boilover en tanques de hidrocarburos - definiciones.pdf

Traducido por JARC, 10.01.2013

Definiciones de API 2021 Gestión de Incendios en Tanques Atmosféricos Apéndice G - Peligros Especiales Asociados con el Incendio de Tanques G.2. Boilover Boilovers son serios, eventos, potencialmente amenazantes para la vida. Los tanques se pueden quemar tranquilamente y uniformemente por muchas horas y entonces, repentinamente y sin ninguna advertencia, erupcionar y eyectar grandes volúmenes de petróleo quemado encima de los bordes del tanque. Una onda de espuma ardiente puede viajar sobre el terreno lejos del tanque a velocidades de hasta 20 millas por hora (ver figura G-1). En casos extremos, cantidades sustanciales de líquidos inflamables pueden ser expelidos creando un serio peligro por cientos de pies alrededor del tanque. La altura de la columna en llamas del material expelido puede ser tanto como diez veces el diámetro del tanque. El Boilover en la NFPA 30 se define como “un evento en el incendio de ciertos tanques de aceites con el extremo abierto cuando, después de un largo periodo de quema tranquila, hay un repentino incremento en la intensidad del fuego asociado con la expulsión de aceite ardiendo desde el tanque. El Boilover ocurre cuando los residuos de una superficie en llamas llegan a ser más densos que el petróleo sin quemar y se sumergen debajo de la superficie para formar una capa caliente, la cual progresivamente va directamente hacia abajo más rápida que el líquido que regresa a la superficie. Cuando esta capa caliente, llamada una onda caliente, alcanza el agua o la emulsión agua – aceite en el fondo del tanque, el agua es primeramente supercalentada y entonces bulle, hasta que explota, desbordando el tanque. Los aceites sujetos a Boilover consisten de componentes que tienen un amplio rango de puntos de ebullición, incluyendo a la vez ligeros finos y residuales viscosos. Estas características están presentes en muchos petróleos crudos y pueden ser producidos en mezclas sintéticas”. Un ejemplo de una mezcla sintética, la cual puede tener el potencial de boilover, puede ser un aceite combustible pesado que puede diluirse con un hidrocarburo ligero para reducir la viscosidad del aceite. Al menos un incidente importante de boilover parece tener implicado tal material. Nota: Un boilover es diferente de ( y mucho más peligroso que) el fenómeno del slopover y frothover descrito en G.3. y G.4. Y, un incendio en un tanque de techo flotante no producirá un boilover siempre que el techo sea flotante o este flotando, incluso cuando el material en el tanque pudiera tener características de boilover.

Para que un boilover ocurra, las siguientes condiciones deben estar presentes:

El fuego de la superficie total debe involucrar toda o la mayoría de la superficie del líquido.

El tanque debe contener agua libre o una emulsión de agua aceite, típicamente en la parte inferior del tanque o en la parte superior del techo hundido. Esta situación no es poco común en tanques usados para almacenar petróleo crudo. Esto puede ocurrir en otra temperatura ambiente para almacenamiento de petróleo pesado.

El petróleo debe contener componentes con un amplio rango de puntos de ebullición incluyendo tanto un pesado, alto peso molecular, fracción viscosa y finos ligeros (p. ej. Petróleo crudo pero no como la gasolina). Cuando los componentes ligeros han sido “destilados de” por las llamas de la superficie, los aceites viscosos que permanecen en la parte superior {incluso a una temperatura de 300ºF (149ºC) o mayor} son más densos que el aceite inmediatamente debajo. Estos residuos se hunden debajo de la superficie y forman la capa que gradualmente incrementa su espesor (la onda de calor) que avanza hacia abajo a una tasa de 1-4 pies (0.3-1.3 m) por hora. La onda de calor


es el resultado del asentamiento físico de una parte de la superficie caliente del aceite. Esto es más complejo que la conducción del calor de la superficie ardiente hacia abajo.

El agua o la emulsión aceite en agua (húmeda) en la parte inferior usualmente están presentes en los tanques de petróleo crudo. El agua puede ser también inadvertidamente introducida en el tanque de los esfuerzos de los bomberos, o pueden existir capas emulsión húmeda en el producto. Cuando la interface caliente alcanza el agua o la emulsión en la parte inferior del tanque, esta “flashea” el agua en vapor. A 400 ºF factor de expansión del agua a una mezcla de vapor espumosa es cerca de 1700 veces el volumen de agua.

Un contenido suficientemente alto de residuo es necesario para producir una espuma de vapor/aceite de una consistencia resistente. Crudos muy ligeros pueden no contener suficiente fracciones de ligeros para producir una aguda capa de onda de calor. Sin embargo, ha habido casos en los cuales combustibles pesados de petróleo residual (o residuos de petróleo) contienen materiales ligeros que se han desbordado (boiled over). Crudos típicos de peso medio son los más propensos a hervir violentamente, mientras que otros crudos pueden tener menos severos boilovers.

Los tanques de techo cónico en servicio de petróleo crudo requieren tácticas especiales de lucha contra incendios. La aplicación de espumas ha tenido el mejor resultado si esta empieza dentro de los 30 minutos de iniciado el fuego. El agente adecuado puede ser aplicado ya sea subsuperficial o en la parte superior. Página 55/65


APENDICE K – DETERMINACION DE LOS REQUERIMIENTOS DEL CONCENTRADO DE ESPUMA PARA INCENDIOS SUPERFICIALES PLENOS K.1 General

Las operaciones de lucha contra incendios en las instalaciones de almacenamiento de hidrocarburos requieren una comprensión de la cantidad de agua y concentrado de espuma requerido para una exitosa supresión. La NFPA 11 provee las directrices aceptadas para las tasas mínimas de aplicación y la duración para cualquier aplicación a esta velocidad debe ser continuada. Los factores que afectan la tasa de aplicación y el tiempo son:

Método de aplicación de la espuma

Tipo de material incendiado (propiedades físicas y solubilidad en agua)

Duración del precalentamiento o pre encendido (para hidrocarburos con un amplio rango de puntos de ebullición).

La tabla K-1 resumen las tasas mínimas de aplicación, mientras la tabla K-2 señala el tiempo que la espuma debe ser aplicada a esa velocidad. Estas están basadas en la NFPA-11.

Normalmente concordancia con la NFPA-11, la protección para tanques de más de 60 pies (18 m) de diámetro consiste de protección primaria por medio de sistemas unidos con protección suplementaria que generalmente esta provista por dispositivos de aplicación móvil o portátil. K.2 Protección primaria

Los requerimientos de concentrado de espuma están determinados por la siguiente ecuación:

C = RSTF , Donde: C = concentrado requerido en galones R = tasa de aplicación de solución de espuma, en galones por minuto por pie cuadrado S = área de superficie de líquido, en pies cuadrados T = tiempo de aplicación, en minutos (ver NFPA 11) F = concentrado de espuma, como porcentaje de la solución de espuma

La tabla K-2 suministra información consistente con la NFPA 11 para tasas de aplicación y tiempo de aplicación los cuales pueden ser usados para calcular los requerimientos de concentrado. Tabla K-1- Mínima Tasa de Aplicación Para Incendio a Plena Superficie NFPA Basado en el Método de Aplicación y Combustible

Tipo de Combustible Cámaras de Espuma Tipo II

Inyección Subsuperficial

Líneas manuales o monitores

Hidrocarburo 0.10 g/min/ft2 (4 l/min-m2)

0.10 g/min/ft2 (4 l/min-m2)

0.16 g/min/ft2 (6.5 l/min-m2)

Alcoholes & Oxigenados a 0.10-0.16 g/min/ft2 (4-6.5 l/min-m2)

No aplicable b 0.16-0.20 g/min/ft2 (6.5 - 8 l/min-m2)

Amplio Rango Inicial de Ebullición Después de un prolongado encendido - si se ha establecido la onda de calor

0.10 g/min/ft2 (4 l/min-m2) 0.20 o más g/min/ft2 (8 l/min-m2)

0.10 g/min/ft2 (4 l/min-m2) 0.20 o más g/min/ft2 (8 l/min-m2)

0.16 g/min/ft2 (6.5 l/min-m2) 0.20 o más g/min/ft2 (8 l/min-m2)

a Las tasas de aplicación y porcentaje de concentrados de espuma para oxigenados específicos pueden variar ampliamente y deben ser determinados en consulta con el proveedor de concentrado de espuma


b La inyección subsuperficial no es recomendada por la NFPA 11 para solventes polares fuertes que requieren espuma del tipo alcohol. MTBE, ETBE y materiales solventes polares débiles deben ser revisados con el proveedor de espuma como casos especiales basados en su solubilidad en agua, volatilidad y características físicas.

Tabla K-2- Tiempo Mínimo de Aplicación en Minutos para Incendios a Plena Superficie NFPA Basado en el Método de Aplicación

Tipo de Hidrocarburo Cámaras de Espuma Tipo II

0.10 g/min/ft2 (4 l/min-m2)

Inyección Subsuperficial 0.10 g/min/ft2 (4 l/min-m2)

Líneas manuales o monitores

0.16 g/min/ft2 (6.5 l/min-m2)

Punto de inflamación entre 100°F y 140°F (38°C y 60°C)

30 30 50

Punto de inflamación debajo de 100°F (38°C) o líquidos calentados por encima de su punto de inflamación

55 55 65

Petróleo crudo 55 55 65

Productos que requieren espuma resistente al alcohol

55 No recomendado 65

K.3 Protección suplementaria Para la protección en adición a los requerimientos listados en K2, se utiliza la siguiente ecuación:

C=NLTF , Donde: C = concentrado de espuma requerido, en galones (litros). N = tasa de aplicación de solución de espuma en boquilla, en gln por minuto (lpm) L = número de líneas necesarias a 50 gpm(190 lpm) por línea de manguera (ver NFPA 11) T = tiempo de aplicación, en minutos (ver requerimientos de NFPA 11 mostrados en tabla K-3) F = concentrado de espuma, como porcentaje de solución de espuma. La protección suplementaria es adicional a la protección de cámaras de espuma instaladas. Para la NFPA 11, esta no es adicional para los requerimientos de espuma cuando las líneas manuales o monitores son usados en lugar de protección permanentemente instalada. La Tabla K-3 muestra el número de chorros de presión suplementarios de 50 gpm (190 lpm) cada una pedidos en la NFPA 11. Estos están destinados a “primeros auxilios” contra incendios, no a la supresión de incendios provocados por derrames importantes. El tiempo mínimo de operación permite el cálculo de la cantidad total de concentrado de espuma necesaria para utilizar chorros de presión (hose streams) suplementaria.

Tabla K-3 – Chorros de Presión Suplementaria Recomendados por la NFPA 11

Diámetro Mayor de Tanque Chorros de Presión Suplementarios de 50 g/min

(190 l/min) cada uno

Tiempo Mínimo de Funcionamiento en Minutos

Hasta 35 pies (10 m) 1 10

35 a 65 pies (10-20 m) 1 20

65 a 95 pies (20-29 m) 2 20

95 a 120 pies (29-36) 2 30

Más de 120 pies (36 m) 3 30


K.4 EJEMPLOS K.4.1 EJEMPLO 1 K.4.1.1 Declaración del problema Un tanque de techo cónico de 48 pies (15 m) de altura y 60 pies (18 m) de diámetro contiene kerosene con un punto de inflamación de 120 ºF (49 ºC). El tanque está protegido por cámaras de espuma semi fijas permanentemente unidas al casco. En concordancia con NFPA 11 (tal como se muestra en la Tabla K-1) para tanques con protección de incendios semi-fija la tasa de aplicación es 0.1 g/min/ft2 (4 l/min-m2) y la duración de la descarga es 30 minutos. K.4.1.2 Cálculo de Protección Primaria Los requerimientos de protección primara se calculan como sigue:

Tasa de flujo de solución de espuma = área x tasa de aplicación = 2828 ft2 x 0.1 g7min/ft2 = 283 g/min de solución de espuma = 254 m2 x 4 l/min-m2 = 1016 l/min de solución de espuma

Tasa de flujo de concentrado de espuma = 283 galones por minuto a 3 % (0.03) = 283 x 0.03 = 8.5 g/min de concentrado de espuma = 1016 l/min de solución de espuma a 3% (0.03) = 1016 x 0.03 = 30.5 l/min de concentrado de espuma

Suministro de concentrado = 8.5 g/min x 30 minutos = 255 galones = 30.5 l/min x 30 min = 915 l K.4.1.3 Cálculo de Protección Suplementaria

Los requerimientos de protección suplementaria como se indica en la NFPA 11 (y se muestra en la tabla K-2) se calcula como sigue: para un tanque de 60 pies (18 m) de diámetro conteniendo material con un punto de inflamación de 120 ºF (49 ºC) un chorro de presión debe estar disponible de tal manera que pueda suministrar agua a una tasa de 50 g/min (190 l/min) por 20 minutos.

La tasa de flujo del concentrado de espuma = 50 g/min a 3% = 1.5 g/min de concentrado de espuma, o = 190 l/min a 3% = 5.7 l/min de concentrado de espuma

Concentrado de espuma requerido = 1.5 g/min x 20 minutos = 30 galones, o = 5.7 l/min x 20 min = 114 l de concentrado de espuma K.4.1.4 Suministro Total del Sistema El suministro total mínimo requerido de concentrado de espuma para el incidente basado en la NFPA 11, es 255 gal + 30 gal = 285 gal, o 915 l +114 l = 1029 l K.4.2 EJEMPLO 2 K.4.2.1 Declaración del Problema Un tanque de techo cónico de 48 pies (14.5 m) de altura y 60 pies (18 m) de diámetro contiene kerosene con un punto de inflamación de 120 ºF (49 ºC). El tanque es protegido por un monitor boquilla. En concordancia con la NFPA 11 (tal como se muestra en la tabla K-1) la tasa de aplicación es 0.16 g/min/ft2 (6.5 l/min-m2) y la duración de la descarga (tabla K-2) es 50 minutos. K.4.2.2 Protección primaria El requerimiento de protección primaria se calcula como sigue:


La tasa de flujo de solución de espuma = área x tasa de aplicación = 2828 ft2 x 0,16 g/min/ft2 (6,5 l/min-m2) = 453 g/min = 254 m2 x 6,5 l/min-m2= 1651 l/min solución de espuma La tasa de concentrado de espuma = tasa de solución de espuma x% de concentrado = 453 g/min x 0,03= 13,6 g/min, o = 1651 l/min a 3% = 49,5 l/min de concentrado de espuma Suministro de concentrado requerido: = tasa de flujo de concentrado x tiempo = 13,6 g/min x 50 min = 680 gal = 49,5 l/min x 50 min = 2475 l de concentrado de espuma K.4.2.3 Protección suplementaria Acorde a la NFPA 11 ninguna protección suplementaria se requiere cuando se utiliza un monitor (o línea de mangueras) para supresión de incendio en tanque K.4.2.4 Suministro total del sistema El suministro total mínimo de concentrado de espuma requerido para el incidente basado en la NFPA 11 es 680 gal para un tanque de 60 ft de diámetro (2475 l para un tanque de 14,5 m de diámetro). K.4.3 EJEMPLO 3 K.4.3.1 Afirmación del problema Un tanque de techo flotante de 56 ft (17 m) de altura y 150 ft (45,5 m) en diámetro gasolina un punto de inflamación de 45 ºF (7ºC). El tanque no está protegido por un sistema de espuma permanentemente instalado. La supresión será realizada usando monitores portátiles. En concordancia con NFPA 11, la tasa de aplicación es 0,16 g/min/ft2 (6,5 l/min-m2) y la duración de la aplicación es 65 minutos. K.4.3.2 Protección primaria El requerimiento de protección primaria se calcula como sigue: La tasa de flujo de solución de espuma = área x tasa de aplicación = 17,671 ft2 x 0,16 g/min/ft2 (6,5 l/min-m2) = 2827 g/min solución de espuma = 1626 m2 x 6,5 l/min-m2= 10,569 l/min solución de espuma La tasa de concentrado de espuma = 2827 g/min de solución de espuma a 3% = 2827 x 0,03= 85 g/min de concentrado de espuma, = 10569 l/min de solución de espuma a 3% = 317 l/min de concentrado de espuma Suministro de concentrado requerido para protección primaria = tasa de flujo de concentrado x tiempo = 85 g/min x 65 min = 5525 gal de concentrado de espuma = 317 l/min x 65 min = 20,605 litros de concentrado de espuma K.4.3.3 Protección suplementaria Acorde a la NFPA 11 ninguna protección suplementaria se requiere cuando se utiliza un monitor (o línea de mangueras) para supresión de incendio en tanque K.4.3.4 Suministro total del sistema El suministro total mínimo de concentrado de espuma requerido para el incidente, basado en la NFPA 11 es 5525 gal (20,605 l). Pag 70 (80)/95 y ss Apéndice M Flujo de Agua a través de Mangueras y Tuberías en Incendios. Falta traducir pag 75(85)


Definiciones de API RP 2023 -2001 Almacenamiento y Manipulación de Asfaltos E.7 ¿Cuál es la diferencia entre "Frothover", "Slopover" y "Boilover"? Frothover= El sobreflujo (o desbordamiento) de un tanque cuando el agua (o hidrocarburo volátil) hierve bajo (pero cerca) la superficie de un aceite viscoso caliente. Un ejemplo de frothover es cuando un asfalto caliente es cargado en un camión cisterna que contiene algo de agua. El asfalto inicialmente se enfría por contacto con el metal frio, y al principio nada puede ocurrir. Cuando el agua empieza a calentarse lo suficiente para bullir, el vapor generado expandido puede causar un rebosamiento en el carro tanque. Slopover= es relativamente menor al frothing que ocurre cuando el agua es pulverizada en la superficie caliente del petróleo que se está quemando. El petróleo debe ser viscoso y la temperatura del fluido debe exceder el punto de ebullición del agua. Puesto que solo la superficie del petróleo está involucrada, un slopover es una ocurrencia relativamente leve la cual puede ser controlada por una disminución o parada de la aplicación de agua. Boilover= El repentino sobreflujo o eyección del contenido de un tanque de almacenamiento (que contiene una mezcla de hidrocarburo ligero y viscoso) durante un incendio a superficie total debido a una onda de calor (lamina de caliente, aceite pesado) que alcanza el agua o una emulsión agua-aceite en la parte inferior del tanque. (ver apéndice E7 en API 2021) slopover y boilover se refieren a situaciones donde el tanque esta incendiado. K.4 SUPRESION CUANDO EL TECHO TODAVIA ESTA SOBRE EL TANQUE Hay un fuego dentro del tanque con el techo todavía intacto. En esta situación el hacer pasar gas inerte en el espacio de la cabecera del tanque tiene un exitoso logro de supresión. La aplicación de agua de enfriamiento sobre los lados del tanque (y encima) al nivel de la superficie del líquido puede ser beneficioso en reducir la temperatura e inhibir la formación de vapor. K.5 SUPRESION CUANDO EL TECHO ESTA PARCIAL O COMPLETAMENTE FUERA DEL TANQUE En donde la superficie de un combustible pesado está ardiendo (o incendiada) está expuesto a la atmosfera, será necesario enfriar la superficie del combustible en llamas. Primero será necesario permitir la aplicación de una manta de espuma y finalmente suprimir las emisiones de vapor y extinguir el fuego. Una diversidad de enfoques son discutidas en las secciones siguientes. K.5.1 “RODAR EL TANQUE” Si la temperatura en el tanque era la misma en todo antes del fuego, entonces el material debajo de la superficie debe estar más frio que la superficie caliente. Si el tanque incendiado está equipado con mixers puede ser posible “rodar el tanque” para mover el líquido frio de la parte inferior a la parte superior. Este enfoque busca enfriar la superficie ardiente para reducir las emisiones de vapor y por lo tanto inhibir el incendio. Esto puede hacerse concurrentemente con un “enfriamiento con agua pausado” (gentle water-cooling). Este enfoque es solamente apropiado si el tanque contiene material de baja volatilidad (p.ej. no donde el producto almacenado en fuego es un destilado que contiene un “cortado”) . La mezcla mecánico o por aire debe detenerse antes que las actividades principales de supresión de incendios empiecen.


El uso de inyección de aire en la base del tanque ha sido propuesto como un enfoque para “rodar un tanque” el cual no tiene mixers, pero es “intrincado” ya que el aire fomenta la combustión. K.5.2 USO DE AGUA Y ESPUMA EN CUALQUIER TANQUE

Un incendio donde la temperatura de la masa del combustible de hidrocarburo que combustiona está por encima del punto de ebullición del agua es un cambio significativo. La NFPA 11 advierte acerca de aplicar flujos portátiles de espuma a materiales de alta viscosidad calentados por encima de 200 ºF (93.3ºC). Ellos anotan “Se debe utilizar el buen juicio en la aplicación de espuma para tanques que contienen aceites calientes, asfaltos en llamas, o líquidos ardientes con un punto de ebullición por encima del punto de ebullición del agua. Aunque el contenido de agua relativamente bajo de las espumas puede beneficiar el enfriamiento de tales combustibles a una velocidad lenta, esta puede causar también violentos frothing y slopover del contenido del tanque”

Algunos especialistas contra incendios de tanques recomiendan que cualquier sistema fijo o semifijo unido al tanque y que pudiera proporcionar espuma directamente al líquido en la cabecera de los tanques de aceite pesado deben ser retirados o cegados para prevenir una inapropiada aplicación de espuma. Si la espuma es aplicada bajo un techo todavía parcialmente adherido al tanque, la formación de vapor podría volar el techo libre del recipiente en un incidente incontrolado.

Cuando la reacción de frothover debida a la aplicación inicial de agua de enfriamiento disminuye, la aplicación de espuma puede intentarse. Es necesario que haya suficiente corte para la espuma una vez que la aplicación ha comenzado. Uno o más “slopovers” se deben esperar y un incremento en el espacio en el tanque ayudara a minimizar la cantidad de material eyectado. Si el agua es aplicada incrementalmente en una secuencia de pulsos o “por lotes” (batched) entonces hay alguna medida de control sobre la cantidad de slopover al juzgar por la reacción y el ajuste del flujo de agua consecuentemente. (De hecho, si el control del fuego está siendo logrado con la aplicación juiciosa de agua entonces la espuma puede no ser necesaria.

Cuidado extremo debe ejercerse cuando se considera el bombeo de material del tanque incendiado a otro tanque de almacenamiento. Se requiere un cuidadoso monitoreo de la temperatura para asegurar que los productos no sean transferidos al tanque a una temperatura la cual crearía un potencial problema de boilover, slopover, o frothover en otro tanque. La volatilidad y la potencial presencia de agua en el tanque recibidor son consideraciones esenciales. K.5.3 USO DE AGUA Y ESPUMA EN TANQUES PEQUEÑOS

Básicamente los especialistas en supresión de fuegos sugieren intentar una variedad de enfoques para obtener agua contraincendios aplicada suavemente a la superficie para enfriamiento seguido por un ataque de espuma al tanque. Es necesario hacer un buen juicio para evitar una aplicación temprana excesiva. (Ver “Lecciones Aprendidas” en el Apéndice D.3 donde el uso de torres de espuma después de un pre incendio tuvo un dramático e indeseable efecto).

Un enfoque potencial es aplicar agua pulverizada a una velocidad inicial baja (comparable a una lluvia suave) con la intención de enfriar la parte superior de la superficie; monitores de mayor capacidad para construir esta “cortina de agua”. El pequeño tamaño de las gotitas y la baja velocidad de aplicación del agua deben significar bajas velocidades de evaporación de la superficie y menor potencial de slopover. Esto puede lograrse con patrones de pulverización de amplio ángulo produciendo pequeñas gotas. En el pasado algún éxito ha sido realizado en tanques pequeños haciendo pasar lentamente corrientes de agua de lado a lado (a partir de la superficie del tanque, que avanza a través del ancho de tanque por otra parte fuera de la superficie) permitiendo que el agua en forma de gotas enfríe la superficie, a


continuación repetir suficientes veces hasta que parezca haber enfriado lo suficiente la superficie, para iniciar la aplicación de espuma.

Cuando el frothing o slopover resultante de la aplicación de agua dulce parecen relativamente tranquilos entonces la aplicación de espuma a tasas normales puede iniciarse. Una relación de expansión relativamente baja probablemente será requerida para alcanzar la superficie a través de corrientes térmicas ascendentes, mientras tasas de expansión mayores pueden suministrar el enfriamiento necesario con un menor slopover.

Este enfoque general se ha “probado exitosamente” en tanques pequeños (hasta 80 pies de diámetro).

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