proyecto de grado maria antonia palacio
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MODELAMIENTO DEL RIESGO DE EXPLOSIÓN POR MEDIO DE UN ANÁLISIS SEMI-CUANTITATIVO (ExLOPA)
CASO DE ESTUDIO: Equipo de extracción de aceites
esenciales con uso de solventes.
MARIA ANTONIA PALACIO YEPES Proyecto de grado para optar el título de Ingeniero Químico
Asesor:
FELIPE MUÑOZ GIRALDO M. ENG. PHD.
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA BOGOTÁ D.C
2009
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AGRADECIMIENTOS A mi familia especialmente a mis padres y a mi hermano por su amor infinito, apoyo incondicional y por sus esfuerzos durante mis estudios.
A Felipe Muñoz Giraldo por su asesoría, apoyo, entrega y colaboración en la realización de este proyecto de grado.
A Jorge Mario Gómez por sus valiosos comentarios y aportes en el transcurso de la realización del proyecto.
Y por último a mis amigos por su apoyo, colaboración y comprensión.
3
TABLA DE CONTENIDO
ÍNDICE DE FIGURAS ............................................................................................................................. 5
ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................................................................... 6
RESUMEN ............................................................................................................................................ 7
INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................... 8
1. OBJETIVOS ................................................................................................................................... 9
1.2. OBJETIVO GENERAL ............................................................................................................. 9
1.3. OBJETIVOS ESPECIFICOS ...................................................................................................... 9
2. ANÁLISIS DE RIESGOS ................................................................................................................ 10
2.1. MÉTODOS CUALITATIVOS ...................................................................................................... 11
2.1.1. ANÁLISIS WHAT IF ............................................................................................................... 12
2.2. MÉTODOS CUANTITATIVOS ............................................................................................... 13
2.3. LOPA .................................................................................................................................. 13
2.3.1. Estimar las consecuencias y severidad: ......................................................................... 16
2.3.1.1. Método 1 de estimación de consecuencia y severidad: ............................................. 16
2.3.1.2. Método 2 de estimación de consecuencia y severidad: ....................................... 17
2.3.1.3. Método 3 de estimación de consecuencia y severidad: ...................................... 18
2.3.1.4. Método 4 de estimación de consecuencia y severidad: ....................................... 19
2.3.2. Desarrollar los escenarios ............................................................................................. 19
2.3.2.1. Identificar la frecuencia de los eventos iníciales ................................................... 20
2.3.2.2. Identificar las capas de protección independientes .............................................. 22
2.3.2.3. Determinar la frecuencia de los escenarios .......................................................... 23
2.3.2.4. Tomar una decisión con los resultados de LOPA. ................................................. 25
3. EXPLOSIONES ............................................................................................................................ 26
3.1. EXLOPA .............................................................................................................................. 26
4. EQUIPO DE EXTRACCIÓN DE ACEITES POR ARRASTRE DE VAPOR. ........................................... 29
5. MODELAMIENTO DEL ANÁLISIS DE RIESGO .............................................................................. 31
5.1. IMPLEMENTACIÓN DEL ANÁLISIS CUALITATIVO ............................................................... 32
5.2. IMPLEMENTACIÓN DEL ANÁLISIS EXLOPA ........................................................................ 33
5.2.1. Categorización de la consecuencia. .......................................................................... 34
4
5.2.2. Definir la frecuencia del evento inicial del escenario. .............................................. 36
5.2.3. Evaluación del riesgo ................................................................................................ 41
6. SIMULACIÓN .............................................................................................................................. 41
7. RESULTADOS ANÁLISIS DE RIESGO ............................................................................................ 43
7.1. DEFINICIÓN DE LA OPERACIÓN NORMAL DEL EQUIPO: ................................. 43
7.2. IDENTIFICACIÓN DE LOS NODOS ....................................................................................... 45
7.3. RESULTADOS DEL ANÁLISIS “WHAT IF” ............................................................................. 45
7.4. RESULTADOS DEL ANÁLISIS EXLOPA ................................................................................. 46
8. CONCLUSIONES ......................................................................................................................... 49
NOMENCLATURA .............................................................................................................................. 51
Bibliografía ........................................................................................................................................ 52
ANEXOS ............................................................................................................................................. 53
5
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Diagrama de flujo para la evaluación de riesgo en un proceso (Wei, 2008). ........ 11
Figura 2. Pasos para aplicar LOPA (Center for Chemical Process Safety, 2001). .............................. 15
Figura 3. Triangulo de riesgo de explosión (Markowski, 2007) ........................................................ 27
Figura 4. Diagrama PI&D del equipo de extracción de aceites esenciales por arrastre de vapor. ... 31
Figura 5. Ejemplo de hoja de trabajo de ExLOPA .............................................................................. 34
Figura 6. Algoritmo utilizado para la macro del análisis “What If”. .................................................. 42
Figura 7. Hoja de la macro en la cual se le solicita al usuario. .......................................................... 42
Figura 8. Hoja de cálculo que muestra la hoja de resumen del análisis ExLOPA. ............................. 43
Figura 9. Algoritmo macro del análisis ExLOPA ................................................................................. 47
Figura 10. P&ID de equipo de extracción con los nodos marcados y enumerados. ......................... 55
6
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Matriz de riesgo de explosión (Markowski, 2007). ............................................................. 29
Tabla 2. Ejemplo de una Hoja de trabajo para What IF (Nolan, 1994) ............................................. 32
Tabla 3. Categorización de la consecuencia por cantidad de fuga. .................................................. 35
Tabla 4. Categorización de la consecuencia por costos .................................................................... 35
Tabla 5. Categorización de la consecuencia por daños en humanos ................................................ 36
Tabla 6. Frecuencias de eventos iníciales para ExLOPA (OREDA, 2002) (Center for Chemical Process
Safety, 2001) ..................................................................................................................................... 37
Tabla 7. Probabilidad fuente de ignición (Markowski, 2007) ........................................................... 39
Tabla 8. Frecuencia de la atmosfera explosiva (ATEX) (Markowski, 2007) ....................................... 39
Tabla 9. Probabilidad de falla del IPL (Markowski, 2007) ................................................................. 40
Tabla 10. Análisis What If de los escenarios de explosión en la etapa de carga. ............................. 55
Tabla 11. Análisis What If de los escenarios de explosión en la etapa de recirculación en frio. ...... 56
Tabla 12. Análisis What If de los escenarios de explosión en la etapa de concentración en caliente.
........................................................................................................................................................... 58
Tabla 13. Análisis What If de los escenarios de explosión en la etapa de parada. ........................... 64
Tabla 14. Resumen análisis ExLOPA de los escenarios que necesitan algún tipo de acción adicional.
........................................................................................................................................................... 65
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RESUMEN
Todos los procesos desarrollados en una industria involucran peligros y la manera de
evaluarlos es a través de los análisis de riesgos, los cuales son un estudio ineludible en la
industria de procesos y para realizarlo se han definido un conjunto de métodos
internacionalmente reconocidos. En este trabajo se hace un análisis cualitativo “What If” a
un equipo de extracción de aceites esenciales por solvente, para identificar los posibles
escenarios de incendio y explosión, posteriormente se desarrollo el análisis semi-
cuantitativo ExLOPA, este método es utilizado con el fin de analizar el riesgo de explosión
e incendio del proceso por medio de macros programadas en Visual Basic, para tomar
una decisión referente a si los niveles de protección son apropiados y suficientes para
mitigar el riesgo inherente al proceso. En el análisis What If se encontró que existen
escenarios de explosión involucrados en la operación del equipo con la complejidad
suficiente para justificar la aplicación de un análisis semi-cuantitativo. En el análisis
ExLOPA se encontró que existen diferentes escenarios en los cuales las capas de
protección no son suficientes para el riesgo presente, lo que acarrea riesgos inaceptables,
haciendo necesario la inclusión de diseños adicionales, pero se centró el análisis en el
más riesgoso, al cual se le deben incluir capas de protección adicionales en la siguiente
oportunidad. Se pudo observar que en las instalaciones donde opera el equipo es muy
probable la presencia de atmosferas explosivas, es probable la presencia de fuentes de
ignición y además es muy probable la presencia de personal en el área, haciendo análisis
por escenarios separados y para un solo equipo, creando las bases para estudios de
probabilidad de explosión que combinen los escenarios y tengan en cuenta los demás
equipos dentro del laboratorio.
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INTRODUCCIÓN
La industria de procesos incorpora muchos peligros inherentes a los equipos, las
condiciones de operación, las sustancias utilizadas o al proceso como tal, la
materialización de estos peligros conlleva a afectaciones importantes a los equipos, las
estructuras, el medio ambiente, las personas, entre otros. Esto hace necesario la
identificación, análisis y evaluación de este tipo de eventos.
La forma como se expresan estos peligros es a través del riesgo generado por la
presencia de un evento crítico, existen muchos eventos críticos que podrían ser
analizados, pero históricamente los incendios y las explosiones son los eventos que
conllevan a provocar daños más severos en las plantas químicas, por esto, la adopción de
medidas de prevención, protección y mitigación de incendios y explosiones requieren alta
prioridad (Markowski, 2007) Y la forma de identificar si se requieren medidas de
protección en el proceso, es a través de los análisis de riesgos.
Existen varios métodos para hacer el análisis de riesgos, pero se va a trabajar equipo de
extracción de aceites esenciales, con un análisis cualitativo What If, para la identificación
de los escenarios y con un método semi-cuantitativo, como herramienta para la
clasificación y evaluación de escenarios. El método semi-cuantitativo ofrece un equilibrio
entre los dos métodos de análisis de riesgos (cuantitativo y cualitativo) y provee un
análisis menos complejo y con un mejor grado de precisión.
El método semi-cuantitativo más utilizado es LOPA, el cual es una forma simplificada de
una evaluación de riesgo (Center for Chemical Process Safety, 2001).El método LOPA
puede ser aplicado a cualquier escenario, pero para hacer un análisis más exacto de los
escenarios de explosión, en la industria europea se hicieron algunas modificaciones al
método LOPA con el fin de que sea aplicable a este tipo de escenarios, este método se
conoce como exLOPA.
Este método permitió identificar que era necesario adicionar otras capas de protección
independientes (IPLs) para no incurrir en riesgos inaceptables, especialmente en el
evento más riesgoso.
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1. OBJETIVOS
1.2. OBJETIVO GENERAL
Aplicar el método semi-cuantitativo exLOPA a un equipo de extracción de aceites
esenciales, para evaluar el riesgo de explosión e incendio del proceso y tomar una
decisión referente a si los niveles de protección son apropiados y suficientes para
considerar los riesgos como aceptables.
1.3. OBJETIVOS ESPECIFICOS
1.3.1. Estudiar las condiciones de proceso del equipo de manera cualitativa para
identificar los posibles ambientes explosivos y de incendio presentes en el
proceso y en el equipo.
1.3.2. Aplicando del análisis de riesgo semi-cuantitativo, estimar si las medidas de
protección independientes del proceso son apropiadas y suficientes para
contrarrestar el riesgo del proceso, o si por el contrario deben ser adicionadas
otras capas de protección.
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2. ANÁLISIS DE RIESGOS
Existen definiciones diferentes de riesgo, la mayoría definen el riesgo como “La
posibilidad de ocurrencia de un evento no deseado”, que se expresa como el producto de
la probabilidad de un acontecimiento peligroso Pn y la magnitud de su daño Sn.
(Markowski, 2007):
Rn= Pn * Sn (1)
Dada la propuesta de Markowski, se hace necesario conocer los dos parámetros
asociados a un evento para que su valor de riesgo pueda ser calculado.
Cuando se materializa este riesgo, sus consecuencias pueden afectar en diferente media
al personal de la planta, la comunidad aledaña, el medio ambiente e incluso las
instalaciones de las mismas. Por esto la identificación de los posibles eventos peligrosos y
la fijación de rangos de riesgo que se está dispuesto a tolerar, se han convertido en
puntos de vital importancia para las industrias y gobiernos de varios países.
Por estas razones se han desarrollado diferentes métodos que identifican el riesgo y
estiman su magnitud, tomando en cuenta factores como la ubicación de la planta, los
materiales, procedimientos y los equipos utilizados, entre otros.
Existen básicamente dos tipos de métodos para el análisis de riesgos (Karabacak, 2005):
• Métodos cualitativos: Se califica el evento por medio de calificativos.
• Métodos cuantitativos: Se califica el evento por medio de escalas cuantitativas.
Si el análisis se hace de manera deductiva, los métodos de análisis de riesgos tienen
una estructura general y se constituye de los siguientes pasos:
• Identificación de los escenarios o eventos no deseados.
• Análisis de las causas por las cuales estos eventos se generan.
• Estimación de las consecuencias y la frecuencia de los eventos.
En la figura 1. Se muestra un proceso de evaluación con tres niveles de actividades que
es usado para análisis, evaluación y gestión de riesgos (Wei, 2008), proceso que
conserva la estructura anteriormente expuesta. En esta figura se puede observar que para
11
el análisis de riesgo se toman en cuenta solo las etapas de determinación del evento
crítico, análisis de frecuencia y modelado del evento para hacer el cálculo del riesgo del
proceso, como ya se había mencionado anteriormente.
Figura 1. Diagrama de flujo para la evaluación de riesgo en un proceso (Wei, 2008).
Con base en estos pasos y el método seleccionado se puede estudiar, evaluar, medir y
administrar el riesgo que se genera por el proceso.
2.1. MÉTODOS CUALITATIVOS
El análisis de riesgos cualitativo es una herramienta que permite hacer una evaluación
del riesgo por medio de escalas cualitativas, la cual puede ser la totalidad del análisis o
una aproximación inicial para la identificación de escenarios. Para cada uno de estos
12
casos se debe elegir el método cualitativo que mejor se adapte las condiciones del
proceso, como son las instalaciones, el equipo, la facilidad de aplicación, el tiempo que se
disponga para su aplicación y la experiencia que el grupo de analistas posea.
2.1.1. ANÁLISIS WHAT IF
Uno de estos métodos se conoce como el análisis What If, este tipo de análisis son más
puntuales y se pueden guiar hacia escenarios específicos, permitiendo que en términos
de tiempo sea menos engorroso.
Los objetivos de “What-If” son identificar las causas de las desviaciones o cambios del
diseño, determinar todos los riesgos y problemas operativos asociados a estas
desviaciones, decidir qué acción es necesaria para controlar el riesgo o el problema
operativo y certificar que las acciones encontradas sean realmente implementadas y
documentadas (Nolan, 1994), pero como este es un método cualitativo los alcances y el
cumplimiento a cabalidad estos objetivos, están supeditados la pertinencia de las
conclusiones planteadas por el analista.
Metodología:
1. Definir las hipótesis sobre las instalaciones que se aceptaran durante el proceso
de revisión.
2. Definir los límites y cuando se considera en operación normal el equipo, durante la
revisión.
3. Seleccionar y confirmar el espacio del nodo.
4. Explicar las intensiones generales del diseño y las condiciones de operación del
nodo.
5. Definir los parámetros operativos de los nodos.
6. Seleccionar o formular una pregunta “What-If”.
7. Identificar todos los escenarios peligrosos (causas) de las preguntas “What-If”.
8. Identificar la peor consecuencia sin medida de protección, asociada con ese
escenario peligroso.
9. Especificar las protecciones predominantes en contra de la consecuencia.
13
10. Determinar la probabilidad y la severidad de esta consecuencia e investigar si es
deseada.
11. Si la severidad y/o la probabilidad es intolerable, de acuerdo con los niveles de
riesgo tolerables por la compañía, hacer recomendaciones para mitigar las
consecuencias.
12. Reiterar los pasos anteriores para todas las otras preguntas “What-If”.
13. Reiterar los pasos anteriores para todos los otros nodos en la revisión.
14. El equipo de revisión debe clasificar las recomendaciones en orden de prioridad de
riesgo asignado para el cronograma de implementación.
15. Preparar un resumen y una lista de recomendaciones en orden de prioridad.
2.2. MÉTODOS CUANTITATIVOS
Los métodos de análisis de riesgos que aplican métodos cuantitativos son los que
generan análisis más concretos, especialmente cuando se trata de procesos complejos. A
la hora de hacer el análisis de riesgos, el método más utilizado para hacer análisis
cuantitativo es el Análisis de riesgo cuantitativo (QRA). Esta es la técnica más sofisticada
para calcular los riesgos de los incidentes, la estimación de las incertidumbres del riesgo
calculado y generalmente proporciona el costo de la minimización del riesgo (Dowell,
1998).
2.3. LOPA
Debido a la complejidad de aplicación de los métodos cuantitativos, en la práctica se le
hacen modificaciones como el método LOPA (Layer of protection analysis), LOPA es una
herramienta semi-cuantitativa para el análisis y la evaluación del riesgo (Center for
Chemical Process Safety, 2001), este método hace una clasificación de la severidad del
daño de una manera cualitativa y de manera cuantitativa las probabilidades.
Esta herramienta brinda unos resultados que representan un poco mejor el
comportamiento real, a diferencia de los obtenidos por métodos cualitativos, ya que las
decisiones que se toman a partir de este análisis se basan en fundamentos mas
estructurados, que ayudan a reducir la subjetividad del analista. Además, se considera un
método de menor complejidad y de más fácil implementación que los análisis basados en
métodos cuantitativos.
14
LOPA responde las preguntas claves sobre el número y la efectividad de la capa de
protección por medio de (Center for Chemical Process Safety, 2001):
• Reduciendo el emocionalismo,
• Dando claridad y consistencia,
• Documentando las bases de la decisión,
• Facilitando la comprensión de las personas involucradas en el proceso.
La precisión o efectividad del método para medir la probabilidad que un evento no
deseado se materialice depende de una pregunta: ¿cuándo se debe implementar LOPA
dentro del proceso? y para esto no existe una única respuesta, LOPA se puede
implementar (Center for Chemical Process Safety, 2001):
• Durante el proceso inicial de diseño para examinar las alternativas básicas de
ingeniería y dar con esto una guía para seleccionar el diseño que tiene la menor
frecuencia de eventos iníciales, las menores consecuencias o el que tiene el
número y tipo de IPLs (Capas de protección independientes).
• Después del ciclo regular del proceso de análisis de peligro (PHAs) desarrollado
en el proceso.
• En el momento de la identificación de las acciones y respuestas del operador
críticas para la seguridad del proceso.
Todas las anteriores son las posibilidades para la utilización de LOPA pero históricamente
y comúnmente el método es utilizado en el momento de diseño del proceso. LOPA puede
ser usado en cualquier punto del ciclo de vida de un proyecto o proceso, pero es más
rentable si se aplica cuando el diagrama de flujo esta completo y la instrumentación
(P&ID) están en desarrollo (Summers, 2003).
Pero LOPA no debe ser usado siempre, este método solo se justifica cuando por medio
de un análisis cualitativo se determina que el proceso es demasiado complejo, cuando los
eventos iníciales y las consecuencias no se pueden definir con claridad o cuando se
identifican escenarios que deben ser explorados.
Después de aplicar un análisis de riesgos cualitativo como el Estudio de operatividad y
peligro (HAZOP) en donde se identifican los escenarios y su consecuencia si se llegaran a
materializar, se puede aplicar el análisis semi-cuantitativo. Los pasos para implementar
LOPA se resumen a continuación (Center for Chemical Process Safety, 2001):
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2.3.1. Estimar las consecuencias y severidad:
El primer paso para implementar el método es estimar las posibles consecuencias, es
decir los posibles resultados generados por el evento no deseado, después hay que
estimar la severidad de estas consecuencias basadas en las condiciones de cada
proceso.
Existen 4 métodos estimación de consecuencias y cada uno de estos tiene sus ventajas y
desventajas, por esto la decisión de cual método se va a utilizar para este paso de LOPA
deben ser acorde a las especificaciones del proceso y con base a que tan profundo se
quiere hacer el análisis.
Muchas veces la decisión del método también está influenciada por el esfuerzo y los
recursos que se necesitan para el análisis de las consecuencias, por esto se debe tener
claridad de la inversión que se está dispuesto a hacer y si el riesgo asociado al análisis
justifica la inversión.
2.3.1.1. Método 1 de estimación de consecuencia y severidad:
Este método es un análisis que no tiene en cuenta las lesiones que se puedan presentar
en los humanos debido a un evento crítico. Este método usa típicamente matrices para
diferenciar las consecuencias en varias categorías, evitando estimar la severidad de las
lesiones o la mortalidad (Center for Chemical Process Safety, 2001).
Estas matrices son construidas por un equipo que decide cuales son las consecuencias
del evento y le asignan una categoría a cada una de las consecuencias, estas categorías
dependen de la severidad del daño. Generalmente estas categorías van de 1 a 5, donde
la categoría 1 es la menos severa y la 5 la de mayor severidad (Center for Chemical
Process Safety, 2001).
Este método no incluye las posibles lesiones en humanos, debido a que es muy difícil
estimar numéricamente la severidad de las lesiones físicas y es aun más difícil estimar la
cantidad de personas que pueden verse afectadas por el evento no deseado.
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Según la CCPS, las ventajas de este método se pueden resumir en:
• Este método es simple y fácil de usar ya que el tamaño, los criterios para la
pérdida de producción son relativamente fáciles de obtener.
• Como usa la matriz que muestra el criterio de tolerancia, permite hacer una
evaluación visual de donde el riesgo lo supera.
Según la CCPS, las desventajas del método serían:
• El método requiere ya sea la aceptación de la categorización de consecuencia en
la matriz o el desarrollo de una matriz como referencia, esta matriz base requiere
mucho tiempo y una buena comprensión de técnicas de modelaje.
• Los resultados de clasificación del riesgo no se presenta en términos de lesión
específica, mortalidad o costo y esto puede causar problemas de interpretación.
2.3.1.2. Método 2 de estimación de consecuencia y severidad:
Este método hace una estimación cualitativa de las consecuencias y su severidad,
además incluye las posibles lesiones en humanos. El analista que aplica el método, toma
decisiones sobre la consecuencia del evento tomando en cuenta medidas cualitativas,
como por ejemplo eventos ocurridos con anterioridad en el proceso, eventos ocurridos en
procesos similares o tomando en cuenta datos tabulados.
Según la CCPS, las ventajas de este método se pueden resumir en:
• La simplicidad para entenderlo: generalmente tienden a entender mejor las
consecuencias cuando se expresan en términos de daño, que cuando se
muestran en términos de tamaño.
• Comparación directa con guías corporativas: muchas compañías tienen
establecidas guías para riesgo de mortalidad / lesión o para riesgo en términos
de pérdidas monetarias.
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Según la CCPS, las desventajas del método serían:
• En el caso de fuego y explosiones, se asume explícitamente la probabilidad de
ignición por liberación de sustancias inflamables, la probabilidad de lesión y la
probabilidad de que la persona esté presente en el área o la desestimación del
riesgo de mortalidad.
• Los resultados obtenidos son más difíciles de sustentar que los obtenidos por el
método 1.
• La estimación de la severidad de las consecuencias puede variar entre los
diferentes analistas.
2.3.1.3. Método 3 de estimación de consecuencia y severidad:
Para este caso se parte del mismo principio del método 2, pero la estimación se basa en
un análisis cualitativo, que tiene en cuenta las lesiones que se puedan causar en
humanos y ajusta la frecuencia del evento con la probabilidad que este resulte inflamable
o tóxico, se presente una ignición, una persona esté presente en el área cuando se
presente el evento o que un individuo se vea afectado con alguna lesión o la muerte.
Este método es evidentemente más apropiado para ser aplicado en eventos en los cuales
el riesgo sea relacionado con explosiones o incendios, ya que evalúa la probabilidad de
eventos relacionados.
Según la CCPS, las ventajas de este método se pueden resumir en:
Tiene las mismas ventajas del método 2, pero además permite ajustar la frecuencia, ya
que esto ayuda a dar un mejor estimativo del riesgo de las lesiones sobre los humanos.
Según la CCPS, las desventajas del método serían:
• Al simplificar la evaluación de las probabilidades y comparar estos resultados con
los obtenidos en la realidad, se presenta una diferencia significativa entre los
órdenes de magnitud.
• La estimación de la severidad de las consecuencias puede variar entre los
diferentes analistas.
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• Los parámetros extras para la probabilidad de llegar a ocurrir el evento o los
resultados de este, deben incluirse en el cálculo de riesgo y estos pueden
cambiar a lo largo del tiempo.
2.3.1.4. Método 4 de estimación de consecuencia y severidad:
Este método es similar a los dos métodos cuantitativos mencionados anteriormente que
toman en cuenta los posibles daños causados a humanos, pero el análisis es cuantitativo.
Este método usa casi siempre herramientas computacionales para las estimaciones,
debido a la complejidad del mismo.
Según la CCPS, las ventajas de este método se pueden resumir en:
• Un mejor grado de certeza en las consecuencias predichas.
• Comparación directa con las guías corporativas.
Según la CCPS, las desventajas del método serían:
• El modelado en programas es mucho más sofisticado que los métodos
estimativos, los resultados de los eventos del mundo real han sido
significativamente diferentes a los calculados por los analistas.
• El nivel de sofisticación requerido para modelar las consecuencias de un
escenario es excesivo en comparación con el usado para estimar el orden de
magnitud de la frecuencia del escenario con LOPA.
• El entrenamiento, experiencia y esfuerzo requerido puede ser injustificado.
2.3.2. Desarrollar los escenarios
Los análisis a profundidad están limitados a evaluar un solo par causa-consecuencia por
escenario (Center for Chemical Process Safety, 2001), es decir que el método es
aplicable solo a un a la vez, este se selecciona generalmente en un análisis cualitativo
previo a la aplicación de LOPA. Existen varios métodos para la selección de escenarios;
estudio de operatividad y peligro (HAZOP), análisis de modo de fallo y efecto (FMEA) y
“What If”, son tres ejemplos (Gowland, 2006), en estos análisis un grupo de expertos
toman una decisión sobre que escenario es potencialmente peligroso.
20
La fuente más común de información para la identificación de escenarios no deseados es
la evaluación de peligro (HE), este desarrolla y documenta los procesos existentes, y se
lleva a cabo durante el diseño y modificación de nuevos procesos (Gowland, 2006). La
elección del escenario en cada proceso, se puede hacer de manera diferente eligiendo el
método más apropiado, generalmente con base a los que se han usado con anterioridad
para un proceso similar, con el fin de poder utilizar las bases de datos formadas.
El escenario es un evento no planeado o secuencia de eventos que resultan en una
consecuencia no deseada, estos escenarios tienen por lo menos dos elementos (Center
for Chemical Process Safety, 2001):
• Un evento inicial que empieza la cadena de eventos.
• Una consecuencia que resulta si la cadena de eventos continúa sin interrupción.
2.3.2.1. Identificar la frecuencia de los eventos iníciales
Con posterioridad a la identificación de las consecuencias se debe señalar el evento
inicial, que es el promotor del evento no deseado.
Los eventos iníciales se pueden agrupar en tres grupos (Center for Chemical Process
Safety, 2001):
1. Eventos externos, por ejemplo:
• Terremotos, tornados, huracanes o inundaciones
• Accidentes aéreos.
• Accidentes graves en instalaciones adyacentes.
• Sabotaje o terrorismo.
2. Fallas en equipos, por ejemplo:
• Sistemas de control: Virus en software, fallas en componentes.
• Sistemas mecánicos: Desgaste, corrosión vibración, defectos, uso fuera de los
límites de diseño.
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3. Fallas humanas, por ejemplo:
• Error operacional
• Error de mantenimiento.
• Error en la respuesta critica.
• Error de programación.
Una vez identificado hay que estimar la frecuencia de este, el usuario del método
establece sus propios criterios donde no los ha establecido las autoridades
gubernamentales (Gowland, 2006), es decir que si no existe normatividad referente a la
frecuencia del evento inicial para el proceso que se estudia, la compañía o el usuario del
equipo puede seleccionar la frecuencia que está dispuesto a tolerar.
En el momento que se tiene claro si existe normatividad o no, se debe tomar otra decisión
sobre de donde tomar los valores de frecuencia, de nuevo existen varias formas de
hacerlo y una vez más esto depende del acceso que se tenga a la información y de las
condiciones del proceso.
Existen dos recursos para obtener esta información de frecuencia, la primera es la
experiencia que se tenga sobre procesos similares al estudiado y la segunda es comprar
los datos a un vendedor de datos; estas son personas que se dedican a recolectar datos
sobre procesos hechos a escala y con condiciones que no siempre representan el
ambiente real de trabajo. Adicional a esto los datos obtenidos de cualquiera de estas tres
formas no se encuentran en forma de frecuencia si no como tasas de falla, las tasas de
fallas se encuentran generalmente expresadas como probabilidad de falla de la demanda
(PFD) (Center for Chemical Process Safety, 2001), por lo tanto se deben convertir a
frecuencia con el numero de eventos por día.
Para estimar esta frecuencia se debe tener en cuenta que LOPA es un método semi-
cuantitativo y que por lo tanto los datos no se requieren con exactitud, para este análisis
solo se necesita el orden de magnitud de la frecuencia. Este valor varia significativamente
de un proceso a otro, por lo tanto se debe tener en cuenta en qué condiciones se tomo el
dato de la frecuencia y si no son las mismas de las proceso estudiado se le deben hacer
ajustes a este valor. Otra aproximación que se hace para aplicar este método es asumir
22
que la frecuencia es constante y no varía con el tiempo de utilización del equipo, aunque
esto no siempre sea así.
2.3.2.2. Identificar las capas de protección independientes
Un punto fundamental para la correcta aplicación del análisis es la inclusión dentro del
proceso de capas independientes de protección (IPLs), el primer paso para esto es
identificarlas y aunque un proceso puede incluir diferentes capas de protección no todas
son independientes. La independencia debe garantizar que la barrera no está involucrada
en un evento inicial y que la capa de protección no dependa de otra capa que ya fue
considerada (Gowland, 2006). Es muy importante diferenciar una capa de protección de
una IPL y para esto existen unas reglas de identificación.
Normas de IPL (Dowell, 1998):
1. Cada capa de protección debe ser verdaderamente independiente de las demás
capas de protección. Es decir, no puede haber ninguna falla que pueda
desactivar dos o más capas de protección.
2. La reducción de frecuencia para una IPL es de dos órdenes de magnitud, 10-2 (es
decir, la disponibilidad es de 99%).
3. El IPL es específicamente diseñado para prevenir o mitigar las consecuencias de
un evento potencialmente peligroso.
4. El IPL debe ser fiable, el debe poder hacer, lo que tenía la intensión de hacer.
5. El IPL se diseñara para que pueda ser auditado y el sistema de auditoría debe
realizarse de forma sintomática.
6. Si el evento inicial es causado por una falla en el sistema básico de control de
procesos (BPCS), este no puede ser considerado como un IPL.
7. Alarmas que se anuncien en el BPCS no son independientes de él, si el BPCS se
cuenta como una IPL, entonces tales alarmas no puede ser considerado como un
IPL.
8. Un bucle de control en el BPCS cuya acción normal es compensar el inicio del
evento, puede ser considerado como un IPL.
La capa de protección debe cumplir las ocho reglas anteriormente mencionadas para
poder ser consideradas como independientes, generalmente se toma un formato para
23
hacer un resumen de las IPLs, este incluye el evento inicial, la acción tomada por el
sistema o el dispositivo y los efectos de esta acción (Center for Chemical Process Safety,
2001). La hoja resumen es muy útil para los analistas LOPA ya que estos datos son
usados para hacer el respectivo análisis.
Después de identificar las IPLs involucradas en el escenario y buscar el valor de esta
dependiendo de su tipo, se le debe asignar un valor de PFD. Este nos da un estimativo de
la probabilidad de falla en demanda de la capa de protección independiente y debe ser
asignado por el analista dependiendo de las condiciones del escenario, con un número
adimensional que va de 0 a 1; entre más pequeño sea el valor del PFD, mayor es la
reducción en la frecuencia de la consecuencia por la frecuencia de un evento inicial dado
(Center for Chemical Process Safety, 2001). Una vez que tenemos los IPLs y los PFD
para cada uno de ellos se obtiene el producto de estos dos, con el fin de obtener el evento
como riesgo atenuado.
Un sistema instrumentado de seguridad (SIS) es una combinación de sensores,
solucionadores lógicos y elementos finales que actúan como una o más funciones
instrumentadas de seguridad (Center for Chemical Process Safety, 2001). Un SIS puede
ser considerado necesario para cumplir el objetivo del evento como riesgo atenuado, a la
hora de hacer el analisis, si esto es así se le debe asignar un valor a este SIS
dependiendo del valor del PFD y se debe multiplicar el IPL, el PFD y el SIS.
2.3.2.3. Determinar la frecuencia de los escenarios
Con los datos de frecuencia del evento inicial y las estimaciones de las IPLs, se puede
calcula la frecuencia de los escenarios. Este cálculo puede tener varias formas según lo
que se tenga en cuenta en el análisis y la forma elegida puede volver el análisis más
riguroso.
La forma general para el cálculo de la frecuencia de un escenario determinado, consiste
en multiplicar la frecuencia del evento inicial, por el producto de los IPLs con las PDFs
(Wei, 2008):
∏ … (2)
24
Donde:
: Es la frecuencia de la consecuencia C para el evento inicial i
: Es la frecuencia del evento inicial i
: Es la probabilidad de falla sobre la demanda de la j esima IPL que proteje contra
la consecuencia C del evento inicial i
Si se desea hacer un análisis más profundo, se pueden tomar en cuenta otros factores
que afectan la frecuencia de los escenarios, esto se hace incluyendo en la ecuación (2) un
factor que adicione la probabilidad de ocurrencia de dichos factores.
Un ejemplo de esto es: (Center for Chemical Process Safety, 2001):
∏ ó (3)
Además se puede estimar la frecuencia en la que una persona puede estar expuesta al
fuego (Center for Chemical Process Safety, 2001):
ó ∏ ó (4)
También se puede estimar la frecuencia en la que una persona puede salir lesionada en
un incendio y de forma similar la frecuencia en la que una persona puede verse afectada
por efectos tóxicos, así (Center for Chemical Process Safety, 2001):
ó ∏ ó ó (5)
ó ∏ ó (6)
Cuando ya se tiene calculada la frecuencia del escenario se puede hacer un cálculo del
riesgo, multiplicando la frecuencia del evento crítico ( , , ó ó ó )
por la magnitud de las consecuencias:
(7)
25
El riesgo es la probabilidad de un acontecimiento peligroso multiplicado por la magnitud
de su daño, que este caso sería la frecuencia por la magnitud de las consecuencias.
La magnitud de las consecuencias , se miden dependiendo del hecho de interés y
pueden ser número de lesionados, número de muertos, valor en pesos de las pérdidas
económicas, cantidad de contaminante liberado, etc. Teniendo la magnitud de la
consecuencia y el valor de la frecuencia atenuada se pasa a tomar una decisión respecto
al riesgo.
2.3.2.4. Tomar una decisión con los resultados de LOPA.
Una vez se tienen los resultados del riesgo en el escenario elegido, se decide si el valor
calculado sobrepasa el nivel de tolerancia preestablecido. En dado caso que el riesgo
sobrepase el rango de tolerancia, se tendría que evaluar si lo más conveniente es aplicar
más capas de protección y si el costo de estas es justificable.
Existen varias formas de tomar una decisión con los resultados de LOPA, como por
ejemplo:
• Comparar los datos obtenidos contra rangos de criterio tolerables para el
escenario, por medio de:
Matrices que contengan la frecuencia tolerable por escenario, con base a la
severidad de las consecuencias y la frecuencia del escenario. Estas
permiten hacer una comparación visual de los riesgos calculados.
Definir estos rangos con anterioridad al análisis, en términos de dinero,
número de incendios, riesgo límite para los trabajadores, etc.
Hacer un análisis que fije un rango de IPLs que se está dispuesto a
implementar en el proceso.
• Contratar a un grupo de analistas expertos en riesgo, para que tomen la decisión
de aceptar o no el valor calculado, aunque esta clase de juicio es poco
recomendada porque afecta la objetividad del método semi-cuantitativo.
• La otra forma de tomar la decisión es comparar el costo de las consecuencias del
evento no deseado, con el costo que genera la implementación de IPLs para
mitigar el riesgo, este análisis conocido como costo beneficio y puede ser incluido
en las otras formas de tomar la decisión de riesgo.
26
Una vez definidos los rangos de datos que se van a tomar y el tipo de juicio que se va a
implementar, debo asegurarme de incluir los aspectos característicos de la comunidad
involucrada y de las personas que operan el equipo.
3. EXPLOSIONES
Una explosión se define como una rápida expansión de gases que generan un
movimiento muy rápido en la presión o un choque de ondas (Center for Chemical Process
Safety , 2003). Esta liberación de energía de manera súbita y violenta pueden ser el
resultado de causas diversas, pero generalmente el tipo de explosión se clasifican de
acuerdo a la energía que las origina (Santamaría & Braña, 1994), lo cual también
determina el daño que pueda originarse, adicional a esto el daño y el tipo de explosión
está determinado por la clase y tamaño de la atmosfera explosiva que a su vez se forma
dependiendo de las condiciones de aplicación. La explosiones son escenarios muy
frecuentes en los procesos por esto se han desarrollado métodos para hacer análisis de
riesgos, los cuales solo incluyen estos escenarios.
3.1. EXLOPA
LOPA se puede aplicar a diversos escenarios, pero para que el método sea especializado
existen modificaciones dependiendo del escenario elegido, como es el caso de las los
ambientes con probabilidad de explosión.
Para estos escenarios se ha propuesto un método llamado exLOPA que es una
modificación del método semi-cualitativo LOPA, que se hizo con el fin de estudiar este tipo
de procesos. Este método toma solo los factores típicos para explosiones como la
probabilidad de que una atmosfera explosiva ocurra, la probabilidad de que fuentes de
ignición se presenten y sean efectivas, también la probabilidad de falla en la demanda de
una apropiada prevención de explosión y mitigación del medio (Markowski, 2007).
La limitación del método radica en la imposibilidad de ser aplicado a todos los ambientes
explosivos, este solo puede ser usado para sustancias inflamables dispersas, dentro de
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28
concentración y los tipos de medidas de mitigación. Este paso es muy importante para
lograr análisis de riesgo confiables.
Estas fuentes de ignición también tendrán medidas de seguridad que mitiguen sus efectos
y como en LOPA, estas medias no siempre son independientes, por lo tanto se debe
evaluar su independencia con las reglas de IPLs. Adicional a esto se le asigna el PFD que
también se encuentra tabulado para cada posible IPL.
Hasta este punto las variaciones respecto al análisis LOPA son pocas y no presentan
mayor dificultad, pero a la hora de estimar la severidad de las explosiones para incluirlas
en el análisis exLOPA, se presenta la mayor dificultad, porque el mejor recurso que se
tiene para hacer estas estimaciones son los métodos cuantitativos como el QRA, ya que
son los únicos que pueden modelar por medio de un software la severidad de la
explosión, pero estos métodos como se menciono anteriormente son demasiado
rigurosos. Debido a esto exLOPA toma en cuenta la estimación de la severidad de las
consecuencias, usando la matriz de categorización basada en el nivel de lesiones en
humanos para un escenario de explosiones (Markowski, 2007). Esta matriz es la que se
encuentra en la Tabla 1.
29
Tabla 1. Matriz de riesgo de explosión (Markowski, 2007).
Frecuencia consecuencia (por año)
Categoría 1 Categoría 2 Categoría 3 Categoría 4 Categoría 5
1 Riesgo Bajo Opcional
Riesgo Bajo Opcional
Riesgo Medio Acción en la siguiente oportunidad
Riesgo Alto Acción inmediata
Riesgo Alto Acción inmediata
0.1 Riesgo Bajo Opcional
Riesgo Bajo Opcional
Riesgo Bajo Opcional
Riesgo Medio Acción en la siguiente oportunidad
Riesgo Alto Acción inmediata
0.01 Riesgo Nulo No necesita acción futura
Riesgo Bajo Opcional
Riesgo Bajo Opcional
Riesgo Medio Acción en la siguiente oportunidad
Riesgo Medio Acción en la siguiente oportunidad
0.001 Riesgo Nulo No necesita acción futura
Riesgo Nulo No necesita acción futura
Riesgo Bajo Opcional (Evaluar alternativas)
Riesgo Bajo Opcional (Evaluar alternativas)
Riesgo Medio Acción en la siguiente oportunidad
0.0001 Riesgo Nulo No necesita acción futura
Riesgo Nulo No necesita acción futura
Riesgo Nulo No necesita acción futura
Riesgo Bajo Opcional
Riesgo Bajo Opcional
0.00001 Riesgo Nulo No necesita acción futura
Riesgo Nulo No necesita acción futura
Riesgo Nulo No necesita acción futura
Riesgo Nulo No necesita acción futura
Riesgo Bajo Opcional
0.000001 Riesgo Nulo No necesita acción futura
Riesgo Nulo No necesita acción futura
Riesgo Nulo No necesita acción futura
Riesgo Nulo No necesita acción futura
Riesgo Nulo No necesita acción futura
4. EQUIPO DE EXTRACCIÓN DE ACEITES POR ARRASTRE DE VAPOR.
El equipo es una planta piloto cuyo objetivo es permitir a los estudiantes conocer la teoría
de la extracción, usando los solventes de uso industrial, para poder analizar el
rendimiento del equipo y las propiedades del extracto obtenido.
El fabricante del equipo es Industrias Químicas FIQ, empresa colombiana especializada
en el diseño, construcción, montaje y puesta en marcha de plantas piloto y plantas
industriales.
Existen varias formas de extraer los aceites esenciales de vegetales y cítricos, una de
estas es por medio del equipo de extracción por solvente que se encuentra en la Figura 4.
Diagrama PI&D del equipo de extracción de aceites esenciales por arrastre de vapor.Figura 4,
30
este equipo consta de las siguientes partes o elementos: Columna extractora, evaporador,
condensador, separador de Fases, tanque de solvente, bomba de solvente, filtro de
solvente, tanques colectores, tuberías y Accesorios para las líneas de proceso, tuberías y
accesorios para líneas de vapor, tuberías y accesorios para líneas de agua,
instrumentación de proceso y tablero de control.
Este equipo utiliza un elemento externo que debe ser tenido en cuenta para el análisis, el
elemento es un generador de vapor eléctrico, que consta de los siguientes componentes:
Tanque de evaporación, bomba de alimentación de agua al sistema, tuberías y accesorios
para líneas de vapor, tuberías y accesorios para líneas de agua, instrumentación de
proceso y tablero de control.
El equipo está ubicado en el laboratorio de escalado de procesos de la Universidad de los
Andes y esta unidad está a cargo del departamento de Ingeniería química de la
Universidad.
31
Figura 4. Diagrama PI&D del equipo de extracción de aceites esenciales por arrastre de vapor.
5. MODELAMIENTO DEL ANÁLISIS DE RIESGO
Con el fin de determinar si las capas de protección existentes en el equipo de extracción
de aceites por solvente, son suficientes para mitigar el riesgo de explosión, se aplicó un
análisis semi-cuantitativo ExLOPA, el cual consta de dos partes, la primera parte consiste
en el análisis cualitativo en el cual se identifican los escenarios para la segunda parte del
análisis que es la implementación como tal del análisis semi-cuantitativo.
32
5.1. IMPLEMENTACIÓN DEL ANÁLISIS CUALITATIVO
Se seleccionó el análisis “What If” para realizar el análisis cualitativo del equipo, debido a
que es un análisis más selectivo y menos engorroso en términos de tiempo en
comparación con otros métodos cualitativos.
Para poder implementar correctamente este análisis se debe contar con el diagrama P&ID
suministrado por el fabricante del equipo, Figura 4. En este diagrama se ubicaron y
numeraron cada uno de los nodos del proceso; conociéndose como nodo, una parte
(sección o subsistema o ítem de un equipo) de un proceso que tiene una intensión de
diseño la cual es específica y distinta de la intensión de diseño de otra parte del proceso
(Nolan, 1994). Con estos nodos se realizó una lista con una pequeña descripción de cada
uno.
Una vez se tuvieron claros los nodos se definió la operación normal de equipo, es decir
qué condiciones deben cumplirse para considerar en operación normal la unidad de
extracción con solvente, ya que este análisis de riesgo se limitó a este tipo de operación.
Cuando se definió la operación normal del equipo se encontró que para este caso en
particular la operación normal está dividida en 4 etapas, razón por la cual se realizó un
análisis “What If” para cada una de estas etapas, las cuales se definieron como: carga,
recirculación en frio, concentración en caliente y parada.
Para facilitar la implementación del análisis cualitativo “What If”, se realizó una
herramienta computacional con este método, la cual genera la tabla característica para
este tipo de análisis y permite ingresar uno a uno cada uno de los parámetros requeridos
por nodo, hasta completar todos los requisitos para completar el análisis. En la Tabla 2 se
encuentra un ejemplo encuentran dichos requerimientos.
Tabla 2. Ejemplo de una Hoja de trabajo para What IF (Nolan, 1994)
# Nodo What If Peligro Consecuencia Protección Recomendación
33
El primer término de la Tabla 2 es el número que se le asignó al nodo a evaluar, a este
nodo se le efectúa la pregunta “What If “o qué pasa si, con la cual se plantea un escenario
que consiste en una variación de un parámetro de este nodo, cambio que hace que el
parámetro no cumpla con lo que se definió como operación normal.
Después se plantea cual sería el peligro que se expresaría si se presenta este escenario.
El peligro se define como es esa característica (física o otra) que tiene el potencial para
causar daños a las personas, las estructuras, el medio ambiente o la continuidad de la
operación evaluada (Nolan, 1994).
En el cuarto ítem se ingresan las consecuencias o los efectos que tendrían esas
desviaciones del parámetro, que se plantearon en la pregunta “What If”, estas
consecuencias están muy ligadas al siguiente parámetro del análisis, en el cual se
determinan que elementos de protección están presentes dentro del proceso para
prevenir o mitigar este riesgo. Por último la hoja de trabajo permite incluir
recomendaciones adicionales, como las acciones que ayudarían a reducir el riesgo.
Adicional a los parámetros que se incluyen en el análisis convencional, en la herramienta
computacional se adicionó la posibilidad de clasificar cada una de las preguntas “What If”
en escenarios, con el fin de facilitar la posterior implementación del análisis ExLOPA, este
ítem adicional permite clasificar el escenario en explosión, incendio, perdida de la
contención y parada o en una combinación de estos.
Una vez se tiene completo el análisis cualitativo se toman los escenarios de explosión, las
consecuencias y las medidas de protección existentes y se procede a hacer el análisis
semi-cuantitativo ExLOPA.
5.2. IMPLEMENTACIÓN DEL ANÁLISIS EXLOPA
Partiendo del análisis “What If” se inicia el análisis ExLOPA, el cual por ser un análisis
semi-cuantitativo se utilizan datos históricos de frecuencia y probabilidad, los cuales se
registran en una hoja de trabajo característica como la que se encuentra en la Figura 5.
34
Figura 5. Ejemplo de hoja de trabajo de ExLOPA
Para facilitar la aplicación del método, también se realizó una herramienta computacional
que permite completar la hoja de trabajo de la Figura 5, recorriendo cada una de las
matrices que se tienen en cuenta para calcular la frecuencia modificada y clasificar las
consecuencias en una categoría, para finalmente calificar el riesgo.
Este solo se puede hacer para un escenario a la vez, por lo cual la hoja de trabajo se
generara para cada uno de los escenarios de explosión que se ingresen, por lo que se
debe asignar un número a este escenario, realizar una pequeña descripción del mismo y
por último definir un titulo.
5.2.1. Categorización de la consecuencia. ExLOPA permite hacer la categorización del riesgo a partir de las consecuencias y el
evento inicial planteados en el análisis cualitativo. Para este trabajo se eligió la
categorización de las consecuencias del método 1, el cual usa típicamente matrices para
Número del escenario
Fecha: Probabilidad Frecuencia (por año)
Por Cantidad de FugaPor perdida de dinero
Por daños en humanos
Atmosfera explosiva (ATEX)
Evento inicial (frecuencia tipica)
Medidas de protección atmosferas explosivas, B1
Total PFD para todas las IPL
Fw5=FB2*PZ [1/año]Nivel de riesgo R:Acciones requeridas para cumplir con el nivel de riesgo:
Control de operación, B3NingunaPFDB3
Medidas de protección, B4 y B5
PFDB1
Prevención de fuentes de ignición, B2NingunaPFDB2
Número del equipo
Descripción
Descripción de la consecuencia/ Categoria
Titulo del escenario
Pz = PFDB1*PFDB2*PFDB3*PFDB4,B5
PFDB4,B5
Frecuencia del escenario con protección (Fw5)
Detectores de fuego
Modificadores de Condiciones (si aplica)Probabilidad de ignición Probabilidad de personal en el área afectada
Capas de protección independientes (IPL)
Ninguna
probabilidad de daño fatalotros
Frecuencia de la consecuencia sin protección
35
diferenciar las consecuencias en varias categorías, evitando estimar la severidad de las
lesiones o la mortalidad (Center for Chemical Process Safety, 2001).
Para esto se utilizaron tres matrices, la primera permite a partir del tamaño de emisión o
del tamaño de la pérdida de material y la característica física y toxicológica de esta fuga,
hacer la clasificación por cantidad de pérdida de material, como se puede observar en la
Tabla 3.
Tabla 3. Categorización de la consecuencia por cantidad de fuga.
En el caso de la Tabla 4 la clasificación de esta matriz se hace a partir del costo de la
consecuencia.
Tabla 4. Categorización de la consecuencia por costos
Por último en la Tabla 5 se hace una categorización de consecuencia por la severidad de
los daños en humanos. En la hoja de trabajo de cada escenario se registran las tres
categorías provenientes de cada una de las matrices y se usa para la evaluación de
riesgo la que presente una categoría más severa, teniendo en cuenta que la categoría 1
es la de las consecuencias leves o inexistentes y la categoría 5 es la de la categoría
severa o fatal.
Fuga de 1 a 10 Libras
Fuga de 10 a 100 Libras
Fuga de 100 a 1000 Libras
Fuga de 1000 a 10,000 Libras
Fuga de 1000 a 10,000 Libras
Fuga >10,000 Libras
Extremadamente toxico abajo del punto de ebullición Categoría 3 Categoría 4 Categoría 5 Categoría 5 Categoría 5 Categoría 5
Extremadamente toxico después del punto de ebullición o altamente toxico abajo del punto de ebullición Categoría 2 Categoría 3 Categoría 4 Categoría 5 Categoría 5 Categoría 5
Altamente toxico después del punto de ebullición o inflamable abajo del punto de ebullición Categoría 2 Categoría 2 Categoría 3 Categoría 4 Categoría 5 Categoría 5
Inflamable después del punto de ebullición Categoría 1 Categoría 2 Categoría 2 Categoría 3 Categoría 4 Categoría 5
Combustible Liquido Categoría 1 Categoría 1 Categoría 1 Categoría 2 Categoría 2 Categoría 3
Característica de la fuga
Tamaño de la Fuga
$0‐$10,000$10,000‐$100,000
$100,000‐$1,000,000
$1,000,000‐$10,000,000 >$1,000,000
Costo total del evento Categoría 1 Categoría 2 Categoría 3 Categoría 4 Categoría 5
Característica de la consecuencia
Costo consecuencia (en dolares)
36
Tabla 5. Categorización de la consecuencia por daños en humanos
5.2.2. Definir la frecuencia del evento inicial del escenario.
En el análisis cualitativo se plantea un escenario y se determina el evento inicial de este,
el cual es esa variación en el nodo de su estado de operación normal, existen tres
grandes categorías dentro de las cuales se pueden encontrar estos eventos iníciales,
estos son: eventos externos, fallas en equipos y fallas de humanos, para cada una de
estas categorías existen unas frecuencias que consisten en la cantidad de veces que
ocurre una falla por tiempo de operación. En el caso de las fallas en equipo estas
frecuencias fueron tomadas de Oreda, 2002, a las cuales se les hizo una corrección por
tiempo. La Tabla 6 muestra algunas de las frecuencias que se incluyeron en la
herramienta computacional de ExLOPA, con las correcciones de tiempo para unificar las
frecuencias de las dos fuentes.
Descripción
Muy pequeña o no se presenta daño y no hay pérdida de tiempo. Inexistente Categoría 1
Daño menor, no pérdida de Tiempo Menor Categoría 2
Un solo daño con pequeña pérdida de tiempo (efectos reversibles) Medio Categoría 3
Daños severos ‐ Efectos irreversibles Alto Categoría 4
Fatal o daños múltiples severos Catastrófico Categoría 5
Consecuencias en daños en humanos
Categoría de de la severidad
37
Tabla 6. Frecuencias de eventos iníciales para ExLOPA (OREDA, 2002) (Center for Chemical Process Safety, 2001) Evento inicial Frecuencia Usado en
LOPA (por año) Falla en un tanque presurizado 0.000001 Falla en la tuberia‐100 m‐Daño total 0.00001 Fuga en la tubería (10% de la sección)‐100 m 0.001 Falla atmosférica en el tanque 0.001 Empaque reventado 0.01 Motor diesel/ turbina con exceso de velocidad y con ruptura de carcasa
0.0001
Intervención de terceros (impacto externo con retroexcavadora, vehículo, etc.)
0.01
Caída de la grúa de carga 0.0001 Rayo 0.001
Válvula de seguridad abierta sin necesitarla 0.01 Falla del agua refrigerante 0.1
Falla del sello de la bomba 0.1
Falla en la sobre carga/ descarga de la manguera 0.1 Falla en el lazo instrumental BPCS (sistema básico de control de procesos)
0.1
Falla en el regulador 0.1
Incendio externo pequeño (causas acumuladas) 0.1 Incendio externo grande (causas acumuladas) 0.01
Falla en el procedimiento de cierre debido conjunto de fallas de múltiples elementos del proceso
0.001
Falla del operador (para ejecutar un procedimiento de rutina, asumiendo buen entrenamiento, no estrés y no fatiga)
0.01
Ruptura de la bomba centrifuga 0.0023214 Salida errática de la bomba centrifuga 0.00012264
Fuga externa de la bomba centrifuga 0.00483552
Fuga externa de los medios de las utilidades de la bomba centrifuga
0.0028908
Falla de bomba centrifuga en iniciar cuando se necesita
0.00263676
Falla de bomba centrifuga en parar cuando se necesita 0.00012264
Salida muy grande de la bomba centrifuga 0.00018396 Fuga interna de la bomba centrifuga 0.00018396 Baja salida de la bomba centrifuga 0.00251412 Ruido en la bomba centrifuga 0.00025404
Otra causa de falla en la bomba centrifuga 0.00049932
Sobrecalentamiento en la bomba centrifuga 0.00031536
Desviación de un parámetro de la bomba centrifuga 0.0010074
Falsa parada de la bomba centrifuga 0.0075336 Deficiencia estructural de la bomba centrifuga 0.00169068 Vibración de la bomba centrifuga 0.00200604
El evento inicial y la frecuencia del mismo tomada de la Tabla 6, se registran en la hoja de
trabajo del análisis ExLOPA, una vez se tiene la frecuencia inicial, se puede calcular la
38
frecuencia inicial modificada, que para el caso de ambientes explosivos se calcula como
(Markowski, 2007):
∏ ó ó (8)
Donde:
: ñ .
: ñ .
: ó .
: . ó : ó .
: ó . ó : .
5.2.2.1. Probabilidad de una fuente de ignición
Para que exista una explosión debe estar presente una fuente de ignición efectiva, razón
por la cual se debe incluir la probabilidad de esta en el cálculo de la frecuencia
modificada, esta probabilidad esta en términos que tan frecuente se espera que exista la
fuente de ignición en el área y va desde permanente hasta raro como se observa en la
Tabla 7.
Dentro de las fuentes de ignición se pueden considerar superficies calientes, cargas
electrostáticas, equipos eléctricos, chispas, llamas, gases calientes, reacciones químicas
térmicamente inestables, entre otras.
39
Tabla 7. Probabilidad fuente de ignición (Markowski, 2007)
5.2.2.2. Frecuencia de la aparición de una atmosfera explosiva (ATEX)
Una atmosfera explosiva está definida como una mezcla de sustancias inflamables, como
gases, polvo o fibras, con aire bajo condiciones atmosféricas, en la que en caso de
ignición, la combustión se propaga a toda la mezcla no quemada (Center for Chemical
Process Safety , 2003). Este es otro componente que modifica la frecuencia, la cual tal
como se muestra en la Tabla 8, se define a partir del tipo de atmosfera, el cual viene
determinado por qué tan usual o que tan probable se encuentra la atmosfera explosiva en
cada escenario. Esta clasificación se hace de 0 a 2, siendo la atmosfera explosiva 0 la
que está presente permanentemente y 2 cuando la atmosfera explosiva es poco probable.
Tabla 8. Frecuencia de la atmosfera explosiva (ATEX) (Markowski, 2007)
Categoria Descripción Probablidad
Permanente
De tipo operacional, e.g. cargas electrostaticas, mezcla, bombeo o flitrado o flamas abiertas del quemador.
1
Ocasional
Debido a fallas ocacionales del control de los parámetros de ignición, e.g, superficies calientes de superficie dañada del hervidor.
0.1
Raro
Debido a muy raras fallas en el control de parámetros de ignición, e.g., falla de un equipo electrico intrinsecamente seguro
0.01
Gas Descripción CuandoFrecuencia (por año)
0
Esta presente permanentemente, por un largo periodo o frecuentemente. En operación normal 1
1
Es probable que ocurra en condiciones normales (ocasionalmente)
Solo en el caso de fallas previsibles 0.01
2
No es probable ( no se espera en operación normal)
Cuando ocurren fallas raras 0.001
40
5.2.2.3. Probabilidad de falla de una capa de seguridad
Las capas de protección pueden responder al peligro de fuego y explosión y eliminan o
minimizan tanto como es posible el riesgo para trabajadores de las plantas (Markowski,
2007). Estas medidas de protección se definen para contra restar cada uno de los
elementos que deben estar presentes para que se produzca una explosión, de la misma
manera la probabilidad de falla de estas esta divididas por el componente que mitiga o
elimina la IPL, esta clasificación como se muestra en la Tabla 9 consiste en medidas de
control de formación de atmosferas explosivas peligrosas (B1), medidas de control de
fuentes de ignición (B2), medidas de control del proceso operativo(B3) y por último
medidas de mitigación (B4-B5).
Tabla 9. Probabilidad de falla del IPL (Markowski, 2007)
IPL PFD
Usar sustitutos para sustancias inflamables 0.01Falla de la protección de cercado bajo presión 0.000001Falla de la protección de cercado a condiciones atmosféricas 0.001Limitar la concentración( en una concentración diferente a los limites de explosividad) 0.1Inertización 0.1Monitoreo de gas o chispa 0.1Ninguna 1
Condiciones seguras de operación 0.1
Control de ignición en equipos eléctricos 0.1Control de ignición en equipos no‐eléctricos 0.1Control electrostático 0.1Medidas organizacionales 0.1Ninguna 1
Condiciones seguras de operación 0.1Procedimientos seguros de trabajo 0.1Ninguna 1
Usar sustitutos para sustancias inflamables 0.01Ventilación 0.01Sistema de supresión 0.01Detectores de fuego 0.1Protección contra el fuego 0.1Barrera contra llama/detonadores 0.01Contención 0.01Sistema aislado 0.1Ninguna 1
Medidas de control de formación de atmosferas explosivas peligrosas (B1)
Medidas de control de fuentes de ignición (B2)
Medidas de control Proceso operativo (B3)
Medidas de mitigación (B4 ‐ B5)
41
En el programa hay un espacio para cada una de estas protecciones y si no existe medida
de seguridad se puede elegir la opción ninguna.
5.2.2.4. Probabilidad de personal en el área y probabilidad de lesión
Por último se incluye la probabilidad de personas en el área y la probabilidad que estas
personas salgan lesionadas si se presenta la explosión, para estas probabilidades no
existen matrices con históricos, por lo cual el analista debe determinar que probabilidad
decide asignarle a estos dos parámetros, para este caso como se trata de un laboratorio
universitario cuando el equipo está en operación siempre se encontraran personas en el
área y estas resultarían lesionadas, por lo cual estas probabilidades fueron tomada como
1 para todos los escenarios.
5.2.3. Evaluación del riesgo
Por último cuando ya se tiene la caracterización de la consecuencia y la frecuencia
modificada se puede evaluar el riesgo, la forma que se eligió para hacerlo fue a través de
la matriz de riesgo que se muestra en la Tabla 1, la cual permite determinar si el riesgo
está controlado, si se deben evaluar alternativas, si se deben tomar acciones o si estas
acciones deben ser inmediatas.
6. SIMULACIÓN
Para hacer la simulación tanto del análisis cualitativo como del semi-cuantitativo, se utilizó
macros en Excel programadas en Visual Basic®, para el caso del análisis cualitativo se
empleó un análisis “What If” el cual emplea el algoritmo que se muestra en la Figura 6.
En el caso del análisis semi-cuantitativo se empleo ExLOPA para clasificar la
consecuencia y calcula la frecuencia atenuada, con la metodología mostrada en la
sección de implementación de ExLOPA. El usuario de la macro debe completar los
parámetros en blanco de la Figura 7, exceptuando el ítem otros de la sección de
modificación de frecuencias iníciales, además debe seleccionar de la lista desplegable los
demás ítems, en el caso de las capas de protección independientes.
42
Figura 6. Algoritmo utilizado para la macro del análisis “What If”.
Figura 7. Hoja de la macro en la cual se le solicita al usuario.
43
Una vez se tienen todos los datos de la Figura 7, se debe pulsar calcular riesgo y el
programa pasa a la hoja de resultados como se muestran en la Figura 8, en esta hoja si
se pulsa siguiente escenario, el programa regresa a la Figura 7 y si se pulsa finalizar
análisis, se muestra un resumen de todos los escenarios ingresados en una tabla que
contiene una breve descripción del escenario, la clasificación de la consecuencia, la
frecuencia y el resultado de la clasificación del riesgo, como se puede observar en Tabla
14 que se encuentra en los Anexos. Además el programa guarda todas las hojas resumen
de los escenarios ingresados, estas hojas son como las que se muestran en la Figura 8.
Figura 8. Hoja de cálculo que muestra la hoja de resumen del análisis ExLOPA.
7. RESULTADOS ANÁLISIS DE RIESGO 7.1. DEFINICIÓN DE LA OPERACIÓN NORMAL DEL EQUIPO:
La unidad se puede dividir en 4 condiciones de operación, las cuales se tomaron del
manual del equipo provisto por INDUSTRIAS QUIMICAS FIQ LTDA, y están definidas
como:
44
Carga: Cargue el solvente al tanque (5). Antes revise que V 12 este cerrada. En el tanque
(1) disponer el material que va ser extraído. Para ello retire los tornillos de la tapa superior
y suelte los conectores tipo clam. La proporción de solvente / material será de 2 / 1 en
peso.
Recirculación en frio: Cierre la válvula V10 para que no entre solvente al rehervidor, la
válvula V09 debe estar abierta para que este solvente pase a la columna de extracción.
Las válvulas V07 y V03 deben estar abiertas mientras que las válvulas V08 y V05 deben
estar cerradas para que el solvente se recircule en el proceso, además la válvula V01
debe estar abierta para que el solvente entre al tanque de solvente de nuevo. Con la
válvula V11 debe estar abierta y con esta se regula el flujo. En esta etapa no se utiliza el
condensador por lo cual la corriente de agua fría regulado con la válvula V22 debe estar
cerrada, al igual que como no se utiliza temperatura la válvula V26 que conduce el vapor
de agua debe estar cerrada.
Concentración en caliente: En esta parte del proceso se debe abrir la válvula V22 para
que ingrese el agua fría y la válvula V23 para que salga, además se debe ingresar vapor
de agua al sistema para cual se debe abrir la válvula V26. Ahora si se va a utilizar el
evaporador por lo cual se debe abrir la válvula V10 para que el solvente ingrese y para
que salga el solvente en fase vapor y pase al condensador se debe abrir la válvula V25 y
cerrar la válvula V24. El solvente ya no va a pasar a la columna de extracción sino que
ahora pasara a los colectores, por esto la válvula V03 debe estar cerrada y la válvula V05
debe estar abierta, las válvulas V17 y V16 deben estar abiertas para que se pueda
recoger el solvente en los colectores. Por último la válvula V08 debe estar abierta para
que pase el solvente al separador.
Descarga: Espere a que la temperatura del equipo esté por debajo de 35 C, cierre la
válvula general de entrada del agua de enfriamiento al sistema, V22, descargue el
condensado de los tanques colectores (8 y 9) abriendo las válvulas V18 y V19. Descargue
el extracto del evaporador (2), abriendo la válvula V33. Desocupe los sellos de líquido del
equipo, válvulas V02 y V12, cierre la válvula que da paso al vapor en el evaporador, V26.
Desajuste los conectores rápidos de las tapas superior e inferior de la columna (1),
pivotee la columna hacia al frente sobre un recipiente descargue el material sólido, y por
último lave completamente el equipo y déjelo en perfecto estado.
45
7.2. IDENTIFICACIÓN DE LOS NODOS
Se determinaron 44 nodos, los nodos 1 al 9 están alrededor del condensador, los nodos
10 al 14 están por el separador de fases, del 15 al 27 están entre la columna de
extracción, los tanques colectores y el evaporador, entre 28al 38 están alrededor del
tanque de solvente y los demás están entre la bomba y el filtro.
En los anexos Figura 10 , se encuentra el P&ID con los nodos marcados y enumerados y la lista de Nodos.
7.3. RESULTADOS DEL ANÁLISIS “WHAT IF”
Para facilitar la simulación tanto del análisis cualitativo como del semi-cuantitativo, se
utilizó macros en Excel programadas en Visual Basic®. Para el caso del análisis
cualitativo se empleó un análisis “What If” para evaluar todos los escenarios posibles, se
determinaron 44 nodos que fueron marcados en el diagrama P&ID entregado por el
fabricante, se plantearon las variaciones de los nodos y la clasificación de los escenarios.
De la clasificación de escenarios del análisis “What If “se encontraron 52 escenarios de
explosión, los cuales fueron tomados para aplicar el análisis ExLOPA a cada uno de ellos,
en la Tabla 10 a la Tabla 13 de los anexos se muestra el análisis “What If” por etapas, de
cada uno de los escenarios de explosión del equipo de extracción por solvente.
La mayoría de los escenarios de explosión se encontraron en la etapa de concentración
en caliente, etapa en la cual el solvente circula por los nodos 15 al 27 del equipo en fase
vapor, facilitando la formación de atmosferas explosivas, además debido a que para el
proceso de evaporación del solvente se utiliza un generador de vapor, se genera la
superficie caliente, que sirve como posible fuente de ignición.
En la etapa de recirculación en frío se puede observar que la mayoría de los escenarios
están relacionados con que el equipo pare y no pueda seguir funcionando normalmente y
los escenarios que se presentan en cuanto a explosión e incendio están relacionados con
el aumento de presión al que es objeto el solvente cuando pasa por la bomba, si hay
variaciones en este nodo o en los nodos después de este equipo puede ocurrir una
sobrepresión que se replicaría en todo el sistema. En esta etapa no se presentan mayores
46
complicaciones ya que el solvente se encuentra en fase líquida y los riesgos de perder el
solvente en este estado son diferentes.
Por último en el análisis de la etapa de parada el mayor riesgo proviene del proceso de
retirar el material y el solvente de la unidad en donde se deben abrir todas las válvulas,
dejando a la unidad a presión atmosférica generando la atmosfera explosiva.
En el proceso de elaboración del análisis “What If” también se pudo observar que era
necesario un análisis más profundo que permitiera ahondar en los parámetros que tienen
que estar presentes en los escenarios de explosión, razón por la cual se implemento el
análisis ExLOPA.
7.4. RESULTADOS DEL ANÁLISIS EXLOPA
El Programa diseñado con el método ExLOPA recorre todas las matrices que componen
el análisis semi-cuantitativo, como se muestra en el algoritmo de la Figura 9 y hace una
clasificación de riesgo a través de la matriz de riesgo, con la clasificación de la
consecuencia y la frecuencia modificada.
Esta clasificación de riesgo además maneja un código de colores en el cual el blanco
significa que las capas de protección son suficientes y el riesgo está controlado y va hasta
el rojo que quiere decir que el riesgo sobrepasa considerablemente la capacidad de las
medidas de protección y hay que incluir medidas de control adicionales. En la Tabla 14 se
Incluyó los colores de la clasificación del análisis ExLOPA y se puede observar que
existen varios escenarios de explosión que con las capas de protección independientes
existentes no pueden mitigar o prevenir el riesgo del escenario.
La mayoría de escenarios que el riesgo excede el nivel de protección, se encuentran en la
etapa de concentración en caliente, especialmente los escenarios que quedaron
clasificados en el nivel de riesgo media, los cuales necesitan una acción en la siguiente
oportunidad.
El escenario que se encontró con mayor frecuencia modificada es el 28, el cual consiste
en dejar a condiciones ambiente el evaporador. Este escenario presenta una mayor
probabilidad de presentarse, además las medidas de protección existentes no pueden
47
contra restar el riesgo y se recomienda adicionar otras medidas de protección que
prevengan la materialización de este escenario.
Figura 9. Algoritmo macro del análisis ExLOPA
En la Tabla 12 de los anexos se muestra el resultado del análisis “What If “para ese
escenario subrayado en naranja, donde se evidencia que el peligro radica en dejar a
presión atmosférica el evaporador y permitir que los gases de solvente formen la
atmosfera explosiva cuando se alcancen los limites de explosividad, que en el caso del
etanol; el cual es el usado para la extracción, es de 3.3 y 19% de volumen en aire por lo
cual se debe evitar este tipo de concentraciones, situaciones para las cuales no se tienen
medidas de protección directas. Además en esta tabla se puede observar que los
escenarios en los cuales se pueden clasificar este evento son explosión y pérdida de la
contención.
48
Referente al análisis ExLOPA para este escenario se encontró que la categorización de
consecuencia, según lo planteado en el análisis cualitativo es de categoría 5, es decir que
en caso de presentarse el escenario sus consecuencias serían severas o fatales. Se
calculo una frecuencia modificada de 0.000550128 por año, cifra que es más grande que
las frecuencias de los demás escenarios, para que no se presentara un riesgo
considerable la frecuencia debería estar por el orden de 10-7por año.
El resultado de este análisis se justifica debido a la probabilidad de falla de un equipo, en
este caso de la válvula, por la presencia del solvente en estado vapor durante la etapa de
concentración en caliente, sustancia que genera la atmosfera explosiva y para la que no
existe ningún medida de seguridad, por la presencia permanente de una superficie
caliente proveniente de el generador de vapor, superficie que podría actuar como una
fuente de ignición, sin que exista ninguna medida de seguridad para esta ni para ninguna
de las fuentes de ignición comúnmente presentes en un proceso, tampoco existen
medidas organizacionales para el control de riesgo porque los equipos en el laboratorio no
se encuentran ubicados bajo una clasificación de aéreas, sino que estas dispuestas por la
comodidad del espacio. Adicional a esto el proceso tampoco cuenta con la capa de
protección que representa el diseño del equipo, ya que el equipo no cumple con los
estándares de diseño de la industria y tiene fallas de tipo estructural que no han sido
solucionadas, además algunas de sus partes como es el uso de válvulas de líquido en
tuberías que transportan vapor, son algunas de las deficiencias del equipo. La única
medida de seguridad existente en el laboratorio, es la presencia de detectores de fuego,
capa de protección que fue determinada como independiente e incluida en el análisis.
Este escenario puede ser extendido a cualquier situación que permita que el rehervidor
quede expuesto y a presión atmosférica, como sería el caso de la ruptura de alguna de
las tuberías conectadas al rehervidor o la ruptura del mismo tanque, situaciones para las
cuales se deben tomar medidas de seguridad pertinentes.
Para que se presente este escenario una cadena de eventos se debe presentar, el
primero es que el solvente entre sobre presionado al rehervidor, lo cual puede ser debido
a un exceso de presión producida por la bomba, lo segundo que debe pasar es que el
solvente sobre presionado ingrese al rehervidor y por el aumento de la temperatura, la
49
presión aumente aun mas y sobre presione el equipo, haciendo necesario abrir la válvula
de alivio.
Las medidas de protección que se pueden implementar para mitigar el riesgo de este
escenario sería una clasificación de zonas, corregir las fugas y fisuras del equipo que
permiten que el equipo quede a presión atmosférica, alguna protección frente a las
fuentes de ignición y por último controlar que las concentraciones de solvente en fase
vapor no se encuentren dentro de los limites de explosividad.
8. CONCLUSIONES
En el manual de operación del equipo entregado por el fabricante, está erróneamente
descrita la ruta de operación normal tanto en frío como en caliente, ya que las
indicaciones referentes a las válvulas que deben estar abiertas y cerradas no coinciden
con la ruta que se debería llevar para realizar la extracción.
Después de la aplicación del método “What If” se puede concluir que el equipo de
extracción con solvente presenta escenarios de explosión e incendio complejos que no
pueden ser descritos a cabalidad con solo un análisis cualitativo, lo cual justifica la
aplicación de ExLOPA.
Los escenarios explosivos se encuentran más frecuentemente en la etapa de
concentración en caliente, debido a que el solvente se encuentra cercano a su punto de
ebullición y se tienen superficies calientes contiguas al equipo, que sirven como fuentes
de ignición.
En las otras etapas del proceso aunque se encontraron menos escenarios de explosión,
está presente la posibilidad de un escenario de explosión en todas las etapas del proceso,
por lo cual un análisis semi-cuantitativo para escenarios de explosión como ExLOPA, es
apropiado para esta unidad.
De los resultados del análisis ExLOPA arrojados por la herramienta de simulación, se
puede concluir que existen 8 escenarios que presentan un riesgo que no se puede mitigar
50
o prevenir con las medidas de protección existentes, en los anexos Tabla 14 se encuentran
en amarrillo se encuentran estos escenarios, entre ellos se encuentra el caso del
escenario más riesgoso, el cual permite que el rehervidor quede a presión atmosférica y
emita vapor inflamable.
Debido a estos resultados se recomienda implementar medidas de protección adicionales
en la próxima oportunidad posible, pero ningún escenario presenta la necesidad de una
acción inmediata.
Las capas de protección que se podrían implementar y que disminuirán el riesgo serian,
una clasificación por aéreas del laboratorio, controles para fuentes de ignición,
especialmente para la superficie caliente del generador de vapor, controles de chispa o
vapor, condiciones seguras de operación en la que se encuentra solucionar las fugas
presentes en el equipo, unas válvulas más adecuadas para el control de gases y la
definición y aplicación de un nuevo manual de operación del equipo.
51
NOMENCLATURA Pn: Probabilidad de un acontecimiento peligroso
Sn: Magnitud de daño del acontecimiento peligroso
Rn: Riesgo.
IPL: Capa de protección independiente.
PHA: Proceso de análisis de peligro.
SIF: Función instrumentada de seguridad.
QRA: Análisis de riesgo cuantitativo.
LOPA: Análisis de capas de protección.
P&ID: Diagrama de tuberías e instrumentación.
SIS: Sistemas instrumentados de seguridad.
SIL: Nivel integral de seguridad.
HAZOP: Estudio de operatividad y peligro.
HE: Evaluación de peligro.
PFD: Probabilidad de falla de la demanda.
BPCS: Sistema básico de control de proceso.
SIS: Sistema instrumentado de seguridad.
: Es la frecuencia de la consecuencia C para el evento inicial i
: Es la frecuencia del evento inicial i
: Es la probabilidad de falla sobre la demanda de la j esima IPL que proteje contra
la consecuencia C del evento inicial i
: frecuencia de fuego en el evento inicial i ó : Probabilidad de ignición
ó : Frecuencia de exposición al fuego en el evento i : Probabilidad de que halla una persona presente
ó : Frecuencia de lesión por fuego en el evento i. ó : Probabilidad de que se produzca una lesión.
: El riesgo de resultado de un hecho de interes k, espresado como la magnitud de las consecuencias
por unidad de tiempo
: La frecuencia del hecho de interes k , , ó ó ó en unidades
de tiempo inversas.
: Medida especifica de las consecuencias del hecho de interés k.
Patex: Probabilidad de ocurrencia de un ambiente explosivo.
52
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53
ANEXOS Lista de nodos:
1. Nodo ubicado en la tubería que transporta agua fría al condensador.
2. Nodo ubicado en el condensador.
3. Nodo ubicado en la tubería de salida de agua del condensador.
4. Nodo ubicado en la tubería de salida de agua del condensador, después de la
válvula V23.
5. Nodo ubicado en la tubería de salida del condensador que transporta solvente en
fase líquida.
6. Nodo ubicado en la tubería de entrada al separador que transporta solvente en
fase líquida.
7. Nodo ubicado en la tubería de salida del condensador que transporta solvente en
fase líquida, después de la válvula V07.
8. Nodo ubicado en el separador de fases.
9. Nodo ubicado en la tubería que de entrada de solvente al condensador.
10. Nodo ubicado en la tubería de alivio del separador.
11. Nodo ubicado en la tubería de salida del separador de fases.
12. Nodo ubicado en la tubería a la salida del separador que lleva el solvente a los
colectores.
13. Nodo ubicado en la tubería a la entrada superior de la columna de extracción.
14. Nodo ubicado en la tubería de alivio del separador, después de la válvula V04.
15. Nodo ubicado en la tubería de alivio de vapor de la columna de separación.
16. Nodo ubicado en la tubería a la salida superior del evaporador.
17. Nodo ubicado en la columna de extracción.
18. Nodo ubicado en el evaporador.
19. Nodo ubicado en la tubería de entrada al colector 1.
20. Nodo ubicado en la tubería de alivio del colector 1.
21. Nodo ubicado en la tubería de alivio del colector 2.
22. Nodo ubicado en la tubería de entrada al colector 2.
23. Nodo ubicado en el colector 1.
24. Nodo ubicado en tubería de alivio del colector 1 y 2.
25. Nodo ubicado en el colector 2.
26. Nodo ubicado en la tubería por donde ingresa vapor de agua al evaporador.
54
27. Nodo ubicado en la tubería por donde ingresa vapor a las tuberías de la columna
de extracción y del evaporador.
28. Nodo ubicado en la tubería de recirculación de solvente hacia el tanque de
solvente después de la válvula V01.
29. Nodo ubicado en la tubería de recirculación de solvente a la salida de la columna
de extracción.
30. Nodo ubicado en la tubería de entrada de vapor de agua a la columna de
extracción.
31. Nodo ubicado en la tubería de entrada de vapor de agua a la columna de
extracción, después de la válvula V36.
32. Nodo ubicado en la tubería de entrada de vapor de agua a la columna de
extracción, después de la válvula V27.
33. Nodo ubicado en la tubería que lleva el solvente al condensador, después de la
válvula V11.
34. Nodo ubicado en el tanque de solvente.
35. Nodo ubicado en la tubería a la salida del tanque de solvente.
36. Nodo ubicado en la tubería a la salida del tanque de solvente, después de la
válvula V12.
37. Nodo ubicado en la tubería a la salida del tanque de solvente, después de la
válvula V13.
38. Nodo ubicado en la tubería a la salida del tanque de solvente, después de la
válvula V35.
39. Nodo ubicado en la Bomba.
40. Nodo ubicado en la tubería que conecta la bomba y el filtro.
41. Nodo ubicado en el filtro.
42. Nodo ubicado en la tubería ubicada a la salida del filtro.
43. Nodo ubicado en la tubería de salida del vapor desgastado del evaporador.
44. Nodo ubicado en la tubería de salida del vapor desgastado del evaporador,
después de la válvula 30.
55
Figura 10. P&ID de equipo de extracción con los nodos marcados y enumerados.
Tabla 10. Análisis What If de los escenarios de explosión en la etapa de carga.
56
# Nodo
What If Peligro Consecuencia Protección Recomendación Escenario 1
Escenario 2
Escenario 3
Escenario 4
Explosión Incendio Perdida de contención
Parada
29 37. ¿Qué pasa si la columna no está en un ambiente libre de oxigeno antes de arrancar el proceso?
Que la columna se llene de oxigeno.
Que el oxigeno se distribuya por todo el proceso.
Revisar que el equipo este lo más libre de oxigeno posible antes de iniciar.
x
38. ¿Qué pasa si la columna tiene una fuga?
La columna quedaría a presión atmosférica.
Generación de ambiente explosivo.
x X
34 37. ¿Qué pasa si el tanque de solvente no está en un ambiente libre de oxigeno antes de arrancar el proceso?
Que el tanque se llene de oxigeno.
Que el oxigeno se distribuya por todo el proceso.
Revisar que el equipo este lo más libre de oxigeno posible antes de iniciar.
x
Tabla 11. Análisis What If de los escenarios de explosión en la etapa de recirculación en frio.
# Nodo What If Peligro Consecuencia Protección
Recomendación Escenario 1
Escenario 2
Escenario 3 Escenario 4
Explosión Incendio Perdida de contención
Parada
8. ¿Qué Pasa si la temperatura dentro de la columna aumenta?
Aumento de la presión dentro del extractor.
Que por la sobre presión en este equipo se eleve la presión en todo el proceso.
Medidor de temperatura al ingreso de liquido T3 y medidor de presión en la tubería de salida de vapor P.
x
9. ¿Qué pasa si aumenta la presión dentro de la columna de extracción?
Se sobre presione el sistema.
Se presente una explosión del la columna.
Medición de la presión en la tubería de salida del vapor y a la entrada.
X
57
34. ¿Qué pasa si aumenta la presión en la bomba?
Qué la bomba va a aumentar más la presión de este fluido.
Que se sobre presione el sistema.
x
40 35. ¿Qué pasa si aumenta la temperatura en la tubería que pasa por el nodo 40?
El fluido sale de la bomba y si aumenta la temperatura se puede aumentar más la presión.
Que el sistema se sobre presione.
x
41 37. ¿Qué pasa si se tapona el filtro (nodo 41)?
No pasaría el fluido y se acumularía.
Se acumularía el solvente y con el aumento de presión de la bomba se sobre presiona el filtro.
x X
42 38. ¿Qué pasa si se tapona la tubería que pasa por el nodo 42?
No pasaría el fluido y se acumularía.
Se acumularía el solvente y con el aumento de presión de la bomba se sobre presiona la tubería.
x X
39. ¿Qué pasa si aumenta la presión en la tubería que pasa por el nodo 42?
Aumentaría más la presión del solvente en la tubería.
Se sobre presiona el sistema.
x
43 40. ¿Qué pasa si se tapona la tubería que pasa por el nodo 43?
No saldría el vapor desgastado.
Se acumularía en el rehervidor.
x
58
Tabla 12. Análisis What If de los escenarios de explosión en la etapa de concentración en caliente.
# Nodo
What If Peligro Consecuencia Protección Recomendación Escenario 1
Escenario 2
Escenario 3
Escenario 4
Explosión Incendio Perdida de
contención
Parada
1 1. ¿Qué pasa si hay una fuga en la tubería Nodo 1 que transporta agua fría?
El fluido no representa peligro. El peligro radica en que no llegue suficiente agua fría al condensador
No habría suficiente agua para el intercambio térmico, provocando que el vapor saturado que ingresa no se condense todo y que este flujo que después entra a la etapa de separación entre con gran parte en fase vapor, acumulando estos gases por todo el proceso.
x x
3. ¿Qué pasa si la tubería del nodo 1 se desconecta?
El fluido no representa peligro. El peligro radica en que no llegue agua fría al condensador.
No habría agua para el intercambio térmico, provocando que el vapor saturado que ingresa no se condense y que este flujo que después entra a los colectores entre en fase vapor, acumulando estos gases por todo el proceso.
x x x
59
2 5. ¿Qué pasa si el flujo caliente que ingresa al condensador (nodo 2) aumenta?
El fluido es peligroso ya que se trata de un fluido con solvente en fase vapor. Además el peligro es que sobrepase la capacidad de almacenamiento del condensador.
Si sobrepasa la capacidad del condensador puede sobre presionarse el fluido y afectar el flujo que sale del condensador e ingresa al separador de fases. La otra consecuencia sería que por el gran flujo el agua de enfriamiento no sea suficiente para retirar el calor y este flujo salga con una gran parte en fracción de vapor y se acumule en el proceso.
Cerrar la válvula 24, abrir la válvula 04.
x x x
6. ¿Qué pasa si la temperatura del alimento de vapor que ingresa al condensador aumenta?
Que el vapor ingrese a una temperatura demasiado alta. Que aumente la temperatura de la corriente fría.
Aumento en la presión dentro del condensador y posiblemente aumento de presión dentro de la tubería de corriente fría.
Medición de temperatura T1 y T2. (termocupla tipo K)
x
7. ¿Qué pasa si la presión dentro del condensador crece?
sobre presión del vapor, falla de las válvulas de alivio
Explosión del condensador y saldrían los gases volátiles al ambiente.
Abrir la válvula 04
x x
11. ¿Qué pasa si la temperatura de condesado que sale por la tubería del nodo 5 aumenta?
Se eleva la temperatura del sistema.
sobre presión de los colectores
Regular el flujo de agua fría con V22 para disminuir la temperatura.
x
6 12. ¿Qué pasa si el flujo que pasa por el nodo 6 aumenta su temperatura?
Ingreso de solvente en exceso en fase gaseosa al separador. Sobre presión de la tubería.
Por el exceso de vapor en el separador se sobrepasa la capacidad del mismo. Por la sobre presión puede haber una ruptura de la tubería.
Regular el flujo de agua fría con V22 para disminuir la temperatura. Cerrar válvula V08.
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14. ¿Qué pasa si la temperatura dentro del separador aumenta?
Aumenta la fracción de corriente en fracción de vapor.
Aumento de presión dentro del separador.
Abrir válvula 06.
x
9 16. ¿Qué pasa si hay una fuga en la tubería Nodo 9 que transporta vapor saturado de solvente?
El fluido de transporta es volátil. El fluido quedaría a presión atmosférica.
Generación de ambiente explosivo.
Cerrar la válvula V25
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18. ¿Qué pasa si la temperatura del fluido que pasa por la tubería del nodo 9 aumenta?
Aumento de la presión en la tubería.
Sobre presión del condensador, posible explosión.
Control de temperatura T1.
x
22. ¿Qué pasa si la tubería del nodo 11 se fractura?
Que la tubería quede a presión atmosférica.
Generación de ambiente explosivo.
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16 25. ¿Qué pasa si la tubería que pasa por el nodo 16 se tapona?
No salga el vapor saturado del evaporador.
Acumulación de vapores en el evaporador. Aumento de la presión en el equipo.
Medidor de Presión dentro del evaporador.
x
27. ¿Qué pasa si la temperatura del flujo que pasa por el nodo 16 se eleva?
Aumento de la presión en la tubería.
Podría sobre presionarse el condensador.
Control de temperatura T en el evaporador.
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18 28. ¿Qué pasa si el nivel del evaporador (nodo 18) aumenta?
Sobre pasar el nivel tolerable por el evaporador.
Podrían darse las condiciones para que se explote el evaporador.
Sistema de control de nivel con flotador.
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29. ¿Qué pasa si la temperatura dentro del evaporador aumenta?
Aumento de la presión dentro del evaporador.
Que por la sobre presión en este equipo se eleve la presión en todo el proceso.
Medidor de temperatura T dentro del equipo y de presión P.
x
30. ¿Qué pasa si aumenta la presión dentro del evaporador?
Se sobre presione el sistema.
Se presente una explosión del evaporador.
Medidor de Presión dentro del evaporador. Abrir Válvula 25
x
32. ¿Qué pasa si la válvula de alivio del evaporador está abierta?
Los vapores del solvente quedan expuestos a presión atmosférica.
Ambiente explosivo.
x x
19 33. ¿Qué pasa si la tubería que pasa por el nodo 19 se fractura?
Se perdería solvente y la tubería quedaría expuesta.
Se generaría un ambiente explosivo.
Cerrar válvula 05.
x x
35. ¿Qué pasa si aumenta la temperatura en la tubería que pasa por el nodo 19?
Se aumenta la temperatura del colector 1.
Se puede sobre presionar el colector 1.
Abrir válvula 14.
x
36. ¿Qué pasa si aumenta la presión en la tubería que pasa por el nodo 19?
Se sobre presiona el sistema.
Puede explotarse el colector.
Abrir válvula 14.
x
39. ¿Qué pasa si aumenta la temperatura en la tubería que pasa por el nodo 22?
Se aumenta la temperatura del colector 2.
Se puede sobre presionar el colector 2.
Abrir válvula 15.
x
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42. ¿Qué pasa si aumenta la temperatura del colector 1?
Se pude llenar de solvente en fracción de vapor.
Sobre presionar el sistema.
Abrir válvula 14.
x
43. ¿Qué pasa si aumenta la presión del colector 1?
Se sobre presione el sistema.
Se presente una explosión del evaporador.
Abrir válvula 14.
x
44. ¿Qué pasa si la válvula 14 está abierta?
Los vapores del solvente quedan expuestos a presión atmosférica.
Ambiente explosivo.
x
46. ¿Qué pasa si aumenta la temperatura del colector 2?
lo mismo que el ítem 42
Abrir válvula 15.
47. ¿Qué pasa si aumenta la presión del colector 2?
Lo mismo que el ítem 43
Abrir válvula 15.
51. ¿Qué pasa si el flujo de la tubería que pasa por el nodo 26 aumenta de temperatura?
Aumentaría la presión del vapor en la tubería.
Se puede sobre presionar el sistema dentro del Evaporador.
Medición de presión P en la tubería.
x
53. ¿Qué pasa si aumenta la presión en el fluido que pasa por el nodo 27?
De esta tubería sale el flujo de vapor para el evaporador.
Se sobre presionarían los dos equipos.
Medición de presión P en la tubería que ingresa al evaporador y en la que ingresa al extractor.
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55. ¿Qué pasa si el flujo que pasa por el nodo 33 se le eleva la temperatura?
Que aumente la presión del fluido.
Se sobre presione el sistema.
Regular el flujo con la válvula 11.
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74. ¿Qué pasa si aumenta la presión en la bomba?
Qué la bomba va a aumentar más la presión de este fluido.
Que se sobre presione el sistema.
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40 75. ¿Qué pasa si aumenta la temperatura en la tubería que pasa por el nodo 40?
El fluido sale de la bomba y si aumenta la temperatura se puede aumentar más la presión.
Que el sistema se sobre presione.
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79. ¿Qué pasa si aumenta la presión en la tubería que pasa por el nodo 42?
Aumentaría más la presión del solvente en la tubería.
Se sobre presiona el sistema.
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43 80. ¿Qué pasa si se tapona la tubería que pasa por el nodo 43?
No saldría el vapor desgastado.
Se acumularía en el rehervidor.
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44 81. ¿Qué pasa si aumenta la Temperatura en el fluido del nodo 44?
Aumentaría la presión en la tubería.
Saldría sobre presionado del sistema.
Abrir la válvula 32.
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Tabla 13. Análisis What If de los escenarios de explosión en la etapa de parada. #
Nodo
What If Peligro Consecuencia Protección Recomendación Escenario 1
Escenario 2
Escenario 3 Escenario 4
Explosión Incendio Perdida de contención
Parada
2. ¿Qué pasa si la válvula de alivio del rehervidor está abierta?
Los vapores del solvente quedan expuestos a presión atmosférica.
Ambiente explosivo.
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23 3. ¿Qué pasa si la válvula 14 está abierta?
Los vapores del solvente quedan expuestos a presión atmosférica.
Ambiente explosivo.
x x
25 4. ¿Qué pasa si la válvula 15 está abierta?
Los vapores del solvente quedan expuestos a presión atmosférica.
Ambiente explosivo.
x x
30 5. ¿Qué pasa si la tubería que pasa por el nodo 30 se tapona?
Por esta tubería pasa el vapor para limpiar la columna de extracción.
Se acumularía humedad y oxigeno, que quedaría para la siguiente corrida, distribuyéndose por todo el proceso.
x
7. ¿Qué pasa si el flujo de la tubería que pasa por el nodo 30 aumenta de temperatura?
Aumentaría la presión del vapor en la tubería.
Se puede sobre presionar la columna de extracción.
Medidor de presión sobre la tubería.
x
34 13. ¿Qué pasa si se levanta la mirilla del tanque de solvente?
Quedaría el tanque de solvente a presión atmosférica.
Generación de atmosfera explosiva.
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44 15. ¿Qué pasa si aumenta la Temperatura en el fluido del nodo 44?
Aumentaría la presión en la tubería.
Saldría sobre presionado del sistema.
Abrir le válvula 32.
x
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Tabla 14. Resumen análisis ExLOPA de los escenarios que necesitan algún tipo de acción adicional.
Resumen de resultados del Análisis ExLOPA
No. Del escenario
Descripción del escenario Clasificación de la consecuencia
Frecuencia (Por año)
Calificación del riesgo
5 Aumenta la presión en el tanque de solvente.
Categoría 5 0.000110376 Acción en la siguiente oportunidad (notificar al director corporativo)
8 Se Tapona el filtro y no permite que pase el solvente.
Categoría 4 1.30524E‐05 Opcional (Evaluar alternativas)
12 Fuga en la tubería que pasa por el nodo 1 y transporta el agua fría para el condensador.
Categoría 4 0.0001 Opcional (Evaluar alternativas)
13 La tubería que pasa por el nodo 1 se desconecta, tubería que transporta el agua fría al condensador.
Categoría 4 0.0001 Opcional (Evaluar alternativas)
14 Aumento del flujo caliente que ingresa al condensador.
Categoría 5 0.000089352 Opcional (Evaluar alternativas)
15 Aumenta la temperatura del alimento del condensador.
Categoría 5 0.000089352 Opcional (Evaluar alternativas)
16 Aumento de presión dentro del condensador.
Categoría 5 0.000089352 Opcional (Evaluar alternativas)
17 Aumenta la temperatura del líquido que sale del condensador.
Categoría 4 0.000089352 Opcional (Evaluar alternativas)
18 Aumenta la temperatura del líquido que pasa por el nodo 6.
Categoría 4 0.000089352 Opcional (Evaluar alternativas)
19 La temperatura dentro del separador aumenta.
Categoría 5 0.000056064 Opcional (Evaluar alternativas)
20 Fuga en la tubería del nodo 9, que transporta el vapor saturado al condensador.
Categoría 5 0.0001 Opcional (Evaluar alternativas)
22 La tubería que pasa por el nodo 11 y que transporta solvente a los colectores, se fractura.
Categoría 5 0.0001 Opcional (Evaluar alternativas)
23 Se tapona la tubería que pasa por el nodo 16, válvula de alivio del rehervidor.
Categoría 5 0.00031536 Acción en la siguiente oportunidad (notificar al director corporativo)
24 Temperatura del vapor que sale del rehervidor se eleva.
Categoría 5 0.000155052 Acción en la siguiente oportunidad (notificar al director corporativo)
25 Se sobrepasa el nivel del evaporador. Categoría 5 0.000042048 Opcional (Evaluar alternativas)
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26 La temperatura dentro del evaporador aumenta.
Categoría 5 0.000155052 Acción en la siguiente oportunidad (notificar al director corporativo)
27 Aumenta la presión dentro del evaporador.
Categoría 5 0.000180456 Acción en la siguiente oportunidad (notificar al director corporativo)
28 La válvula de alivio del evaporador está abierta.
Categoría 5 0.000550128 Acción en la siguiente oportunidad (notificar al director corporativo)
35 La válvula de alivio del colector Categoría 4 0.000027156 Opcional (Evaluar alternativas)
39 Aumenta la presión del vapor de agua que pasa por el nodo 27.
Categoría 4 0.000180456 Opcional (Evaluar alternativas)
40 Aumenta la temperatura en el flujo de la tubería del nodo 33.
Categoría 4 0.000155052 Opcional (Evaluar alternativas)
41 Aumenta la presión en la bomba. Categoría 4 0.00010074 Opcional (Evaluar alternativas)
42 Aumenta la temperatura de la tubería que pasa por el nodo 40.
Categoría 4 0.000155052 Opcional (Evaluar alternativas)
43 Aumenta la presión en la tubería que pasa por el nodo 42.
Categoría 4 0.000180456 Opcional (Evaluar alternativas)
46 Válvula de alivio del rehervidor abierta.
Categoría 5 0.000027156 Opcional (Evaluar alternativas)
47 La Válvula 14 del colector 1 está abierta.
Categoría 5 0.000027156 Opcional (Evaluar alternativas)
48 La válvula 15 del colector 2 está abierta.
Categoría 4 0.000027156 Opcional (Evaluar alternativas)
50 El flujo de la tubería que pasa por el nodo 30 aumenta su temperatura.
Categoría 4 0.000155052 Opcional (Evaluar alternativas)
51 Se levanta la mirilla del tanque de solvente.
Categoría 5 0.000121764 Acción en la siguiente oportunidad (notificar al director corporativo)
52 Aumenta la temperatura del fluido que pasa por el nodo 44.
Categoría 5 0.000155052 Acción en la siguiente oportunidad (notificar al director corporativo)