ejemplo indice dow
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Gran ejemplo de como hacer el Indice DowTRANSCRIPT
UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID
Facultad de Ciencias Químicas
Departamento de Ingeniería Química
ÍNDICE DOW
Asignatura de Seguridad e Higiene Industrial
Titulación de Ingeniería Química
GRUPO IQxx1213
Nombre y Apellidos
José María Romero Azuaga
Madrid, Diciembre 2013
ÍNDICE
1 INTRODUCCIÓN...............................................................................................................2
2 DEFINICION DEL AREA DE ESTUDIO Y ESQUEMA DEL PROCESO..................3
3 ÍNDICE DOW DE FUEGO Y EXPLOSIÓN...................................................................8
3.1Objetivos del índice de dow..............................................................................................8
3.2Elegir la unidad del proceso para el estudio...................................................................8
3.3Esquema de procedimiento para el cálculo del índice de dow......................................9
3.4Determinación del factor material FM............................................................................9
3.5 Determinación del factor de riesgo general (F1) y el factor de riesgo específico (F2)..10
3.6 Determinar el factor de riesgo del proceso (F3)..............................................................15
3.7 Determinar el índice de fuego y explosión (IFE)............................................................15
3.8 Grado de peligro................................................................................................................15
3.9 Determinar el factor de daño (FD)...................................................................................16
3.10 Determinar el radio de exposición.................................................................................17
3.11 Determinar el factor de escala (FE)...............................................................................18
3.12 Determinar el valor de reposición del equipo (VRE)..................................................18
3.13 Determinar daño máximo probable, básico (DMPPo).................................................19
3.14 Determinar el factor de bonificación por protecciones (FB).......................................19
3.15 Determinar el Daño máximo probable a la propiedad real (DMPP)..........................23
3.16 Determinar la Parada probable de producción (PPP).................................................23
3.17 Determinar el lucro cesante (LC)..................................................................................24
3.18 Determinar Pérdidas probables totales (PPT).............................................................24
4 CONCLUSIONES...............................................................................................................25
5 BIBLIOGRAFÍA..................................................................................................................25
1
1 INTRODUCCIÓN
En la industria petroquímica, el ciclohexano (C6H12) se produce principalmente a partir de la
hidrogenación de benceno (C6H6), mediante la siguiente reacción:
C6H6 + 3H2 C6H12
Para la que estequiométricamente se requiere una relación molar hidrógeno:benceno de 3:1. El
ciclohexano también puede obtenerse directamente de la gasolina natural y de la naphta de
petróleo. Sin embargo, la deshidrogenación del ciclohexano y sus derivados es una reacción
importante dentro del proceso de reformado catalítico usado en las refinerías para producir
combustibles de alto octanaje. (Web1)
En cuanto a la hidrogenación de benceno existen principalmente dos tipos de proceso, en fase
liquida o en fase vapor, la mayor diferencia en estos dos procesos va a ser la forma de extraer el
calor del reactor, debido a que se produce una reacción exotérmica y para mantener una buena
conversión en el equilibrio se debe refrigerar el reactor. (Web 2)
Para este trabajo se ha elegido el proceso IFP, el cual es un proceso mixto ya que se trabaja tanto
en fase liquida como en fase vapor. (Web 2)
El benceno que proviene del tanque de almacenamiento a 25ºC y 1 atm, el hidrógeno y el
hidrógeno de reciclo se calientan hasta la temperatura de reacción (benceno mediante un
intercambiador de calor e hidrógeno mediante un compresor adiabático) y se alimenta al reactor
de suspensión.(o slurry)Este es un reactor isotermo multifasico en el que el benceno está en
estado liquido, el hidrógeno se introduce en fase gas y la reacción se produce en el catalizador
de Nickel Raney en suspensión alcanzando consigue una conversión del 95%. El reactor esta
equipado con una recirculación externa para refrigerar, con la que se elimina el calor de la
reacción. (Web 3)
El siguiente paso al reactor de suspensión, es un reactor de lecho fijo catalítico con el que se
consigue una conversión de casi el 100%. En este reactor la reacción se lleva a cabo en fase gas.
El efluente que sale del reactor de lecho fijo se condensa y enfría hasta 160º y la mezcla de gas
y liquido se lleva a un separador flash que opera un a presión de 10 atm. El exceso de hidrógeno
se recircula al reactor de suspensión y el liquido que sale del separador se alimenta a una
columna de estabilización para eliminar el hidrógeno disuelto. El líquido que sale del fondo de
la columna de estabilización a 182ºC se enfría y se lleva a un tanque de almacenamiento. El gas
que sale de la cabeza de la columna de estabilización contiene un 95% de hidrógeno, el cual se
utiliza como combustible o como gas para venta. (Web 3)
2
El diagrama del proceso es el siguiente:
Figura 1 Diagrama de flujo del proceso de hidrogenación de benceno. (Web 3)
En este trabajo se va a realizar un estudio de seguridad sobre el reactor de suspensión, en este
reactor la reacción se produce en fase liquida, sobre el catalizador de nickel. La reacción que se
produce en el reactor es muy exotérmica por lo que se deberá tener bien controlado el equipo
para evitar graves incidentes.
De aquí se deduce la necesidad de realizar estudios de seguridassobre el reactor de suspensión.
Así Se van a realizar tres estudios el Indice Dow, HAZOP y Arbol de Fallos y el plan de
emergencia interno.
En este artículo se va a calcular el Índice Dow. Este está dentro de los métodos de evaluación
del riesgo. Basado en penalizar la peligrosidad de las sustancias y condiciones de operación y en
bonificar las medidas de seguridad que mitiguen y prevengan los accidentes. el Indice Dow
permite dar una clasificación relativa del riesgo asociado a una planta química o a partes de la
misma.
2 DEFINICION DEL AREA DE ESTUDIO Y ESQUEMA DEL PROCESO
El reactor que se va a estudiar es un reactor en suspesión, concretamente es una columna de
burbujeo con el catalizador solidoen suspensión (Slurry Bubble Column Reactor).
3
Este pertenece al grupo de los reactores multifásicos que consiste básicamente en un recipiente
cilíndrico con un distribuidor de gas en la parte inferior, en el caso en estudio hidrógeno El gas
se suministra en forma de burbujas dentro de la fase liquida (benceno)y fase en suspensión
(catalizador). Este tipo de reactores se utilizan especialmente para mejorar el contacto entre
fases en química, petroquímica, bioquímica y en la industria metalúrgica. (Web 4)
En este caso se utiliza para poner en contacto un reactivo líquido con un catalizador solido,
consiguiendo así facilitar la transferencia de masa lo que supone un aumento en la efectividad
del catalizador. El hidrógeno (fase gas) atraviesa la fase liquida (benceno) en forma de burbujas
y difunde a través de la superficie del catalizador. (Web 3)
Las partículas de catalizador están suspendidas en la fase líquida y son agitadas mecánicamente
a la vez que se agitan con las burbujas de gas que ascienden. La suspensión se recircula
consiguiendo, mediante la generación de vapor, una mejor eliminación del calor que genera la
reacción. (Web 3)
El catalizador usado para la reacción de hidrogenación del benceno en fase liquida es el
catalizador Nickel Raney. Este necesita altas temperaturas y presiones. Hay que prestar especial
atención a la alimentación ya que puede ser fácilmente envenenado por azufre, por ello los
compuestos con azufre se mantienen en la alimentación por debajo de 1ppm. También puede ser
envenenado por al monóxido de carbono por lo que se debe mantener en la alimentación por
debajo de 20 ppm. El catalizador debe tener un alto grado de actividad de hidrogenación ya que
la conversión de benceno tiene que ser casi del 100% para así poder producir un producto puro.
(Web 3)
Debido al carácter exotérmico de la reacción, la constante de equilibrio desciende cuando
aumenta la temperatura, pero a su vez se necesita una temperatura elevada para que la velocidad
de la reacción sea alta. Hay dos limites en los que no se puede fijar la temperatura, los cuales
son: A 260ºC por que comienza el craking térmico del benceno y a 248ºC momento en el que
comienza la isomerización del ciclohexano a metilciclopentano. La temperatura seleccionada
son 204ºC, ya que se consiguen rendimientos cercanos al 100%. (Web 3)
En cuanto a la selección de la presión, esta debe ser elevada debido a las siguientes razones:
-A 204ºC la presión de vapor del benceno es muy alta, por lo que para mantenerlo en fase
liquida se deben elegir presiones elevadas.
4
-La reacción de hidrogenación transcurre con una disminución del número total de moles, por lo
que con un aumento de la presión se conseguirá un desplazamiento del equilibrio hacia la
formación del producto.
Por ello la presión seleccionada en el reactor de suspensión en estudio ha sido de 35 atm.
En el reactor se alimenta benceno e hidrógeno en una proporción de 1: 3.75, el benceno se
calienta previamente mediante un intercambiador de calor y el hidrógeno mediante una
compresor adiabático. Tiene una recirculación exterior para favorecer la eliminación de calor,
como ya se explicó anteriormente, y el producto (fase vapor) se lleva a un reactor de lecho fijo
para conseguir así una conversión de benceno cercana al 100%. Con este diseño del proceso se
consigue una pureza del producto del 99.98%. (Web 3)
Figura 2 Reactor de hidrogenación de benceno en suspensión
Las principales especies que están presentes en el reactor de suspensión son el benceno,
hidrógeno y ciclohexano, las demás especies que son alimentadas o se forman causa de
reacciones secundarias se van a suponer despreciables ya que están en un porcentaje inferior al
5%. (Web 3)
Estas especies presentan distintos grados de peligro, por lo que se van a definir a continuación
haciendo referencia a sus fichas de seguridad (ANEXO I):
El Hidrógeno es una sustancia muy inflamable, ya que la mezcla hidrógeno/aire puede estar
dentro del limite de inflamabilidad por lo que el riesgo de explosión es elevado. También se
tiene que destacar que el hidrógeno causa asfixia incluso a concentraciones moderadas. A
concentraciones elevadas causa dolores de cabeza, nauseas o incluso puede causar
5
inconsciencia. En un ambiente carente de oxigeno los síntomas pueden aparecer sin previo
aviso.
El benceno es también una sustancia fácilmente y la mezcla vapor/aire puede producir
explosión. Es una sustancia toxica, nociva e irritante. Esta dentro de las sustancias que pueden
producir cáncer y mutaciones genéticas, por lo que esta calificada como una sustancia muy
peligrosa, por lo que habrá que tomar medidas rigurosas.
El ciclohexano tiene características similares a las dos anteriores, ya que también es inflamable,
tóxico, nocivo e irritante. Hay que tener especial cuidado con los vertidos debido a que es
altamente tóxico para los animales acuáticos y con ello causar graves daños a largo plazo en el
medio ambiente acuático.
Para el cálculo de las condiciones de operación y diseño se va a seguir las indicaciones del
código ASME para calderas y recipientes a presión. En cuanto a la temperatura, a partir de las
condiciones de operación se va a realizar el cálculo de las condiciones máximas de operación,
para ello se va a utilizar el criterio del 10% de las condiciones de operación. la temperatura de
operación es de 204ºC, por lo que la temperatura máxima de operación sera de 224.4ºC, para el
cálculo de la temperatura de diseño se va a utilizar la regla que dice que la temperatura de
diseño sea la temperatura máxima de operación + 25 ºC, por lo que la temperatura de diseño es
de 249,4 ºC. En cuanto a los cálculos para la presión, la presión de operación es de 35atm, para
el cálculo de la presión de operación se utilizará el criterio del 105% de la presión de operación
por lo que será de 36.75 atm. Una vez calculadas las condiciones máximas de operación se
calculan las condiciones de diseño. Para el cálculo de la presión de diseño se va a utilizar las dos
siguientes expresiones para el cálculo de la presión de diseño, la que de un valor más elevado
será la presión que se tome como presión de diseño. Las expresiones son las siguientes:
Pd1 = 1,1 x Pmax y Pd2 = Pmax + 30 psi
Por lo que se hace la conversión de atmosferas a psi de la presión maxima de operación, Pmax
=540,22 psi.
Pd1 = 594,24 psi y Pd2 = 570,22 psi
Por lo que se elige Pd1= 594,24 psi = 40,42 atm
El reactor se va a situar en un área de proceso cerrada, ya que al trabajar a altas presiones y con
compuestos altamente inflamables se minimizan los riesgos. Dado que se trabaja con una
presión elevada se hace imprescindible equipar el reactor con un disco de ruptura y una válvula
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de alivio, con una presión de consigna de 39 atm. Como se trabaja con material inflamable se
tiene que instalar un sistema de defensa contra incendios, con sistemas de control adecuados
para ello y dotar de una buena ventilación por si hay alguna fuga. En el caso de que exista fuga
se deberá utilizar un traje de protección especial para el personal, en el que se incluye un equipo
autónomo de respiración. Con respecto al almacenamiento de los materiales se deben almacenar
separados de oxidantes, ácidos, halógenos y mantenerlos en un lugar frio y ventilado.
Para un buen funcionamiento del proceso y obtener un buen rendimiento en la reacción, se tiene
que controlar tanto la presión como la temperatura, este control va a ser crucial para obtener una
elevada pureza en el producto. Como ya se ha explicado anteriormente la temperatura es un
factor muy importante debido a que al ser una reacción exotérmica se deberá mantener en el la
temperatura de operación mencionada, debido a que si la temperatura disminuye la velocidad de
reacción seria demasiado lenta, y si la temperatura aumenta demasiado el equilibrio se
desplazaría hacia los reactivos y podría dar lugar a reacciones secundarias, con la disminución
de conversión que eso conlleva. Otro punto para controlar la temperatura es la estabilidad
química del catalizador, ya que este se puede desactivar o envenenar por la aparición de
productos secundarios. La presión también va a ser importante mantenerla controlada para así
mantener una buena conversión de equilibrio.
La columna de burbujeo se representa en la siguiente figura:
Figura 3 Columna de burbujeo con recirculación externa con las medidas propuestas por
el HAZOP.
7
3 ÍNDICE DOW DE FUEGO Y EXPLOSIÓN
El Índice de Incendio y Explosión (F&EI), creado por Dow Chemical, es una herramienta para
la evaluación objetiva paso a paso de la posibilidad real de un incendio, explosión y reactividad
de equipos de proceso y su contenido en la industria química. Su propósito es servir como guía
para seleccionar el método de protección contra incendios adecuado y ofrecer información clave
para ayudar a evaluar el riesgo general de incendio y explosión. (Web 5)
El F&EI es una de las herramientas usadas para la evaluación realista del riesgo potencial de
fuego, explosión y reactividad química de los equipos de proceso y su contenido. Desarrollado
en 1964, ha evolucionado hasta convertirse en un índice completo que proporciona una medida
del riesgo relativo de pérdidas de unidades individuales de proceso debido a fuegos o a
explosiones potenciales. (Web 5)
Este índice se ha utilizado ampliamente en Dow y fuera de Dow. Es el índice de peligro más
reconocido por la industria química y proporciona información clave para evaluar el riesgo total
de fuego y explosión. Se puede utilizar con el resto de información del proceso para consolidar
un paquete de análisis del riesgo y comprender mejor los riesgos potenciales asociados a una
unidad de la fabricación. (Web 5)
3.1 Objetivos del índice de dow
El propósito del sistema de F&EI es:
Cuantificar, en términos realistas, el daño que se puede esperar de los potenciales
incidentes de fuego, explosión y reactividad.
Identificar el equipo con probabilidad de contribuir a la iniciación o a la escalada de un
incidente.
Comunicar el potencial del riesgo de F&EI a la dirección.
Su propósito más amplio es disponer de un método que permita ordenar las unidades de proceso
individuales según su riesgo, centrándose en los equipos importantes y proporcionar datos a los
ingenieros de las pérdidas potenciales en cada área de proceso, para ayudarles a identificar
maneras de disminuir, de una manera eficaz y rentable, la severidad y las pérdidas resultantes
(en términos de dólares) de incidentes potenciales.
3.2 Elegir la unidad del proceso para el estudio.
Se ha elegido el reactor de síntesis de ciclohexano a partir de la hidrogenación de benceno.
8
3.3 Esquema de procedimiento para el cálculo del índice de dow
Para la realización del índice de dow se va a seguir el siguiente esquema:
Figura 1 Esquema de cálculo del índice dow
3.4 Determinación del factor material FM
El factor material es un indicador de la peligrosidad de un equipo teniendo en cuenta las
sustancias con las que se trabajan en este. Se le dan valores a las sustancias entre 1 y 40, siendo
el numero mayor el que mayor riesgo representa.
En nuestro reactor para el hidrogenación del benceno se encuentran las siguientes sustancias:
Benceno: Tiene un factor material de 16
Hidrógeno: Tiene un factor material de 21
Ciclohexano: Tiene un factor material de 16
Se puede comprobar cómo las sustancias con las que trabaja en este reactor son de un alto valor
del factor material por lo que implican riesgos elevados de incendio y explosión, por lo que va a
ser necesario disminuir en la medida de lo posible la peligrosidad del proceso mediante cambios
9
en las condiciones. Para el estudio se van a suponer las peores condiciones que se pueden dar en
el proceso para así conseguir un mejor análisis del proceso y de su peligrosidad.
3.5 Determinación del factor de riesgo general (F1) y el factor de riesgo específico (F2)
Los factores de riesgo tienen en cuenta las especiales condiciones del proceso que pueden
modificar el riesgo de las instalaciones estudiadas. Hay que tener en cuenta tres tipos de factores
de riesgo:
Factores generales del proceso, F1: reacciones exotérmicas, endotérmicas,
transferencias de producto, condiciones de ventilación, etc.
Factores especiales, F2: toxicidad de las sustancias, considerada como complicación
adicional, operaciones a presiones inferiores a la atmosférica, bajas temperaturas,
corrosiones, etc.
Factor de riesgo, F3: calculado a partir de los anteriores F3 = F1 • F2.
3.5.1 Cálculo del factor de riesgo general F1
Para el cálculo del factor de riesgo general F1 se va a utilizar la guía para la clasificación de
riesgos y la siguiente tabla:
Tabla 1 Factores de riesgo generales
Con la tabla 1 vamos a poder calcular las penalizaciones, y con estas mediante la siguiente
ecuación se va a poder calcular el factor de riesgo general F1:
F1=1+ penalizaciones (1)
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Cálculo de las penalizaciones:
Reacciones exotérmicas: La reacción principal que se da en el reactor es la hidrogenación del
benceno en la que se desprende calor, por lo que como ya se ha comentado es una reacción
exotérmica. Dado que es una reacción de hidrogenación toma un valor de 1.25.
La penalización será por tanto: 1.25*0.229=0.29
Reacciones endotérmicas: Dado que ocurre una reacción exotérmica se va a tomar como valor
0.
Manejo y transferencia de materiales: Se almacenan en tanques, como tanto el benceno,
hidrógeno y ciclohexano son inflamables se toma una penalización de 0.9.
La penalización será por tanto: 0.9*0.0733= 0.06
Unidades en zonas cerradas: Como se trabaja con hidrógeno y este está por encima del punto
de ebullición se le va un valor elevado de 0,8
La penalización va a ser: 0.9*0.16= 0.14
Accesos: Se va a tomar un valor de 0 ya que se adoptan unas buenas salidas de emergencia, ya
que se tienen como mínimo dos salidas por dos lados como es el requerimiento mínimo.
Drenajes: Se va a dirigir el vertido a un lugar lejano a la unidad de proceso y se tiene especial
cuidado en cumplir las especificaciones que requiere la guía Dow, por lo que no se va a
considerar penalización.
La suma de todas las penalizaciones resulta: 0.49
Por lo que usando la ecuación 1, F1 resulta:
F1= 1+ suma de las penalizaciones= 1 + 0.49= 1.49
3.5.2 Cálculo del factor de riesgo especial F2
Para el cálculo del factor de riesgo especial F2 se va a utilizar la siguiente tabla:
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Tabla 2 Factores de riesgo especial
Los ítems indicados en esta sección contribuyen a los incidentes que aumentan la probabilidad
de un incendio o explosión. Cada ítem deberá ser revisado en relación a la evaluación de la
unidad del proceso y se aplicará la penalización apropiada según se considere el grado de
incidencia en el proceso estudiado. Se va a elegir un valor para cada factor y se multiplicara por
su peso relativo en el factor de riesgo especial, así se conseguirá la penalización para cada
factor.
Al igual que el factor F1, la ecuación utilizada para el cálculo de F2 va a ser:
F2= 1+ penalizaciones (2)
1) Toxicidad del material
Puesto que el ciclohexano y el benceno son tóxicos, siendo ambos especialmente tóxicos para
las especies acuáticas, se le va a dar el valor más alto posible (0,80). Por lo que multiplicamos
el valor elegido por el peso relativo (%) y nos dará así el factor para la toxicidad.
La penalización por tanto va a ser: 0.80*0.0518= 0.04
2 Operaciones a vacío
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Se aplica a aquellos casos en que una entrada de aire dentro de un sistema puede causar un
riesgo. Ello puede ocasionar el contacto de aire con materiales sensibles a la humedad o oxígeno
o bien a la formación de mezclas inflamables. La penalización se aplica cuando el equipo de
proceso opera a presión inferior a la atmosférica, aunque sea momentáneamente como en el
caso de la aspiración de un compresor. En el caso del reactor que se está estudiando no se
considerara la penalización ya que se trabaja a presiones muy superiores a la atmosférica.
3 Operación en condiciones de inflamabilidad o cercana a ella
Existen determinadas condiciones de operación que pueden producir el que una mezcla de aire
entre en el sistema y produzca una mezcla inflamable y así crear un riesgo.
Se tratan la siguientes condiciones: Almacenaje en tanque de líquidos inflamables (clase 1) con
entrada de aire en el interior del tanque durante el vaciado o enfriamiento súbito del tanque.
En el reactor a estudio se trabaja con materiales inflamables como lo son el hidrógeno, benceno
y ciclohexano por lo que se le va a dar el valor más alto a este factor (0.80). Teniendo en cuenta
su peso relativo en el proceso: = 0.80 x 0.0518= 0,041
Penalización de 0,04
4 Explosión de polvo
Es el tamaño de partícula de cualquier polvo el que determina su capacidad para permanecer en
suspensión por más tiempo, así como la energía desarrollada en la ignición. En general, las
partículas de polvo de tamaño superior a las 150 micras no desarrollan presiones superiores a
91,4 kg/cm2 por segundo.
Puesto que no se trabaja con partículas no se le va a dar penalización.
Penalización de 0
5 Presión de alivio
Cuando se opera a presión superior a la atmosférica debe penalizarse para compensar la
exposición en función del incremento de presión.
Como se ha estudiado en el HAZOP realizado anteriormente, la presión en el sistema va a ser un
foco importante de peligro ya que se trabaja a presiones elevadas. Se le va a dar un valor de 1
para este factor.
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La penalización será: 1*0,0732=0,07
6 Baja temperatura
En este caso al tratarse de un proceso en el que se trabaja a temperaturas elevadas no se le
aplicará ninguna penalización.
7 Cantidad de material combustibles
Para la su evaluación se va a considerar la exposición adicional de una determinada área de
proceso según la cantidad creciente de material inflamable. En el proceso estudiado se va a
tratar con sustancias altamente inflamables, como ya se ha mencionado anteriormente, por lo
que se le va a dar un valor elevado (4).
La penalización por lo tanto: 4*0,25=1
8 Corrosión y erosión.
Para poder penalizar la corrosión y erosión se analiza la velocidad de corrosión. Se toma como
velocidad de corrosión 0,5 mm/año y se considera que se aplica revestimiento de protección, ya
que las sustancias utilizadas no son corrosivas. Por lo que se va a dar un valor de 0,1.
La penalización por lo tanto: 0.1*0.0486= 0.00486
9 Escapes a través de juntas.
En cuanto a los escapes los principales riesgos van a ser las bombas y compresores, pero dado
que no hay fluidos de naturaleza penetrantes y abrasivos y el reactor no esta equipado de
ventanilla de observación, ni dispositivos de fuelles o ventilación, no se le va a dar un valor
elevado. Se le ha dado un valor intermedio de 0.7
La penalización por tanto: 0.7*0,0972= 0.07
10 Presencia de hornos.
Dado que en el reactor se produce una reacción exotérmica no va a necesitar un calentamiento
de ningún aparato ni va a estar sometido a ningún fuego directo por lo que no se va a considerar.
Penalización de 0
11 Equipos de intercambio de calor con aceite térmico.
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No se va a utilizar ningún combustible liquido para el intercambio de calor ya que se utiliza
agua.
Penalización de 0
12 Equipos de rotación de gran potencia
No se va a considerar esta penalización ya que la turbina con la que se impulsa el hidrógeno al
reactor tiene una potencia inferior a 600 C.V.
Penalización de 0
Por lo que el resultado de sumar todas las penalizaciones es: 1.224
Por lo que utilizando la ecuación 2 se puede calcular el factor F2.
F2=1+1.224= 2.224
3.6 Determinar el factor de riesgo del proceso (F3)
Con los valores de F1 y F2 calculados en el apartado anterior se va a calcular el riesgo del
proceso F3 mediante la siguiente ecuación:
F3= F1 + F2 = 1.49 + 2.224= 3.714 (3)
3.7 Determinar el índice de fuego y explosión (IFE)
El índice de fuego y explosión se va a calcular utilizando el factor material y el factor de riesgo
del proceso (F3), mediante la siguiente ecuación:
IFE= FM*F3= 21*3.714= 78 (4)
3.8 Grado de peligro
El grado de peligro va a ser función del índice de fuego y explosión. Este se va a obtener de la
siguiente gráfica:
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Tabla 3 Grado de peligro
Se va a utilizar la 7ª edición, por lo que sabiendo que el índice de fuego y explosión tiene un
valor de 78, nos encontramos con un grado de peligro moderado.
3.9 Determinar el factor de daño (FD)
El factor de daño se representa como el tanto por uno destruido dentro del radio de exposición
(RE) el cual se calculará en el apartado siguiente. Representa el daño causado por un incidente
(explosión, incendio, etc.) en la unidad estudiada.
Para el cálculo del factor de daño (FD) se utiliza las siguiente tabla en la que se utiliza el factor
material y el factor de riesgo (F3) para su cálculo.
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Gráfico 1 Cálculo del Factor de daño
Siendo F3=3,7 y FM=21 de la tabla se obtiene el factor de daño (FD).
FD=0.54
3.10 Determinar el radio de exposición.
El radio de exposición es el que se ve afectado por el incidente causado por la unidad estudiada.
Para su cálculo se va a utilizar la siguiente tabla, en la que se utilizara el valor del índice de
fuego y explosión para obtener el valor del radio.
El área calculada es la distancia de alcance del incidente. Con este radio se puede saber cuáles
son los aparatos que van a estar expuestos a fuego o la onda de presión causada por el accidente.
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Gráfico 2 Cálculo del radio de exposición
Sabiendo que IFE= 78, el radio de exposición (RE) mirando en la tabla 5 va a ser:
RE= 72 pies.
En este caso los aparatos que van a estar dentro del radio de exposición van a ser los dos
intercambiadores de calor, el compresor para la corriente de benceno y la bomba para la
recirculación para refrigerar.
3.11 Determinar el factor de escala (FE)
El área de exposición (AE) se obtiene a partir del radio de exposición, con la ecuación del área
de un circulo: Pi*(RE)2
Por lo que AE= 16286 pies2
El factor de escala representa el tanto por uno del área afectada por el incidente respecto al total
de la superficie de la planta. Puesto que solo estamos haciendo el estudio para la el área afectada
por el accidente se le da un valor de 1 al factor de escala.
3.12 Determinar el valor de reposición del equipo (VRE)
El valor de reposición de equipo es el coste que se necesita para reponer los equipos dentro del
radio de exposición. Para su cálculo se utiliza la siguiente ecuación:
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VRE= 0.82*FE*I (5)
I es el valor de los aparatos que se encuentran dentro del radio de exposición al cual se le aplica
un coeficiente de 0,82 para descontar los daños que no son destruidos en el accidente.
Para el cálculo de I se va a contar con el precio del reactor (2573 euros), 2 bombas (4392 euros),
1 compresor (39420 euros), intercambiador de calor (1000 euros) y los costes indirectos (14851
euros). Nota: los costes indirectos se han tomado como la cuarta parte de los costes totales de la
planta.
I= 62236 euros
Por lo que aplicando la ecuación:
VRE= 51033 euros
3.13 Determinar daño máximo probable, básico (DMPPo)
Representa el valor real del coste de los daños destruido en el área de exposición, ya que no
todo se destruye completamente. Por lo que se calcula multiplicando el factor de daño por el
valor de reposición del equipo.
DMPPo= FD*VRE= 0.54*51033= 27558 euros (6)
3.14 Determinar el factor de bonificación por protecciones (FB).
El factor de bonificación efectivo por protecciones representa la influencia de las medidas de
protección equipadas en el reactor estudiado, es decir el DMPP real el cual va a ser inferior al
DMPPo.
Para el cálculo de FB se va a utilizar el siguiente gráfico:
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Gráfico 3 Factor de bonificación
Se va a necesitar el producto de tres coeficientes (C1, C2 y C3), los cuales se van a calcular a
continuación:
C1 (control del proceso)
Los factores necesarios para el cálculo de C1 son los siguientes, el producto de todos los
factores dará el valor de C1.
a) Energía de emergencia, energía para los servicios esenciales, se le da un valor de 0.98
b) Refrigeración (valores entre 0.97 a 0.99), se le da un valor de 0.99 ya que el sistema de
refrigeración instalado puede mantener una refrigeración normal de 10 minutos durante una
condición anormal.
c) Control de explosiones (valores entre 0.84 a 0.98, se le da un valor de 0.98 por tener un
sistema de alivio de sobrepresión diseñado para proteger el equipo de posibles condiciones
anormales.
20
d) Parada de emergencia (valores entre 0.96 a 0.99), Como el reactor está equipado con varios
sistemas de seguridad como lo son los lazos de control se le da un valor de 0,96.
e) Control mediante ordenador (valores entre 0.93 a 0.99), se toma un valor de 0.99 ya que las
funciones del ordenador representan una ayuda para los operarios y no controlan directamente
las operaciones clave o bien cuando la instalación frecuentemente se manda sin el ordenador.
f) Gas inerte (valores entre 0.94 a 0.96), se le da un valor de 0.94 ya que se tiene gas inerte para
hacer una purga en toda la unidad si fuera necesario
g) Instrucciones de operación (valores entre 0.91 a 0.99)
Se le da un valor de 0.91 el cual se le ha dado el valor más bajo teniendo en cuenta que las
instrucciones de operación han sido escritas adecuadamente con objeto de mantener el control
satisfactorio de una unidad.
h) Recopilación de reactividad química (valores entre 0.91 a 0.98), se da un valor de 0,91 ya que
se realiza el plan de análisis de documentación de seguridad relativo a los procesos existentes y
nuevos de una forma permanente.
El calculo del factor C1, se va a calcular con la siguiente expresión:
C1=∏Ci1 (7)
C1=0.757
C2 (aislamiento de materiales)
a) Válvulas con control remoto (valores entre 0.96 a 0.98), se le da un valor de 0.96 ya que el
reactor está equipado con válvulas de aislamiento, para poder aislar de forma rápida en caso de
emergencia.
b) Depósitos de descarga (valores entre 0.96 a 0.98), se le da un valor de 0,96 ya que se dispone
de un tanque previsto para trasvasar el producto de un proceso afectado por un incidente y
además este se dispone fuera de la zona de la unidad.
c) Drenaje (valores entre 0.91 a 0.97), se le da un valor de 0.91 ya que se dispone de una
pendiente mínima de 2% para eliminar una pérdida grande que conduzca a una zanja de drenaje
de tamaño adecuado. (Se puede derramar el 75% del contenido)
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d) Enclavamiento, no se aplica ya que el sistema no tiene un sistema de bloqueo que impida el
flujo incorrecto del material.
C2=∏Ci2 (8)
C2=0.838
C3 (protección contra el fuego)
a) Detección de fugas (valores entre 0.94 a 0.98), se da un valor de 0,94 ya que dispone de
detectores de gas, y la alarma funciona al 25% del límite inferior de inflamabilidad y activa un
sistema protector al 75% del límite inferior de inflamabilidad.
b) Estructuras de acero (valores entre 0.95 a 0.98), se le da un factor de 0.95 ya que tiene un
sistema de protección frente al fuego aplicada a toda la estructura resistente a una altura superior
a 10 m.
c) Tanques enterrados (valores entre 0.84 a 0.91), no se aplica ya que no se utilizan tanques
enterrados.
d) Suministro de agua (valores entre 0.94 a 0.97), se aplica un factor de 0.97 ya que se dispone
de un suministro de agua capaz de proporcionar la demanda calculada para un periodo de 4
horas y la presión de suministro es de 7 kg/cm.
e) Sistemas especiales, se le da un valor de 0.91 ya que se dispone de sistemas de detección de
humo y llama.
f) Sistemas rociadores, no se aplica ya que no se dispone de sistemas de inundación.
g) Cortinas de agua (valores entre 0.97 a 0.98), se le da valor de 0,98 ya que se dispone de
cortinas de agua.
h) Espuma (valores entre 0.92 a 0.97), no se va a aplicar ya que no se dispone de un líquido
espumante dentro del sistema de rociadores de inundación a partir de una estación de control
remoto.
i) Extintores manuales. Monitores (valores entre 0.95 a 0.98), se dispone de extintores que se
pueden accionar a distancia por lo que se le da un valor de 0.95.
j) Protección de cables (valores entre 0.90 a 0.96), se le da un valor de 0.90 ya que las bandejas
de cables eléctricos y de instrumentación se encuentran enterradas.
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C3=∏Ci3 (9)
C3=0.660
Por lo que con los tres factores calculados se calcula su producto y se utiliza la gráfica para el
cálculo del factor de bonificación
C=C1xC2xC3=0.418 (10)
Por lo que el factor de bonificación resulta ser:
FB= 0.57
3.15 Determinar el Daño máximo probable a la propiedad real (DMPP)
Una vez calculados el daño máximo probable a la propiedad básico (DMPPo) y el factor de
bonificación (FB), se puede calcular el daño máximo probable a la propiedad real, en este se
diferencia del básico en que se tiene en cuenta la influencia de las medidas de seguridad
tomadas. Para su cálculo se va a utilizar la siguiente ecuación:
DMPP=DMPPo x FB= 27558 x 0.57= 15708 euros. (11)
3.16 Determinar la Parada probable de producción (PPP)
Se calcula mediante la siguiente gráfica el tiempo de parada de la planta que se hace debido a
problemas tales como ausencia de en el suministro, reparaciones etc.
Para su cálculo se va a necesitar el valor de DMPP (15708 euros) calculado en el apartado
anterior. Debido a que el gráfico las unidades de dinero estan en MM$ se va a tener que hacer
un cambio para poder usar el gráfico. Los cálculos son los siguientes:
15708 euros * 1,36 dólar americano/euro <> 21362,9 dolares americanos ($)
21362,9 dolares americanos ($) / 1000000 <> 0.02 millones de dolares (MM$)
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Gráfico 4 Cálculo de la parada probable de producción (PPP)
Debido a que nos sale un valor demasiado bajo de 0.02 MM$ y el minimo es de 0.1 MM$ se va
a elegir el valor mínimo de la parada probable de producción, 8 días, con una probabilidad del
70%.
PPP= 8 días.
3.17 Determinar el lucro cesante (LC)
Para el cálculo del lucro cesante, se va a utilizar la siguiente expresión:
LC=0,7xPPPxVDP (12)
siendo:
VDP= valor diario de la producción interrumpida.
Primero se va a calcular el valor de la producción interrumpida para ello se va a necesitar el
precio del ciclohexano (1000$/tonelada) y la capacidad instalada de la planta (40 toneladas/día)
por lo que el valor de VDP va a ser de 40000 $/día. Por lo que aplicando la ecuación 12:
LC=224000 euros
3.18 Determinar Pérdidas probables totales (PPT).
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Para el cálculo de las PPT se utiliza la siguiente ecuación:
PPT= LC x DMPP (13)
Por lo que con los valores previamente calculados de LC y DMPP y aplicando la ecuacion 13
resulta:
PPT= 224000 + 15708 = 239.708 euros.
4 CONCLUSIONES
El grado de peligro en la columna de burbujeo donde se produce la reacción de hidrogenación
del benceno según el indice dow es moderado, uno de los principales peligros de este proceso se
deben a que se utilizan sustancias altamente inflamables como lo son el hidrógeno, benceno e
ciclohexano, otro foco de peligro es el de trabajar con recipientes a alta presión, como ya se ha
explicado anteriormente, es necesario aplicar alta presión para que la conversión de equilibrio
de la reacción se desplace hacia los productos, por lo que va a ser necesario llevar un exhaustivo
control sobre la temperatura y la presión en el proceso. Otro punto importante va a ser el de
instalar sistemas de defensa contra incendios para minimizar en la medida de lo posible los
daños debidos a incendios cuando los sistemas de seguridad preventiva han fallado. También va
a ser de vital importancia colocar de manera adecuada los distintos equipos del proceso para
evitar así que en caso de accidente no se produzcan accidentes en cadena debido a que se dañen
equipos que se encuentren próximos.
5 BIBLIOGRAFÍA
Informes utilizados:
[1] DOW´S FIRE & EXPLOSION INDEX HAZARD CLASSIFICATION GUIDE, SEVENTH
EDITION, PUBLICADO POR EL AMERICAN INSTITUTE OF CHEMICAL ENGINEERS
[2] GUÍA PARA LA CLASIFICACIÓN DE RIESGO, 5 EDICIÓN, PUBLICADA POR LA
COMPAÑÍA DOW CHEMICAL.
Páginas web utilizadas:
Web 1, fecha 23/11/2013
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http://books.google.es/books?
id=KSrTF6ZmkrwC&pg=PA665&lpg=PA665&dq=ifp+cyclohexane+process&source=bl&ots=
EqtDFozkUe&sig=MIWpUP2yT3DzdBER4V-
T8FIvw7w&hl=es&sa=X&ei=FZuQUteRGMqk0AWd6oCIAw&ved=0CEsQ6AEwAg#v=onep
age&q=ifp%20cyclohexane%20process&f=false
Web 2, fecha 23/11/2013
http://books.google.es/books?
id=OUGVPYqtnNgC&pg=PA348&lpg=PA348&dq=ifp+cyclohexane+process&source=bl&ots
=JarXBglssN&sig=d5wXql8vCFIeasShEKlqD5MKXEI&hl=es&sa=X&ei=FZuQUteRGMqk0
AWd6oCIAw&ved=0CHgQ6AEwBw#v=onepage&q=ifp%20cyclohexane%20process&f=false
Web 3, fecha 23/11/2013
http://dc358.4shared.com/doc/3yWnVFiV/preview.html
Web 4, fecha 10/12/2013
http://web.ist.utl.pt/ist11061/de/Equipamento/BubbleColumnReactors(review).pdf
Web 5, fecha 10/12/2013
http://www.unizar.es/guiar/1/Accident/An_riesgo/Ind_Riesgo.htm
Web 6, fecha 10/12/2013
https://www.e-catalysts.com/supportsearch/Tutorials/slurrybubble.htm
Web 7, fecha 10/12/2013
http://www.freepatentsonline.com/4731496.html
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