sistemas de deteccion de gases inflamables / toxicos manual de

PDVSA
MANUAL DE INGENIERIA DE RIESGOS
VOLUMEN 2
PDVSA N°
IR–I–02
TITULO
SISTEMAS DE DETECCION DE GASES
INFLAMABLES / TOXICOS
3
AGO.96
REVISION GENERAL
11
L.T.
E.J.
A.N.
2
NOV.95
REVISION GENERAL
10
L.T.
E.J.
A.N.
0
DIC.85
APROBACION
10
REV.
FECHA
APROB. Luis Hernández
E PDVSA, 1983
DESCRIPCION
FECHA MAY.93
PAG.
APROB. Carlos Corrie
J.R.
REV.
APROB. APROB.
FECHA MAY.93
ESPECIALISTAS
MANUAL DE INGENIERIA DE RIESGOS
PDVSA
SISTEMAS DE DETECCION
DE GASES INFLAMABLES / TOXICOS
PDVSA IR–I–02
REVISION
FECHA
3
AGO.96
Página 1
Menú Principal
Indice manual
Indice norma
Indice
1 ALCANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
2 APLICACIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
2.1
2.2
Detección de Gases o Vapores Inflamables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Detección de Gases o Vapores Tóxicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
3
3 REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
4 DEFINICIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
5 CONCEPCION BASICA DEL DISEÑO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
6 CRITERIOS GENERALES DEL DISEÑO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
6.1
6.2
6.3
6.4
Detectores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Módulo de Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Circuitos de Señalización y Alarma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Fuentes de Alimentación y Cableado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
6
7
8
7 ACTIVACION DE SISTEMAS DE PARADA DE EMERGENCIA . .
8
MANUAL DE INGENIERIA DE RIESGOS
PDVSA
SISTEMAS DE DETECCION
DE GASES INFLAMABLES / TOXICOS
PDVSA IR–I–02
REVISION
FECHA
3
AGO.96
Página 2
Menú Principal
1
Indice manual
Indice norma
ALCANCE
Esta Guía establece los criterios mínimos de diseño que deberán cumplir los
sistemas fijos de detección de gases inflamables / tóxicos, en instalaciones de
la Industria Petrolera y Petroquímica Nacional (IPPN).
No serán objeto de esta Guía los detectores de gases provenientes de un
incendio, sistemas de combustión o para monitoreo de calidad del aire.
Los requerimientos establecidos por leyes, reglamentos, decretos o normas
oficiales vigentes, prevalecerán sobre lo contemplado en la presente Guía,
excepto cuando ésta sea más exigente. Esta Guía está basada en la aplicación
de las últimas técnicas y prácticas de prevención, establecidas por
organizaciones reconocidas a nivel nacional e internacional y en la experiencia
propia de la IPPN. La mención a cualquier código o norma se refiere a su última
edición.
Esta Guía deberá aplicarse en las nuevas instalaciones de la IPPN y en las
instalaciones existentes donde se realicen ampliaciones mayores, o cuando su
nivel actual de riesgo no sea compatible con los lineamientos establecidos en
materia de protección integral a nivel corporativo.
2
APLICACIONES
Esta Guía tiene aplicación en aquellas instalaciones de la IPPN en las que exista
un riesgo significativo de fuga y/o acumulación de gases o vapores inflamables
/ tóxicos. En general, la instalación de sistemas fijos de detección de gases
inflamables / tóxicos para la activación de: alarmas, sistemas de bloqueo,
sistemas de prevención y extinción de incendios, planes de emergencia y
contingencias, etc, deberán estar basados en un análisis cuantitativo de riesgos,
según lo establecido en el documento PDVSA IR–S–02 “Criterios para el Análisis
Cuantitativo de Riesgos” y en los criterios generales especificados an la sección
6 de la presente Guía.
2.1
Detección de Gases o Vapores Inflamables
La instalación de sistemas fijos de detección de gases inflamables se considera
necesaria en áreas confinadas, semiconfinadas y al aire libre donde exista la
posibilidad de fuga y/o acumulación de gases o vapores inflamables.
En áreas confinadas y semiconfinadas suelen instalarse tales sistemas en:
– Estaciones de compresión y/o enfriamiento de gases inflamables.
– Casas de bombas de gases inflamables licuados (GLP, GNL, LGN).
– Casetas de analizadores, estaciones de medición y control de gasoductos
y líneas de distribución de gas.
MANUAL DE INGENIERIA DE RIESGOS
PDVSA
SISTEMAS DE DETECCION
DE GASES INFLAMABLES / TOXICOS
PDVSA IR–I–02
REVISION
FECHA
3
AGO.96
Página 3
Menú Principal
Indice manual
Indice norma
– Estaciones de medición, edificios de control, salas de interruptores, centros
de control de motores, y equipos con alto inventario de gases inflamables.
En áreas al aire libre suelen instalarse tales sistemas en:
– Plantas de proceso y/o tratamiento de gas.
– Tanques de almacenamiento de gases inflamables licuados.
– Transferencia de gases y líquidos inflamables (llenaderos de camiones,
llenaderos de cilindros, muelles).
– Taladros de perforación y reacondicionamiento de pozos.
2.2
Detección de Gases o Vapores Tóxicos
Para efectos de control de exposición de personal debe considerarse la
instalación de sistemas de detección de gases/vapores tóxicos cuando estén
presentes, se procesen o almacenen sustancias tóxicas tales como H2S, HF,
NH3, Cl2, etc.
3
REFERENCIAS
PDVSA – Petróleos de Venezuela, S.A.
IR–S–00
IR–S–02
K–331
IR–P–01
Definiciones.
Criterios para el Análisis Cuantitativo de Riesgos.
Instrument Power Supplies.
Sistema de Paradas de Emergencia, Bloqueo, Despresurización
y Venteo de Equipos y Plantas.
COVENIN – Comisión Venezolana de Normas Industriales.
200
2253
Código Eléctrico Nacional.
Concentraciones Ambientales Permisbles en Lugares de
Trabajo y Límites de Exposición Biológicos.
API – American Petroleum Institute
2031
751
Combustible Gas Detector Systems and Environmental and
Operational Factors Influencing Their Performance.
Safe Operation of Hydrofluoric Acid Alkylation Units.
ISA – Instruments Society of America
S12.15
S12.15
S12.13
Part I – Performance Requirements for Hydrogen Sulfide
Detection Instruments (10 – 100 ppm).
Part II – Installation, Operation and Mantenance of Hydrogen
Sulfide Detection Instruments.
Part I Performance Requirements, Combustible Gas Detectors.
MANUAL DE INGENIERIA DE RIESGOS
PDVSA
SISTEMAS DE DETECCION
DE GASES INFLAMABLES / TOXICOS
PDVSA IR–I–02
REVISION
FECHA
3
AGO.96
Página 4
Menú Principal
4
Indice manual
Indice norma
DEFINICIONES
Ver el documento PDVSA IR–S–00 “Definiciones”.
5
CONCEPCION BASICA DEL DISEÑO
La presente Guía concibe los requerimientos mínimos de seguridad que deben
ser considerados en el diseño de sistemas de detección de gases y vapores
inflamables / tóxicos, considerando que las instalaciones a proteger han sido
proyectadas y erigidas cumpliendo con los principios básicos de ingeniería y con
la mejor experiencia práctica acumulada hasta la fecha en la IPPN.
En aquellos casos donde se compruebe que las instalaciones a proteger
presentan desviaciones relacionadas con la aplicación de la mejor práctica de la
ingeniería, deberán aumentarse los requerimientos mínimos en relación con los
establecidos en la presente Guía.
6
CRITERIOS GENERALES DEL DISEÑO
En la selección de los componentes y diseño del sistema de detección se deberá
considerar el riesgo de cada instalación en particular (condiciones operacionales,
sustancias manejadas, etc). De igual manera, con la finalidad de optimar la
eficiencia del sistema, se deberá tomar en consideración los siguientes factores:
–
–
–
–
–
–
–
Tipo de detector
Rango de detección
Tiempo de respuesta
Temperatura y humedad ambiental
Velocidad del aire
Sustancias que puedan dañar o interferir con el sensor
Exposición del sensor a agua, otros líquidos o altas concentraciones de gases
o vapores
– Interferencias provenientes de campos electromagnéticos o transmisiones de
radio
Un sistema de detección de gases inflamables / tóxico está constituído
fundamentalmente por: detectores, módulo de control, circuitos de transmisión de
señales y fuente de alimentación.
La instalación del sistema deberá cumplir con los requerimientos relativos a la
clasificación de áreas y sistemas de señalización para protección contra incendio,
tal como se establece en la Norma COVENIN 200.
A continuación se destacan los criterios fundamentales que deberán
considerarse en el diseño y selección de los sistemas fijos de detección de gases.
MANUAL DE INGENIERIA DE RIESGOS
PDVSA
SISTEMAS DE DETECCION
DE GASES INFLAMABLES / TOXICOS
PDVSA IR–I–02
REVISION
FECHA
3
AGO.96
Página 5
Menú Principal
6.1
Indice manual
Indice norma
Detectores
Son los dispositivos que permiten detectar la presencia de gases o vapores
inflamables / tóxicos en la atmósfera.
Entre los tipos de detectores de gases inflamables más comunes se pueden
mencionar los de oxidación catalítica, infrarrojo, etc.
6.1.1
Aspectos Generales
El detector seleccionado deberá ser de tecnología comprobada y certificados
para la aplicación por un organismo o institución reconocida, poseer una alta
confiabilidad / disponiblidad (w99,99%) y un tiempo de respuesta máximo de un
(1) segundo para detectar la presencia de gases o vapores. Los componentes
del detector deberán ser de material resistente a la corrosión o protegidos
adecuadamente contra ella, cuando los gases o vapores a detectar, o el ambiente
sean corrosivos (atmósfera marina, etc.).
El detector deberá ser del tipo aprobado para la clasificación del área donde vaya
a ser instalado y capaz de trabajar a la temperatura máxima del ambiente.
A continuación se destacan algunos de los aspectos generales que deberán
considerarse en la selección de los detectores:
a.
Detector Catalítico
El detector catalítico es uno de los más comunes debido a que es de bajo costo
y responde a la presencia de la mayoría de los gases y vapores inflamables. El
sensor catalítico utiliza un filamento de platino recubierto con un catalizador, el
cual se oxida en presencia de gas combustible ocacionando un incremento en la
resistencia eléctrica del filamento. Estos detectores no son muy eficientes para
ciertos gases o vapores con componentes de sulfuro y halogenados. Aquellos
detectores catalíticos que usan filtros de carbón activado tienen vida limitada, lo
cual obliga a frecuentes cambios del mismo. A su vez pueden dar falsa lectura en
concentraciones altas de gas o inclusive pueden dar lectura cero si hay muy poco
o no hay aire presente.
b.
Detector Infrarrojo
Los detectores infrarrojos son bastante confiables y estables y poseen un tiempo
de respuesta rápida, sin embargo estos detectores son de alto costo. Los
detectores infrarrojos no son afectados por gases inertes como lo son los
catalíticos y pueden medir concentraciones de hasta el 100%. Algunos tipos de
detectores infrarrojos son muy sensibles a vibraciones, lo cual debe ser tomado
en cuenta en su montaje.
6.1.2
Distribución y Ubicación
La distribución y ubicación de los detectores dependerá del resultado de los
cálculos de dispersión del análisis cuantitativo de riesgos de cada caso particular,
MANUAL DE INGENIERIA DE RIESGOS
PDVSA
SISTEMAS DE DETECCION
DE GASES INFLAMABLES / TOXICOS
PDVSA IR–I–02
REVISION
FECHA
3
AGO.96
Página 6
Menú Principal
Indice manual
Indice norma
de manera de obtener la mejor eficiencia de los mismos. Adicionalmente deberá
considerarse en cada caso particular aquellos puntos que representen mayor
riesgo potencial de fugas, tales como: bombas, compresores, estaciones de
medición de gas, múltiples de carga, turbinas a gas tipo paquete, válvulas y
bridas, etc. Así mismo, deberá considerarse la densidad de los gases o vapores,
dirección del viento prevaleciente, lugares donde sea factible la acumulación de
gases o vapores y el buen juicio de ingeniería, experiencia previa, así como
recomendaciones del fabricante. Por otra parte, la ubicación de los detectores no
deberán interferir en las actividades habituales de operación y mantenimiento de
los equipos protegidos.
6.1.3
Instalación
A continuación se destacan aspectos que deberán cumplirse en la instalación de
los detectores:
6.1.4
a.
Deberán instalarse soportados adecuadamente sobre superficies sólidas
libres de vibraciones. Los detectores no deberán ser fijados a las carcasas
de motores, recipientes, etc.
b.
Se instalarán alejados de posibles descargas de líquidos, a fin de evitar su
inmersión o contacto directo con los mismos.
c.
Se instalarán orientados hacia abajo sobre el equipo o área a proteger.
d.
El punto de instalación del detector deberá ser accesible para la calibración
y mantenimiento periódicos.
e.
Para la ubicación / instalación de las sistemas de detección de gases tóxicos
debe tomarse en consideración las áreas más utilizadas por el personal de
operaciones y mantenimiento en sus actividades rutinarias.
Inspección, Pruebas y Mantenimiento
Debido a que los detectores son equipos críticos, deberán ser probados e
inspeccionados con una frecuencia acorde con las recomendaciones del
fabricante y la experiencia propia. Asímismo deberán estar incorporados en el
programa de mantenimiento preventivo.
6.2
Módulo de Control
Es el componente del sistema de detección de gases donde se recibe, procesa
y analiza la información enviada por los detectores.
MANUAL DE INGENIERIA DE RIESGOS
PDVSA
SISTEMAS DE DETECCION
DE GASES INFLAMABLES / TOXICOS
PDVSA IR–I–02
REVISION
FECHA
3
AGO.96
Página 7
Menú Principal
6.2.1
Indice manual
Indice norma
Aspectos Generales
El módulo deberá contener básicamente un selector de canales, un medidor de
lectura continua, y luces anunciadoras para identificar: operación normal, fallas
en el sistema, fuente de alimentación, circuitos de medición de los detectores,
falla en el sensor del propio detector y dos (2) niveles de alarma. Deberá permitir
la calibración y ajuste en cualquier punto del rango de medición del equipo, donde
la variación del cero no será mayor del 5% anual. Adicionalmente, deberá poseer
capacidad de auto–diagnóstico con alarma de avería visual y audible.
Cuando dos o más detectores se conectan a un módulo de control único, la lectura
presentada automáticamente por el medidor, no deberá ser la suma de las
concentraciones de cada detector, sino la correspondiente al detector que señale
la máxima concentración. El selector de canales deberá permitir la lectura de las
concentraciones en cada uno de los detectores conectados al módulo de control.
El módulo podrá tener dispositivos para iniciar acciones pre–establecidas, tales
como: parada de equipos, actuación de sistemas de ventilación, cierre de
válvulas, actuación de alarmas y de sistemas de prevención de incendios.
Cada detector deberá estar conectado a un canal individual del módulo de control.
6.2.2
Instalación
Los módulos deberán instalarse en sitios seguros donde no estén sujetos a
vibraciones y/o daños mecánicos, así como a interferencias electromagnéticas
que puedan afectar el funcionamiento del equipo.
6.3
Circuitos de Señalización y Alarma
Cuando se exceda cualquiera de los niveles de alarma, deberá iluminarse una
lámpara en el módulo de control y activarse una señal acústica característica.
La alarma audible deberá permanecer activada hasta que sea silenciada en
forma manual. El silenciamiento de la alarma audible no deberá apagar la alarma
visual, la cual permanecerá encendida mientras la concentración del gas esté por
encima del nivel de alarma pre–establecido.
Todas las señales del módulo de control deberán llegar a la sala de control u otro
sitio con presencia permanente de personal, asímismo se deberá enviar una
señal audible y visible al área protegida.
6.3.1
Gases / Vapores Inflamables
El módulo deberá iniciar las alarmas cuando el detector indique el veinte por
ciento (20%) y el cuarenta por ciento (40%) del límite inferior de inflamabilidad
(LII).
6.3.2
Gases / Vapores Tóxicos
Para establecer el punto de activación de las alarmas de gases / vapores tóxicos
se utilizarán los siguientes criterios:
MANUAL DE INGENIERIA DE RIESGOS
PDVSA
SISTEMAS DE DETECCION
DE GASES INFLAMABLES / TOXICOS
PDVSA IR–I–02
REVISION
FECHA
3
AGO.96
Página 8
Menú Principal
Indice manual
Indice norma
– Si la sustancia tiene un valor CAP (Concentración Ambiental Permisible), se
deberá establecer el nivel CAP, independientemente que tenga también un
nivel Límite de Exposición Breve (LEB).
– Si la sustancia tiene un valor T (Límite Techo), se debe establecer un nivel de
activación igual al 90% del valor T.
– Para la selección de los valores o niveles CAP, LEB y/o T se utilizará lo
establecido en la Tabla 1 de este documento y la norma COVENIN 2253.
En el área protegida, se deberá disponer de dos lámparas, una de color ámbar
y otra de color rojo, fácilmente visibles, colocadas exteriormente en la puerta o
acceso principal de la instalación. La activación de dicha señal visual se producirá
al alcanzarse el nivel de alarma correspondiente al 20% y 40% de LII o lo
establecido para gases / vapores tóxicos en el párrafo 6.3.2.
En las Tablas 1 y 2 se muestran los límites de inflamabilidad y los valores de
Concentración Ambiental Permisible (CAP) ó Límite Techo (T) de gases y
vapores inflamables / tóxicos típicos.
Para el establecimiento del punto de activación de las alarmas de detección de
vapores de ácido fluorhídrico (HF), ver API 751.
6.4
Fuentes de Alimentación y Cableado
La fuente principal de alimentación consistirá en un suministro confiable de
energía eléctrica de 24 Voltios DC, según el documento PDVSA K–331
“Instrument Power Supplies”.
Los métodos y los materiales de interconexión entre el detector y el módulo de
control deberán ser del tipo adecuado según la clasificación del área por donde
atraviesan.
Los cables serán del tipo blindado o protegidos mediante “conduit” o sistemas
equivalentes, de acuerdo con las recomendaciones del fabricante.
En áreas con alta vibración (casa de compresores), la conexión al detector se
llevará a cabo mediante “conduit” flexible de longitud no menor de 30 centímetros.
Los cables deberán estar convenientemente señalizados mediante codificación
numérica que permita una rápida y exacta identificación.
7
ACTIVACION DE SISTEMAS DE PARADA DE EMERGENCIA
El uso de los sistemas de detección de gases inflamables / tóxicos para la
activación de los sistemas de parada de emergencia y despresurización,
dependerá de los resultados de un análisis cuantitativo de riesgos, ver los
documentos PDVSA IR–P–01 “Sistema de Paradas de Emergencia, Bloqueo,
Despresurización y Venteo de Equipos y Plantas” y PDVSA IR–S–02 “Criterios
para el Análisis Cuantitativo de Riesgos”.
MANUAL DE INGENIERIA DE RIESGOS
PDVSA
SISTEMAS DE DETECCION
DE GASES INFLAMABLES / TOXICOS
PDVSA IR–I–02
REVISION
FECHA
3
AGO.96
Página 9
Menú Principal
Indice manual
Indice norma
Al alcanzarse un nivel de alarma pre–establecido en instalaciones no
permanentemente atendidas, el sistema de detección de gases y/o vapores
inflamables deberá producir cortes del suministro de combustibles y la parada y
despresurización automática de todos los equipos.
Al alcanzarse un nivel de alarma pre–establecido en instalaciones
permanentemente atendidas, la activación de los sistemas de parada y
despresurización de otros equipos, será realizada por parte de los operadores;
cualquier acción automática a tomar será basada en un análisis particular de cada
instalación.
Para la activación de Planes de Emergencia / Contingencia se deben considerar
las Guías de Planeamiento de Respuestas a Emergencias o ERPG (Emergency
Response Planning Guidelines) elaborado por la Asociación Norteamericana de
Higienistas Industriales (AIHA).
MANUAL DE INGENIERIA DE RIESGOS
PDVSA
SISTEMAS DE DETECCION
DE GASES INFLAMABLES / TOXICOS
PDVSA IR–I–02
REVISION
FECHA
3
AGO.96
Página 10
Menú Principal
Indice manual
Indice norma
TABLA 1. LIMITES DE INFLAMABILIDAD Y VALORES CAP ó T DE GASES
INFLAMABLES / TOXICOS
Límites de Inflamabilidad en
Porcentaje por Volumen en Aire
Tipo de Gas
Inferior
Densidad
Relativa
(Aire = 1)
Valores de
CAP ó T
(ppm)
Superior
Gas Natural
Nota 4
De alta inercia (Nota 1)
4,5
14,0
0,660–0,708
Nota 4
De alto Contenido en metano
(Nota 2)
4,7
15,0
0,590–0,614
Nota 4
De alto poder (Nota 3)
4,7
14,5
0,620–0,719
Nota 4
Cloruro de Vinilo
3,6
33,0
2,2
5
Gas de Horno de Coke
4,4
34,0
0,4
Nota 4
Propano (Comercial)
2,1
9,6
1,5
Nota 4
Butano (Comercial)
1,9
8,5
2,0
800
Gases Cloacales (promedio)
6,0
17,0
0,8
Nota 5
Acetileno
2,5
81,0
0,9
Nota 4
Hidrógeno
4,0
75,0
0,1
Nota 4
Amoníaco Anhidro
16,0
25,0
0,6
25
Monóxido de Carbono
12,5
74,0
1,0
25
Etileno
2,7
36,0
1,0
Nota 4
Propileno
2,0
11,0
1,5
Nota 4
Etano
3,0
12,5
1,0
Nota 4
Sulfuro de Hidrógeno
4,3
45,5
–
10
–
–
–
0,5
Cloro
NOTA 1
Composición típica
CH4 71,9–83,2%;
N2 6,3–16,2%
CH4 87,6–95,7%;
N2 0,1–2,39%
CH4 85,0–90,1%;
N2 1,2–7,50%.
NOTA 2
Composición típica
NOTA 3
Composición típica
NOTA 4
El criterio limitante es suficiencia de oxigeno (>16% O2) y/o explosividad.
NOTA 5
No existen valores CAP, T, LEB establecidos.
MANUAL DE INGENIERIA DE RIESGOS
PDVSA
SISTEMAS DE DETECCION
DE GASES INFLAMABLES / TOXICOS
PDVSA IR–I–02
REVISION
FECHA
3
AGO.96
Página 11
Menú Principal
Indice manual
Indice norma
TABLA 2. LIMITES DE INFLAMABILIDAD Y VALORES CAP ó T DE VAPORES
INFLAMABLES / TOXICOS
Líquido
Límites de Inflamabilidad en Porcentaje por
Volumen en Aire
Valores de
CAP ó T
(ppm)
Inferior
Superior
Crudo (27 ° API)
1,0
6,0
Nota 5
Gasolina
1,4
7,6
300
Gasolina de Aviación
1,3
7,1
300
Jet A–1
1,3
7,2
Nota 5
Kerosene
0,7
5,0
Nota 5
Pentano
1,4
8,0
600
Hexano
1,1
7,5
50
Heptano
1,0
6,0
400
Nafta
1,0
6,0
Nota 5
Benceno
1,3
7,0
10
Tolueno
1,2
7,1
50
Xileno
1,0
6,0
100
Alcohol Metílico
6,0
36,0
200
Alcohol Etílico
3,3
19,0
1000
Alcohol Isopropílico
2,5
12,7
400
Acetona
2,2
13,0
4,7