DARDO DE FUEGO (JET FIRE)

Tanto en las conducciones como en los depósitos de gas a presión, la aparición de una pequeña fisura en las paredes trae como consecuencia la descarga del gas contenido formando un chorro de gas a presión. Si durante la descarga este chorro entra en contacto con una fuente de ignición, el resultado será la formación de un incendio en forma de chorro o, como normalmente se le llama, dardo de fuego o "jet fire".

Los efectos de este tipo de accidentes son fundamentalmente los causados en el entorno por el calor generado e irradiado desde el dardo.

Para modelizar el dardo de fuego se ha utilizado el modelo de Chamberlain (1987) propuesto por el "Yellow Book" del TNO. Este modelo calcula tanto la forma del dardo, representado como un cono truncado; como la radiación superficial emitida por dicho cono, considerado como cuerpo sólido.

A partir de la radiación superficial emitida desde el dardo, y junto con el cálculo del factor de visión y la transmisividad atmosférica determinamos tres distancias que nos delimitan zonas de peligrosidad de la radiación emitida por el dardo:

Zona de intervención : delimita la zona alrededor del dardo de fuego sometida a una radiación de 5 kW/m2 con un tiempo máximo de exposición de 3 minutos.

Zona de alerta : delimita la zona alrededor del dardo de fuego sometida a una radiación térmica de 3 kW/m2.

Zona de efecto dominó: se refiere a la zona donde elementos cercanos al punto de fuga pueden llegar a sufrir daños importantes por efecto de la radiación térmica generada por el propio dardo, como para dar lugar a nuevos accidentes. Por ejemplo, si un depósito de propano estuviese dentro de esta zona, podría dar lugar a un BLEVE. En el caso del análisis de consecuencias en gasoductos, al no existir otros equipos próximos, este resultado quedará anulado.

Hipótesis

Las hipótesis de partida que utiliza el modelo son las siguientes:

i. No se tiene en cuenta la formación de hollín en la combustión de los gases, ni por tanto su influencia sobre el poder emisivo superficial del dardo.

ii. La transmisividad atmosférica es debida únicamente al vapor de agua presente, despreciándose el efecto del dióxido de carbono y otros gases.

Limitaciones

El modelo no es capaz de calcular con certeza lo que ocurre en la sombra de la llama, ya que ésta está elevada del suelo.

Las distancias calculadas representan la hipótesis más grave posible dentro del supuesto incidental estudiado, no teniéndose en cuenta la dirección hacia la que está orientado el dardo. Estas distancias se dan como radios desde el lugar de la fuga, quedando incluidos dentro de las distintas zonas de peligro lugares no afectados por la radiación prevista por el modelo.

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Datos necesarios

1. Datos de la sustancia descargada:

Peso molecular, temperatura de llama, calores específicos a presión y volumen constante, coeficiente de Poisson y calor de combustión.

2. Datos del almacenamiento o tubería:

Presión y temperatura en tubería y/o almacenamiento.

3. Datos de condiciones ambientales:

Temperatura, presión atmosférica, velocidad y dirección del viento y humedad relativa.

Descripción

El modelo calcula las dimensiones físicas del dardo de fuego y la radiación térmica que sufriría un receptor a una distancia determinada. Dicho de otro modo, la distancia a la cual un objeto está expuesto a una determinada radiación térmica.

La secuencia de cálculo es la siguiente:

CÁLCULO DEL DIÁMETRO EFECTIVO DE LA FUENTE

Determinación de la velocidad de salida del dardo

[m/s]

Rc: constante de los gases ideales (8,314 J/molK)

Wg: peso molecular del gas (kg/mol)

Tj: temperatura de salida del dardo =

Mj: número de Mach =

Determinación del diámetro efectivo de la fuente

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NOTA: el diámetro efectivo de la fuente representa el diámetro de la garganta en una tobera imaginaria por la que se descarga un caudal de aire igual al de la descarga del gas en cuestión.

[m]

air: densidad del aire =

Wair: peso molecular del aire (kg/mol)

CÁLCULO DE LA FORMA DEL DARDO

Longitud del dardo sin viento

[m]

Zona de no ignición del dardo (lift-off)

Longitud del dardo

CÁLCULO DEL CALOR GENERADO POR COMBUSTIÓN

[J/s]

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donde: Hc: entalpía de combustión (J/kg)

CÁLCULO DEL PODER EMISIVO SUPERFICIAL

[J/m2s]

con Fs: (fracción de calor radiado desde la superficie del dardo) =

CÁLCULO DEL FLUJO DE CALOR RECIBIDO A UNA DISTANCIA DETERMINADA

Determinación de la transmisividad atmosférica

Si

Si

Determinación del factor de visión

El factor de visión lo calculamos según la siguiente geometría:

Cálculo del flujo de calor a una determinada distancia

[W/m2]

Este modelo nos servirá por tanto para cualquier tipo de fugas en tubería o depósito, siempre que conozcamos la presión en el interior y podamos suponer que ésta permanece constante.

Con él, podremos estimar tanto las dimensiones del dardo de fuego formado, como la radiación que llegaría a distintas distancias o, de otro modo, la distancia a la que nos llega una determinada radiación.

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El modelo matemático descrito anteriormente, es mayoritariamente admitido por la comunidad científica internacional para el cálculo de consecuencias y se basa, entre otros, en la siguiente bibliografía:

Methods for the calculation of the physical effects of the escape of dangerous material (Liquids and gases). Parts I and II. CPR 14E. The Yellow Book, TNO. 1997.

Methods for the determination of possible damage to people and objects from releases of hazardous materials. CPR 16E. The Green Book, TNO. 1992.

Loss prevention in the process industries. Volúmenes 1, 2 y 3. Frak P. Lees. Segunda edición. Ed. Buttherworth-Heinemann, 1995.

Perry´s Chemicals engineer´s handbook. Sexta edición. Robert H. Perry, Don Green. Ed. McGraw-Hill, 1984.

Análisis y reducción de riesgos en la industria química. J. M. Santamaría, P. A. Braña. Ed. Mapfre, 1994.

Guidelines for chemical process quantitative risk analysis. Center for Chemical Process Safety. AIChE. Nueva York, 1989.

Guidelines for evaluating the characteristics of vapour cloud explosions, flash fires and BLEVEs. Center for Chemical Process Safety. AIChE. Nueva York, 1994.

Manual de protección contra incendios. NFPA, 2ª edición. Ed. Mapfre. Madrid. Guía para la elaboración de estudios de seguridad. Guía técnica. Dirección

General de Protección Civil. Madrid, 1988. Manual de seguridad industrial en plantas químicas y petroleras. J. M. Storch

de Gracia. McGraw Hill, 1998. Metodologías de análisis de riesgos. Volúmenes I y II. CIEMAT-Dirección General

de Protección Civil. Madrid, 1990. Guía técnica. Metodologías para el análisis de riesgos. Visión general.

Dirección General de Protección Civil. Madrid, 1994. Guías Técnicas. Métodos cualitativos y cuantitativos para el Análisis de

Riesgos. Dirección General de Protección Civil. Ministerio del Interior. Diciembre 1994, Madrid.

La aplicación informática FIREX© desarrollada por el grupo GUIAR, utiliza este modelo matemático para el cálculo de análisis de consecuencias de dardos de fuego en tuberías y depósitos.

CRITERIOS DE VULNERABILIDAD

Para cada uno de los fenómenos peligrosos considerados, se establecen unas variables físicas cuyas magnitudes se consideran representativas para la evaluación del alcance del fenómeno peligroso considerado. Las zonas potencialmente afectadas por los fenómenos peligrosos que se derivan de los accidentes potenciales en determinados establecimientos industriales se determinan en base a las distancias a las que determinadas variables físicas representativas de los fenómenos peligrosos alcanzan determinados valores umbral. Dichos valores se agrupan en dos grandes áreas:

1. Variables y valores umbral para personas y bienes 2. Variables y valores umbral para el medio ambiente

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Según la intensidad de la variable numérica que describa un determinado accidente, se delimitan una serie de zonas objeto de planificación o zonas definidas de influencia denominadas Zona de intervención y Zona de alerta, que se corresponden con áreas en las que se encuentran elementos vulnerables susceptibles de sufrir daños.

 

Valores umbral para personas y bienes

a. Para los fenómenos mecánicos peligrosos: o Valor local integrado del impulso, en explosiones y deflagraciones: ...125

mbar·s o Sobrepresión local estática de la onda de presión, en explosiones y

deflagraciones: ...125 mbar o Alcance máximo de los proyectiles con impulso superior a 10 mbar·s producidos

en la explosión o estallido de determinadas instalaciones industriales o por desprendimientos e fragmentos a causa de una onda de presión: ... metros

b. Para los fenómenos térmicos peligrosos: o Radiación térmica emitida por llamas y cuerpos incandescentes en incendios y

deflagraciones: ... 5 kW/m2 (Tiempo máx. exposición 3 min.) c. Para los fenómenos químicos peligrosos:

o Concentración de sustancia tóxica y su valor local integrado respecto al tiempo y dosis. Como valor umbral para la concentración se adopta el &Íacute;ndice Inmediatamente Peligroso para la Vida y la Salud (IPVS o IDLH, acrónimo en inglés). Se aplica para la protección por inhalación y se expresa en partes por millón (ppm) o en miligramos por metro cúbico (mg/m3) de contaminante en aire.

 

Valores umbral para el medio ambiente

La liberación incontrolada de productos contaminantes, conlleva riesgos asociados cuyas consecuencias son diferidas en la mayoría de las ocasiones. Es por ello que a la hora de delimitar las zonas afectadas por estos sucesos, es preciso el conocimiento de las circunstancias, en su más amplio sentido, bajo las que se desarrolla el accidente, así como la naturaleza del producto fijado en lo que a su capacidad contaminante se refiere.

Se pueden producir alteraciones del medio ambiente por distintos sucesos, que son consecuencia de un desarrollo incontrolado de una actividad industrial. Entre tales sucesos se pueden incluir:

Vertido de productos contaminantes en aguas superficiales, pudiéndose derivar de ello la contaminación de aguas potables o graves perjuicios para el medio ambiente y las personas.

Filtración de productos contaminantes en el terreno y aguas subterráneas dejándolos inservibles para su explotación agrícola, ganadera y de consumo.

Emisión de contaminantes a la atmósfera que determinan la calidad del aire provocando graves perturbaciones en los ecosistemas receptores con posible posterior incorporación a la cadena trófica.

Se considerarán como potenciales alteraciones graves del medio ambiente, los siguientes accidentes graves:

1. El vertido, en los cauces de corrientes naturales de cualquiera de las sustancias consideradas como peligrosas para el medio ambiente, cuando su concentración, a 1 km. aguas abajo del punto de vertido, pueda sobrepasar alguno de los valores siguientes de toxicidad aguda, para las especies autóctonas de las aguas potencialmente afectadas:

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i. Concentración letal efectiva al 50%, en 96 horas (CL50-96 h), para los vertebrados.

ii. Concentración efectiva al 50%, en 48 horas (CE50-48 h), para la ausencia de movilidad de los invertebrados. Con carácter general, puede considerarse suficientemente representativa para este fin la Daphnia magna, mediante el ensayo estático de toxicidad aguda de la norma ASTM D 4229-84 o equivalente.

iii. Concentración efectiva al 50%, en 96 horas (CE50-96 h), para la inhibición del crecimiento de la flora, considerando una alga representativa.

iv. Concentración efectiva al 50% para la inhibición del crecimiento de las bacterias (CL50). Con carácter general, puede considerarse suficientemente representativo para este fin el ensayo por luminiscencia del Photobacterium phosphoreum.

2. El vertido de sustancias tóxicas, en el lecho de lagos, lagunas, embalses o charcas, cuando la concentración teórica resultante de la dilución homogénea y completa de la sustancia, en la masa total de agua presente en dicho instante, sobrepase, para alguna de las especies consideradas en el caso anterior, las concentraciones efectivas al 50% para toxicidad crónica.

3. El vertido de sustancias tóxicas, en aguas marítimas, cuando computando el valor medio de la concentración en 96 horas, para vertebrados, flora y bacterias, y 48 horas, para invertebrados, respectivamente, en el punto más desfavorable de la zona afectada, se sobrepasen los valores de toxicidad aguda señalados anteriormente para los cauces de corriente naturales.

4. Cuando en los vertidos de los casos anteriores intervengan más de una sustancia o producto tóxico, se procederá a computar, para cada especie, la suma de cocientes entre las concentraciones de cada sustancia o producto y sus respectivas concentraciones tóxicas, agudas o crónicas, según las hipótesis que procedan en cada caso. Si dicha suma es para alguna especie superior a la unidad, se considerará el vertido como accidente grave.

5. El vertido de sustancias tóxicas, en el subsuelo interior o exterior a las instalaciones, cuando éste pueda dar lugar a infiltración o almacenamiento en el medio acuífero o alterar las características de potabilidad de las aguas subterráneas, en el sentido del R.D. 1138/1990 sobre Reglamentación Técnico-Sanitaria para el abastecimiento y control de calidad de las aguas potables de consumo público (B.O.E. nº 226 de 20 de septiembre de 1990).

6. Emisión de contaminantes a la atmósfera alterando gravemente la calidad del aire.

7. Aquellos accidentes, de cualquier tipo, capaces de deteriorar monumentos nacionales u otros elementos del Patrimonio Histórico Artístico o paisajístico ubicados en el territorio objeto de la planificación.

 

Zona de intervención

Los valores de las variables físico-químicas que definen la zona de intervención, según el tipo de accidente considerado, son:

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a. Fuga de gases tóxicos: Concentraciones de sustancias tóxicas en el aire superiores al equivalente al Límite Inmediatamente Peligroso para la Vida y la Salud (IPVS), definido por el National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH), como la máxima concentración que, en un plazo de 30 minutos, una persona expuesta pueda escapar sin síntomas graves ni efectos irreversibles para la salud. Dicha concentración vendrá expresada en partes por millón (ppm) o mg/m3.

b. Explosión de mezclas inflamables o estallido de recipientes: 1. Valor local integrado del impulso, debido a la onda de presión, de 150 mbar·s. 2. Sobrepresión local estática de la onda de presión, de 125 mbar (12,5 kPa). 3. El alcance máximo de proyectiles con un impulso superior a 10 mbar·s en una

cuantía del 95%, producidos por explosión o estallido de continentes. c. Incendios: Un flujo de radiación térmica superior a 5 kW/m2 independientemente del

espectro de emisión con un tiempo máximo de exposición de 3 minutos. d. Derrame de sustancias contaminantes: En el caso de derrame de líquidos

contaminantes o perjudiciales para el medio ambiente, se delimitaría por el área ocupada por el charco.

Zona de alerta

Los valores de las variables físico-químicas que definen la zona de alerta, según el tipo de accidente considerado son:

a. Fuga de gases tóxicos: Una cuarta parte de la concentración dada por el índice IPVS, también con un tiempo de exposición de 30 minutos.

b. Explosión de mezclas inflamables o estallido de recipientes:

1. Un valor local integrado del impulso, debido a la onda de presión, de 100 mbar·s.

2. Una sobrepresión local estática de la onda de presión de 50 mbar (5 kPa).

3. El alcance máximo de proyectiles con un impulso superior a 10 mbar·s en una cuantía del 99,9%, producidos por explosión o estallido de continentes.

c. Incendios: Un flujo de radiación térmica de 3 kW/m2

d. Derrame de sustancias contaminantes: Para la determinación de la zona de alerta en caso de derrame de líquidos contaminantes sobre el terreno, se determinarán las repercusiones en el sentido de la posible alteración de los recursos hidrogeológicos (por infiltración de contaminante), biotopos y biocenosis de la zona. Se aplican los criterios genéricos del apartado de fenómenos peligrosos para el medio ambiente.

La tabla presenta los valores umbral de las variables representativas de los fenómenos peligrosos para las zonas de intervención y alerta:

Variables físicas Zona de Intervención Zona de Alerta

Ondas de presión

Sobrepresión local estática 125 mbar 50 mbar

Impulso 150 mbar·s 100 mbar·s

Radiación térmica 5 kW/m2 durante 3 minutos 3 kW/m2

Alcance de proyectiles

Impulso superior a 10 mbar·s 10 mbar·s

Cuantía de proyectiles 95% 99,5%

Concentración de tóxico Valor IPVS de la sustancia Valor IPVS/10 de la sustancia

Contaminación del medio Ver valores umbral Ver valores umbral

 

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Vulnerabilidad de personas e instalaciones

Independientemente de la magnitud de las variables representativas consideradas anteriormente, la capacidad de producir daños depende de la existencia de elementos vulnerables en la zona potencialmente afectada por los fenómenos peligrosos desencadenados a consecuencia de un accidente. Por ello, se hace necesario establecer un modelo de vulnerabilidad capaz de cuantificar la magnitud de los daños esperados en las zonas objeto de planificación (efectos), en función del valor de las variables representativas de los distintos fenómenos peligrosos (causas).

La vulnerabilidad de personas representa al número de individuos que pueden resultar afectados por un determinado accidente. Existen métodos para cuantificar el daño recibido por las personas, el medio ambiente y los bienes materiales, que se basan en relacionar la dosis recibida con el efecto considerado. Sin embargo, pocas veces se tiene la certeza de que las personas que han estado sometidas a una dosis de un determinado agente pernicioso, sufren el mismo efecto. Tan sólo en toxicología, se tiene evidencia de esto en ensayos con animales.

Por tanto, los métodos más usuales son los que se basan en un análisis probabilístico. Se trata de determinar la probabilidad de ocurrencia de un determinado suceso, por ejemplo muertes de personas por hemorragia pulmonar, cuando se ven expuestas a un determinado fenómeno peligroso, por ejemplo, sobrepresión por una explosión. La metodología más usual es la denominada metodología Probit, abreviatura de su denominación en inglés "Probability Unit". Siempre que un determinado suceso se pueda describir matemáticamente mediante una distribución normal de probabilidad, se pueden predecir los efectos adversos de las variables que representan el fenómeno peligroso de que se trate.

EFECTO DOMINÓ

Aunque el denominado "efecto dominó" es bien conocido desde hace tiempo, sólo se ha reconocido oficialmente en la Directiva Seveso II y por consiguiente en el Real Decreto 1254/99. En el artículo 8 se contempla el hecho de que en determinados establecimientos o grupos de establecimientos, la probabilidad y las

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consecuencias de un accidente grave en uno de ellos puedan verse incrementadas por la proximidad entre ellos y por la presencia en ellos de sustancias peligrosas. Esta es una de las principales novedades de esta normativa.

Esto obliga a los establecimientos cercanos entre sí a intercambiarse determinadas informaciones con el fin de analizar globalmente el riesgo presente y a tenerlo en cuenta para desarrollar sus políticas de prevención, de gestión de la seguridad y en sus planificaciones de emergencias.

La principal fuente de información que sirve de base para el análisis y el entendimiento del fenómeno consiste en analizar estadísticamente series históricas de accidentes. A partir de estos datos se obtienen las características principales de un determinado accidente en orden a establecer las relaciones entre categorías de establecimientos, tipos de efectos físicos y alcances de los efectos dominó referenciados.

Definición, alcance y análisis del efecto dominó

El efecto dominó se puede definir [1,2] como "un conjunto correlativo de sucesos en los que las consecuencias de un accidente previo se ven incrementadas por éstos, tanto espacial como temporalmente, generando un accidente grave".

La definición que se presenta en el R.D. 1254/99 es la siguiente: la concatenación de efectos que multiplica las consecuencias, debido a que los fenómenos peligrosos pueden afectar, además de los elementos vulnerables exteriores, otros recipientes, tuberías o equipos del mismo establecimiento o de otros establecimientos próximos, de tal manera que se produzca una nueva fuga, incendio, reventón, estallido en los mismos, que a su vez provoque nuevos fenómenos peligrosos.

A partir de esta definición, se puede deducir lo siguiente:

Un efecto dominó implica la existencia de un accidente "primario" que afecta a una instalación "primaria" (este accidente puede no ser un accidente grave), pero que induce uno o varios accidentes "secundarios" que afectan a una o varias instalaciones "secundarias". Este accidente o accidentes secundarios deben ser accidentes más graves y deben extender los daños del accidente "primario".

La extensión de los daños es tanto espacial (áreas no afectadas en el accidente primario, ahora resultan afectadas), como temporal (el accidente secundario afecta a la misma zona pero retardado en el tiempo; en este caso las instalaciones primarias y secundarias pueden ser la misma), o ambas.

Para ilustrar estos efectos se describe una accidente de estas características ocurrido en una refinería de la ciudad de Texas en el año 1978.

El 30 de mayo de 1978, ocurrió un accidente grave en una refinería de la ciudad de Texas, Estados Unidos. Probablemente, el sobrellenado de una esfera de almacenamiento (la nº 409) de isobutano motivó la ruptura de la esfera y generó la fuga y emisión parcial de su contenido. El isobutano generó una nube de vapor inflamable que explosionó debido a un punto de ignición desconocido seguido de un incendio flash y un incendio del charco que se formó. Aproximadamente un minuto después, el incendio del charco generó una explosión tipo BLEVE en la esfera 409 generando una bola de fuego y la emisión de proyectiles. Como consecuencia de esto, una de las válvulas de alivio de la esfera llegó hasta aproximadamente 120 metros de distancia y alcanzó una unidad de concentración de gas, concretamente un intercambiador de calor que resultó destruido. Aproximadamente 20 minutos después, una segunda esfera (la nº 407) falló debido a un sobrecalentamiento por efecto del incendio en sus proximidades y generó una segunda BLEVE. Se produjo una bola de fuego y numerosos proyectiles. Debido a estos proyectiles, una unidad de alquilación resultó gravemente dañada y se generó en ella otro incendio. La cascada de sucesos produjo 7 personas fallecidas y 10 heridas. Las pérdidas materiales superaron los 100 millones de dólares.

Este accidente se representa esquematizado en la figura siguiente:

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Accidente en la refinería de Ciudad de Texas. Efecto dominó

El análisis del accidente permite identificar cuatro efectos dominó diferentes. En el primer efecto dominó, las instalaciones primaria y secundaria son la misma (esfera 409) y el efecto es temporal, con una ligero retraso con respecto al suceso inicial.

En el segundo efecto dominó, la instalación primaria es también la esfera 409 y la instalación secundaria es la unidad de concentración de gas (efecto dominó espacial debido a la explosión BLEVE y los proyectiles).

En el tercer efecto dominó, la instalación primaria es la esfera 409 (incendio del charco) y la instalación secundaria es la esfera 407 situada en las proximidades de aquélla. Este efecto se puede considerar como temporal con un retraso medio.

Finalmente, en el cuarto efecto dominó, la instalación primaria es la esfera 407 y la secundaria la unidad de alquilación. Se puede considerar un efecto dominó espacial debido al BLEVE y a los proyectiles.

Este ejemplo ilustra la complejidad del efecto dominó. Podemos deducir que muchos tipos de instalaciones diferentes pueden resultar afectadas por este efecto, pueden ser de diferente naturaleza y trasladar los daños a diferentes distancias. Obviamente, han ocurrido accidentes graves que no han derivado en efectos dominó (Bhopal, Seveso, Flixbourough, etc.), sin embargo hay que tener en cuenta que en los últimos 50 años se han referenciado más de 40 casos de efecto dominó, lo que nos obliga a analizarlo concienzudamente.

Clasificación del efecto dominó

Aparentemente para un determinado establecimiento, parece difícil imaginar un número de escenarios accidentales que puedan generar un efecto dominó. Sin embargo, las lecciones aprendidas de accidentes pasados nos dan indicaciones de cómo abordar el estudio [2].

Como se ha mencionado anteriormente, desde 1944 hasta 1994, se han referenciado 41 accidentes en los que se ha comprobado la existencia de este efecto. El 65% de ellos se han producido en los últimos 20 años.

El análisis de estos accidentes, permite clasificar el efecto dominó de la manera siguiente:

el tipo de instalaciones primarias y secundarias afectadas

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la naturaleza de los efectos físicos primarios y secundarios que se han producido

Tipos de instalaciones

Se han identificado 7 tipos principales de instalaciones más afectadas por el efecto dominó: tanques de almacenamiento bajo presión, tanques de almacenamiento atmosféricos o criogenizados, equipos de proceso, redes de tuberías, pequeños establecimientos, áreas de almacenamientos de productos sólidos y áreas de carga y descarga. Estos dos últimos tipos no se han incluido en el análisis por la escasez de datos.

En la tabla siguiente se muestra la frecuencia relativa de ocurrencia de accidentes primarios y secundarios en estos tipos de instalaciones.

Instalaciones primarias

Instalaciones secundarias

Tanques de almacenamiento presurizados 30 % 33 %

Tanques de almacenamiento atmosféricos o criogenizados

28 % 46 %

Equipos de proceso 30 % 12 %

Redes de tuberías 12 % --

Pequeños establecimientos -- 9 %

Frecuencias relativas de ocurrencia de efectos dominó para tipos de instalaciones primarias y secundarias

Naturaleza de los efectos primarios y secundarios

Los principales efectos que se pueden generar en accidentes primarios y secundarios asociados a este tipo de fenómenos e instalaciones se presentan en la tabla. Hay que remarcar que un accidente puede generar más de un efecto secundario.

ACCIDENTE PRIMARIO ACCIDENTE SECUNDARIO

EFECTOOcurrencia relativa del

fenómeno físicoEFECTO

Ocurrencia relativa del fenómeno físico

Mecánico (35%)VCE (47%)

Proyectiles (53%)Mecánico (37%)

VCE (59%)

Proyectiles (50%)

Térmico (77%)

Incendio de charco (24%)

Boilover (12%)

BLEVE (31%)

Dardo de fuego (10%)

Incendio flash (14%)

Incendio (9%)

 

Térmico (93%)

Incendio de charco (17%)

Boilover (13%)

BLEVE (25%)

Dardo de fuego (--)

Incendio flash (--)

Incendio (44%)

Tóxico (10%)

Naturaleza de los efectos físicos en accidentes graves con efecto dominó

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Metodología para la identificación de potenciales efectos dominó

Campos de aplicación y definiciones

El procedimiento que se describe más abajo [1,2] se aplica a los establecimientos afectados por el Real Decreto 1254/99. Los términos establecimiento, instalación, sustancia peligrosa y accidente grave, son los que se definen en el mismo.

El término "equipo", se aplica a una parte de una instalación de las que se incluyen en la tabla de frecuencias relativas. Una "zona de equipos" se define como una serie de equipos que corresponden a una misma categoría, agrupados de forma idéntica a efectos del análisis de un accidente. Estos términos se introducen para reducir el número de partes peligrosas dentro de un determinado equipo que hay que considerar. Por ejemplo, si todas las partes de un equipo en una instalación dada son tanques de almacenamiento presurizados, localizados en la misma zona, que contienen sustancias de similares características y con geometrías iguales (esferas, cilindros), sólo hay que tener en cuenta en el análisis el efecto accidental de grandes piezas del equipo.

Hay que tener en cuenta que el Real Decreto estima para la consideración del efecto dominó tanto a diferentes establecimientos próximos unos a otros, como a instalaciones diferentes dentro de un mismo establecimiento, que en principio no tienen ninguna relación entre sí. Esto es lógico y como ejemplo baste ver el caso anterior donde el suceso primario ocurrió en la zona de almacenamiento de una refinería y los efectos se produjeron en instalaciones de destilación y de proceso alejadas de esta instalación primaria.

Descripción del proceso de análisis

Se incluyen una fase preliminar y cuatro etapas posteriores:

Fase preliminar: recogida de la mayor cantidad de datos posible sobre el establecimiento.

Primera etapa: determinación y localización de los equipos y zonas de equipos peligrosas en cada establecimiento.

Segunda etapa: a todos los equipos primarios y zonas de equipos se les asigna una categoría y asocia unos tipos de accidentes y efectos así como sus posibles epicentros.

Tercera etapa: determinación de los equipos secundarios que pueden resultar afectados por el efecto dominó a partir de la selección de los equipos y zonas de equipos primarios.

Finalmente, la cuarta etapa consiste en analizar la relevancia de las parejas de equipos o zonas de equipos identificadas en la etapa anterior.

a) Fase preliminar:

Consiste en la recogida de todos los datos que afectan al establecimiento, así como detalles del proceso y/o procesos que se efectúan.

Los datos que se necesitan son los mismos que se requieren para la elaboración del Informe de Seguridad. Datos sobre las características técnicas de las instalaciones, equipos, sustancias que se utilizan, detalles del proceso, etc.

b) Primera etapa: localización de los equipos potencialmente peligrosos:

Hay que examinar todos los equipos e instalaciones para intentar identificar cualquier pieza de algún equipo que pueda resultar potencialmente peligroso. Estos equipos se agrupan y se elabora una lista con todos los equipos de estas características y una ficha para cada equipo analizado. En esta ficha se deberían incluir datos sobre sustancias peligrosas manejadas, presión, temperatura, volumen o cantidad utilizada, dimensiones de equipos, etc.

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c) Segunda etapa: selección de equipos primarios o zonas de equipos primarios, accidentes primarios, efectos asociados y epicentros:

El propósito es seleccionar los equipos o zonas de equipos que pueden iniciar un accidente primario. En principio, sólo se consideran efectos primarios de radiación térmica y efectos mecánicos. Los equipos que sólo presenten riesgos de efectos tóxicos se contemplan en una etapa posterior. Las dos tablas siguientes representan los accidentes primarios, efectos y epicentros para los casos de tanques de almacenamiento bajo presión y tanques de almacenamiento atmosféricos o criogenizados.

Accidente primario Efecto primario Localización del epicentro

Incendio de charco Radiación En la zona considerada del equipo

Dardo de fuego Radiación En la zona considerada del equipo

BLEVESobrepresión

ProyectilesEn la zona considerada del equipo

VCE Explosión de vapor

SobrepresiónEn una zona congestionada (*) en la que se genera la

explosión

Tanques presurizados

Accidente primario Efecto primario Localización del epicentro

Incendio de charco Radiación En la zona considerada del equipo

Incendio del tanque Radiación En la zona considerada del equipo

Explosión del tanque Proyectiles En la zona considerada del equipo

VCE debido a evaporación de sustancia inflamable

SobrepresiónEn una zona congestionada (*) en la que se genera la explosión

Boilover (sólo en tanques atmosféricos)

Radiación En la zona considerada del equipo

(*) Es bien conocido que las explosiones de vapor se ven favorecidas por las turbulencias y la presencia de obstáculos (las denominadas zonas congestionadas con alta concentración de equipos y obstáculos) y la existencia de puntos de ignición. Por tanto los efectos de la sobrepresión sólo serán significativos si la nube inflamable explosiona en una zona congestionada.

Tanques atmosféricos o criogenizados

d) Tercera etapa: determinación de equipos secundarios. Criterios básicos

El propósito es seleccionar cuidadosamente las parejas de equipos de instalaciones diferentes (correspondientes a establecimientos diferentes o dentro de un mismo establecimiento) que pueden verse involucradas en el efecto dominó. Hay que estimar mediante criterios de radiación, sobrepresión y/o alcance de proyectiles [3,4] las zonas secundarias que podrían resultar afectadas por el accidente primario.

Los criterios que se pueden usar son los siguientes:

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Incendio de charco y/o de tanque:

equipos sin protección: 8 kW/m2 * equipos protegidos: 32-44 kW/m2 *

Dardo de fuego: distancia de 100 metros o radiación equivalente

BLEVE: 160 mbar de sobrepresión (daños graves)

Proyectiles: distancia alcanzada por el 80% de ellos

Boilover: radiación equivalente a un incendio de charco de 85 m para hidrocarburos pesados

VCE: 160 mbar de sobrepresión (daños graves)

* Habrá que considerar una discusión sobre si el efecto a analizar debería ser sólo el de la radiación (kW/m2) o si más bien debería ser el de la dosis de radiación (kW/m2 x tiempo). En la legislación española se utiliza este criterio para la definición de la Zona de Intervención por radiación (5 kW/m2 durante 3 minutos)

e) Cuarta etapa: análisis detallado del efecto dominó

Se debería verificar la importancia de las parejas de equipos o zonas de equipos que se han seleccionado en la etapa anterior y realizar un análisis en profundidad de los accidentes seleccionados. La verificación abarca cuatro aspectos:

Análisis más detallado de cada accidente: consideraciones teóricas más profundas, estudio de casos similares, uso de herramientas informáticas, etc.

Consideración de factores agravantes: configuraciones especiales, inexistencia de sistemas de protección, zonas congestionadas, orientaciones erróneas, etc.

Consideración de circunstancias favorables y sistemas de seguridad: aspectos que pueden mitigar el efecto.

Experiencia adquirida: ejemplos que pueden ayudar a determinar sucesos primarios y secundarios y a descartar otros, por ejemplo, aunque el amoniaco es teóricamente inflamable, no se conoce ningún caso de VCE.

Por el momento, esta cuarta etapa está sin definir en su totalidad y se está desarrollando a nivel internacional.

Aplicación de la metodología

Este tipo de metodología, se ha intentado aplicar en dos áreas industriales afectadas por la Directiva Seveso en Bélgica. A falta de un desarrollo posterior y en espera de criterios que emanen de las Autoridades Competentes, sólo se han aplicado las tres primeras etapas. Las conclusiones que se pueden obtener son las siguientes:

Parece que las tres primeras etapas del procedimiento pueden ser implantadas operacionalmente, aunque no se han desarrollado totalmente.

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Parece que el efecto dominó entre instalaciones vecinas afecta principalmente a explosiones de vapor y a proyectiles.

Estos procedimientos pueden ayudar a análisis de seguridad internos de los propios establecimientos.

Por último, parece que esta metodología es bien aceptada por los industriales como herramienta para aumentar sus propios niveles de seguridad.

Referencias

1.

Development of a methodology for the identification of potential domino effects in "Seveso" industries. C. Delvosalle, C. Fievez and F. Benjelloun. Major Risks Research Center, Fac. Pol. de Mons. Belgique. 9th Int. Sym. on Los Prevention and Safety Promotion in the Process Industries. 4-7 Mayo 1998. Barcelona. España.

2.

Domino effects phenomena: definition, overview and classification. C. Delvosalle. First European Symp. On Domino Effects, Leuven, Belgica. Septiembre, 1996.

3.

Methods for the calculation of the physical effects of the escape of dangerous material (Liquids and gases). Part II-Chapter 9: Consequences of the rupture of vessels. The Yellow Book, TNO. 1997.

4.

Methods for the calculation of the physical effects of the escape of dangerous material (Liquids and gases). Part II-Chapter 8: Vapor Cloud Explosion. The Yellow Book, TNO. 1997.

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