cÁmara de espuma - info.pdf
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UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
Decanato de Estudios Profesionales
Coordinación de Ingeniería Mecánica
EVALUACIÓN HIDRÁULICA DEL SISTEMA DE ESPUMA CONTRA INCENDIO
DE LA ESTACIÓN PRINCIPAL DE SINCOR
Por:
JORGE LUIS CASTELLANOS DÍAZ
Sartenejas, Octubre de 2007
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
Decanato de Estudios Profesionales
Coordinación de Ingeniería Mecánica
EVALUACIÓN HIDRÁULICA DEL SISTEMA DE ESPUMA CONTRA INCENDIO
DE LA ESTACIÓN PRINCIPAL DE SINCOR
Por:
JORGE LUIS CASTELLANOS DÍAZ
Realizado con la asesoría de:
Prof. Armando Blanco
Ing. María Stella García
INFORME FINAL DE PASANTÍA
Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar como requisito parcial para
optar al título de Ingeniero Mecánico
Sartenejas, Octubre de 2007
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
Decanato de Estudios Profesionales
Coordinación de Ingeniería Mecánica
EVALUACIÓN HIDRÁULICA DEL SISTEMA DE ESPUMA CONTRA
INCENDIO DE LA ESTACIÓN PRINCIPAL DE SINCOR
PROYECTO DE GRADO presentado por
JORGE LUIS CASTELLANOS DÍAZ
REALIZADO CON LA ASESORIA DE Prof. Armando Blanco
RESUMEN
En este estudio se evaluó el Sistema de Espuma Contra Incendio de la Estación Principal de SINCOR realizado un modelo computacional con el software “Fathom® v.5.0” para análisis de flujo en sistemas de tuberías, simulando los eventos de incendio que involucran la respuesta automática del sistema de fuego y gas de la planta. El modelo incluye la estación de bombas de concentrado, la red de distribución de concentrado y sistemas de descarga de espuma (diluvios de espuma y los monitores de agua/espuma). Los eventos de incendio simulados incluyen la activación de los sistemas de diluvio de espuma ubicados en las zonas 2, 3, 6, 7 y 8 de la Estación Principal (considerados en el diseño del sistema de espuma contra incendio), para los cuales se comprobó una adecuada capacidad de almacenamiento de concentrado y de descarga de espuma, aunque con una capacidad de bombeo insuficiente. Adicionalmente en el análisis se consideraron dos eventos para los cuales no fue diseñado el sistema de espuma contra incendio, los eventos de incendio en el dique de contención de los tanques de crudo y diluente con una baja probabilidad de ocurrencia, encontrándose una insuficiencia de volumen de concentrado de espuma. Como parte del estudio se verificaron las condiciones de operación del sistema para corroborar los valores del modelo, encontrándose que el sistema se encuentra funcionando a una presión superior a la máxima permitida.
Palabras Claves: Concentrado, Diluvio, Espuma, Incendio
Aprobado con mención: ______________
Postulado para el premio: _____________
Sartenejas, Octubre de 2007
AGRADECIMIENTOS
A la Universidad Simón Bolívar y todas las personas que durante la
estadía en la universidad contribuyeron a mi formación profesional.
A la empresa SINCOR por la oportunidad que me brindó para la
realización de este proyecto, especialmente a los integrantes del departamento
de ingeniería de proyectos por el apoyo brindado para la concretación del
presente proyecto.
De igual manera, agradezco al personal que labora en el Departamento
de Tuberías, Proceso, Electricidad, Civil e Instrumentación de SINCOR por la
ayuda prestada.
A mis tutores Ing. Maria Stella García y Prof. Armando Blanco por el
excelente asesoramiento técnico y apoyo incondicional que permitió la
culminación del presente proyecto.
De igual forma, agradezco el apoyo incondicional de mi familia y mis
amigos; sin ustedes no hubiese sido posible la culminación de esta etapa.
ÍNDICE GENERAL
CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN ............................................................................ 1
1.1 Introducción .............................................................................................. 1
1.2 Justificación del Trabajo............................................................................ 2
1.3 Ubicación Geográfica................................................................................ 3
1.3 Proceso de mejoramiento primario realizado en la EP ............................. 3
CAPÍTULO 2. OBJETIVOS.................................................................................... 8
2.1 Objetivo General ....................................................................................... 8
2.2 Objetivos Específicos................................................................................ 8
CAPÍTULO 3. FUNDAMENTOS TEÓRICOS....................................................... 10
3.1 Definiciones ............................................................................................ 10
3.2 Espuma como agente de extinción y control de Incendios ..................... 12
3.2.1 Fuego y clases de fuego .................................................................... 12
3.2.2 Formación de la Espuma.................................................................... 14
3.2.3 Características del Concentrado de Espuma ..................................... 14
3.3 Sistema Contra Incendio......................................................................... 15
3.3.1 Sistema de Agua Contra Incendio...................................................... 21
3.3.2 Sistema de Espuma Contra Incendio ................................................. 21
3.3.2.1 Tanque de almacenamiento de concentrado .............................. 22
3.3.2.2 Estación de bombas de concentrado de espuma........................ 23
3.3.2.3 Red de distribución de concentrado de espuma ......................... 25
3.3.2.4 Proporcionador en línea de presión balanceada......................... 26
3.3.2.5 Sistemas de diluvio de Espuma .................................................. 29
3.3.2.6 Monitores de agua/espuma......................................................... 30
3.4 Programa AFT Fathom® para Análisis de Sistemas de Flujo en
Tuberías............................................................................................................ 32
CAPÍTULO 4. METODOLOGÍA........................................................................... 38
4.1 Revisión bibliográfica e inspección del sistema ...................................... 38
ii
4.2 Simulación de Eventos............................................................................ 40
4.3 Premisas utilizadas en el modelo............................................................ 45
4.4 Cálculos de los requerimientos mínimos de solución de espuma de la
EP ................................................................................................................ 47
4.5 Prueba de Medición de presión en línea de concentrado ....................... 49
CAPÍTULO 5. RESULTADOS DEL ESTUDIO DEL SECI DE LA EP ................. 53
5.1 Resultados de las simulaciones.............................................................. 53
5.1.1 Resultados de las simulaciones de los Eventos de Incendio en las
bombas P-1001 A/B/E del Tren de Producción A, ubicadas en la Zona 2 .... 53
5.1.2 Resultados de las simulaciones de los Eventos de Incendio en las
bombas P-1001 C/D/F del Tren de Producción B, ubicadas en la Zona 3 .... 55
5.1.3 Resultados de las simulaciones de los Eventos de Incendio en el
Tanque T-1101, ubicado en la Zona 6 .......................................................... 57
5.1.4 Resultado de las simulaciones de los eventos de incendio en las
bombas P-1002 A/B/S, P-1101 A-D y P-1006 A/B/C, ubicadas en la Zona 7 59
5.1.5 Resultados de las simulaciones de los Eventos de Incendio en el
Tanque T-1002, ubicado en Zona 8 .............................................................. 60
5.2 Requerimientos de solución de espuma para la protección de los equipos
comprendidos de las zonas 1 hasta 10 de la EP............................................... 62
5.3 Resultados de la prueba de medición de presión en línea de
concentrado ...................................................................................................... 64
CAPÍTULO 6. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DEL ESTUDIO DEL SECI DE
LA EP................................................................................................................... 65
6.1 Análisis de los eventos simulados de incendio en las zonas 2 y 3 para el
diluvio de espuma de las bombas P-1001 A/B/E y P-1001 C/D/F ..................... 65
6.2 Análisis de los eventos de incendio simulados en la Zona 7 para el
diluvio de espuma de las bombas P-1002 A/B/S, P-1101 A-D y P-1006 A/B/C. 66
6.3 Análisis de los eventos de incendio considerados en la Zona 6 y Zona 8
de la EP, para los tanques T-1101 y T-1002 ..................................................... 69
iii
6.4 Análisis de los requerimientos de solución de espuma necesaria para la
protección de los equipos de las zonas de fuego 1 hasta 10 ............................ 73
6.5 Análisis de los resultados obtenidos en la prueba de medición de la
presión en la línea de concentrado.................................................................... 74
6.6 Verificación de los materiales del SECI .................................................. 78
CAPÍTULO 7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES................................ 80
REFERENCIAS.................................................................................................... 83
ANEXOS .............................................................................................................. 85
Anexo A. Zonas de Fuego de la Estación Principal ........................................... 86
Anexo B. Catálogos ........................................................................................... 95
Anexo C. Cálculo NPSH de las bombas.......................................................... 100
Anexo D. Cálculo diámetro de las placas orificios de los tanques T-1002 /
T-1101 ............................................................................................................. 102
Anexo E. Cálculo volumen inicial y total de concentrado necesario para el caso
1 de los tanques T-1002 / T-1101.................................................................... 103
Anexo F. Boletín Técnico Corporación ANSUL. Materiales aceptados para la
construcción y uso con concentrados de espuma ........................................... 104
iv
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1: Ubicación geográfica del complejo.......................................................... 3
Figura 2: Trampa de gas D-1001 A/B..................................................................... 5
Figura 3: Hornos Calentadores de Crudo H-1001 A/B ........................................... 5
Figura 4: Separador de Alta Temperatura D-1007 A/B .......................................... 6
Figura 5: Deshidratador D-1004 C/D...................................................................... 6
Figura 6: Principio de operación de la espuma .................................................... 13
Figura 7: Características del concentrado utilizado en la EP ............................... 15
Figura 8: Ubicación espacial de las diferentes áreas de la EP............................. 16
Figura 9: Estación de bombas de Agua Contra Incendio ..................................... 21
Figura 10: Componentes del SECI....................................................................... 22
Figura 11: Tanque de almacenamiento de Concentrado de Espuma .................. 23
Figura 12: Estación de bombas de Concentrado ................................................. 24
Figura 13: Sistema de Proporcionador en Línea de Presión Balanceada ............ 26
Figura 14: Presión mínima de trabajo de los proporcionadores de concentrado de
espuma ................................................................................................................ 27
Figura 15: Caída de presión en los proporcionadores de concentrado de
espuma ................................................................................................................ 28
Figura 16: Monitor 1000 gpm con descarga de agua/espuma ............................. 31
Figura 17: Monitores de 500 gpm con descarga de agua/espuma....................... 32
Figura 18: Diagrama causa-efecto correspondiente a la zona 2 .......................... 44
Figura 19: Punto de instalación y medición de la presión en la línea de
concentrado utilizado en la prueba....................................................................... 51
Figura 20: Esquema de instalación de los componentes para la prueba ............. 51
Figura 21: Visualización del sistema de rociadores de espuma de la zona 2 ...... 53
Figura 22: Visualización del sistema de rociadores de espuma de la zona 3 ...... 55
v
Figura 23: Visualización de las cámaras de espuma Tanque T-1101, ubicadas en
zona 6 .................................................................................................................. 57
Figura 24: Visualización del sistema de rociadores de las bombas P-1002, P-1101
y P-1006, ubicadas en la Zona 7.......................................................................... 59
Figura 25: Visualización de las cámaras de espuma del Tanque T-1002, ubicadas
en Zona 8 ............................................................................................................. 61
Figura 26: Prueba de medición de presión en línea de concentrado ................... 64
Figura 27: Presión en la línea de distribución de solución de espuma en el diluvio
de la zona 7.......................................................................................................... 69
Figura 28: Presión en la descarga de las bombas de concentrado de espuma
durante la prueba ................................................................................................. 76
Figura 29: Lectura de presión línea de concentrado con Bomba Jockey activa... 78
vi
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1: Clases de Fuego .................................................................................... 13
Tabla 2: Guía para selección del Concentrado de Espuma ................................. 15
Tabla 3: Sistemas de detección/protección de los equipos por zona de fuego .... 18
Tabla 4: Tipos de proporcionadores..................................................................... 28
Tabla 5: Equipos protegidos por diluvios de espuma........................................... 30
Tabla 6: Eventos simulados ................................................................................. 41
Tabla 7: Tasas de aplicación de solución de espuma.......................................... 47
Tabla 8: Protección adicional con mangueras...................................................... 49
Tabla 9: Materiales utilizados en la instalación del manómetro para la realización
de la prueba ......................................................................................................... 50
Tabla 10: Zona 2, presión y caudal de descarga para sistema de rociadores de
espuma en bombas P-1001 A/B/E ....................................................................... 54
Tabla 11: Zona 3, presión y caudal de descarga para sistemas de rociadores de
espuma en bombas P-1001 C/D/F ....................................................................... 56
Tabla 12: Zona 6, presión y caudal en la descarga de las cámaras de espuma del
tanque T-1101...................................................................................................... 58
Tabla 13: Zona 6, presión residual en monitores de espuma caso 2 ................... 58
Tabla 14: Zona 7, presión y caudal de descarga en el sistema de rociadores de
espuma ................................................................................................................ 60
Tabla 15: Zona 8, presión y caudal en la descarga de las cámaras de espuma del
tanque T-1002...................................................................................................... 61
Tabla 16: Zona 8, presión residual en monitores de espuma caso 2 ................... 62
Tabla 17: Zona 8, presión residual en monitores de espuma caso 3 ................... 62
Tabla 18: Solución de espuma necesaria para la protección de los equipos de la
EP ........................................................................................................................ 63
Tabla 19: Presión estática en el monitor FN-03 ................................................... 64
vii
Tabla 20: Zona 7, valor propuesto de presión y caudal de descarga para sistema
de rociadores de espuma..................................................................................... 68
Tabla 21: Volumen de concentrado necesario para cubrir los eventos de incendio
en tanques T-1002 y T-1101 ................................................................................ 73
Tabla 22: Materiales para tuberías Norma COVENIN 1376:1999........................ 79
viii
NOMENCLATURA
Ac = Área de cobertura en m² [pie²].
DCO= Crudo diluido.
DN = Diámetro nominal en pulgadas.
EP = Estación Principal de SINCOR.
Qa = Requerimiento de agua en m³ [gal].
Qe = Requerimiento de concentrado en m³ [gal].
SCI = Sistema Contra Incendio.
SECI = Sistema de Espuma Contra Incendio.
SINCOR= SinCrudos de Oriente C.A.
Ta = Tasa de Aplicación de solución agua–concentrado en 2
3
hxm
m
2pie
gpm.
Td = Duración de la descarga en h [min].
%a = Porcentaje de agua en la solución agua–concentrado.
%e = Porcentaje de concentrado en la solución de agua-concentrado.
CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN
1.1 Introducción
Sincrudos de Oriente C.A. (SINCOR) es una
operadora petrolera conformada por la estatal venezolana PDVSA (con una
participación de 60%), TOTAL de Francia (con 30,3%) y Statoil de Noruega (con
9,7%), dedicada a la explotación, extracción, producción y comercialización de
crudo.
La empresa produce 200.000 barriles diarios (200 MBD) de crudo
extrapesado de 8° API provenientes de la Faja del Orinoco, y los mejora en 180
MBD de “Zuata Sweet”, un crudo liviano y dulce de 30-32° API. Durante el
proceso de mejoramiento, se obtienen a diario 900 toneladas de azufre y 6 mil
toneladas de coque, que son colocadas en los mercados internacionales.
La Estación Principal (EP) de SINCOR cuenta con equipos requeridos para
el tratamiento primario del crudo. El crudo es separado del gas y estabilizado a
0,79 bar de presión de vapor Reid (RVP), y el contenido de agua es reducido a
menos del 2%. La gravedad API de este crudo es ajustada con la incorporación
de diluente hasta alcanzar una gravedad API de 17°, con lo cual esta apto para
ser bombeado por la línea de exportación de crudo. La EP cuenta con turbinas a
gas para la generación de energía, generadores diesel de respaldo, servicios de
aire utilitario y de instrumentación, gas combustible, agua utilitaria, agua potable,
agua contra incendio y de producción.
En SINCOR garantizar la seguridad es primordial, tanto de las personas
que laboran en ella como de los equipos utilizados para el tratamiento primario del
crudo. Entre los equipos encontramos recipientes a presión, tambores
separadores, tanques de almacenamiento de crudo diluido / Diluente (Nafta),
intercambiadores de calor de tubo y coraza, bombas para manejo de crudo,
diluente y agua de proceso.
2
Los equipos son protegidos mediante el monitoreo de las condiciones o
valores de las variables de operación durante el proceso productivo, contando
adicionalmente con un Sistema de Detección de Fuego y Gas responsable de
activar los sistemas de contingencia de procesos y de extinción de incendio,
conocido como Sistema Contra Incendio (SCI).
La protección contra incendio se realiza mediante la supervisión de los
detectores de fuego, calor y gas de la EP, continuamente monitoreado desde la
Sala de Control, activándose la descarga de agua o espuma al ocurrir un incendio
en los equipos protegidos.
En el presente trabajo se verificaron los sistemas de descarga de espuma
de la EP con la simulación de eventos de incendio en las diferentes áreas de
procesos. Se verificaron tres parámetros: tiempo, caudal y presión de descarga de
la solución de espuma. Los valores obtenidos en las simulaciones se compararon
con los valores de diseño de la EP, así como con los valores de presión de
operación del sistema.
1.2 Justificación del Trabajo
El crecimiento de las actividades productivas llevadas a cabo por SINCOR
(como la ampliación de la producción con la construcción de un tercer tren de
mejoramiento primario del crudo, las modificaciones de los sistemas existentes, el
nuevo proyecto de gas entre otros) conlleva necesariamente a la ampliación de la
EP, demandando la ampliación de los sistemas de protección, siendo el SCI uno
de ellos.
El SCI cuenta con dos subsistemas; el Sistema de Agua Contra Incendio y
el Sistema de Espuma Contra Incendio. El sistema de protección contra incendio
de la EP debe adecuarse a éstas nuevas necesidades cumpliendo con la
descarga de agua y/o espuma requerida. Para realizar las ampliaciones de estos
sistemas, se requiere conocer las condiciones de operación del sistema existente,
en especial la presión y caudal de operación, así como su autonomía a la hora de
extinguir un incendio. Por ello, surge la necesidad de conocer las condiciones de
3
operación del SCI, contemplándose la realización del presente proyecto de
construcción de un modelo del SECI con un software especializado para el
análisis de flujo en sistemas de tuberías que permite simular los eventos de
incendio en la EP, siendo posible evaluar la operación del sistema actual y las
modificaciones a realizarse en éste.
1.3 Ubicación Geográfica
SINCOR opera en el estado Anzoátegui, ocupando una extensión de 504
kilómetros cuadrados distribuidos entre la zona de producción del crudo, en la
parte sur-occidental del estado, y las facilidades de mejoramiento ubicadas en el
complejo industrial petroquímico y petrolero “General de división José Antonio
Anzoátegui”, en Jose, al norte del mismo estado. A su vez, Zuata y Jose están
interconectadas por dos oleoductos, uno para el transporte de crudo y otro para el
transporte de diluente. La EP de SINCOR se encuentra ubicada en San Diego de
Cabrutica (ver Figura 1: Ubicación geográfica del complejo).
Figura 1: Ubicación geográfica del complejo
1.3 Proceso de mejoramiento primario realizado en la EP
El proceso de producción consta de dos fases: la fase de extracción y
producción donde se extrae el crudo con la inyección de nafta enviándose a
4
través de oleoductos a la EP; y la fase de tratamiento donde el DCO que llega a la
EP es estabilizado y deshidratado.
El proceso productivo de SINCOR comienza con la extracción y producción
del crudo en las macollas. Esta extracción se lleva a cabo a través de pozos
horizontales, donde el crudo es desplazado por medio de bombas de cavidad
progresiva (BCP).
Debido a la alta viscosidad del crudo de la faja (8 °API) se inyecta nafta
(47°API) en el pozo y en la descarga de las BCP´s para aumentar su movilidad y
facilitar su transporte. La mezcla producida (DCO) en cada pozo pasa a un
cabezal donde se recogen todos los aportes de las macollas, enviándose
mediante bombas multifásicas hasta la EP. Esta mezcla DCO con 17°API con un
contenido de agua de aproximadamente 10% (basado en el contenido neto de
crudo) es la materia de la fase de tratamiento.
La fase de tratamiento se lleva a cabo en la EP. Aquí se acondiciona el
DCO para cumplir los requerimientos de exportación (PVR < 0.79 barg y
contenido de agua no mayor al 2%). La carga de DCO es separada en dos
corrientes que cruzan dos trenes de producción, donde se realiza el mismo
proceso de tratamiento.
Primeramente, se separa el gas asociado que llega con el DCO a baja
temperatura en el equipo D-1001A/B (ver Figura 2: Trampa de gas D-1001 A/B)
que opera entre 25-50 °C y 3.5-8.5 barg, el cuál además permite homogenizar la
alimentación proveniente de las macollas. El gas que se separa en este equipo
surte el sistema de gas combustible que alimenta tanto a los hornos como a los
generadores de electricidad.
5
Figura 2: Trampa de gas D-1001 A/B
Posteriormente, se calienta el DCO para prepararlo para la separación de
alta temperatura, pasando por dos intercambiadores de tubo y coraza (E-1001
A/B/C/D) que usan el agua caliente separada en los deshidratadores para
aumentar la temperatura del crudo y cuatro intercambiadores de placa (E-1003 A-
H) que utilizan el DCO deshidratado como fluido de calentamiento.
Luego, la carga se hace pasar por un horno H-1001 A/B (ver Figura 3:
Hornos Calentadores de Crudo H-1001 A/B) que utiliza el mismo gas separado
como combustible (este horno ante cualquier déficit de gas puede operar también
con diesel o Nafta).
Figura 3: Hornos Calentadores de Crudo H-1001 A/B
6
Al salir de los hornos, la temperatura del DCO alcanza entre 140-155°C
que permite la separación de los compuestos livianos en el separador de alta
temperatura D-1007A/B (ver Figura 4: Separador de Alta Temperatura D-1007
A/B), con una presión de operación alrededor de 3.5 - 4.2 barg. Con estas
condiciones se remueven suficientes vapores para reducir la PVR a cerca de 0.5
barg, asegurándose que el crudo no libere vapores al ser almacenado en los
tanques ubicados en la estación de bombeo Zuata (ZPS).
Figura 4: Separador de Alta Temperatura D-1007 A/B
Por último, se remueven los sedimentos y el agua del crudo mediante la
aplicación de una corriente eléctrica en los D-1004 C/D (ver Figura 5:
Deshidratador D-1004 C/D). Estos equipos operan entre 140-155 °C y 6.0-10.0
barg y se encuentran diseñados para reducir el contenido de agua a menos del
2% (especificación máxima requerida para la exportación).
Figura 5: Deshidratador D-1004 C/D
7
Cumplidos con los requerimientos para su exportación, el DCO pasa por
las bombas de exportación de crudo P-1002 A/B/S con las cuales se envía a los
tanques de almacenamiento de la ZPS ubicada en Pariaguan, Edo. Anzoátegui.
Estos tanques, son los responsables de suministrar la materia prima para los
procesos de mejoramiento que se llevan a cabo en el Complejo José Antonio
Anzoátegui.
CAPÍTULO 2. OBJETIVOS
En este capítulo se mencionan los objetivos planteados para la realización
del presente estudio, señalándose primeramente el objetivo general y
posteriormente los objetivos específicos.
2.1 Objetivo General
Construir un modelo del SECI que permita simular los eventos de incendio
y evaluar la operación del sistema de protección de la EP de SINCOR, ubicada en
San Diego de Cabrutica Estado Anzoátegui, mediante la verificación de la tasa de
descarga de solución de espuma, puntos críticos por presión y velocidad.
2.2 Objetivos Específicos
Los objetivos específicos se enumeran a continuación:
• Construir el modelo del sistema de bombeo y distribución del concentrado
de espuma de la red principal del sistema contra incendio, permitiendo
conocer la presión, el caudal y la velocidad en cualquier punto de la red
en condiciones de régimen estacionario.
• Determinar la demanda de solución de espuma de cada evento en
particular de las diferentes zonas de incendio de la EP.
• A partir del punto anterior, se puede determinar el evento mayor del
Sistema de Espuma Contra Incendio de la EP, definido como el evento con
el máximo consumo de espuma contra incendio.
• Verificar que la capacidad de almacenamiento del concentrado de espuma
disponible en la EP está correctamente dimensionado para cubrir el
incendio mayor.
9
• Evaluar mediante el cálculo hidráulico si existen puntos críticos por presión
o por caudal en la red contra incendio de espuma.
• Evaluar mediante el cálculo hidráulico el comportamiento de sistema de
bombeo de la red de espuma.
CAPÍTULO 3. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
En este capítulo se presentan los fundamentos teóricos utilizados para el
desarrollo del presente proyecto. Primero se presentan las definiciones de los
términos relevantes más utilizados, para luego explicar el concentrado de espuma
utilizado en la EP, el SCI de la EP y el software utilizado para modelar el SECI.
3.1 Definiciones
1. Concentrado de Espuma: un agente espumante suministrado en forma
líquida por el fabricante, utilizado en la generación de la espuma contra
incendio.
2. Densidad Agua-Espuma: Tasa de aplicación de la solución Agua-Espuma
por unidad de área [l/min/m² (gpm/pie²)](NFPA 16, 2007).
3. Espuma: Capa homogénea estable, formada por pequeñas burbujas
obtenidas mediante la mezcla de aire en una solución de agua y
concentrado de espuma a través de equipos especialmente diseñados. Se
clasifican en alta expansión (factor expansión mayor 200), Media
expansión (factor de expansión entre 20 y 200) y Baja expansión (factor de
expansión máximo de 20).
4. Espuma de Película Acuosa (AFFF): Espuma lograda a partir de un
concentrado sintético de surfactantes fluorados y aditivos estabilizadores,
que permite formar una película acuosa sobre la superficie del combustible,
la cual suprime la generación de vapores.
5. Estación Manual de Alarma: Dispositivo formado por elementos mecánicos
y eléctricos debidamente montados en una caja metálica cerrada, que al
ser operada manualmente, permite transmitir una señal de alarma al
tablero central de control.
11
6. Evento: Suceso que envuelve el comportamiento de un equipo, una acción
humana o un agente o elemento externo al sistema y que causa desviación
de su comportamiento normal (IR-S-00, 1996).
7. Líquidos Combustibles: líquidos con punto de inflamación igual o mayor
que 37,8°C (100°F) (NFPA 11, 2005).
8. Líquidos Inflamables: Líquidos con punto de inflamación inferior a 37,8 °C
(100 °F) y una presión de vapor absoluta que no exceda 277 kPa (40
lbs/pul²), a 37,8 °C (100 °F), subdivididos de la siguiente forma (IR-S-
00,1996):
a. Clase I: Incluye los líquidos con punto de inflamación menor que
37,8 °C (100 °F).
i. Clase IA: Líquidos con punto de inflamación menor que 22,8
°C (73 °F) y punto de ebullición menor que 37,8 °C (100 °F).
ii. Clase IB: Líquidos con punto de inflamación menor que 22,8
°C (73 °F) y punto de ebullición mayor o igual que 37,8 °C
(100 °F).
iii. Clase IC: Líquidos con punto de inflamación mayor o igual a
22,8 °C (73 °F) y menor que 37,8 °C (100 °F).
9. Monitor: Dispositivo fijo, portátil o móvil, de accionamiento manual, remoto
o automático, diseñado para descargar un caudal de agua o espuma en
forma de chorro directo o neblina.
10. Presión Residual: Presión existente en un determinado punto de la red de
agua contra incendios, en condiciones de flujo en la red.
11. Proporcionador: Equipo diseñado para dosificar de forma continúa la
cantidad de concentrado requerido en una corriente de agua, para formar
la solución de espuma ó solución de agua-concentrado (IR-S-00,1996).
12
12. Punto de inflamación (flash point): Temperatura mínima a la cual un líquido
desprende vapores en concentración suficiente, para formar con el aire una
mezcla inflamable cerca de la superficie del líquido, en donde la
combustión de la mezcla sólo se mantendría, si permanece una fuente de
ignición en la superficie del líquido (API 2218, 1999).
13. Radio de Expansión: es la relación entre el volumen final de espuma con
respecto al volumen inicial de la solución.
14. Rebosamiento Violento de un Líquido por Ebullición: Evento que ocurre en
el transcurso de un incendio de larga duración en un tanque de
almacenamiento de crudo, u otros productos de amplio rango de puntos de
ebullición. Consiste en la ebullición instantánea del agua normalmente
presente en el fondo de un tanque y la expulsión violenta de su contenido,
debido al avance de una onda calórica desde la superficie del producto
incendiado, hacia el fondo del tanque (IR-S-00, 1996).
15. Rociador: Dispositivo conectado a un ramal de tubería, por medio del cual
se logra la aspersión del agua o espuma, el cual puede estar diseñado
para abrirse automáticamente por la operación de un elemento fusible, o
tener el orificio de descarga siempre abierto.
16. Solución agua–concentrado (ó Solución de Espuma): Mezcla homogénea
lograda a través de la adecuada dosificación de agua y concentrado de
espuma (IR-S-00, 1996).
3.2 Espuma como agente de extinción y control de Incendios
3.2.1 Fuego y clases de fuego
La combustión se produce cuando el combustible reacciona
exotérmicamente con un agente oxidante (aire) formándose productos de
combustión (principalmente dióxido de carbono y agua) y energía en forma de
calor y luz (Fuego).
13
Existen cuatro clases principales de fuego (NFPA 16, 2007), las cuales se
describen en la Tabla 1: Clases de Fuego.
Tabla 1: Clases de Fuego
Clases de Fuego Descripción
Clase A Incendio de materiales ordinarios, como madera, telas, papel y la mayoría de los plásticos.
Clase B Incendio en gases, líquidos inflamables o combustibles, grasas de petróleos, crudo, aceite, pinturas basadas en aceite, alcoholes y solventes.
Clase C Incendio originado en equipos energizados eléctricamente, cuyo agente de extinción debe ser no conductor de la electricidad para la seguridad del operador.
Clase D
Incendio en ciertos combustibles metálicos como magnesio, titanio, zirconio, sodio, potasio, etc., los cuales requieren un agente que absorba el calor generado y no reaccione con el metal combustible.
Las espumas en general son utilizadas en los casos que involucran la
extinción de incendios de clase B, siendo su principio de operación cubrir la
superficie libre del combustible en su totalidad, separando el combustible del
agente oxidante, imposibilitando la creación del fuego (ver Figura 6: Principio de
operación de la espuma).
Figura 6: Principio de operación de la espuma
La espuma consiste en un conjunto de pequeñas burbujas estables de
densidad menor a la correspondiente al agua y el aceite, que poseen suficiente
cohesión entre ellas para cubrir superficies horizontales.
14
3.2.2 Formación de la Espuma
La espuma se genera a partir de una solución de agua y concentrado de
espuma, la cual es aireada en los diferentes dispositivos de descarga o, en
algunos casos, mediante la inyección de aire en la tubería. Entre los dispositivos
de descarga existen los monitores, rociadores y cámaras de espuma.
Actualmente existen diferentes tipos de concentrado de espuma, entre los
cuales se destacan los siguientes concentrados (NFPA 11, 2005):
• Concentrado Espuma Resistente a los Alcoholes (ARC).
• Concentrado Espuma Proteínico.
• Concentrado de Espuma Fluroproteínico.
• Concentrado de Espuma de Media y Alta expansión.
• Concentrado de Espuma Sintético.
• Concentrado de Espuma formador de película acuosa (AFFF)
El concentrado utilizado en la EP es tipo AFFF, los cuales están basados
en surfactantes fluorizados más estabilizadores y usualmente es diluido al 1%, 3%
y 6% en volumen de agua. La película acuosa es producida por los surfactantes,
reduciendo la tensión superficial de la solución de espuma a un punto donde la
solución pueda ser soportada por la tensión superficial del combustible, siendo
más efectiva en combustibles con tensión superficial más elevada.
3.2.3 Características del Concentrado de Espuma
La espuma utilizada en la EP es generada a partir de una solución de
espuma con 3% de concentrado tipo AFFF y 97% de agua en proporción de
volumen, de baja expansión, modelo AFC-3A de la corporación ANSUL® con las
características mencionadas en la Figura 7: Características del concentrado
utilizado en la EP.
15
Figura 7: Características del concentrado utilizado en la EP
Este concentrado fue diseñado especialmente para su uso en generación
de espuma para la extinción de fuegos clase B, donde el combustible es basado
en hidrocarburos con una baja solubilidad en agua (crudos, aceites, combustibles
diesel, gasolinas, combustible de aviones, entre otros).
El principal fluido manejado en los equipos en la EP es crudo diluido(DCO),
pero además se maneja diluente y agua de proceso. Según la Tabla 2: Guía para
selección del Concentrado de Espuma (IR-M-04, 1996), la utilización de
concentrado AFFF para la protección de hidrocarburos líquidos es recomendada
con la descarga mediante cámaras en el tope, inyección superficial, monitores y
mangueras. La EP cuenta con monitores, cámaras de espuma y sistemas de
rociadores para la descarga de la espuma AFFF al 3%.
Tabla 2: Guía para selección del Concentrado de Espuma Productos y métodos de aplicación
Hidrocarburos Líquidos Solventes Polares Tipo de
Concentrado Cámaras en el tope
Inyección bajo
Superficie
Monitor o Manguera
Cámaras en el tope
Inyección bajo
Superficie
Monitor o Manguera
Fluoroproteínica R R R N.A N.A N.A
Espuma de Película
Acuosa(AFFF) R R R N.A N.A N.A
Universal R.L. R.L. R.L. R.L. N.A. R.L.
Alcohol N.A. N.A. N.A. R N.A. R R= Recomendada. N.A.= No Aplica. R.L.= Recomendada con limitaciones
3.3 Sistema Contra Incendio
El Sistema Contra Incendio (SCI) de la EP responde automáticamente ante
cualquier evento de fuego que se presente en las áreas de sala de control,
edificios administrativos, procesos, generación de potencia e instalaciones de
16
seguridad al recibir una señal enviada por los detectores de fuego, gas y calor de
cada área, activando los sistemas de contingencia como los diluvios de
agua/espuma, sirenas y luces de emergencia (ver Figura 8: Ubicación espacial de
las diferentes áreas de la EP). El SCI esta conformado por dos sub-sistemas: el
Sistema de Agua Contra Incendio y el Sistema de Espuma Contra Incendio
(SECI). Ambos sub-sistemas están clasificados como medios fijos de extinción de
incendio, contándose en la EP adicionalmente con un cuerpo de bomberos y
medios móviles de apoyo contra las eventualidades que se presenten tanto en la
EP como en sus cercanías (macollas, líneas de transporte de diluente, DCO y
gas).
Figura 8: Ubicación espacial de las diferentes áreas de la EP
Área de Sala de Control y Edificios Administrativos
Área de Procesos
Área de Generación de Potencia
Área de Instalaciones de Seguridad
17
Cada área que conforma la EP se encuentra dividida en Zonas de Fuego,
esto con la finalidad de separar los riesgos y disminuir la posibilidad de
propagación de un evento en caso de incendio. En total existen dieciocho(18)
Zonas de Fuego en la EP, estando el SECI comprendido entre las zonas 1 y 10,
brindando la protección necesaria para cubrir los eventos de incendio en los
equipos del área de procesos (ver plano de las zonas en Anexo A, Figura A-1).
En la Tabla 3: Sistemas de detección/protección de los equipos por zona
de fuego se presentan los equipos que conforman cada zona de fuego, la
detección provista en caso de incendio y el tipo de sistema de contingencia a
activar en caso de fuego.
Debido a la existencia de sistemas de protección para los equipos (como
cortinas de agua, separación física entre equipos y muros a prueba de fuego), en
los criterios de diseño del SCI de la EP no se considera la posibilidad de que
ocurran dos incendios en forma simultánea en zonas de fuego separadas.
En las secciones 3.3.1 Sistema de Agua Contra Incendio y 3.3.2
Sistema de Espuma Contra Incendio se presentara la información referente
al Sistema de Agua Contra Incendio y al SECI, respectivamente.
18
Tabla 3: Sistemas de detección/protección de los equipos por zona de fuego
Zonas de Fuego Equipo Detección Protección Fija
Zona 1: Instalaciones de Seguridad
Bombas de agua contra incendio P-1001 A/B/S, Bombas de agua Jockey P-1002 A/S, Bombas de servicio de agua P-1103 A/B, Tanques Diesel T-1001 A/B/S, reservorios abiertos de agua utilitaria/ Contra Incendio X-1001, Generador central de Espuma U-1241, Bombas de Concentrado de Espuma P-1203 A/S, Bomba Jockey de concentrado de Espuma P-1204, Tanque de almacenamiento del concentrado de Espuma T-1203
Ninguna Ninguna
Enfriador de vapor HTS A-1001 A Detector de Llama UV/IR Monitor
Trampa de gas D-1001 A. Llama y gas inflamable Diluvio Agua
Deshidratadores de crudo D-1004 A/B. Detector de Llama UV/IR Diluvio Agua
Separador de alta temperatura D-1007 A. Detector de Llama UV/IR Diluvio Agua
Tambor separador de vapor HTS D-1009 A. Detector de Llama UV/IR Monitor
Intercambiador de calor agua/crudo, E-1001 A. Detector de Llama UV/IR Diluvio Agua
Precalentadores crudo/crudo, E-1003 A-D. Detector de Llama UV/IR Diluvio Agua
Calentador de crudo, H-1001 A. Llama y gas inflamable Monitor
Bombas de alimentación de crudo al calentador P-1001 A/B/E Detector de Llama UV/IR Diluvio Agua/Espuma
Bombas de deshidratación, P-1005 A-C. Detector de Llama UV/IR Diluvio Agua
Trampa de gas D-1202 Llama y gas inflamable Diluvio Agua
Zona 2: Tren de Producción A
Bombas de Diluente (condensado), P-1007 A/B. Detector de Llama UV/IR Diluvio Agua
Zona 3: Tren de Producción B
Enfriador de Vapor HTS, A-1001 B. Detector de Llama UV/IR Monitor
Trampa de gas, D-1001 B. Llama y gas inflamable Diluvio Agua
19
Zonas de Fuego Equipo Detección Protección Fija
Deshidratadores de crudo D-1004 C/D. Detector de Llama UV/IR Diluvio Agua
Intercambiador de calor agua/crudo, E-1001 B. Detector de Llama UV/IR Diluvio Agua
Separador de alta temperatura, D-1007 B. Detector de Llama UV/IR Diluvio Agua
Tambor separador de vapor HTS , D-1009 B. Detector de Llama UV/IR Diluvio Agua
Intercambiador de calor agua/crudo, E-1001 B. Detector de Llama UV/IR Monitor
Precalentadores crudo/crudo, E-1003 E-H. Detector de Llama UV/IR Diluvio Agua
Calentador de crudo, H-1001 B. Llama y gas inflamable Monitor
Bombas de alimentación de crudo al calentador P-1001 C/D/F Detector de Llama UV/IR Diluvio Agua/Espuma
Bombas de deshidratación, P-1005 D-S. Detector de Llama UV/IR Diluvio Agua
Zona 3: Tren de Producción B
Bombas de Diluente (condensado), P-1007 C/D. Detector de Llama UV/IR Monitor
Mechurrio FL-1501. Detector de Llama UV/IR Monitor
Sistema de control de ignición del mechurrio X-1501 Detector de Llama UV/IR Monitor
Bombas del mechurrio P-1501 A/S Detector de Llama UV/IR Diluvio Agua Zona 4: Mechurrio
Tambor de separación D-1501 Detector de Llama UV/IR Diluvio Agua
Bombas del tanque desnatador, P-1900 A/B Detector de Llama UV/IR, gas IR y gas tóxico
Monitor
Bombas de recuperación de crudo, P-1950 A/B Detector de Llama UV/IR, gas IR y gas tóxico
Monitor
Bombas de reciclo tanque de separación, P-1930 A/B Detector de Llama UV/IR, gas IR y gas tóxico
Monitor
Tanque de separación, T-1930 Ninguna Monitor
Zona 5: Fosa API
Bombas recuperadoras de lodo, P-1960 A/B Detector de Llama UV/IR y gas IR Monitor
20
Zonas de Fuego Equipo Detección Protección Fija
Colector de crudo, separador API, T-1905, X-1901 Ninguna Monitor
Tambor de drenaje cerrado, D-1301 Detector de Llama UV/IR Monitor
Bombas de drenaje cerrado, P-1302 A/S Detector de Llama UV/IR Monitor
Paquete de inyección de químicos, U-1910/11/12/14 Ninguna Monitor
Zona 5: Fosa API
Tanque desnatador, T-1900 A/B Detector gas tóxico Monitor
Zona 6: Tanque de almacenamiento de
Diluente
Tanque de Almacenamiento de diluente T-1101. Calor Diluvio Agua/Espuma
Compresor de recuperación de vapor, K-1202, D-1202 Fuego y gas inflamable Diluvio Agua
Bombas de Exportación de crudo, P-1002 A/B/S. Fuego Diluvio Agua/Espuma
Bombas de recirculación, P-1006 A/B/S. Fuego Diluvio Agua/Espuma
Zona 7: Bombas de diluente, recirculación y
exportación de crudo
Bombas de diluente , P-1101 A/D/S. Fuego Diluvio Agua/Espuma
Tanque de Almacenamiento de crudo fuera de especificación, T-1002.
Calor Diluvio Agua/Espuma Zona 8: Tanque de
almacenamiento del crudo fuera de especificación
Recipiente Desgasificador, D-1008. Ninguna Diluvio Agua
Detector de Llama UV/IR Monitor
Zona 9: Mechurrio de
Baja Presión
Incluye el mechurrio de baja presión FL-1502, el sistema de control de ignición del mechurrio de baja presión X-1502, las bombas del mechurrio P-1502 A/B, tambor separador del mechurrio D-1502.
Zona 10: Trampa de gas Trampa de gas D-1213 Fuego y gas inflamable Monitor
21
3.3.1 Sistema de Agua Contra Incendio
El Sistema de Agua Contra Incendio de la EP consta de una red de
tuberías conformada por anillos que permiten la distribución del agua a todas las
zonas de fuego protegidas de la EP mediante un sistema de bombeo principal que
se alimenta de tres fosas de agua contra incendio de 5000 m³ cada una. El agua
es bombeada por la red de distribución de agua hasta los dispositivos de
descarga de agua, tales como hidrantes, monitores, sistemas de diluvio, cámaras
de espuma de los tanques, camiones o equipos bomberiles de respaldo (ver
planos de las Zonas de la EP en Anexo A, Figuras de la A-2 @ A-7). El sistema
cuenta con 3 bombas centrífugas verticales de flujo nominal de 3500 gpm y
presión nominal de 10,3 barg (ver Figura 9: Estación de bombas de Agua Contra
Incendio). La red de distribución del agua se encuentra permanentemente
presurizada con agua a 9 barg mediante una bomba Jockey de flujo nominal 18,2
m³/h y presión nominal 12.4 bar.
Figura 9: Estación de bombas de Agua Contra Incendio
3.3.2 Sistema de Espuma Contra Incendio
En la Figura 10: Componentes del SECI se observa como esta constituido
el SECI de la EP.
22
Figura 10: Componentes del SECI
El SECI posee concentrado de espuma permanentemente presurizado en
la red de distribución de concentrado con una presión comprendida entre 5 barg y
10 barg. El SECI funciona de la siguiente forma: durante un evento de incendio,
se activan las bombas de agua contra incendio y la bomba de concentrado
elevando la presión en la red de distribución de concentrado a 12,1 barg,
distribuyendo el concentrado necesario hasta los proporcionadores (en línea y de
presión balanceada) preparando la solución de espuma al 3%, formándose la
espuma en los dispositivos de descarga (rociadores, cámaras de espuma y
monitores agua/espuma). Los sistemas de diluvios de espuma están conformados
por un proporcionador en línea de presión balanceada, una válvula de diluvio de
agua y un dispositivo de descarga (cámara de espuma ó rociadores).
A continuación se explicara con detalle cada uno de los componentes
mencionados del SECI.
3.3.2.1 Tanque de almacenamiento de concentrado
El tanque de almacenamiento de concentrado esta fabricado con acero
estándar según ASTM A-36, contando con una capacidad de 15 m³, un
recubrimiento interno del tipo epóxico, un domo de expansión, un indicador
magnético del nivel de concentrado en el tanque y una válvula de alivio de
23
presión/vacío con una presión de apertura de 0,012 barg y -0,012 barg,
respectivamente (ver Figura 11: Tanque de almacenamiento de Concentrado de
Espuma). Según norma IR-M-04, la cantidad de concentrado almacenada en el
tanque debe ser suficiente para satisfacer el evento mayor, contándose además
con una cantidad igual de respaldo en las cercanías de la instalación del SECI.
Figura 11: Tanque de almacenamiento de Concentrado de Espuma
3.3.2.2 Estación de bombas de concentrado de espuma
La estación de bombas de concentrado de espuma consta de tres bombas
de desplazamiento positivo del tipo engranaje marca Edwards (ver Figura 12:
Estación de bombas de Concentrado), las cuales se describen a continuación:
- Una bomba principal modelo 80-440 estándar con diámetro en la
succión y en la descarga de 1 ½” con conexión hembra tipo roscada, flujo nominal
de 13,7 m³/h y presión nominal de 12,7 bar, accionada por un motor eléctrico
marca ABB, de 11 Kw. girando @ 1765 RPM.
- Una bomba de respaldo principal modelo 80-440 estándar con diámetro
en la succión y en la descarga de 1 ½” con conexión hembra tipo roscada, flujo
nominal de 13,7 m³/h y presión nominal de 12,7 bar, accionada por un motor
diesel marca John Deere, de 29 hp @ 1760 RPM.
24
- Una bomba jockey modelo 10-N994, con diámetro en la succión y la
descarga ½” con conexión hembra tipo roscada, flujo nominal de 0,45 m³/h,
presión nominal 12,7 bar, accionada por un motor eléctrico marca ABB de 2,2 kw
girando @ 1733 RPM.
Figura 12: Estación de bombas de Concentrado
El sistema de control asociado a la estación de bombas de espuma
funciona de la siguiente forma:
• La bomba jockey se activa cuando la presión en el cabezal de
concentrado es 5 barg y se apaga cuando la presión alcanza 10 barg,
manteniendo la red de distribución empacada permanentemente con
concentrado.
• La bomba principal de concentrado se activa conjuntamente al
activarse la bomba principal del sistema de agua contra incendio y se apaga
de forma manual.
PSV
Bomba Principal
Bomba Respaldo
Bomba Jockey
Válvulas de
Alivio
25
• La bomba de respaldo diesel se activa 20 segundos después de
activarse la bomba principal de agua si la presión en la línea de concentrado
es menor a 10 barg.
En la descarga de las bombas de concentrado se cuenta PSV (“Pressure
Sustaining Valve” ó Válvula que Sostiene la Presión) la cuál mantiene la presión
aguas arriba, garantizando que la presión en la descarga de las bombas no
sobrepase de 12,1 barg.
Adicionalmente, cada bomba posee una válvula de alivio con una presión
de apertura de 13,5 barg, para proteger el sistema contra una sobre presión.
3.3.2.3 Red de distribución de concentrado de espuma
La red de concentrado esta conformada por un sistema de tuberías con un
arreglo en forma de anillo, alimentada por las bombas de concentrado,
descargando a través de dispositivos fijos ubicados en el área a proteger que se
encuentran permanentemente instalados.
La red de distribución del sistema se encuentra permanentemente
presurizada con concentrado hasta los monitores de espuma y la entrada del
sistema de diluvio de espuma hasta el actuador hidráulico del sistema de
Proporcionador en Línea de Presión Balanceada). La red debe estar presurizada
por lo menos 25 psig por encima de la presión de trabajo de la red de distribución
de agua, para garantizar la normal operación de los proporcionadores en línea
balanceados.
El material de la tubería es acero al carbono según ASME A53 grado B
(identificada en los planos presentados en el Anexo A como AA2F), siendo la
velocidad máxima permitida del concentrado en la red de distribución 5 m/s
(16pie/s) según el documento de SINCOR “Safety Design Criteria for Fire fighthing
network” (2004) ó “Criterios de Diseño Seguro para la Red Contra Incendios”, con
una presión máxima permisible en el sistema correspondiente a la presión de
26
diseño de las válvulas y bridas utilizadas en el sistema (según ASME B31.3,
2004) de 200 psig. La presión residual mínima permitida en la red de distribución
de concentrado es 100 psig (IR-M-04, 1996).
3.3.2.4 Proporcionador en línea de presión balanceada
Este sistema se encuentra ubicado en la cercanía de los equipos a
proteger con la descarga de espuma, siendo su función formar la solución de
espuma con 3% de concentrado y 97% de agua en proporción de volumen,
mediante la caída de presión lograda en el proporcionador al reducir la sección
transversal de la tubería en el punto de mezcla. El proporcionador utiliza el efecto
Venturi para aspirar el concentrado de la línea de concentrado.
El sistema de proporcionador en línea de presión balanceada funciona de
la siguiente manera: al activarse el actuador hidráulico con la presión de la línea
de agua, el concentrado fluye hacia la válvula de diafragma, la cual controla su
apertura con la presión diferencial existente entre la línea de concentrado y de
agua, regulando el caudal de concentrado que será aspirado en el proporcionador
(ver Figura 13: Sistema de Proporcionador en Línea de Presión Balanceada). La
línea de agua se presuriza cuando se abre una válvula de diluvio de agua (puede
ser accionada de forma manual o de forma automática al recibir una señal de
incendio proveniente del sistema de detección de fuego y gas del área
correspondiente de la EP).
Figura 13: Sistema de Proporcionador en Línea de Presión Balanceada
Línea de Agua
Línea de Concentrado
Válvula de diafragma
Proporcionador
Solución de espuma
Actuador Hidráulico
27
Para garantizar la formación de la solución de espuma, la presión del agua
a la entrada del proporcionador debe ser superior a la mínima recomendada por el
fabricante, presentada en la Figura 14: Presión mínima de trabajo de los
proporcionadores. Esta presión mínima depende del caudal de agua que ingresa
al proporcionador y del tamaño del proporcionador.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Caudal [gpm]
Pre
sió
n [
psi]
3 pulgadas
4 pulgadas
6 pulgadas
Figura 14: Presión mínima de trabajo de los proporcionadores de concentrado de espuma
El proporcionador forma parte del sistema fijo de diluvio de espuma, que
consiste en una tubería presurizada hasta la válvula de diluvio, la cuál se abre
manualmente o de forma automática al recibir una señal de incendio proveniente
del sistema de detección de fuego y gas de la EP.
La caída de presión de los proporcionadores depende del diámetro y
caudal manejado, siendo mayores al aumentar el flujo que circula por ellos (ver
Figura 15: Caída de presión en los proporcionadores).
En la EP se cuenta con varios tipos de proporcionadores; los
proporcionadores de pitón en los sistemas móviles, en Línea y de Presión
Balanceada en el sistema fijo del SECI (ver Tabla 4: Tipos de proporcionadores).
28
0
2
4
6
8
10
12
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800
Caudal [gpm]
Pérd
ida d
e P
resió
n [
psi]
2 pulgadas
2 1/2 pulgadas
3 pulgadas
4 pulgadas
6 pulgadas
Figura 15: Caída de presión en los proporcionadores de concentrado de espuma
Tabla 4: Tipos de proporcionadores
Proporcionador Descripción Ventajas y desventajas
Proporcionador de Pitón
Este dispositivo es un Venturi que se acopla al pitón para descarga del agua, contando con un tubo flexible que permite la aspiración del concentrado desde un envase portátil.
Este método de dosificación se usa en sistemas portátiles de espuma.
Proporcionador en Línea
Este dispositivo se instala en la línea de agua donde aprovecha la presión del agua para extraer el concentrado de un recipiente o tanque mediante el efecto Venturi, permitiendo variar la proporción a través de válvulas ajustables.
Tiene una capacidad específica, siendo sensible a las variaciones de presión en la línea, la caída de presión es muy elevada.
Proporcionador de Presión Balanceada
Este proporcionador utiliza una bomba auxiliar para inyectar el concentrado en la línea de agua, a través de un proporcionador. El ajuste de la dosificación se realiza automáticamente mediante una válvula de diafragma que se autorregula con el diferencial de presión entre la línea de distribución de agua y concentrado. Este método es el utilizado en los sistemas de diluvio con solución de espumas en la Estación Principal
Este método permite ajustarse a un amplio rango de caudales y presiones pero en general es el sistema más complejo.
29
3.3.2.5 Sistemas de diluvio de Espuma
Los sistemas de diluvio existentes en la EP pueden ser clasificados en dos:
a) Un sistema de rociadores de espuma en línea de presión
balanceada, abiertos a la atmósfera y no aspirante de aire. Las burbujas que
conforman la espuma se forman mediante la agitación mecánica de la
solución de espuma producida en la boquilla del rociador, los cuales poseen
un radio de expansión comprendido entre 2:1 - 4:1, y coeficientes de
descarga comprendidos entre K= 1,4 – 4,2 (ver Anexo B, catálogo de
rociadores).
b) Un sistema de anillo con cámaras de generación de espuma con el
correspondiente proporcionador en línea de presión balanceada, mediante el
cuál se descarga la espuma sobre la superficie de un líquido almacenado en
tanques, con una expansión comprendida entre 6:1 y 10:1. El rango de
operación de las cámaras de espuma utilizadas en la EP es 180 - 642 gpm
(ver Anexo B, Catálogos de las Cámaras de Espuma).
Los equipos protegidos mediante sistemas de diluvio de espuma de la
estación principal se presentan en la Tabla 5: Equipos protegidos por diluvios de
espuma.
Los monitores y cámaras de espuma forman parte de los llamados
“generadores de espuma”, dispositivos diseñados especialmente para permitir la
inducción de aire en la corriente con la solución de agua-concentrado.
30
Tabla 5: Equipos protegidos por diluvios de espuma
Zonas de Fuego Equipo Descripción Protección
Protección
Zona 2: Tren de Producción A
Bombas de crudo P-1001 A/B/E
Válvula de 3” Viking de modelo E-1 Cv=187
Diluvio Agua/Espuma
Zona 3: Tren de Producción B
Bombas de crudo P-1001 C/D/F
Válvula de diluvio de 3” Viking modelo E-1 Cv=187 Diluvio
Agua/Espuma
Zona 6: Tanque de almacenamiento de Diluente
Tanque de almacenamiento T-1101
3 Cámaras de 4” Chemguard modelo FC 4.00 con deflector interno. Válvula de diluvio de 6” Viking modelo E-1 Cv=1088
Cámara Espuma
Bombas de Exportación de crudo, P-1002 A/B/S. Bombas de recirculación, P-1006 A/B/S.
Zona 7: Bombas de Diluente, de recirculación y de exportación de crudo Bombas de diluente , P-
1101 A-D/S.
Válvula de diluvio de 4” Viking modelo E-1 Cv=407
Diluvio Agua/Espuma
Zona 8: Tanque de almacenamiento del crudo fuera de especificación
Tanque de almacenamiento T-1002
3 Cámaras de 4” Chemguard modelo FC 4.00 con deflector interno Válvula de diluvio de 6” Viking modelo E-1 Cv=1088
Cámara de Espuma
Nota: Plano del Sistemas de Rociadores de la Zona 2-3 y Zona 7 en Anexo A.
3.3.2.6 Monitores de agua/espuma
Los monitores son operados de forma manual por un operador de
protección apropiado mediante el uso de la rueda y engranaje de balance,
teniendo una movilidad de 360° de rotación y 110° de elevación, ya sea en modo
de chorro directo o tipo niebla.
El monitor de agua/espuma cuenta con un proporcionador en línea que
inyecta en la línea de agua el concentrado al 3%, formando la solución de espuma
que es expandida en la boquilla de descarga (rango de 2:1 a 4:1). La descarga de
agua o espuma, se puede seleccionar mediante el cierre o apertura de una
válvula de bloqueo ubicada en la boquilla de descarga.
La EP cuenta con los siguientes monitores de agua/espuma:
31
- Monitores de 1000 gpm (ver Figura 16: Monitor 1000 gpm con descarga de
agua/espuma) ubicados en la periferia de los tanques de Nafta y Crudo Fuera
de Especificación, los cuales se encuentran alimentan de la red de distribución
de concentrado. El fabricante de los monitores, la compañía “Spectrum
Manufacturing Inc.”, presenta en la hoja de datos el coeficiente de pérdidas
K=100 asociado al dispositivo, el rango cobertura del monitor de 64 m para la
descarga tipo chorro y 38 m para descarga tipo niebla con una presión de 100
psig.
Figura 16: Monitor 1000 gpm con descarga de agua/espuma
- Monitores de 500 gpm (ver Figura 17: Monitores de 500 gpm con descarga
de agua/espuma) utilizados para la protección de las demás áreas de la
planta, los cuales existen en dos modalidades: los alimentados de la red de
distribución principal de concentrado y los alimentados mediante un
contenedor de concentrado de 265 galones ubicado cerca del monitor,
llamados monitores agua/espuma portables. El fabricante de los monitores, la
compañía “Spectrum Manufacturing Inc.”, presenta en la hoja de datos el
coeficiente de pérdidas K=50 asociado al dispositivo, rango cobertura del
monitor de 45.7 m para la descarga tipo chorro y 30.5 m para descarga tipo
niebla con una presión de 100 psig. Los monitores de agua/espuma portables
son utilizados para la protección de equipos donde no se cuenta con una
conexión cercana a la red de distribución de concentrado.
32
Figura 17: Monitores de 500 gpm con descarga de agua/espuma
3.4 Programa AFT Fathom® para Análisis de Sistemas de Flujo
en Tuberías
El programa utilizado para realizar el modelo del SECI se llama AFT
Fathom®, donde las siglas AFT significan Tecnología de Flujo Aplicada (del
idioma inglés “Applied Flow Technology”).
El programa permite analizar sistemas de flujo en tuberías, utilizando el
método de Newton-Raphson para la resolver las ecuaciones fundamentales del
flujo en tuberías, como lo son la ecuación de Bernoulli, la ecuación de pérdidas de
Darcy-Weisbac y la ley de conservación de la masa.
A continuación, se realizara una explicación sobre el método utilizado por
el programa para resolver el sistema de tuberías, con la definición de las
ecuaciones necesarias.
El programa utiliza la ley de conservación de la masa la cual establece que
la sumatoria de los flujos másicos en cada conexión debe ser igual a cero:
∑=
=n
j
ijm1
0& (1)
33
Donde ijm& se refiere al flujo másico existente entre los nodos i y j, y n el
número tuberías unidas a nodo.
La caída de presión en la tubería debido a la fricción es calculada mediante
la ecuación de Darcy-Weisbach:
)2
1( 2V
D
LfPf ρ=∆ (2)
Donde fP∆ es la pérdida de presión, L la longitud de la tubería, D el
diámetro, f el factor de fricción del tramo correspondiente, ρ la densidad del fluido
y V la velocidad.
El cambio total de la presión es definida entre dos nodos por la ecuación de
momento simplificada a la ecuación de Bernoulli:
fPpgzVPpgzVP ∆+++=++ 2
2
221
2
112
1
2
1ρρ (3)
Simplificándola haciendo uso de la presión de estancamiento:
2
2
1VPPo ρ+= (4)
resulta:
fPgzPgzP ∆++=+ 22,011,0 ρρ (5)
34
siendo la caída de presión para un tramo cualquiera igual a
)(,0,0 jijif zzgPPP −+−=∆ ρ (6)
donde i y j denotan aguas arriba y aguas abajo del nodo.
Combinando la ecuación (2), (6) y la definición del flujo másico
pAVm =& (7)
se puede definir el flujo másico para cada tubería de la siguiente forma:
ij
ij
jijoiom
R
zzgPP&=
−+−2/1
,, )(ρ (8)
donde Rij es la resistencia efectiva al flujo en la tubería, y viene dada por
22
1
ij
ij
ij
ijij
ijA
KD
LfR
ρ
+= (9)
Al sustituir la ecuación (8) en la (1) y escribiendo la ecuación para un nodo:
aplicadoi
ij
jijoion
j
mR
zzgPP,
2/1
,,
1
)(&=
−+−∑
=
ρ (10)
35
La ecuación (10) aplicada a cada nodo representa el sistema de
ecuaciones a resolver para obtener la presión en cada uno de los nodos. Las
iteraciones realizadas con el método Newton-Raphson estiman el valor de la
presión en cada nodo basándose en el valor anterior más una corrección que
depende de la primera derivada de la función. Dicha función es de la siguiente
forma:
aplicadoi
ij
jijoion
j
i mR
zzgPPF ,
2/1
,,
1
)(&−
−+−=∑
=
ρ (11)
El método converge al encontrar todas las presiones de estancamiento P0,i
que causen que las funciones Fi tiendan a cero.
Para utilizar la aproximación de Newton-Raphson, toda la información
referente a la derivada de las funciones Fi es agrupada en una matriz Jacobiana
Jf:
∂
∂
∂
∂
∂
∂
∂
∂
∂
∂
∂
∂
∂
∂
∂
∂
∂
∂
=
no,
n
o,2
n
o,1
n
no,
2
o,2
2
o,1
2
no,
1
o,2
1
o,1
1
P
F...
P
F
P
F............
P
F...
P
F
P
F
P
F...
P
F
P
F
Jf (12)
Finalmente, el sistema de resolución empleado por el programa se rige por
la siguiente ecuación de Newton-Raphson:
FJfPP anterioronuevoo
1
,,
−−= (13)
36
donde la matriz columna oP contiene la presión de estancamiento de cada nodo y
la matriz F contiene los valores de F en cada nodo.
Para el cálculo de las pérdidas en el sistema de tuberías, se puede
introducir el coeficiente de Hazen-William, el factor de fricción de Darcy-Weisbach
y la rugosidad absoluta de la tubería.
Cuando se define el coeficiente de Hazen-William para un tramo de
tuberías, el programa transforma éste en un coeficiente de fricción de Darcy-
Weisbach con la ecuación 14.
081.054.0 )(
25.17
VDfQHW = (14)
donde HWQ representa el coeficiente de Hazen-William, V la velocidad en pies/s y
D el diámetro en pies.
Al utilizar el método de la Rugosidad Absoluta, el programa calcula la
rugosidad relativa y el Número de Reynolds para cada tramo de tubería según los
datos introducidos al sistema, calculando la pérdida por fricción de la siguiente
manera:
• Flujo Laminar(Re<2300)
Re
64=f (15)
• Flujo Transitorio(2300<Re<4000)
El programa realiza una interpolación lineal entre los valores de f para la
zona laminar y la turbulenta
37
• Flujo Turbulento(Re>4000)
El programa utiliza la ecuación de Colebrook – White para calcular las
pérdidas en régimen turbulento, presentada a continuación
2
Re
35.9log214.1
−
+−=
fDf
ε (16)
Las pérdidas asociadas a los accesorios del sistema de tuberías como
codos, reducciones y ampliaciones fueron definidas en el programa, el cual
cuenta con una base de datos con los valores del coeficiente de pérdidas K para
diferentes tamaños y disposiciones de los elementos corresponden a los valores
de la base de datos correspondiente al programa AFT Fathom® (Guía del Usuario
del programa AFT Fathom, 2003). Las pérdidas son calculadas en base a la
ecuación 17, siendo las ecuaciones de la 1 a la 16 extraídas de igual forma de la
Guía del Usuario del programa AFT Fathom, 2003.
2
2
1pVKPpérdidas =∆ (17)
38
CAPÍTULO 4. METODOLOGÍA
En el presente capítulo se describen los pasos que se llevaron a cabo para
la realización de este proyecto. Primeramente se realizó una revisión de
bibliográfica e inspección del SECI, para luego construir el modelo del SECI
simulando los eventos de fuego según el equipo involucrado. Posteriormente,
para verificar la tasa de espuma descargada en cada evento según el modelo
realizado, se comparó con los caudales de diseño del sistema por requisito de la
empresa, calculándose adicionalmente los valores necesarios según la norma IR-
M-04 de PDVSA la espuma necesaria para cubrir un incendio en cada equipo. Por
último, se verificó la operación del sistema con la medición de la presión en dos
puntos del sistema.
4.1 Revisión bibliográfica e inspección del sistema
En primer lugar, se realizó la revisión de los documentos internos de
SINCOR referentes a la operación del SCI de la EP, la especificación del sistema
de protección contra incendio por espuma de SINCOR, el manual de operación de
la EP de SINCOR, las Normas NFPA 11 “Estándar para espumas de baja, media
y alta expansión edición 2005 ”, NFPA 16 “Estándar para la instalación de
sistemas de diluvio y rociadores Agua-Espuma edición 2007”, NFPA 20 “Estándar
para la instalación de bombas estacionarias para la protección contra incendio
edición 1999”, NFPA 25 “Estándar para la inspección, prueba y mantenimiento de
los sistemas contra incendio basados en agua edición 2002”, Norma de Petróleos
de Venezuela S.A. (PDVSA) IR-M-04 “Sistema de espuma contra incendio”,
Norma COVENIN 1376:1999 “Extinción de incendios en edificaciones. Sistema fijo
de extinción con agua. Rociadores”, Norma API 2218 “Práctica contra fuego en
Plantas de Procesos Petroquímicas y Petroleras”, entre otras.
Luego, se procedió a recopilar la información referente SECI, comenzando
con el concentrado de Espuma AFFF utilizado. Las propiedades del concentrado
de espuma utilizado (como densidad y viscosidad) están contenidas en el
documento “Lista de Líneas de la Estación Principal” de SINCOR, así como las
39
condiciones de operación de cada línea. Las características del concentrado se
presentaron en el capítulo 3.
Posteriormente se buscó la información referente a la estación de bombas
de concentrado, las curvas de altura vs. caudal, la potencia y la presión mínima
requerida en la succión para su correcta operación (NPSHr), realizándose la
consulta respectiva al fabricante, la empresa manufacturera “Edwards Pentair
Water” de Milwaukee, USA. El NPSHd de las bombas fue calculado para verificar
la correcta operación del sistema de bombeo (ver Anexo C).
Asimismo, se recopiló la información necesaria de los diferentes
componentes y equipos presentes en el sistema de distribución del concentrado,
como las válvulas de diluvio, rociadores, proporcionadores, cámaras de espuma,
válvulas de alivio de presión, en especial el coeficiente de pérdida de presión
asociado a cada uno, obtenidos de las hojas de datos suministradas por los
fabricantes (ver Anexo B).
Un caso particular fue el cálculo de las placas orificios de las cámaras de
espuma, el cuál se realizó con la utilización de los valores de diseño entregados
por el fabricante (ver Anexo D, Cálculo de placas orificio).
Una vez obtenida la información sobre la red de concentrado se pasó a la
siguiente etapa, la familiarización con el programa AFT Fathom® versión 5.0 para
análisis de flujo en sistemas de tuberías, construyéndose el modelo del SECI que
protege a los equipos mencionados en la Tabla 5: Equipos protegidos por diluvios
de espuma.
40
4.2 Simulación de Eventos
Para simular los eventos de incendio de las zonas de incendio
consideradas en la EP, se utilizaron los diagramas de Fuego y Gas para activar
los dispositivos según el caso, teniendo como respaldo para la activación de los
monitores de agua / espuma el Plan de Emergencia de SINCOR. Los dispositivos
de descarga de espuma fueron simulados realizando las siguientes
consideraciones:
- Los monitores de espuma de 1000 gpm y 500 gpm se simularon como un
caudal de descarga fijo para cada evento, con la finalidad de verificar la presión
mínima de 100 psig en la línea de alimentación del agua establecida por el
fabricante, que garantiza el rango de cobertura del monitor y la generación de la
solución de espuma al 3%, según la especificación del fabricante la compañía
“Spectrum Manufacturing Inc.”.
- Los sistemas de diluvios de espuma se simularon estableciendo la
presión en la descarga (tanto en rociadores como cámaras de espuma) para
verificar la cantidad de espuma descargada en cada evento. Los rociadores
existentes en la EP son del tipo abierto, siendo la presión en la descarga de los
mismos y las cámaras de espuma igual a la presión atmosférica.
El presente estudio enfoca el análisis de los eventos de incendio cubiertos
por el sistema fijo de extinción de incendios de la EP, conformado por los
dispositivos que se encuentran permanentemente conectados a la red de
distribución de concentrado de espuma del SECI, simulándose los caos de
incendio presentados en la Tabla 6: Eventos simulados.
41
Tabla 6: Eventos simulados
Zona de Fuego Eventos Simulados
Zona 2
Caso 1: Respuesta automática del sistema al activarse un detector de incendio de las bombas P-1001 A/B/E. Caso 2: Activación de la estación manual de emergencia de la zona.
Zona 3
Caso 1: Respuesta automática del sistema al activarse un detector de incendio de las bombas P-1001 C/D/F. Caso 2: Activación de la estación manual de emergencia de la zona.
Zona 6
Caso 1: Incendio en la parte superior del tanque T-1101 con activación de las cámaras de espuma. Caso 2: Incendio en la parte superior del tanque T-1101 con daño de las cámaras de espuma utilizándose monitores de espuma para mitigar el Incendio.
Zona 7
Caso 1: Respuesta automática del sistema al activarse un detector de incendio de las bombas P-1002 A/B/S, P-1006 A/B/S y P-1101 A-D/S. Caso 2: Activación de la estación manual de emergencia. Caso 3: Activación de la estación manual de emergencia conjuntamente con los monitores FN-08 y FN-09 con descarga de espuma.
Zona 8
Caso 1: Incendio en la parte superior del tanque T-1002 con activación de las cámaras de espuma. Caso 2: Incendio en la parte superior del tanque con daño de las cámaras de espuma utilizándose monitores de espuma para mitigar el Incendio.
Adicionalmente, al análisis realizado del SECI que contiene los eventos
para los cuales fue diseñado dicho sistema, se consideró el evento de derrame e
incendio en los diques de contención de los tanques de almacenamiento de crudo
fuera de especificación T-1002 ó el tanque de almacenamiento de diluente T-
1101, con la formación de una piscina de fuego. Para la protección del tanque de
almacenamiento de crudo fuera de especificación se tiene prevista la utilización
de 3 monitores de agua/espuma de 1000 gpm pertenecientes al sistema de
espuma tipo fijo de la EP, y para el tanque de almacenamiento de diluente no se
tiene un procedimiento de acción en el plan de emergencia de SINCOR. Ambos
casos son eventos considerados catastróficos, con una baja probabilidad de
ocurrencia según el análisis de riesgos realizado a la EP; pero de igual forma se
verificaron los requerimientos de espuma a descargar para estos eventos, según
42
lo indicado en la norma “Ubicación de equipos e instalaciones en relación a
terceros” IR-M-02 de PDVSA, que establece lo siguiente, cito:
“En plantas de procesos y/o tratamiento con alto inventario de líquidos
inflamables o combustibles…. El área incendiada se considerará igual a la
ocupada por el volumen total de líquido derramado, suponiendo un espesor
mínimo de 30 cm (1 pie). Si existen áreas de confinamiento dentro de la planta
(diques o muros), que permitan retener el volumen de líquido derramado, se
tomarán éstas como área de incendio.”
Estos eventos fueron llamados Caso 3 con la finalidad de mantener un
orden al realizarse el análisis de los mismos.
En la EP la selección de los equipos a proteger con sistemas de extinción
de incendio se establece mediante el análisis de consecuencias realizado según
la norma IR-S-02 “Criterios para el análisis cuantitativo de riesgos” de PDVSA.
Los eventos seleccionados representan el resultado de este análisis realizado a la
EP, aplicado al SECI.
Para simular correctamente los diluvios de espuma, se utilizó la simulación
del Sistema de Agua Contra Incendio realizada en el programa AFT Fathom
existente en la empresa, que permite conocer la presión la presión del agua a la
entrada de la válvula de diluvio. En este estudio, se actualizó el modelo del
Sistema de Agua Contra Incendio debido a la instalación de un nuevo monitor en
la zona 10 y el cambio de la presión en el cabezal de la línea de agua.
43
La activación de los diferentes diluvios de agua, agua/espuma y cortinas de
agua de la EP se consultó de los diagramas de Causa-Efecto del Sistema de
Fuego y Gas. En estos diagramas se indican la respuesta del sistema automático
de extinción cuando se activa cualquiera de los tres diferentes tipos de detectores
existentes en la estación; detector de llama UV/IR, detector de gas combustible
tipo infrarrojo o detector lineal de calor, la señal correspondiente es enviada a un
controlador lógico programable (PLC) responsable de enviar la señal para la
apertura de las válvulas de diluvio agua/espuma.
En la Figura 18: Diagrama causa-efecto correspondiente a la zona 2 se
pueden apreciar los sistemas que se activan al recibir la señal de fuego del
detector. Como se puede observar en el diagrama, la activación de la estación
manual de emergencia implica la apertura del mayor número de válvulas de
diluvio, siendo en todas las zonas de fuego el evento que demanda mayor caudal
de descarga de agua, siendo la presión mínima en la red de distribución de agua
(con esta presión mínima se verifica que la presión en la entrada de los
proporcionadores sea mayor a la presión mínima de trabajo presentada en la
Figura 14: Presión mínima de trabajo de los proporcionadores).
44
Figura 18: Diagrama causa-efecto correspondiente a la zona 2
45
Las descargas de solución de espuma obtenida en las simulaciones de
cada evento se compararon con los valores referenciales suministrados por la
empresa, que son los valores utilizados para el diseño del SECI.
4.3 Premisas utilizadas en el modelo
A continuación se presenta un compendio de los parámetros considerados
en la realización del modelo:
• Material de tuberías: acero al carbono según especificación ASTM
A53 B SMLS.
• Presión máxima de operación permitida en el SECI de 200 psig
correspondiente a la presión de diseño de las válvulas y compuerta de
globo clase 125 de Bronce B62 (MSS SP-80,2003), y las mangueras
reforzadas utilizadas en los monitores de agua/espuma.
• La Velocidad de la espuma en la descarga al tanque de diluente no
debe exceder los 10 pie/s y para el tanque del crudo fuera de
especificación es 20 pie/s (Norma NFPA-11, párrafo 5.2.6.2.3)
• En los tramos de tuberías del Sistema de Agua Contra Incendio se
utilizó el Coeficientes de fricción de Hazen-Williams C=110 para el cálculo
hidráulico (ARPCA, 2004).
• Máxima velocidad permitida en las tuberías principales de
distribución del concentrado es: 16 pie/s (SINCOR Doc. N° CA-04-00-B-
RP-007, 2004).
• Caudal de protección de los monitores 500 gpm en todas las zonas
excepto en la Zona 6 y Zona 8, en donde los monitores son de capacidad
1000 gpm, siendo la caudal requerido de concentrado 15 gpm y 30 gpm
respectivamente.
• En los tramos del sistema de distribución del concentrado, se
46
definieron las siguientes propiedades del concentrado p=1011 Kg/m³,
viscosidad v= 3,38 centipoise y Presión de vapor Pv= 0,82 psig para
calcular las pérdidas, siendo el modelo de pérdidas utilizado en el software
el llamado Rugosidad Absoluta (explicado en 3.4 Programa AFT
Fathom® para Análisis de Sistemas de Flujo en Tuberías ) con ε = 0.0018
pulgadas.
• En las tuberías con solución agua-concentrado al 3% se empleó el
modelo de Hazen-Williams considerando un coeficiente C=100 (Según
Norma PDVSA IR-M-04, Párrafo 7.3.2).
• Set point de las válvulas de alivio de las bombas P-1203 A/S y
P-1204 es 13,5 barg.
• La presión en el sistema de tuberías de distribución de concentrado
es mantenida por la bomba jockey P-1204 entre 5 barg y 10 barg.
• La bomba principal de concentrado P-1203 A enciende
conjuntamente con la bomba principal del sistema de agua contra incendio
P-1001 A si la presión en el cabezal de agua es menor a 8.5 barg. La
bomba de respaldo diesel P-1203 S enciende 20 segundos después de
encenderse la bomba principal de agua si la presión en el cabezal de
espuma es menor a 10 barg.
• La Presión en el cabezal de descarga de la bomba de concentrado
es mantenida por la válvula de control PCV @ 12.1 barg.
• Coeficiente de descarga de los rociadores de las bombas P-1001
A/B/C/D es k = 2,8, P-1001 E/F es k= 1,4 y para las bombas ubicadas en
zona 7 es k=4,2.
• Presión para la descarga de los rociadores recomendada por el
fabricante 20 psig < P < 30 psig, siendo la mínima permitida por la norma
COVENIN 1376, 1999 p=7 psig.
47
• La información necesaria sobre los accesorios existentes en la línea
de agua y concentrado se obtuvo de la especificación de tubería existente
de SINCOR para estos servicios.
4.4 Cálculos de los requerimientos mínimos de solución de
espuma de la EP
Para comprobar los resultados de descarga de solución de espuma de los
dispositivos de espuma, se compararon los valores con los cuales fue diseñado el
SECI de la EP (establecidos en el documento interno de SINCOR “Filosofía de
Seguridad”). Con la finalidad de verificar los valores con los que fue diseñado el
SECI con los cuales se evaluarían los eventos simulados en el modelo, se
procedió a calcular los requerimientos mínimos de espuma necesarios para la
extinguir un incendio en cada equipo. En la Tabla 7: Tasas de aplicación de
solución de espuma se presentan las tasas mínimas utilizadas en los cálculos, así
como el tiempo de protección necesario según el tipo de equipo a proteger.
Tabla 7: Tasas de aplicación de solución de espuma
Descripción de
Equipo Tasa de aplicación de la solución de espuma Tiempo de Protección
Tanque atmosféricos
de techo cónico con
techo flotante interno
protegido por inyección
superficial
4,1 L/minxm² de la superficie libre del líquido (IR-
M-04, 1996).
• Para tanque T-1101 (almacena líquido
inflamable clase IB) y tanque T-1002
(almacena líquido inflamable IC) el
tiempo mínimo de protección es 55
minutos (IR-M-04, 1996).
Estaciones de bombas 4,1 L/minxm² del área del piso de la estación de
bombas (IR-M-04, 1996).
Mínimo 30 minutos (IR-M-04, 1996).
Creación de piscina de
fuego en el área del
dique de contención
que rodea a los demás
equipos de la Estación
Principal.
6,5 L/minxm² del área del dique de contención
(API 2218, 1999). Se considera un dique de
contención las áreas delimitadas por una barrera
física que retiene el combustible o líquido con una
profundidad mayor o igual a 1 pulgada (NFPA 11,
2005).
Mínimo 30 minutos (API 2218, 1999).
Cabe destacar que como los requerimientos de solución de espuma
necesaria para la protección de los equipos depende del área que ocupe el
mismo, siendo el tanque de almacenamiento de diluente T-1101 y el tanque de
crudo fuera de especificación T-1002 los equipos con mayor área de la EP (el
48
área establecida mediante la proyección horizontal ocupada por el equipo),
garantizar la protección de éstos equipos en caso de incendio demanda la mayor
cantidad de espuma, y por ende, de concentrado de espuma, estando cubierto la
cantidad de concentrado necesario para extinguir los demás casos de incendio
que involucran equipos que ocupan una menor área. El análisis realizado al SECI
incluye los diluvios de espuma, pero se enfocó principalmente al caso de incendio
en los tanques T-1101 y T-1002 de la EP.
Con las tasas de aplicación de la Tabla 7: Tasas de aplicación de solución
de espuma se calculó el volumen y el caudal de descarga de agua necesario para
la generación de la espuma en cada evento de fuego considerado, bajo un tiempo
de descarga. El requerimiento se puede calcular mediante la Ecuación 18.
100
.%.. aTdTaAcQa = (18)
Nota: Los términos corresponden a los presentados en la Nomenclatura
De manera similar, se calcularon los requerimientos de concentrado
mediante la sumatoria de tres términos: la cantidad mínima concentrado, la
protección adicional y el consumo inicial. A continuación se explican cada uno de
los términos:
• Cantidad de Concentrado de espuma:
La cantidad mínima de concentrado de espuma requerida se determina en
base al evento mayor a proteger. El requerimiento de espuma se determinará a
partir de la Ecuación 19.
100
.%.. eTdTaAcQe = (19)
Nota: Los términos corresponden a los presentados en la Nomenclatura
49
• Protección adicional:
Adicionalmente al sistema fijo o semi-fijo de protección, en el caso de
protección de tanques se deberá disponer de protección adicional para extinguir
incendios de líquidos derramados cerca. La protección se puede realizar con
mangueras de 50 gpm como mínimo, siendo el número necesario de mangueras y
tiempo el indicado en la Tabla 8: Protección adicional con mangueras (IR-M-04,
1996). En la EP se cuenta con los monitores de espuma con 500 y 1000 gpm para
cubrir estos requerimientos.
Tabla 8: Protección adicional con mangueras
Diámetro del Tanque
Metros Pies
Números de Mangueras
Duración Mínima de la
descarga (minutos)
Hasta 10 Hasta 35 1 10 Más de 10,5 hasta
19,5 Más de 35 hasta 65 1 20
Más de 19,5 hasta 28,5 Más de 65 hasta 95 2 20
Más de 28,5 hasta 36 Más de 95 hasta 120 2 30
Más de 36 Más de 120 3 30
• Consumo Inicial:
Comprende la cantidad de concentrado necesario para formar la solución
espuma e inundar las tuberías de distribución desde la fuente de suministro
concentrado hasta el dispositivo de descarga.
4.5 Prueba de Medición de presión en línea de concentrado
El objetivo de la realización de la prueba de medición de la presión en la
línea de concentrado consiste en obtener un valor referencial de la presión en la
línea de distribución de concentrado para un evento con descarga de espuma
para comparar con el valor obtenido con el modelo del SECI realizado.
Según lo establece la norma NFPA 16 en su capítulo 8, para la prueba del
sistema de protección por espuma se debe activar primeramente cada sistema de
50
descarga de espuma de forma individual. Luego de realizada esta prueba, se
debe verificar la descarga simultánea de espuma con el número máximo de
sistemas que operarían durante un mismo evento.
Para verificar el modelo del SECI generado, se consideró la realización de
una prueba para medir la presión de operación del SECI, comparándose además
con la presión de operación del sistema establecida en el diagrama de tubería e
instrumentación del SECI. Se considero realizar primeramente la medición de la
presión residual en un monitor de agua/espuma, el hidráulicamente más
desfavorable identificado como FN-03 ubicado en la zona 8, a flujo máximo de
operación. Para la realización de la misma, se instaló un manómetro de 0-300
psig en entrada de la línea de concentrado al proporcionador en línea del monitor.
Los materiales utilizados para la instalación del manómetro se presentan
en la Tabla 9: Materiales utilizados en la instalación del manómetro para la
realización de la prueba.
Tabla 9: Materiales utilizados en la instalación del manómetro para la realización de la prueba
Cantidad Descripción del Material
1 Manómetro con rango de medición de 0-300 psi, conexión macho de 1/4".
1 Tee de 11/2" x 3/4" Clase 3000 de Acero al Carbono según ASTM A105 con conexión tipo hembra roscada.
1 Válvula de Globo de ¾" Clase 125 de Bronce B62, con conexión tipo hembra roscada.
1 Tee de 3/4" Clase 3000 de acero al carbono según ASTM A105, con conexión tipo hembra roscada.
1 Reductor concéntrico de 1/4” x 3/4” hembra x macho, SCH 80 de Acero al Carbono según ASTM A234.
1 Tapón de 11/2” clase 3000 de Acero al Carbono ASTM A105 GR B.
2 Nipple de 3/4" SCH 80 de 3” de largo de Acero al Carbono según ASTM A106 GR B.
La instalación del manómetro se realizo en el punto A señalado en la
Figura 19: Punto de instalación y medición de la presión en la línea de
concentrado utilizado en la prueba, reemplazando la válvula señalada por la Tee
51
de 11/2”, conectando los demás materiales como se indica esquemáticamente en
la Figura 20: Esquema de instalación de los componentes para la prueba,
cerrando previamente la válvula ubicada en B (ver Figura 19: Punto de instalación
y medición de la presión en la línea de concentrado utilizado en la prueba).
Figura 19: Punto de instalación y medición de la presión en la línea de concentrado utilizado en la prueba
Figura 20: Esquema de instalación de los componentes para la prueba
Una vez instalado el manómetro en el monitor FN-03, se procedió de la
siguiente forma:
1- Se abrieron las válvulas de concentrado y agua para iniciar la
descarga de espuma señaladas en la Figura 19: Punto de instalación y
medición de la presión en la línea de concentrado utilizado en la prueba
como B y C.
A
B C
Válvula de ¾”
Tee de ¾”
Nipple ¾”
52
2- Se purgó el manómetro para garantizar una correcta lectura de la
presión mediante la apertura de una válvula de ¾”, registrándose 5 lecturas
del manómetro. Esto implicó el arranque tanto de las bombas de agua y de
concentrado del SECI.
3- Luego se cerraron las válvulas de agua y concentrado.
4- Posteriormente, en la Tee de 1 ½” se bloqueo la salida hacia el
monitor con un tapón de 1 ½”, abriéndose luego la válvula de concentrado.
5- Se registraron 5 lecturas de la presión estática en la línea, con la
bomba principal de concentrado activa.
6- Luego de realizada la mediciones, se cerró la válvula de concentrado
del monitor, y se abrió la válvula de ¾” para realizar un correcto desmontaje
del manómetro.
7- Se apagaron ambas bombas, la de concentrado y agua del SCI.
8- Se desconectó el manómetro del monitor FN-03 y se conecto
nuevamente a la red de concentrado.
Los resultados obtenidos en la prueba se presentan en el CAPÍTULO 5.
RESULTADOS DEL ESTUDIO DEL SECI DE LA EP en la sección
5.3 Resultados de la prueba de medición de presión en línea de
concentrado.
53
CAPÍTULO 5. RESULTADOS DEL ESTUDIO DEL SECI DE LA EP
5.1 Resultados de las simulaciones
A continuación se presentan los resultados obtenidos en cada uno de los
eventos de incendio considerados, que involucran los sistemas de diluvios
presentados en la Tabla 6: Eventos simulados perteneciente al CAPÍTULO 4.
METODOLOGÍA. En los resultados de los eventos presentados a continuación,
las velocidades y presiones críticas en el sistema se mencionaran en el
CAPÍTULO 6. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DEL ESTUDIO DEL SECI DE
LA EP para los casos donde se haya sobrepasado los máximos permisibles.
5.1.1 Resultados de las simulaciones de los Eventos de Incendio
en las bombas P-1001 A/B/E del Tren de Producción A, ubicadas en la
Zona 2
El modelo generado para el sistema de rociadores de las bombas P-1001
A/B/E se presenta en la Figura 21: Visualización del sistema de rociadores de
espuma de la zona 2.
Figura 21: Visualización del sistema de rociadores de espuma de la zona 2
54
Los valores de presión y caudal de descarga para cada uno de los
rociadores obtenidos en la simulación se presentan en la Tabla 10: Zona 2,
presión y caudal de descarga para sistema de rociadores de espuma en bombas
P-1001 A/B/E.
Tabla 10: Zona 2, presión y caudal de descarga para sistema de rociadores de espuma en bombas P-1001 A/B/E
Caso 1 Caso 2
# Rociador Presión
descarga de
SE (psig)
Caudal
descarga de
SE (gpm)
Presión
descarga de
SE (psig)
Caudal
descarga de
SE (gpm)
1 26.26 7.18 16.31 5.66
2 26.26 7.19 16.32 5.67
3 26.29 7.20 16.33 5.67
4 26.26 7.18 16.31 5.66
5 26.26 7.18 16.31 5.66
6 26.30 7.18 16.59 5.70
7 26.25 7.18 16.31 5.66
8 26.26 7.19 16.31 5.67
9 19.26 12.31 12.02 9.72
10 19.25 12.33 12.00 9.72
11 19.26 12.36 12.00 9.74
12 19.32 12.41 12.02 9.77
13 19.26 12.30 12.02 9.72
14 19.24 12.30 12.00 9.73
15 19.23 12.32 12.01 9.75
16 19.24 12.35 12.04 9.79
17 19.28 12.34 11.86 9.68
18 19.31 12.38 11.88 9.71
19 19.38 12.44 11.93 9.76
20 19.53 12.53 12.02 9.83
21 19.15 12.27 11.79 9.62
22 19.17 12.27 11.79 9.62
23 19.14 12.27 11.77 9.62
24 19.13 12.28 11.77 9.63
25 26.26 7.18 16.32 5.66
26 26.35 7.21 16.38 5.68
27 19.27 12.30 12.02 9.72
28 19.51 12.47 12.51 9.91
29 19.17 12.29 11.79 9.64
30 19.22 12.34 11.83 9.68
Total 318.70 250.98
Agua 309.13 243.45
Concentrado 9.56 7.53
Notas: Casos según Tabla 6: Eventos simulados; SE=
Solución de espuma
55
5.1.2 Resultados de las simulaciones de los Eventos de Incendio
en las bombas P-1001 C/D/F del Tren de Producción B, ubicadas en la
Zona 3
El modelo generado para el sistema de rociadores de espuma de las
bombas P-1001 C/D/F se presenta en la Figura 22: Visualización del sistema de
rociadores de espuma de la zona 3.
Figura 22: Visualización del sistema de rociadores de espuma de la zona 3
Los valores de caudal y presión obtenidos para los rociadores en cada
caso se presentan en la Tabla 11: Zona 3, presión y caudal de descarga para
sistemas de rociadores de espuma .
56
Tabla 11: Zona 3, presión y caudal de descarga para sistemas de rociadores de espuma en bombas P-1001 C/D/F
Caso 1 Caso 2
# Rociador Presión
descarga de
SE (psig)
Caudal de
descarga de
SE (gpm)
Presión
descarga de
SE (psig)
Caudal de
descarga de
SE (gpm)
1 26.89 7.268 16.96 5.77
2 26.9 7.273 16.96 5.78
3 26.92 7.282 16.98 5.78
4 26.89 7.266 16.96 5.77
5 26.89 7.264 16.96 5.77
6 26.88 7.265 16.96 5.77
7 26.88 7.268 16.95 5.77
8 26.89 7.273 16.96 5.78
9 20.09 12.563 12.61 9.95
10 20.07 12.571 12.59 9.96
11 20.06 12.591 12.59 9.98
12 20.09 12.63 12.62 10.01
13 20.09 12.568 12.61 9.96
14 20.07 12.579 12.60 9.96
15 20.07 12.605 12.60 9.99
16 20.12 12.652 12.63 10.02
17 19.65 12.43 12.52 9.92
18 19.63 12.442 12.51 9.93
19 19.64 12.47 12.51 9.95
20 19.69 12.519 12.54 9.99
21 19.65 9.849 12.53 6.41
22 19.64 9.854 12.52 6.41
23 19.62 12.44 12.51 9.93
24 19.63 12.468 12.52 9.95
25 26.89 7.264 16.96 5.77
26 26.99 7.291 17.03 5.79
27 20.1 12.562 12.62 9.95
28 20.91 12.81 13.12 10.15
29 19.66 12.422 12.53 9.92
30 19.86 12.575 12.66 10.04
Total 318.31 250.13
Agua 308.76 242.62
Concentrado 9.55 7.50
Notas: Casos según Tabla 6: Eventos simulados; SE= Solución de espuma
57
5.1.3 Resultados de las simulaciones de los Eventos de Incendio
en el Tanque T-1101, ubicado en la Zona 6
En la Figura 23: Visualización de las cámaras de espuma Tanque T-1101,
ubicadas en zona 6 se presenta el modelo del diluvio de espuma que protege al
tanque T-1101 para el almacenaje del diluente.
Figura 23: Visualización de las cámaras de espuma Tanque T-1101, ubicadas en zona 6
Para el caso 1, Incendio en la superficie interna del tanque con la
activación de las cámaras de espuma, se obtuvieron los resultados presentados
en la Tabla 12: Zona 6, presión y caudal en la descarga de las cámaras de
espuma del tanque T-1101.
58
Tabla 12: Zona 6, presión y caudal en la descarga de las cámaras de espuma del tanque T-1101
Caso 1
# Cámara Presión de
descarga (psia)
Caudal solución
de Espuma
(gpm)
1 15,13 548,89
2 15,2 556,11
3 15,29 590,58
Total 1695,58
Agua 1644,71
Concentrado 50,87
Para el caso 2, el incendio en la superficie interna del tanque con daño en
las cámaras de espuma y rompimiento parcial del techo del tanque se utilizan 3
monitores con descarga de espuma FN-01, FN-02 y FN-07, según el plan de
emergencia de SINCOR. En la Tabla 13: Zona 6, presión residual en monitores de
espuma caso 2 se presentan los resultados de la simulación para este caso.
Tabla 13: Zona 6, presión residual en monitores de espuma caso 2
Presión Caso 2 Monitor
Agua (psig) Concentrado (psig)
FN-01 104,89 146,34
FN-02 106,92 148,33
FN-07 109,79 152,26
Para el caso 3, derrame e incendio de diluente en el dique de contención
del tanque, el plan de emergencia de SINCOR no contiene un procedimiento
preestablecido para esta contingencia.
59
5.1.4 Resultado de las simulaciones de los eventos de incendio en las
bombas P-1002 A/B/S, P-1101 A-D y P-1006 A/B/C, ubicadas en la Zona
7
En la Figura 24: Visualización del sistema de rociadores de las bombas P-
1002, P-1101 y P-1006, ubicadas en la Zona 7 se presenta el modelo del sistema
de diluvio de espuma con descarga mediante rociadores de las bombas P-1002
A/B/S, P-1101 A-D y P-1006 A/B/C ubicadas en la zona 7.
Figura 24: Visualización del sistema de rociadores de las bombas P-1002, P-1101 y P-1006, ubicadas en la Zona 7
Los valores de caudal y presión de los rociadores en cada caso se
presentan en la Tabla 14: Zona 7, presión y caudal de descarga en el sistema de
rociadores de espuma. Este sistema de diluvio de espuma se encuentra más
cerca de la Estación de bombas de concentrado y de la Estación de Bombas de
Agua Contra Incendio, por lo que se esperaban presiones más elevadas en la
descarga de los rociadores como se evidencia en la Tabla 14: Zona 7, presión y
caudal de descarga en el sistema de rociadores de espuma.
60
Tabla 14: Zona 7, presión y caudal de descarga en el sistema de rociadores de espuma
Caso 1 Caso 2 Caso 3
# Rociador Presión
descarga de
SE (psig)
Caudal de
descarga de
SE (gpm)
Presión
descarga de
SE (psig)
Caudal de
descarga de
SE (gpm)
Presión
descarga de
SE (psig)
Caudal de
descarga de
SE (gpm)
10 92.05 40.65 92.05 40.65 83.94 38.82
11 89.38 40.06 89.38 40.06 81.39 38.22
12 90.13 40.22 90.13 40.22 82.07 38.38
13 89.88 40.17 89.88 40.17 81.84 38.33
14 89.13 40 89.13 40 81.16 38.17
15 91.8 40.6 91.8 40.6 83.71 38.77
24 76.34 37.02 76.34 37.02 69.52 35.33
25 75.01 36.7 75.01 36.7 68.3 35.02
26 74.38 36.54 74.38 36.54 67.72 34.87
27 76.82 37.14 76.82 37.14 70.06 35.47
30 74.84 36.66 74.84 36.66 68.15 34.98
31 74.85 36.66 74.85 36.66 68.15 34.98
32 76.19 36.98 76.19 36.98 69.38 35.29
35 77.3 37.25 77.3 37.25 70.5 35.58
68 78.52 37.54 78.52 37.54 71.51 35.83
69 81.02 38.14 81.02 38.14 73.91 36.43
79 79.05 37.67 79.05 37.67 71.99 35.95
80 81.57 38.27 81.57 38.27 74.4 36.55
95 78.96 37.65 78.96 37.65 72.03 35.96
96 76.54 37.07 76.54 37.07 69.71 35.38
97 77.4 37.28 77.4 37.28 70.5 35.58
98 78.42 37.52 78.42 37.52 71.43 35.81
99 80.87 38.1 80.87 38.1 73.78 36.39
100 80.65 38.05 80.65 38.05 73.57 36.34
101 78.21 37.47 78.21 37.47 71.23 35.76
102 79.09 37.68 79.09 37.68 72.04 35.96
103 79.54 37.79 79.54 37.79 72.45 36.07
104 82.01 38.37 82.01 38.37 74.82 36.65
Total 1065.25 1065.25 1016.87
Agua 1033.29 1033.29 986.36
Concentrado 31.96 31.96 30.51
Notas: Casos según Tabla 6: Eventos simulados; SE= Solución de espuma
5.1.5 Resultados de las simulaciones de los Eventos de Incendio en el
Tanque T-1002, ubicado en Zona 8
En la Figura 25: Visualización de las cámaras de espuma del Tanque T-
1002, ubicadas en Zona 8 se presenta el sistema de diluvio compuesto por
cámaras de espuma para el tanque T-1002.
61
Figura 25: Visualización de las cámaras de espuma del Tanque T-1002, ubicadas en Zona 8
Para el caso 1, el incendio en la superficie interna del tanque con la
activación de las cámaras de espuma, los resultados obtenidos se presentan en la
Tabla 15: Zona 8, presión y caudal en la descarga de las cámaras de espuma del
tanque T-1002.
Tabla 15: Zona 8, presión y caudal en la descarga de las cámaras de espuma del tanque T-1002
Caso 1
# Cámara Presión de
descarga
(psia)
Caudal
solución de
Espuma (gpm)
1 14,73 524,57
2 14,71 531,62
3 14,70 548,08
Total 1604,27
Agua 1556,14
Concentrado 48,13
62
Para el Caso 2, el incendio en la superficie interna del tanque con daño en
las cámaras de espuma y rompimiento parcial del techo del tanque implica la
utilización de 2 monitores con descarga de espuma, según el plan de emergencia
de SINCOR. Los monitores que se activan en este caso son el FN-03 y FN-04 de
la EP. En la Tabla 16: Zona 8, presión residual en monitores de espuma caso 2 se
presentan las presiones para cada monitor activo.
Tabla 16: Zona 8, presión residual en monitores de espuma caso 2
Presión Caso 2 Monitor
Agua(psig) Concentrado(psig)
FN-03 121,87 139,56
FN-04 127,01 147,59
Para el caso 3, la presión correspondiente para los 3 monitores activados
se presenta en la Tabla 17: Zona 8, presión residual en monitores de espuma
caso 3.
Tabla 17: Zona 8, presión residual en monitores de espuma caso 3
Presión Caso 3 Monitor
Agua (psig) Concentrado (psig)
FN-03 146,17 134,15
FN-04 152,00 142,15
FN-06 152,00 156,92
5.2 Requerimientos de solución de espuma para la protección de los equipos comprendidos de las zonas 1 hasta 10 de la EP
En la Tabla 18: Solución de espuma necesaria para la protección de los
equipos de la EP se presenta el caudal calculado de solución de espuma y
concentrado necesario para proteger los equipos, el caudal de descarga de
solución de espuma de referencia (Caudal de diseño), y el volumen de
concentrado necesario para cubrir el incendio de fuego durante el tiempo mínimo
recomendado.
63
Tabla 18: Solución de espuma necesaria para la protección de los equipos de la EP
Solución de Espuma Calculada
Tiempo de Protección
Volumen de Concentrado
Solución de Espuma de Referencia
Desviación Qd - Qc Identificador del
Equipo Área del
equipo [m²] Tasa de aplicación
[l/minxm²]
Qc [gpm]
Concentrado [gpm]
[min] [gal] Qd [gpm] [gpm]
Zona 2 D-1004 A/B 200 6.5 343.3 10.3 30 309.0 557,4 214,1
A-1005 A/B/C 49.3 6.5 84.7 2.5 30 76.2 139,1 54,5
E-1005 A E-1001A 80.5 6.5 138.2 4.1 30 124.4 43,1 -95,0
E-1003 A,B,C,D 55.5 6.5 95.3 2.9 30 85.7 26,9 -68,4
D-1009 A 209 6.5 358.8 10.8 30 322.9 33,0 -325,8
P-1007 A/B 11.3 4.1 12.2 0.4 30 11.0 7,0 -12,3
U-1001/2/3 T-3003/4 105 6.5 180.2 5.4 30 162.2 180,5 0,3
P-1001 A/B 105.5 4.1 114.2 3.4 30 102.8 81,3 -99,8
P-1001 E 102.9 4.1 111.4 3.3 30 100.2 81,3 -95,3
D-1001A 275 6.5 472.1 14.2 30 424.9 557,4 85,3
D-1007 A 134 6.5 230.0 6.9 30 207.0 327,6 97,6
P-1005 A/B/C 42 4.1 45.5 1.4 30 40.9 8,8 -63,3
H-1001 A 448 6.5 769.1 23.1 30 692.2 206,1 -563,0
Zona 3
D-1004 C/D 200 6.5 343.3 10.3 30 309.0 557,4 214,1
A-1005 D/E/F 49.32 6.5 84.7 2.5 30 76.2 139,1 54,5
E-1005 B E-1001 B 80.5 6.5 138.2 4.1 30 124.4 43,1 -95,0
E-1003 E,F,G,H 55.5 6.5 95.3 2.9 30 85.7 26,9 -68,4
D-1009 B 209 6.5 358.8 10.8 30 322.9 33,0 -325,8
P-1007 C/D 11.3 4.1 12.2 0.4 30 11.0 7,0 -12,3
P-1001 C/D 105.5 4.1 114.2 3.4 30 102.8 81,3 -99,8
P-1001 F 102,9 6,5 176,6 5,3 30 158,9 81,3 -95,3
D-1001 B 275 6.5 472.1 14.2 30 424.9 557,4 85,3
D-1007 B 134 6.5 230.0 6.9 30 207.0 327,6 97,6
P-1005 C/D/F 42 4.1 45.5 1.4 30 40.9 8,8 -63,3
H-1001 B 448 6.5 769.1 23.1 30 692.2 206,1 -563,0
Zona 4
P-1501 A/S, D-1501 A 176 6.5 302.1 9.1 30 271.9 7,0 -295,1
Zona 5
P-1900 A/B 15.0 4.1 16.3 0.5 30 14.7 N/A N/A
P-1950 A/B 16.2 4.1 17.5 0.5 30 15.8 3,5 -24,3
P-1930 A/B 16.5 4.1 17.9 0.5 30 16.1 N/A N/A
T-1930 88.6 4.1 95.9 2.9 65 187.0 48,4 -103,6
P-1960 A/B 14.0 4.1 15.1 0.5 30 13.6 3,5 -20,5
T-1905, X-1901y 1905 195.0 6.5 334.7 10.0 65 652.8 N/A N/A
D-1301 80.4 6.5 138.0 4.1 30 124.2 198,1 60,1
P-1302 A/S 18.0 4.1 19.5 0.6 30 17.5 N/A N/A
U-1910/11/12/14 44.4 6.5 76.2 2.3 30 68.6 N/A N/A
T-1900 A/B 1070.0 6.5 1836.8 55.1 65 3581.8 N/A N/A
Zona 6
T-1101(cámaras caso1) 1230 4.1 1331.9 40.0 55 2197.6 1322,9 -9,0
T-1101(caso2) 1230 6.5 2111.5 63.3 65 4117.4 N/A N/A
Dique T-1101(caso 3) 8934 6.5 15336.6 460.1 30 13802.9 N/A N/A
Zona 7 0,0
P-1202 184 4.1 199.2 6.0 30 179.3 82,3 -233,6
P-1006 120 4.1 129.9 3.9 30 116.9 133,5 -72,5
P-1002 A/B/S 164 4.1 177.6 5.3 30 159.8 241,8 -39,7
P-1101 A/B/S/C/D 228 4.1 246.9 7.4 30 222.2 198,4 -193,0
Zona 8
T-1002(cámaras caso1) 1051 4.1 1138.0 34.1 55 1877.8 1131,2 -6,8
T-1002(caso 2) 1051 6.5 1804.2 54.1 65 3518.2 N/A N/A
Dique T-1002 (caso 3) 7573 6.5 13000.2 390.0 30 11700.2 N/A N/A
Zona 9
D-1502/ P-1502 64 6.5 109.9 3.3 30 98.9 120,2 10,3
Zona 10
D-1213 81.1 6.5 139.3 4.2 30 125.3 N/A N/A
Notas: en la Tabla 7: Tasas de aplicación de solución de espuma presentada en el capítulo 3 se indican las consideraciones de los cálculos y las referencias de los parámetros utilizados N/A= documento de referencia no actualizado
64
5.3 Resultados de la prueba de medición de presión en línea de concentrado
Durante la prueba de medición de concentrado en el monitor FN-03 el valor
de la presión residual en el punto de medición resulto ser menor a la presión
atmosférica, esto debido al efecto de aspiración o efecto venturi provocado por la
reducción de la sección transversal de la línea de agua en el punto de mezcla. La
velocidad del agua en el punto de mezcla es tan alta que crea un vacío o caída
local de la presión a un valor inferior a la presión atmosférica, que permite aspirar
el concentrado de espuma de la línea de concentrado ó de un contenedor portátil.
No obstante, al realizarse la medición de la presión de manera estática con
la bomba principal de concentrado encendida se obtuvieron los valores
presentados en la Tabla 19: Presión estática en el monitor FN-03 (ver Figura 26:
Prueba de medición de presión en línea de concentrado)
Tabla 19: Presión estática en el monitor FN-03 # Medida Concentrado (psig)
1 200 ± 5
2 205 ± 5
3 200 ± 5
4 210 ± 5
5 205 ±5
Figura 26: Prueba de medición de presión en línea de concentrado
65
CAPÍTULO 6. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DEL ESTUDIO DEL SECI DE LA EP
6.1 Análisis de los eventos simulados de incendio en las zonas
2 y 3 para el diluvio de espuma de las bombas P-1001 A/B/E y P-
1001 C/D/F
Para la Zona 2 y la Zona 3, los dos trenes de producción existentes en la
EP los requerimientos de espuma para la protección de las bombas P-1001 A-F
corresponde a 243 gpm de caudal de descarga (7 gpm de concentrado y 236 gpm
agua) para cada zona, según el caudal de diseño de la EP presentado en la Tabla
18: Solución de espuma necesaria para la protección de los equipos de la EP.
Como se puede apreciar en las tablas Tabla 10: Zona 2, presión y caudal
de descarga para sistema de rociadores de espuma en bombas P-1001 A/B/E y
Tabla 11: Zona 3, presión y caudal de descarga para sistemas de rociadores de
espuma , para los dos casos simulados en cada zona (La Respuesta automática
del sistema al activarse un detector de incendio y la Activación de la estación
manual de emergencia de cada zona) la descarga del diluvio de espuma mediante
los rociadores es mayor a la requerida, considerándose cubiertos los eventos de
incendio en estas zonas.
Por otra parte, la presión residual de los rociadores de espuma presenta
valores inferiores al recomendado de 20 psig, el cual garantiza el área de
cobertura con el fueron seleccionados y espaciados los rociadores. Para el caso 2
de la zona 2 la presión promedio de la descarga de los rociadores es 13 psig y en
la zona 3 es 14 psig.
66
6.2 Análisis de los eventos de incendio simulados en la Zona 7
para el diluvio de espuma de las bombas P-1002 A/B/S, P-1101 A-
D y P-1006 A/B/C.
Para el sistema de rociadores de las bombas que conforman la zona 7, el
caudal descargado por los rociadores sobrepasa el caudal requerido de 573 gpm
(ver Tabla 18: Solución de espuma necesaria para la protección de los equipos de
la EP) como se puede observar de la Tabla 14: Zona 7, presión y caudal de
descarga en el sistema de rociadores de espuma para el caso 1 (Respuesta
automática del sistema al activarse un detector de incendio de las bombas P-1002
A/B/S, P-1006 A/B/S y P-1101 A-D/S) y el caso 2 (Activación de la estación
manual de emergencia) el caudal de solución de espuma es 1065 gpm y para el
caso 3 (Activación de la estación manual de emergencia conjuntamente con los
monitores FN-08 y FN-09 con descarga de espuma) 1016,87 gpm.
Con estos caudales de descarga, los eventos de incendio correspondientes
a esta zona se consideran cubiertos. Si el tiempo mínimo para la protección de la
estación de bombas es 30 min (ver Tabla 7: Tasas de aplicación de solución de
espuma), la cantidad de concentrado consumido se calcula como se muestra en
la ecuación 20,
³62,35.958%100
%3.1065.min30mgal
gpmQe === (20)
siendo el concentrado requerido el calculado en la ecuación 21.
³92,1515%100
%3.573.min30mgal
gpmQe === (21)
En este diluvio de espuma se esta utilizando 1,88 veces más concentrado
del necesario. Por ello, a pesar de que se cumple con los requerimientos mínimos
de descarga de solución de espuma, se puede regular este exceso en la descarga
del diluvio de espuma. La descarga de los rociadores se rige por la ecuación 22,
67
PkQ ∆= (22)
Siendo Q el caudal de descarga, k el coeficiente de descarga del rociador y
P∆ la diferencia de presión existente antes y después del rociador. Por ello, para
ajustar la tasa de descarga al valor de referencia de 573 gpm, es necesario
disminuir la presión en la línea de descarga de los rociadores de espuma.
Utilizando el modelo del sistema de diluvio, se varió la presión en la línea
de agua hasta obtener un caudal de descarga de solución de espuma acorde con
el valor de referencia de 573 gpm. Con una presión de 50 psig después de la
válvula de alivio de agua, se descarga solo 603 gpm, siendo un valor mas
aproximado al requerido (1,05 veces el requerido). Los valores obtenidos se
presentan en la Tabla 20: Zona 7, valor propuesto de presión y caudal de
descarga para sistema de rociadores de espuma.
La variación de la presión a través de la tubería de distribución de la
solución de espuma se puede observar en la Figura 27: Presión en la línea de
distribución de solución de espuma en el diluvio de la zona 7, donde se aprecia
como la presión en la descarga del rociador más favorable y desfavorable
hidráulicamente cumplen con el rango de operación recomendado por el
fabricante de 20<p<30 psig.
Adicionalmente, se verificó en la Figura 14: Presión mínima de trabajo de
los proporcionadores que la presión propuesta fuera superior a la mínima
necesaria para el funcionamiento del proporcionador de 4 pulgadas del sistema
de diluvio de la presente zona (ver Tabla 5: Equipos protegidos por diluvios de
espuma).
68
Tabla 20: Zona 7, valor propuesto de presión y caudal de descarga para sistema de rociadores de espuma
Caso 1 Caso 2 Caso 3
# Rociador
Presión
descarga de
SE (psig)
Caudal de
descarga de
SE (gpm)
Presión
descarga de
SE (psig)
Caudal de
descarga de
SE (gpm)
Presión
descarga de
SE (psig)
Caudal de
descarga de
SE(gpm)
10 29.27 22.92 29.27 22.92 29.3 22.93
11 28.48 22.61 28.48 22.61 28.51 22.62
12 28.74 22.71 28.74 22.71 28.77 22.73
13 28.66 22.68 28.66 22.68 28.69 22.69
14 28.4 22.58 28.4 22.58 28.43 22.59
15 29.19 22.89 29.19 22.89 29.22 22.9
24 24.48 20.96 24.48 20.96 24.51 20.97
25 24.02 20.77 24.02 20.77 24.04 20.77
26 23.8 20.67 23.8 20.67 23.82 20.68
27 24.53 20.98 24.53 20.98 24.55 20.99
30 23.97 20.74 23.97 20.74 23.99 20.75
31 23.97 20.74 23.97 20.74 23.99 20.75
32 24.43 20.94 24.43 20.94 24.45 20.95
35 24.69 21.06 24.69 21.06 24.72 21.07
68 25.2 21.27 25.2 21.27 25.22 21.28
69 25.95 21.58 25.95 21.58 25.97 21.59
79 25.38 21.35 25.38 21.35 25.4 21.36
80 26.13 21.66 26.13 21.66 26.15 21.67
95 25.4 21.35 25.4 21.35 25.42 21.36
96 24.68 21.05 24.68 21.05 24.7 21.06
97 24.98 21.18 24.98 21.18 25 21.19
98 25.32 21.32 25.32 21.32 25.34 21.33
99 26.04 21.62 26.04 21.62 26.07 21.63
100 25.95 21.58 25.95 21.58 25.98 21.59
101 25.22 21.28 25.22 21.28 25.25 21.29
102 25.53 21.41 25.53 21.41 25.56 21.42
103 25.69 21.48 25.69 21.48 25.71 21.49
104 26.42 21.78 26.42 21.78 26.45 21.79
Total 603.16 603.16 603.44
Agua 585.07 585.07 585.34
Concentrado 18.09 18.09 18.10
Notas: Casos de la zona 7 según Tabla 6: Eventos simulados; SE= Solución de espuma
69
0
10
20
30
40
50
60
Pre
sió
n (P
sig
)
30 psig 20 psig
Rociador más favorable Rociador más desfavorable
Figura 27: Presión en la línea de distribución de solución de espuma en el diluvio de la zona 7
Con la regulación de la presión de descarga de la válvula de diluvio de
agua se puede controlar la descarga de solución de espuma, logrando una
descarga constante frente a las variaciones de la presión en la línea de
distribución de agua producto de la activación de dispositivos adicionales como
diluvios de agua, monitores agua/espuma e hidrantes.
6.3 Análisis de los eventos de incendio considerados en la Zona 6 y Zona 8 de la EP, para los tanques T-1101 y T-1002
En el caso 1 del Tanque T-1101, activación del diluvio de las cámaras de
espuma, se puede apreciar en la Tabla 12: Zona 6, presión y caudal en la
descarga de las cámaras de espuma del tanque T-1101 que las cámaras de
espuma descargan 1695 gpm de solución de agua-concentrado, siendo el
requerimiento de protección 1332 gpm de descarga. La descarga es 1,28 veces
superior a la requerida, considerándose el evento de incendio en la superficie del
tanque de diluente con la activación de las cámaras de espuma cubierto por el
SECI. Para este caso, la norma NFPA-11 permite la reducción del tiempo de
protección hasta un 70% del tiempo mínimo recomendado para la descarga de los
dispositivos que protegen tanques de techo cónico. Considerando lo anterior, el
tiempo de protección necesario se reduce de 55 minutos a 43 minutos. El tiempo
de protección se calcula de la siguiente manera: se calcula la cantidad de solución
de espuma necesaria (en nuestro caso establecida en la Tabla 18: Solución de
70
espuma necesaria para la protección de los equipos de la EP) descargada en el
tiempo mínimo de protección, y se divide entre la tasa de descarga real como se
muestra en la ecuación 23.
min431695
min55.1332==
gpm
gpmnTprotecció (23)
Las cámaras de espuma se encuentran descargando espuma dentro del
rango de operación permitido de 180 - 642 gpm (ver sección 3.3.2.5 Sistemas
de diluvio de Espuma).
De forma similar, para el caso 1 del tanque T-1002 la tasa de descarga
espuma es superior en 473 gpm a la requerida para proteger el tanque durante 55
minutos (1131,2 gpm, ver Tabla 15: Zona 8, presión y caudal en la descarga de
las cámaras de espuma del tanque T-1002 y Tabla 18: Solución de espuma
necesaria para la protección de los equipos de la EP). Este evento se considera
cubierto por el SECI, reduciéndose el tiempo de protección a 39 minutos. La tasa
de descarga de las cámaras de espuma se encuentra acorde con el rango de
operación permitido de 180 – 642 gpm. Además, la velocidad en la descarga no
excede el máximo de 20 pies/s que establece la norma NFPA 11, siendo la
velocidad después de la placa orificio de las cámaras de espuma 13,81 pie/s,
antes de la expansión final de la espuma.
Para el caso 2 del tanque T-3101 (incendio en la superficie libre del tanque
con daño en las cámaras de espuma) la protección se realiza mediante los
monitores FN-01, FN-02 y FN-07 con descarga de espuma, siendo la presión del
agua para los tres monitores superior a 100 psig (ver Tabla 13: Zona 6, presión
residual en monitores de espuma caso 2), por lo que se forma adecuadamente la
espuma en los proporcionadores en línea de los mismos. Para este evento el
caudal de espuma requerida es 2111 gpm, descargándose 3000 gpm
correspondiente a los tres monitores activados.
En este evento sucede algo peculiar en la estación de bombeo. Cada uno
de los monitores de 1000 gpm requiere 30 gpm de concentrado para formar
adecuadamente la espuma al 3%. Al activarse los tres monitores de 1000 gpm
71
FN-01, FN-02 y FN-07, se requiere de 90 gpm de concentrado, pero la bomba
principal de concentrado solo maneja 68 gpm para el punto de operación. Esto
produce que la presión en la línea de distribución de concentrado baje. Pero el
sistema de control de la bomba de respaldo Diesel de concentrado (ver 3.3.2.2
Estación de bombas de concentrado de espuma), al estar encendida la
bomba de agua contra incendio, activa la bomba de respaldo 20 segundos
después de ocurrir la baja en la presión de la línea de concentrado. Para este
evento, el SECI opera con las dos bombas simultáneamente, la principal y la de
respaldo. Este comportamiento fue descubierto al modelar el evento
correspondiente para conocer las presiones en la línea de concentrado en los
monitores activados. Bajo este evento, según la simulación realizada en el
modelo, la velocidad máxima de 16 pies/s es sobrepasada en la Estación de
bombas de concentrado; en las descarga de las bombas y en la línea de retorno
del concentrado al tanque de concentrado.
El funcionamiento de ambas bombas simultáneamente no esta permitido
en la norma NFPA-20, en la que se establece claramente que tanto la bomba
principal de concentrado como la bomba de respaldo deben contar con una
capacidad que permita cubrir las demandas de los dispositivos de espuma y en
especial debe cubrir el evento de mayor de incendio de la EP.
Realizando una investigación referente al caso en cuestión (caso 2 del
tanque de diluente), se encontró que los monitores de la zona 6 y zona 8 de la EP
de 1000 gpm, eran inicialmente de 500 gpm. Cuando los monitores eran de 500
gpm, para este evento se pueden activar los tres monitores (se requiere 15 gpm
por monitor para un total de 45 gpm, cubiertos por la bomba principal de
concentrado). Incluso se podían activar en el pasado de los 4 monitores que
rodean a los tanques T-1101 y T-1002 simultáneamente, funcionando la bomba
de concentrado, y la de respaldo solo en caso de falla de la bomba principal de
concentrado, como lo establece la norma NFPA-20.
En el caso 2 del tanque T-1002, el incendio en la superficie libre del
tanque con descarga de espuma mediante los monitores FN-03 y FN-04 (por
daño en las cámaras de espuma), la presión del agua para los dos monitores es
superior a 100 psig (ver Tabla 16: Zona 8, presión residual en monitores de
72
espuma caso 2), por lo que se forma adecuadamente la espuma en los
proporcionadores en línea de los mismos. Para este evento se requiere la
descarga de 1804,2 gpm, estando cubierto este caso de incendio por ambos
monitores de 1000 gpm.
Para el caso 3 del tanque T-1101, el derrame e incendio en el dique de
contención del tanque no se encuentra contemplado en el Plan de emergencia de
SINCOR, pero tanto en la norma IR-S-02 como en la norma API 2218
“Fireproofing Practices in Petroleum and Petrochemical Processing
Plants”(“Prácticas contra incendio en plantas de procesos petroleras y
petroquímicas”) de 1999 se establece que todo equipo que posea un dique de
contención (para eventualmente contener un derrame del líquido manejado por el
equipo), el área del dique debe ser considerada como un área posible de fuego.
Luego, en el análisis de riesgos de la EP, el incendio en el área de los
diques de los tanques T-1101 y T-1002 no fue considerado, por lo que el SECI no
se encuentra diseñado para cubrir esta eventualidad. Pero el Plan de Emergencia
de SINCOR fue generado tiempo después y si contempla para el Tanque T-1002
los procedimientos a seguir en esta eventualidad.
Para el caso 3 del tanque T-1002 de crudo fuera de especificación, el plan
de emergencia de SINCOR establece la utilización de los tres monitores FN-03,
FN-04 y FN-06 con una descarga total de 3000 gpm de espuma (se activan la
bomba principal y de respaldo de concentrado), pero como se aprecia en la Tabla
18: Solución de espuma necesaria para la protección de los equipos de la EP, la
tasa de descarga requerida corresponde a 13000 gpm, una cantidad muy elevada
en comparación con la protección prevista, lo que incrementa el tiempo para
controlar el incendio en el dique por derrame del crudo. Los bomberos de la
estación de bomberos existente en la EP para este caso en concreto utilizarían
adicionalmente el monitor un monitor móvil de alto galonaje de 3000 gpm, para
aumentar la descarga de espuma, pero esta cantidad es aún insuficiente.
Al extenderse el tiempo de protección necesario por una baja descarga de
espuma, aumenta la posibilidad de que ocurra un fenómeno llamado “el
rebosamiento violento de un líquido por Ebullición” (ver 3.1 Definiciones), debido
73
a que el tanque almacena crudo con una cantidad de agua mayor al 2% en
volumen de agua.
6.4 Análisis de los requerimientos de solución de espuma necesaria para la protección de los equipos de las zonas de fuego 1 hasta 10
En la Tabla 18: Solución de espuma necesaria para la protección de los
equipos de la EP se puede apreciar que el mayor requerimiento ocurre en el
evento de incendio en el dique de contención del tanque T-1101, siendo el evento
que requiere la mayor cantidad de espuma, y por ende, de concentrado. La
cantidad de concentrado para este caso se comparó con el volumen total de
concentrado del tanque de almacenamiento T-1203 que forma parte del sistema
fijo, siendo 15 m³ el total de concentrado disponible en la Estación 30 m³
(Capacidad del tanque más el respaldo existente según norma PDVSA IR-M-04
para la reposición del 100% de la capacidad del tanque de concentrado).
Para los eventos de fuego considerados en los tanque T-1101 y T-1002
(ver Tabla 6: Eventos simulados), se calculó el volumen inicial de concentrado
necesario para llenar las tuberías de distribución de solución agua/concentrado al
utilizarse las cámaras de espuma (ver Anexo E), presentándose en la Tabla 21:
Volumen de concentrado necesario para cubrir los eventos de incendio en
tanques T-1002 y T-1101 los valores totales requeridos.
Tabla 21: Volumen de concentrado necesario para cubrir los eventos de incendio en tanques T-1002 y T-1101
Equipo: evento Volumen concentrado
[m³]
T-1002: Incendio en la Superficie del tanque, cámaras espuma activas
7,24
T-1002: Incendio Superficie del tanque, monitores activos
13,32
T-1002: Derrame en Dique, monitores activos
44,29
T-1101: Incendio en la Superficie del tanque, cámaras espuma activas
8,44
T-1101: Incendio Superficie del tanque, monitores activos
15,59
T-1101: Derrame en Dique, monitores activos
52,25
74
Para el tanque T-1101 se necesitarían 52 m³ de concentrado, siendo más
de 3,48 veces la cantidad disponible en el tanque de concentrado. Como se
mencionó en la sección 6.3 Análisis de los eventos de incendio considerados en
la Zona 6 y Zona 8 de la EP, para los tanques T-1101 y T-1002, en el plan de
emergencia de SINCOR no se considera el caso de derrame en el dique del
tanque de almacenamiento de diluente.
La cantidad requerida de solución de espuma para la protección de los
equipos de las zonas de fuego 1 hasta la zona 10 que se calcularon en la mayoría
de los casos supera el valor de referencia con el que fue diseñado el sistema
contra incendio de la EP, siendo los valores de la última columna de la Tabla 18:
Solución de espuma necesaria para la protección de los equipos de la EP la
desviación existente entre los valores de descarga de espuma requerida por
norma con respecto a los valores de referencia dados por la empresa
correspondientes a los valores de diseño del SECI. Pero para los equipos
protegidos por los sistemas de diluvio de espuma, la mayor diferencia es 27%
entre los valores de la zona 2 y 3. Como la empresa necesitaba evaluar el sistema
de distribución de concentrado, se utilizaron los parámetros de referencia para
comparar los resultados obtenidos, pero en el presente trabajo e informe de la
empresa queda registrada la cantidad de espuma faltante para la protección de
los equipos.
6.5 Análisis de los resultados obtenidos en la prueba de medición de la presión en la línea de concentrado
La medición realizada en la línea de concentrado inicialmente fue ideada
para revisar y validar el modelo del sistema de distribución de concentrado
realizado en el presente trabajo y constatar los valores de operación del SECI.
Los resultados de la prueba no permiten verificar el modelo, debido a la
desviación presentada entre los parámetros de operación del sistema
(establecidos en los diagramas de tuberías e instrumentación del sistema de
Bombeo) y las condiciones reales de operación del sistema. Esto se concluye en
parte de las lecturas tomadas durante la realización de la prueba, presentadas en
75
la tabla Tabla 19: Presión estática en el monitor FN-03.
El valor de la presión en la línea de concentrado alcanzó un valor máximo
de 210 psig con la bomba principal de concentrado activada. Este valor no
debería alcanzarse en el sistema debido a existencia de las válvulas de alivio de
las bombas con apertura a 195 psig (ver 3.3.2.2 Estación de bombas de
concentrado de espuma) y la válvula reguladora de presión (PSV) que debe
mantener la presión en la línea en 12,1 barg (175 psig). Además, los valores de
presión registrados durante la prueba son superiores a la presión de diseño de los
componentes del sistema de 200 psig (presión máxima permitida). Con la
utilización del modelo, se verificó la presión máxima alcanzada en el sistema,
ocurriendo la misma en el monitor FN-40 ubicado en la zona 5 de la EP,
correspondiente a 197 psig, mientras la presión mínima del sistema de P=-2,86
psig ocurre en la succión de la bomba de respaldo de concentrado al funcionar
conjuntamente con la bomba principal de concentrado, en el evento de incendio
en la superficie del tanque de diluente T-1101 con descarga mediante los
monitores de espuma FN-01, FN-02 y FN-07, y en el caso 3 del tanque de
T-3002. Para esta condición, se calculó el NPSHd de las bombas según la norma
NFPA-20 de 1999 (ver Anexo C), cumpliéndose con el requerimiento mínimo
establecido en la misma.
En la prueba realizada se encontró que las válvulas de control y seguridad
de la estación de bombeo no están funcionando como lo establecen los
diagramas de Tuberías e instrumentación. Esto tiene como consecuencia que la
verificación del modelo realizando la medida de la presión en otro punto carece de
validez, si se pretende comparara los valores reales y el teórico del modelo
realizado.
Con la finalidad de verificar la medida realizada con el manómetro durante
la realización de la prueba, se consultó la presión del sistema mediante un
medidor de presión existente ubicado en la línea de descarga de las bombas de
concentrado.
En la Figura 28: Presión en la descarga de las bombas de concentrado de
espuma durante la prueba se corrobora los valores medidos, siendo la máxima
76
presión alcanzada por el sistema durante la prueba fue 15 barg
aproximadamente, correspondientes a 217,5 psig.
Figura 28: Presión en la descarga de las bombas de concentrado de espuma durante la prueba
En esta gráfica se puede apreciar como varía la presión (representada en
el eje de las ordenadas en barg) a través del tiempo. La variación en la presión
enmarcada en el recuadro rojo, representa la variación de la presión en la línea de
distribución para el encendido del monitor FN-03.
Para verificar la descarga de los monitores de agua/espuma se debe medir
la velocidad y la presión del agua en la línea de entrada del monitor, para
comparar los valores de presión de estancamiento real y la dada por el modelo de
agua, verificándose la presión mínima de 100 psig con la cual el fabricante
garantiza la creación de la solución AFFF al 3% y el rango de cobertura del
monitor.
La medición de la presión en la línea de agua se encuentra fuera de los
alcances u objetivos establecidos para este estudio, por lo que se recomienda la
verificación de estas presiones para los monitores agua/espuma de la EP, y una
vez revisada la estación de bombas de concentrado, medir la presión del sistema
en los proporcionadores de presión balanceada de los diluvios de espuma, con la
descarga de espuma activada.
Pmax=200 psig
Tiempo de duración de la Prueba [h]
P [Bar]
77
Por último, durante la verificación del historial de medidas tomadas por el
medidor de presión ubicado en la descarga de las bombas de concentrado, se
observó que la bomba Jockey de concentrado de Espuma P-1204 se activaba en
ocasiones más de 6 veces por hora. Debido a éste comportamiento, se notificó al
personal de instrumentación y mantenimiento de la EP al respecto, se plantearon
algunas posibles causas de este comportamiento, entre las cuales se destacaron:
1- Fuga en el sistema
2- Problema de cierre de las válvulas check ubicadas en las
descargas de las bombas, lo que permitiría que el flujo retorne a
través del intersticio entre el rotor y estator de la bomba de
engranaje al estar detenida.
3- Problema de cierre total de la válvula reguladora de presión
ubicado en la descarga de las bombas, encargada de mantener la
presión en 12.1 barg.
La Figura 29: Lectura de presión línea de concentrado con Bomba Jockey
activa muestra como varía la presión en la línea de concentrado. El
funcionamiento de la bomba jockey de concentrado se puede observar en la zona
enmarcada dentro del recuadro de la ilustración en cuestión.
78
Figura 29: Lectura de presión línea de concentrado con Bomba Jockey activa
6.6 Verificación de los materiales del SECI
Como aporte adicional, se verificaron los materiales del SECI por
presentarse dudas con respecto a la compatibilidad del concentrado de espuma
con los mismos.
El material de las tuberías de distribución de agua, concentrado y solución
agua-concentrado cumplen con el estándar ASTM A53 Gr B, siendo el espesor
SCH 40 (para tuberías de DN ≥ 3 pulgadas) y SCH 80 (para las tuberías con DN <
3 pulgadas). Para los tramos de tubería de distribución de agua y solución agua-
concentrado se cumple con los materiales permitidos por la norma COVENIN
1376:1999 (Tabla 22: Materiales para tuberías Norma COVENIN 1376:1999), IR-
M-04 y NFPA-11, así como el espesor mínimo requerido de cédula 40.
El fabricante del Concentrado, la corporación ANSUL, recomienda el uso
de los siguientes materiales: acero inoxidable 304 y 316, Fibra de vidrio o PVC,
latón rojo, latón naval y Hierro Negro, pero en una consulta realizada la
corporación especificó que el uso de la tubería ASTM A53 grado B es permitida y
entra bajo la misma especificación de las tuberías de Hierro Negro recomendada
en el boletín técnico 59 de la compañía ANSUL.
Tiempo de duración de la Prueba [h]
P [Bar]
79
Tabla 22: Materiales para tuberías Norma COVENIN 1376:1999
Materiales y dimensiones Normas
Tubería Ferrosa (con costura y sin costura)
Especificaciones para tubería de acero, para uso en protección contra incendio, negra y galvanizada por
inmersión en caliente, con/sin costura
ASTM A 795
Especificaciones para tubería de acero con costura y sin costura ANSI/ASTM A53
Tubería de acero extruída ANSI B36.1M Especificaciones para tubería de acero electrosoldada ASTM A135
En cuanto al tanque de almacenamiento de concentrado, entre las
recomendaciones del fabricante se encuentra el uso de fibra de vidrio con un
recubrimiento epóxico y el uso de acero al carbono con un domo de expansión. El
tanque de almacenamiento de concentrado de la EP esta acorde con la
especificación del fabricante, debido a que el material del tanque de concentrado
es acero al carbono, contando con un domo de expansión con un recubrimiento
epóxico adicional.
80
CAPÍTULO 7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Al revisar el Sistema de Espuma Contra Incendio (SECI), construir el
modelo, simular los eventos posibles de incendio y analizar los resultados se llego
a las siguientes conclusiones generales:
• La SECI de la Estación Principal de SINCOR dispone de un volumen de
concentrado suficiente para la generación de la espuma contra incendio requerida
para extinguir los posibles incendios en cada una de las zonas, para los eventos
de diseño del SECI.
• Para los eventos de derrame e incendio en los diques de contención del
tanque de diluente y el tanque de crudo fuera de especificación (El SECI no fue
diseñado para proteger los Tanques durante estos eventos), el SECI no dispone
de la capacidad de descarga ni de almacenamiento de concentrado de espuma
requerido.
• Para el evento de incendio en la superficie del tanque de diluente T-1101,
la bomba principal y de respaldo de concentrado funcionan simultáneamente (no
considerado en su diseño), sobrepasándose la velocidad máxima al encenderse
ambas bombas de concentrado (no se cumple con la norma NFPA-20, al carecer
las bombas del 100% de capacidad de descarga del evento, el cuál representa el
evento mayor de diseño del SECI).
• Según los resultados obtenidos con el modelo, la presión de 200 psig y la
velocidad crítica de 16 pies/s no se supera para ninguno de los eventos de diseño
del SECI.
• El modelo generado del SECI de la EP permite simular el comportamiento
del sistema, siendo de utilidad para la revisión de la distribución del concentrado
en la red, la descarga de los diluvios de espuma, la velocidad en la línea y la
presión del sistema en cualquier punto, a pesar de que no se pudo corroborar el
81
modelo con valores reales.
• Los diluvios de espuma según el modelo realizado descargan más solución
de agua-espuma que la requerida, esto debido a una mayor presión que la
requerida en la descarga de las válvulas de diluvio de agua.
• El SECI se encuentra operando fuera de los límites y parámetros
establecidos en los diagramas de tubería e instrumentación del sistema,
comprobado con la medición de la presión en la línea de descarga de las bombas
y en el monitor hidráulicamente más desfavorable de la EP.
Entre las recomendaciones consideradas se tiene:
• Realizar la revisión general de la estación de bombeo de concentrado por
presentarse divergencias entre los valores medidos de presión y el punto de
operación máximo de diseño permitido (en especial la revisión de las válvulas de
alivio y la PSV ubicada en la descarga de las bombas). Después de realizado lo
anterior, se sugiere la medición de la presión del concentrado en diferentes
puntos de la red con la bomba principal encendida para verificar la puesta a
punto, y comparar con los valores obtenidos mediante el modelo del SECI
obtenido en el presente trabajo.
• Para disminuir el tiempo de descarga del evento de incendio en los diques
de los tanques T-1101 y el tanque T-1002 se recomienda además de la activación
del monitor de alto galonaje de 3000 gpm del sistema móvil de la EP y la
búsqueda de ayuda externa, considerar alguna de estas alternativas:
- Incluir la activación de los 4 monitores disponibles en la periferia de los
diques de contención de los tanques T-1101 y T-1002 en caso de presentarse
un evento de derrame e incendio en los diques de dichos tanques. Para ello,
se propone; la sustitución de las bombas de concentrado principal y de
respaldo por bombas de engranaje con capacidad de 132 gpm @ 175 psig, ó
la instalación de una bomba adicional que maneje 132 gpm @175 psig que
funcione de respaldo utilizándose las existentes como bombas principales.
82
Este cambio de las bombas requiere el aumento de la capacidad de
almacenamiento del tanque de almacenamiento de concentrado a 53 m³.
Adicionalmente, en ambos casos se debe cambiar la línea de retorno al tanque
de concentrado de 11/2 pulgadas a 2 pulgadas (con los accesorios
correspondientes) para garantizar que no se sobrepase la velocidad máxima
de 16 pies/s en el SECI.
- Aumentar la disponibilidad en la Estación de Bomberos de la EP de
monitores de alto galonaje a 3 (actualmente se considera 1), además de
aumentar la disponibilidad de concentrado de espuma en la 53 m³.
• Se recomienda controlar la presión de descarga de las válvulas de diluvio
de espuma con la instalación de una válvula piloto que regule la misma. En la
zona 12, la presión necesaria después de la válvula de diluvio es de 50 psig
según la simulación del evento de incendio realizada en el modelo.
• Se recomienda modelar el sistema en régimen transitorio para verificar
como varía la presión en el sistema con el arranque de las bombas de
concentrado, así como con el cierre y apertura de las válvulas de diluvio ó control,
ya que el presente modelo solo considera el régimen estacionario de operación
del sistema.
• Se recomienda la actualización del SECI en concordancia con el plan de
emergencia de SINCOR en función de incorporar el evento considerado en este
estudio (derrame de crudo en el dique de contención), así como incluir en el plan
de emergencia el evento de derrame e incendio de diluente en el dique de
contención para el tanque T-1101. Para ambos casos se debe precisar las
acciones a tomar para estos eventos (equipos a utilizar, zona de seguridad, ayuda
externa requerida).
83
REFERENCIAS
American Petroleum Institute (API) 2218, “Fireproofing Practices in Petroleum and Petrochemical Processing Plants” (1999). COVENIN 1376 “Extinción de incendios en edificaciones. Sistema fijo de extinción con agua. Rociadores” (1999). Guía del Usuario del programa AFT Fathom v.5.0 (2003). Ingersoll-Dresser Pumps, “Cameron Hydraulic Data”. Dieciochoava edición. Estados Unidos (1998). Karassik J., Igor y Joseph P. Messina “PumpHandbook”. Tercera Edición. McGraw-Hill. Estados Unidos (2001). National Fire Protection Association 11 (NFPA 11), “Standard for Low-, Medium-, and High-Expansion Foam”, 1 Batterymarch Park, Quincy (2005). National Fire Protection Association 13 (NFPA 13), “Standard for the Installation of Sprinkler Systems” (2002). National Fire Protection Association 16 (NFPA 16), “Standard for the Installation of Foam-Water Sprinkler and Foam-Water Spray Systems” (2007). National Fire Protection Association 20 (NFPA 20), “Standard for the installation of Stationary Pumps for Fire Protection” (1999). National Fire Protection Association 25 (NFPA 25), “Standard for the Inspection, Testing, and Maintenance of Water-Based Fire Protection Systems” (2002). National Fire Protection Association 30 (NFPA 30), “Flammable and Combustible Liquids Code” (2000). Petróleos de Venezuela S.A. (PDVSA) IR-M-03, “Sistema de Agua contra Incendio” (1999). Petróleos de Venezuela S.A. (PDVSA) IR-M-04, “Sistema de Espuma contra Incendio” (1996). Petróleos de Venezuela S.A. (PDVSA) IR-S-00, “Definiciones” (1996). Petróleos de Venezuela S.A. (PDVSA) IR-S-02, “Ubicación de equipos e instalaciones en relación a terceros” (1996). Potter, Merle C y Wiggert, David C. “Mecánica de fluidos” .Prentice Hall Edición 2ª, México pp 293 – 296 (1998).
84
SINCOR. Documento CA-04-00-B-RP-007 “Safety Design Criteria for Fire fighthing network” (2004). SINCOR. Asesores de Riesgos de Procesos C.A.(ARPCA), “Pruebas del Sistema Contra incendio” Documento N°203007-3 (2004). Standard Practice Developer and Approved by the Manufacturers Standardization Society of the Valve and Fittings Industry, Inc. “Bronze Gate, Globe, Angle, and Check Valves” MSS SP-80. Virginia, Estados Unidos (2003). The American Society of mechanical Engineers (ASME) B31.3 “Process Piping”. New York, USA (2004). Herramientas Computacionales
� Programa Applied Flow Technology Corporation (AFT) Fathom® versión 5.0 Copyrigt 1994-2003.
� Microsoft® Power Point 2003.
� Microsoft® Word 2003.
� Microsoft® Excel 2003.
85
ANEXOS
86
Anexo A. Zonas de Fuego de la Estación Principal
Figura A-1: Zonas de Fuego de la Estación Principal de SINCOR
87
Figura A-2: Plano de Zona 1 de la Estación Principal
88
Figura A-3: Plano de las Zonas 2a, 3a y 10 de la Estación Principal
89
Figura A-4: Plano de las zonas Zona 2b, 3b y 4 de la Estación Principal
90
Figura A-5: Plano de las Zonas 6 y 7 de la Estación Principal
91
Figura A-6: Plano de las Zonas 8 y 9 de la Estación Principal
92
Figura A-7: Plano de la Zona 5 de la Estación Principal
93
Figura A-8: Plano del Sistema de Rociadores de la Zona 2 y 3 de la EP
94
Figura A-9: Plano del Sistema de Rociadores de la Zona 7 de la EP
95
Anexo B. Catálogos
Figura B-1: Catálogo de Rociadores de Espuma
96
Figura B-2: Catálogo de Rociadores de Espuma
97
Figura B-3: Catálogo de las Cámaras de Espuma
98
Figura B-4: Catálogo de bomba jockey de concentrado
99
Figura B-5: Curvas de las bombas Principal y Respaldo de Concentrado
100
Anexo C. Cálculo NPSH de las bombas
NPSHd = Ps + Pb- Pvp (24)
Ps = Presión en la succión
Pd =Presión en la descarga
Pvp = Presión de vapor
NPSHd > NPSHr + 2,17 psig (NFPA-20, 1999) (25)
Se considero el menor nivel de concentrado admisible en el tanque de
almacenamiento
Altura máxima de concentrado en el tanque: 1842 mm
Altura considerada para cálculo: 200 mm
Figura C-1: Curva NPSHr Bomba jockey Modelo 10N994KY45, P-1204
101
NPSHr = 8 pies = 2,44 m = 3,55 psi
NPSHd = 0,73 psig + 14,5 psi – 0,82 psi
NPSHd = 14,41 psi
NPSHd>NPSHr + 2,17 psi = 5,72 psi
NPSHr Bomba Modelo 80-440 Principal y de respaldo, P-1203 A/S
El NPSHr = 16 pies de agua para una velocidad de 1800 RPM. Este valor fue
suministrado directamente por el fabricante, el cuál no posee un catálogo público
para su presentación, a diferencia de la curva dada para la bomba jockey.
NPSHr = 16 pies = 4,88 m = 7,1 psi
NPSHr + 2,17 psi = 7,1 psi + 2,17 psi = 9,27 psi
Caso: Bomba Principal encendida
NPSHd = -1,36 psig + 14,5 psi – 0,82 psi
NPSHd = 12,32 psi > 9,27 psi
Caso: Bomba de Respaldo Encendida
NPSHd = - 2,04 psig + 14,5 psi – 0,82 psi
NPSHd = 11,64 psi > 9,27 psi
Caso: Ambas Bombas encendidas
Bomba Principal
NPSHd = -2,18 psig + 14,5 psi – 0,82 psi
NPSHd = 11,5 psi > 9,27 psi
Bomba de Respaldo
NPSHd = -2,86 psig + 14,5 – 0,82 psi
NPSHd = 10,82 psi> 9,27 psi
102
Anexo D. Cálculo diámetro de las placas orificios de los tanques T-1002 / T-1101
Figura D-1: Sección longitudinal de cámara de espuma
El diámetro de la placa orificio para el tanque de diluente fue calculado en base a
la siguiente fórmula:
2/1
**84.29
=
Pcd
QD (26)
Donde:
D= Diámetro del orificio en pulgadas
C= Factor C de la placa orificio
P= Presión de entrada a la cámara de espuma
Q= Caudal requerido en GPM
Tanque T-1002
Los valores de operación de la cámara de espuma según la hoja de datos
entregada por el fabricante Chemguard Q = 456.8 gpm, P = 58 psig y el factor C=
0.63. El diámetro de la placa orificio resulto D= 1,78 pulgadas.
Tanque T-1101
Los valores de operación de la cámara de espuma según la hoja de datos
entregada por el fabricante Chemguard Q = 443.8 gpm, P = 62 psig y el factor C=
0.63. El diámetro de la placa orificio resulto D= 1,73 pulgadas.
103
Anexo E. Cálculo volumen inicial y total de concentrado
necesario para el caso 1 de los tanques T-1002 / T-1101
El volumen será igual a
4
.. 2 LDipiV = (27)
siendo L = extensión de la tubería, Di = Diámetro interno, V = volumen.
En la siguiente tabla se presentan los cálculos:
Tabla E-1: Volumen inicial de Solución Agua-Concentrado para T-1101 y T-1102
Consumo inicial tanque T-1101 Consumo inicial tanque T-1002
Extensión[m] Diámetro
interno[m]
Vol.
Requerido
[gal]
Extensión[m] Diámetro
interno[m]
Vol.
Requerido
[gal]
Tubería
de 6
pulgadas 91,615 0,15408 451,27 79,19 0,15408 390,06
Tubería
de 8
pulgadas 73,071 0,20274 623,16 90,563 0,20274 772,33
Total
volumen
[gal] 1074,42 1162,39
siendo la cantidad necesaria de concentrado para el Caso 1 de ambos tanques la
siguiente:
Tabla E-2: Volumen de concentrado para T-1101 y T-1102 caso 1
Vol. Mínimo [gal] Vol. Inicial [gal] Total [gal] Concentrado
[gal]
Concentrado
[m³]
Tanque T-1101 73252,10 1074,42 74326,52 2229,80 8,44
Tanque T-1002 62591,83 1162,39 63754,23 1912,63 7,24
104
Anexo F. Boletín Técnico Corporación ANSUL. Materiales aceptados para la construcción y uso con concentrados de espuma
Figura F-1: Boletín técnico de ANSUL