipientes)

capaces de resistir sobrepresiones superiores a 0,1 bar

man (10 KPa): recipientes, silos, etc

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

3.1. Recintos de resistencia alta

A) Para deflagraciones de mezclas gaseosas: donde:

Av = Área de venteo necesaria (m2).

a, b, c, d = Constantes dependientes del gas combustible (Tabla 1).

e = Base de los logaritmos naturales (2,7183).

Pf = Presión máxima durante el venteo (bar man). Es dato de diseño

y se toma inferior a la que originaría daños en el recinto (2/3).

Pf/Pmax 2/3 y Pf.max = Pi + DPd. Recordar que Pf será P +

acumulación.

DPd = Sobrepresión umbral de daños al recinto (KPa man).

V = Volumen del recinto (m3).

P = Presión de consigna para disparo del venteo (bar man).

dpc

f

b ePaVvA

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

3.1. Recintos de resistencia alta

B) Para deflagraciones de polvos: siendo:

Av = Área de venteo (m2) necesaria.

g = 0,000571 e2*p

h = 0,978 e-0.105*P

i = - 0,678 e0,226*P.

P. = Presión máxima durante el venteo (bar man).

i

f

h

ST PKgV 3/2

vA

Page 5: 06.1- Sistemas Para La Defensa Contra Explosiones

5

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

3.1. Recintos de resistencia alta

Gas KG a b c d

Metano 55,o 0,105 0,770 -0,823 1.23

Propano 75,0 0,148 0,703 -0,671 0,942

Gas de coquería 140,o 0,150 0,695 -0,707 1,38

Hidrógeno 550,o 0,279 0,680 -0,393 0,755

Constantes para la ecuación

V = Volumen del recinto (m3).

KST = Constante dependiente del polvo combustible (bar * m/seg),

P = Presión máxima (consigna más sobrepresión tolerable) durante el venteo(bar man).

e = Base de los logaritmos naturales (2,7183).

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

3.1. Recintos de resistencia alta

C) Validez de las ecuaciones

• P entre 0,1 y 0,5 bar man.

• P + 0,1 < DPd < 2 bar man; para otras presiones superiores, ver

apartado de la NFPA-68 para presiones de hasta 3 bar man.

• KST entre 50 y 600 (para polvos).

• V entre 1 y 1.000 m3.

• Relación dimensional del recinto L/D < 5.

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

3.2. Recintos de resistencia baja

Se trata del diseño para venteos de recintos capaces de resistir

sobrepresiones bajas (<10,5 KPa) como son: locales, edificios,

hornos, separadores de polvos, etc

donde:

Av = Área de venteo necesaria (m2).

k = Constante dependiente del combustible (KPa1/2):

Ar = Área interior del recinto (m2); considerar el área geométrica proyectada (no incluir dientes de sierra, ondulación de paramentos y techo, etc.).

DPd = Sobrepresión umbral de daños al recinto (KPa man.)

d

rv

P

kAA

D

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

3.2. Recintos de resistencia baja

Se

Combustible k (KPa1/2)

Metano Propano y otros gases (excepto

metano) con S, < 60 cmiseg

0,37

(1) 0,45

Amoníaco 0,13

Polvos ST-1 (2) 0,26

Polvos ST-2 (2) 0,30

Polvos ST-3 (2) 0,51

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

3.2. Recintos de resistencia baja

Validez:

DPd entre 0,35 y 1,50 psig (2,45 y 10,5 KPa man)

(0,024 y 0,100 bar man).

DPd - Pc > 0,35 psi (2,45 KPa) (Pc = presión de

consigna para el dispositivo de venteo; psig).

Relación dimensional del recinto L/D <= 3.

En estos casos se requiere que la presión de consigna Pc

sea bastante inferior a la sobrepresión de daño DPd

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

MECANISMO DE EXPLOSIONES DE POLVOS

A) POLVOS COMBUSTIBLES, DISPERSOS EN EL AIRE QUE AL QUEMARSE EXPLOTAN , DEBIDO A UNA COMBUSTIÓN MUY VIOLENTA.

B) EFECTO EN SERIE: LA EXPLOSIÓN INICIAL PRO DUCE LA AGITACIÓN DEL POLVO ACUMULADO EN OTRAS SECCIONES DE LA PLANTA, GENERÁN

DOSE EXPLOSIONES SECUNDARIAS.

Page 6: 06.1- Sistemas Para La Defensa Contra Explosiones

6

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

COMPARACIÓN CON LÍQUIDOS Y GASES

LAS VELOCIDADES DE REACCIÓN Y DE AUMENTO DE PRESIÓN SON MENORES, QUE LAS DE LOS LÍQUI DOS Y GASES , PERO OCASIONALMENTE LA ENER GÍA GENERADA, (IMPULSO), ES MAYOR

¿ CUAL EXPLOTA MÁS FUERTE ?

ELLO PUEDE IMPLICAR PÉRDIDAS MÁS DESASTROSAS

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

CONDICIONES PARA LA GENERACIÓN DE POLVOS EXPLOSIVOS

UN COMBUSTIBLE SÓLIDO EN POLVO, DISPERSO EN UN MEDIO OXIDANTE, USUALMENTE AIRE.

CONCENTRACIÓN DEL POLVO DENTRO DEL RANGO EXPLOSIVO.

UNA FUENTE EXTERNA DE IGNICIÓN.

LA COMBUSTIÓN OCURRE EN UN VOLUMEN CONFINADO.

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

FUENTES DE IGNICIÓN

1. LLAMAS ABIERTAS, EJ: SOPLETES 2. SUPERFICIES CALIENTES: EJ: HORNOS, CAÑERÍAS

DE VAPOR 3. ELECTRICIDAD ESTÁTICA: GENERACIÓN DE CAR

GA ELÉCTRICA POR CONTACTO. 4. ARCOS ELÉCTRICOS: EJ: AL INTERRUMPIRSE UN

CIRCUITO ELÉCTRICO. 5. FUMAR. 6. OTROS: ROCE MECÁNICO, HERRAMIENTAS, ETC.

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

EJEMPLOS INDUSTRIALES

OPERACIONES DE MOLIENDA: MEZCLAS DE POLVO EN INTE RIOR DEL MOLINO Y POLVO ACUMULADO EN EXTERIOR.

OPERACIONES CON GRANOS: TRANSPORTE, ELEVACIÓN, FILTRACIÓN Y ENSILADO: SE PRODUCE POLVO QUE SE DISPERSA EN EL AIRE.

TRANSPORTE NEUMÁTICO: OPERACIONES DE CAPTACIÓN DE POLVOS Y DE SUSTANCIAS QUE SE VAN DESMENUZANDO

MINERÍA DE CARBÓN: POLVOS CARBONOSOS EXPLOSIVOS, CON EL AGREGADO DEL GAS METANO, ( GAS INFLAMABLE).

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

Parámetros de los Polvos Explosivos

TAMAÑO :

CONCENTRACIÓN:

MENOR QUE 400 MICRONES, ( MENOR QUE 0.4 mm).

NIVEL INFERIOR: 30 - 60 GR/MT3

NIVEL SUPERIOR: 2 - 6 KG/MT3

INDICE DE EXPLOSIVIDAD:

ES UNA MEDIDA DEL TIPO DE LA EXPLOSIÓN

OTROS : ENERGÍA DE IGNICIÓN, CONCENTRA CIÓN DE OXÍGENO, HUMEDAD.

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

Indice de Explosividad Tipo de Explosión

< 0.1 Débil

0.1 - 1.0 Moderada

1.0 - 10 Fuerte

> 10 Muy Fuerte

Ind.Exp. = Sensibilidad Exp. X Gravedad Exp.

Page 7: 06.1- Sistemas Para La Defensa Contra Explosiones

7

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

EJEMPLOS DE POLVOS EXPLOSIVOS

ALMIDÓN DE MAIZ 9.5 45 AZÚCAR EN POLVO 9.6 45 HARINA DE TRIGO 4.1 50 MALTA DE CEBADA 5.5 55 CARBÓN DE PITTSBURGH 1.0 55 ASPIRINA >10 50 ALUMINIO >10 45

Ind. Explosiv grs/mt3

106

109

97

95

90

88

84

Presion (Lbs)

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

SISTEMAS ELÉCTRICOS EN ATMÓSFERAS EXPLOSIVAS, (CLASE II)

LA PRESENCIA CONSTANTE DE POLVOS CONSTITUYE UNA ATMÓSFERA EXPLOSIVA, POR LO QUE LOS SISTEMAS ELÉCTRICOS DEBEN CUMPLIR LAS SIGUIENTES NORMAS:

MOTORES CON CUBIERTAS QUE EVITEN LA ENTRADA DE POLVOS. LOS APARATOS DE ILUMINACIÓN, INTERRUPTORES, FUSI BLES, ETC, DEBEN ESTAR EN CAJAS QUE IMPIDAN LA IGNICIÓN DE LOS POLVOS. LA TEMPERATURA MÁXIMA DE LOS EQUIPOS ADYACENTES NO DEBE EXCEDER DE 150 ºC.

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

PREVENCIÓN DE EXPLOSIONES I

IGNICIÓN: ELIMINACIÓN DE FUENTES DE IGNICIÓN.

HERMETICIDAD: UTILIZACIÓN DE EQUIPOS HERMÉTICOS.

SUCCIÓN INTERNA: DE POLVOS Y ENVÍO A COLECTORES DE POLVO.

DISEÑO ADECUADO: SUPERFICIES CON ÁNGULOS > 60 º, PARA FAVORECER DESLIZAMIENTO DEL POLVO.

SUCCIÓN EXTERNA: LIMPIEZA FRECUENTE.

Carlos Alberto García C. – Ingeniero Químico Instructor HAZMAT – Cruz Roja Colombiana

CONSTRUCCIÓN A PRUEBA DE EXPLOSIÓN: PANELES VENTANAS, VENTEOS, ETC, QUE SE ABRAN A LA MÍNIMA PRESIÓN.

INERTIZACIÓN: REEMPLAZO PARCIAL DEL OXÍGENO POR GASES INERTES, (NITRÓGENO O DIOXIDO DE CARBONO). DILUCIÓN DEL POLVO CARBONOSO CON 65 % DE CALIZA.

SUPRESIÓN: EXISTEN SISTEMAS DE SUPRESIÓN DE LA EXPLOSIÓN, LOS QUE UTILIZAN SENSORES, QUE EN MILI SEGUNDOS PUEDEN DETECTAR UNA EXPLOSIÓN INCIPIENTE Y SUPRIMIRLA.

PREVENCIÓN DE EXPLOSIONES II

http://espanol.groups.yahoo.com/group/pronetoutsourcing/

Contáctenos en: [email protected]

GRACIAS