UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA (FCYT) DIRECCIÓN DE POSGRADO FCYT CENTRO DE LEVANTAMIENTOS AEROESPACIALES Y APLICACIONES SIG PARA EL DESARROLLO SOSTENIBLE DE LOS RECURSOS NATURALES (CLAS)
RIESGO POR EXPLOSIÓN DE LA UNIDAD DE DESASFALTADO POR PROPANO (PDA), DE LA REFINERÍA “GUALBERTO VILLARROEL” DE COCHABAMBA – RCBA
Tesis para obtener el grado académico de: Magíster en Evaluación y Gestión de Riesgos para la Reducción de Desastres
Autor: Ing. Linda Geraldine Guzmán Rivero Tutor: Lic. Msc. Juan Manuel Uría Soruco
Cochabamba, Bolivia Año 2014
DEDICATORIA
A mí Querida Familia René y Doris Mónica, Augusto y Jamel Augustito y Santi
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AGRADECIMIENTOS A la facultad de Post grado, a todos los docentes y coordinadores del programa de Maestría A la Cooperación Técnica Belga por su apoyo con la beca de estudio A la Refinería “Gualberto Villarroel” de Cochabamba y su personal profesional por haber facilitado datos y orientación para la elaboración del presente trabajo A Juan Manuel Uría, por su apoyo profesional como principal asesor A Carlos Román y Jaime Antezana, por haber aportado con sugerencias y por su revisión final A María Huaylas, de post grado por haber alentado y colaborado hasta la conclusión de la tesis A mi compañero de camino Luis Magnani, por el interés compartido en lecturas, conversaciones, planteamientos y aprendizajes alrededor de la elaboración de la tesis. A la permanencia, paciencia y confianza que gané en el transcurrir de esta etapa de estudio y especialidad profesional
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Aclaración Este documento describe el trabajo final realizado como parte del Programa de estudios de “Maestría en Evaluación y Gestión de Riesgos para la Reducción de Desastres” Versión I; desarrollado de manera conjunta entre la Dirección de Posgrado de la Facultad de Ciencias y Tecnología y el Centro de Levantamientos Aeroespaciales y Aplicaciones SIG para el Desarrollo Sostenible de los Recursos Naturales. Todos los puntos de vista y opiniones expresadas en el mismo son responsabilidad exclusiva del autor y no comprometen a las unidades que organizan esta maestría.
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RESUMEN El presente trabajo es un análisis de riesgo por explosión que se realizó en la refinería “Gualberto Villarroel” de Cochabamba (RCBA). El análisis de amenaza consideró los dos casos posibles de explosión en la Unidad de PDA de Lubricantes: explosión por nube de vapor no confinada (UCVE) y explosión de vapor de un líquido en ebullición (BLEVE). Para el análisis de vulnerabilidad se contemplaron tres criterios: la población, la infraestructura y la pérdida de producción o la producción vulnerable para cada caso de estudio. La metodología para el análisis de riesgo se basó en la evaluación espacial multicriterio (EECM), una aplicación de sistemas de información geográfica (SIG). Con esta metodología se determinó un árbol de criterios que permitió estandarizar los mapas y valores de amenaza y vulnerabilidad, con la finalidad de asignar “pesos” a los factores analizados y determinar finalmente los grados de riesgo con su correspondiente mapa resultado para ambos tipos de explosión. Los resultados obtenidos en cuanto al radio de alcance de las explosiones permitieron clasificar el área en cinco grados de riesgo, con distancias establecidas para cada área. De igual forma, el estudio permitió establecer umbrales de riesgo. El umbral de alerta pudo señalar el área en la cual se puede permanecer sin riesgo, el umbral de intervención indicó el área en la cual se puede atender la emergencia contando con equipos de protección personal contra incendio y el umbral de máximo riesgo indicó el área en la cual es peligroso permanecer por las consecuencias graves o fatales para las personas, en ambos tipos de explosión. Estos datos son significativos para los planes de emergencia y de contingencia de la RCBA. Los valores obtenidos de sobrepresión para la explosión UCVE y de radiación térmica para la explosión BLEVE, fueron comparados con los teóricos de los cuales se tienen evaluados los efectos y consecuencias en personas, infraestructura y equipos de proceso. Los resultados mostraron cifras considerables en cuanto a hemorragia pulmonar, quemaduras de hasta de tercer grado y mortalidad en las personas, daño a la infraestructura y a equipos de proceso difícilmente reparables o irrecuperables y como consecuencia final se cuantificó el daño en pérdida de producción estimada en millones de dólares por día. Entre ambas explosiones analizadas, la explosión UCVE tuvo un radio de alcance mayor a la explosión BLEVE. Sin embargo, las consecuencias causadas por la sobrepresión de la explosión UCVE no son tan perjudiciales en comparación con las consecuencias que ocasiona la radiación térmica de la explosión BLEVE. Finalmente, el estudio realizado plantea una metodología que puede ser replicada en otras áreas de estudio de la Refinería y evidencia la aplicabilidad de las herramientas SIG con las que se analizaron y se generaron de mapas de amenaza, vulnerabilidad y riesgo, para fines de estudio de la gestión de riesgo de procesos en la Refinería Gualberto Villarroel de Cochabamba.
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TABLA DE CONTENIDOS CAPÍTULO1: INTRODUCCIÓN1 1.1
Antecedentes.................................................................................................................. 1
1.2
Justificación ................................................................................................................... 3
1.3
Planteamiento del problema ......................................................................................... 3
1.4
Objetivos ......................................................................................................................... 5
1.4.1 Objetivo general ............................................................................................................... 5 1.4.2 Objetivos específicos ....................................................................................................... 5 CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO .................................................................................................... 5 2.1 Descripción de la localización y del objeto de estudio ..................................................... 5 2.1.1 Descripción de la Unidad de Desasfaltado por propano PDA de la RCBA ..................... 5 2.1.2 El proceso de desasfaltado por propano (PDA) .............................................................. 6 2.2 Evaluación Espacial Multi Criterio (EEMC), aplicaciones con sistemas de información geográfica (SIG) ......................................................................................................................... 7 2.2.1 Aplicación ........................................................................................................................ 8 2.2.2 Funcionalidad .................................................................................................................. 8 2.2.3 Proceso ........................................................................................................................... 9 2.2.4 Descripción de los pasos principales del proceso ........................................................... 9 2.3 Determinación de la Amenaza ........................................................................................... 11 2.3.1 Evaluación de la amenaza ............................................................................................. 12 2.3.2 Amenazas en plantas de refinación ............................................................................... 13 2.3.3 Explosión de nube de vapor no confinada (Unconfined Cloud Vapor Explosion - UCVE) ................................................................................................................. 16 2.3.4 Método TNT equivalente para estimación de explosión de nube de vapor no confinada (UCVE) .................................................................................................................................. 17 2.3.5 Efectos y consecuencias por sobrepresión en personas, infraestructura y equipos de proceso ................................................................................................................................... 19 2.3.6 Explosión expansiva por vapor de un líquido en ebullición BLEVE (Boiling liquid Expanding Vapour Explosion) ................................................................................................ 20 2.3.7 Método de estimación de la explosión de vapor de un líquido en ebullición (BLEVE) ... 22 2.3.8 Efectos de radiación térmica en personas, infraestructura y equipos de proceso ......... 23
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2.3.9 Umbrales de intervención estimadas para la explosión UCVE y BLEVE ....................... 23 2.4 Descripción de los elementos vulnerables ....................................................................... 23 2.4.1 Elementos en riesgo ...................................................................................................... 25 2.5 Determinación de área de Riesgo...................................................................................... 25 2.5.1 Factores del riesgo; Amenaza y vulnerabilidad ............................................................. 26 2.5.2 La consumación del riesgo, el desastre ......................................................................... 26 2.5.3 El análisis de riesgo ....................................................................................................... 26 2.5.4 Zonificación de áreas de riesgo ..................................................................................... 27 CAPÍTULO 3: METODOLOGÍA ...................................................................................................... 28 3.1 Descripción de las acciones, del fundamento teórico y de las técnicas e instrumentos para el análisis de riesgo ......................................................................................................... 28 3.2 Determinación de los radios de alcance por explosión en la Unidad de PDA .............. 30 3.2.1 Descripción de los pasos de construcción de un árbol de criterios para el objeto de estudio, según el método de evaluación espacial multicriterio (EEMC) ................................. 30 3.2.2 Descripción de la Unidad de Desasfaltado por propano – PDA .................................... 39 3.2.3 Identificación del equipo con mayor potencial de explosión de la Unidad de PDA, por proceso ................................................................................................................................... 40 3.2.4 Determinación del radio de alcance de la fuente de mayor amenaza por explosión de la Unidad de PDA ....................................................................................................................... 41 3.2.5 Modelación del área de alcance de la amenaza de explosión de la Unidad de PDA ........................................................................................................... 43 3.3 Determinación de la vulnerabilidad total con los elementos en riesgo de la RCBA43 3.3.1 Obtención de información para el análisis de los elementos en riesgo ......................... 43 3.3.2 Estandarización y valoración de criterios de vulnerabilidad ........................................... 44 CAPÍTULO 4: RESULTADOS ........................................................................................................ 46 4.1 Determinación del área de alcance por explosión en la Unidad de PDA – RCBA ......... 46 4.1.1 Identificación del equipo de mayor amenaza por explosión por proceso, de la Unidad de PDA ........................................................................................................................................ 46 4.1.2 Radio de alcance de la explosión de la Unidad de PDA ................................................ 47 4.1.3 Modelación del área de amenaza de la Unidad de PDA .............................................. 50
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4.2 Determinación de la vulnerabilidad total de los elementos en riesgo de la Unidad de PDA
....................................................................................................................................... 54
4.2.1 Población vulnerable ..................................................................................................... 54 4.2.2 Infraestructura Vulnerable.............................................................................................. 56 4.2.3 Producción Vulnerable ................................................................................................... 60 4.3 Determinación del área de riesgo por explosión de la Unidad de PDA, de la Refinería de Cochabamba (RCBA) .......................................................................................................... 64 4.3.1 Riesgo por explosión de una Nube de vapor no confinada UCVE, en la Unidad de PDA .............................................................................................................. 64 4.3.2 Riesgo por explosión de vapor de un líquido en ebullición BLEVE, en la Unidad de PDA .............................................................................................................. 68 CAPÍTULO 5: CONCLUSIONES .................................................................................................... 72 BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................................. 74
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LISTA DE FIGURAS Figura 1. Esquema de la evaluación espacial multi-criterio ................................................................. 11 Figura 2. Relación inversamente proporcional, entre magnitud y frecuencia (e.g. terremoto). ........ 13 Figura 3. Esquema de una onda de choque para diferentes tipos de explosión (Po = presión ambiente, = pico de sobrepresión, t + = duración de la fase positiva, i + = impulso positivo) ................................................................................................................................. 15 Figura 4. Valor del pico de sobrepresión según la distancia normalizada .......................................... 19 Figura 5. BLEVE- Bola de Fuego. a) escape b) incendio c) calentamiento de los depósitos d) explosión y bola de fuego. Fuente: González et al., 2002. .............................................. 21 Figura 6. Esquema de definiciones de riesgo ........................................................................................ 27 Figura 7. Definición del árbol de criterios para el análisis de riesgo de explosión de la Unidad de PDA .................................................................................................................................. 35 Figura 8. Mapa de amenaza por explosión de nube de vapor no confinada (UCVE) ....................... 51 Figura 9. Mapa de amenaza por explosión de vapor de un líquido en ebullición (BLEVE) .............. 53 Figura 10. Captura de ventana de la población vulnerable de la Refinería de Cochabamba. ......... 55 Figura 11. Captura de ventana de la infraestructura de obras civiles vulnerables de la Refinería de Cochabamba. ................................................................................................. 57 Figura 12. Captura de ventana de la infraestructura de planta de producción vulnerable de la Refinería de Cochabamba .................................................................................................. 59 Figura 13. Captura de ventana de la producción vulnerable o pérdida de producción en la Refinería de Cochabamba. ................................................................................................. 61 Figura 14. Mapa de vulnerabilidad máxima de la Refinería de Cochabamba. ................................... 63 Figura 15. Mapa de Riesgo por explosión de una Nube de vapor no confinada (UCVE) ................. 65 Figura 16. Mapa de Riesgo por explosión de vapor de un líquido en ebullición (BLEVE) ................ 69
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LISTA DE CUADROS
Cuadro 1. Descripción de las Unidades de Producción del área de Lubricantes ................................ 5 Cuadro 2. Descripción de las acciones, del fundamento teórico y de las técnicas e instrumentos ......................................................................................................................... 28 Cuadro 3. Estandarización, clasificación, valoración y color para a) Explosión de nube de vapor no confinada (UCVE) y b) Explosión de vapor de un líquido en ebullición (BLEVE) ................................................................................................................................ 36 Cuadro 4. Estandarización clasificación y color para criterios de vulnerabilidad ............................... 37 Cuadro 5. Matrices de riesgo para a) Explosión de nube de vapor no confinada (UCVE) y b) Explosión de vapor de un líquido en ebullición (BLEVE). ................................................ 38 Cuadro 6. Valores de probabilidad, según los grados de frecuencia .................................................. 40 Cuadro 7. Valores de magnitud según intensidad de daño ................................................................. 41 Cuadro 8. Matriz para la identificación de Amenaza ............................................................................. 41 Cuadro 9. Variables requeridas por las ecuaciones del presente estudio .......................................... 42 Cuadro 10. Estandarización y valoración de los criterios de vulnerabilidad ....................................... 45 Cuadro 11. Parámetros fisicoquímicos del acumulador (D-501) y la torre (T-501), de la ................. 46 Cuadro 12. Dimensiones del acumulador (D-501) y la torre (T- 501) de la Unidad de PDA ............ 46 Cuadro 13. Resultado de la matriz de amenaza, para la Unidad de PDA. ......................................... 47 Cuadro 14. Variables de las ecuaciones, valores y unidades para el cálculo del radio de alcance para una explosión UCVE..................................................................................... 47 Cuadro 15. Valores de sobrepresión (bar), según distancia del centro de la explosión UCVE ........ 48 Cuadro 16. Variables de la ecuación, valores y unidades para obtener el radio de alcance de la explosión por BLEVE ....................................................................................................... 49 Cuadro 17. Valores de radiación térmica (kw/m2) a diferentes distancias desde el centro de la explosión para a) personas b) infraestructura y equipos de proceso, por explosión BLEVE ................................................................................................................. 50 Cuadro 18. Descripción de los efectos y consecuencias en las personas, infraestructura y equipos de proceso en una explosión UCVE, desde el acumulador D-501 de la Unidad de PDA..................................................................................................................... 67 Cuadro 19. Descripción de los efectos y consecuencias en las personas, infraestructura y equipos de proceso, en una explosión BLEVE desde el acumulador D-501 de la Unidad de PDA..................................................................................................................... 71
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LISTA DE ECUACIONES Ecuación 1. Masa del TNT equivalente (Berg y Lannoy, 1993) ........................................................... 17 Ecuación 2. Distancia normalizada (Berg y Lannoy, 1993) .................................................................. 18 Ecuación 3. Radiación recibida por unidad desde un punto de origen (AICHE, 1989; TNO, 1997) ..................................................................................................................................... 22 Ecuación 4. Distancia de afectación para una radiación de 5 kw/m2 por BLEVE (AICHE, 1989; TNO, 1997) ................................................................................................................ 22
LISTA DE ANEXOS Anexo A. Croquis interno de la Refinería Gualberto Villarroel (Área de Producción de Lubricantes y Área de Producción de Carburantes) ............................................................................. 1 Anexo B. Imagen aérea de la Refinería Gualberto Villarroel de Cochabamba .................................. 2 Anexo C. Ficha técnica de la sustancia inflamable, Propano ............................................................ 3 Anexo D. Flujograma del proceso industrial de la Unidad de PDA – RCBA ...................................... 7 Anexo E. a) Procedimientos de trabajo del sector de Producción de Lubricantes, afines al estudio ................................................................................................................ 8 Anexo F. Informe de análisis de Laboratorio RG- LAB 006 – A. Producto Propano. Procedencia de la Unidad de PDA, PRO – LUB. RCBA. Laboratorio RCBA ........................................ 10 Anexo G. Estudio de cálculo de propiedades de gases por cromatografía gaseosa. Procedencia Unidad de PDA, PRO – LUB. RCBA. Laboratorio RCBA ................................................. 11 Anexo H. Valores estandarizados para; a) población afectada, b) costo de inversión en infraestructura (obras civiles y planta de producción) y c) costo de producción ......... 12
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LISTA DE ABREVIATURAS
BLEVE
Explosión expansiva por vapor de líquido en ebullición, siglas en ingles por Boiling Liquid Expanding Vapor Explosions
CLAS
Centro de Levantamientos Aeroespaciales y Aplicaciones SIG para el Desarrollo Sostenible de los Recursos Naturales (CLAS)
C3H8
Propano (Sim. Químico)
EEMC
Evaluación Espacial Multi-Criterio
NFPA
Asociación nacional de protección contra incendios, siglas en ingles por National Fire Protection Association
PDA
Desasfaltado por propano, siglas en ingles por Propane Desasphalting
PRO CAR
Producción de Carburantes
PRO LUB
Producción de Lubricantes
RCBA
Refinería Gualberto Villarroel de Cochabamba
SIG
Sistema de Información Geográfica
UCVE
Explosión de nubes de vapor no confinadas, siglas en ingles por Unconfined Cloud Vapor Explosion
YPFBR
Yacimientos Petrolíferos Fiscales Bolivianos Refinación
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Capítulo1: Introducción El riesgo está presente en las plantas industriales de forma intrínseca, por los procesos industriales que se realizan a diario (procesos químicos, mecánicos, térmicos), por las sustancias peligrosas que se manipulan o se producen (reacciones químicas, inflamables, corrosivas, explosivas), por los espacios de trabajo que requieren que un gran número de personas circulen alrededor de máquinas de procesos industriales, todos estos factores y otros deben ser controlados bajo estrictas medidas de seguridad. La capacidad de producción industrial ha incrementado notablemente en los últimos años, desde la época de la revolución industrial hasta el día de hoy, una época de revolución tecnológica que acelera los procesos productivos. En algún momento se creyó erróneamente, que el crecimiento industrial daría lugar al incremento natural de accidentes industriales, aceptando al riesgo y sus consecuencias como parte inminente del progreso industrial. Los accidentes industriales han sucedido en diferentes partes del mundo y sus consecuencias han tenido gran variabilidad según sucedieron en países en vías de desarrollo o en países desarrollados. Las consecuencias de países en vías de desarrollo se agravan de acuerdo a la capacidad de respuesta, la atenuación o grado de resiliencia de una localidad ante un evento adverso, es decir de acuerdo a la vulnerabilidad. Porque la vulnerabilidad es el conjunto de condiciones ambientales, sociales, económicas, políticas y educativas que hacen que estemos más o menos expuestos a un evento indeseado, sea por las condiciones inseguras existentes o por su capacidad de recuperación ante el mismo (Días et al., 2005). Actualmente la percepción del riesgo ha cambiado, este ya no es un accidente o un evento infortunio sino que es el resultado de un riesgo no identificado o mal manejado y las medidas de control ya no se plantean desde un enfoque correctivo sino uno preventivo. La mayoría de las industriales hoy en día consideran como parte fundamental de los procesos industriales, el manejo integrado de sistemas de gestión de seguridad, medio ambiente y salud. Debido a que en el proceso industrial el riesgo no puede ser eliminado, pero puede ser controlado para reducir sus efectos al mínimo. 1.1 Antecedentes Las refinerías de petróleo son industrias naturalmente expuestas a riesgos de incendio, explosión, derrame de producto, entre otros. Esta situación encuentra su raíz en el proceso mismo de refinación, el cual implica el manejo de temperaturas extremas, condiciones de presión alta, uso y generación de energía, manipulación de productos químicos. Por ende se considera que es riesgo es el campo de refinación de petróleo es alto, pero necesitamos de este proceso para continuar con el desarrollo energético a nivel general, por lo tanto se debe aprender a manejar, controlar y mitigar los grados de riesgo. A lo largo del tiempo se han registrado varios accidentes en plantas de refinación. Uno de los más recientes fue el ocurrido en agosto de 2012 en el Complejo Refinador de Amuay en Venezuela, donde se registraron pérdidas lamentables de vidas humanas (PDVSA, 2012). Otro accidente sucedió en la planta de Flixboroug (Inglaterra), en Junio de 1974. Donde la rotura de una tubería originó el escape de 45 Tn de ciclohexano que al evaporarse formó una nube de vapor no confinada de grandes
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dimensiones. Un punto de ignición basto para generar una explosión que destruyó toda la planta y afectó a unas 1800 viviendas situadas en un radio de 1 Km alrededor de la planta. En el accidente murieron 28 personas y más de 89 resultaron heridas (Casal J. et al., 1999). Otra explosión de gran dimensión sucedió en ciudad de México (localidad San Juanico), en la planta de Petróleos Mexicanos (PEMEX). La causa del accidente fue la ruptura de una tubería que suministraba gas licuado de petróleo (GLP) a los depósitos de almacenamiento, que contenía propano y butano. Una serie de explosiones de nube de vapor no confinado (UVCE) generaron un incendio de grandes proporciones que afectó inicialmente a 10 viviendas. Al cabo de 12 minutos, una esfera de almacenamiento se incendió generando una explosión expansiva de vapor de líquido en ebullición (BLEVE). Posteriormente, otras 4 esferas y 15 cilindros generaron sucesivas BLEVEs durante hora y media. El desenlace causo la pérdida lamentable de más de 500 vidas y 7.000 heridos, la planta quedó prácticamente destruida (PEMEX, 2011). En ambos casos se han afrontado trágicas consecuencias con víctimas fatales y enormes pérdidas de recursos económicos. Las estadísticas han demostrado que la explosión BLEVE es la explosión con más alto riesgo, por las consecuencias personales, económicas, de proceso y por el impacto al medio ambiente que ocasiona (González., 2002). En 77 explosiones BLEVE ocurridas entre 1941 y 1990, se han contabilizado 900 personas fallecidas y unas 9.000 heridas (Londiche y Guillemet, 1991). En la refinería La Rábida de la compañía española de petróleos S.A. (CEPSA) y en la refinería Puerto la Cruz de Venezuela (PDVSA), se ha implementado un estudio integral de gestión de riesgos que incluye la vulnerabilidad de la sociedad expuesta. Se ha realizado estudios de evaluación de riesgos, con el fin de obtener una valoración cuantitativa que les permita evaluar el impacto y sus efectos en la sociedad (PDVSA, 2011). En ambas refinerías se realizaron modelaciones y visualizaciones de las áreas de riesgo, con el uso de sistemas de información geográfica (CEPSA, 2010). En Bolivia, la Refinería Gualberto Villarroel de Cochabamba (RCBA) y la Refinería Eldel Bell de Santa Cruz, forman parte de YPFB Refinación S.A. Ambas refinerías son parte de la cadena de producción de hidrocarburos del país, con la que se satisface la demanda del consumo energético interno en un 95% (YPFB, 2012). El sector productivo de la Refinería Gualberto Villarroel de Cochabamba (RCBA), se divide en dos áreas de proceso; 1. Carburantes 2. Lubricantes. A partir de los cuales se obtiene; gasolina, gas licuado de petróleo (GLP), jet fuel, keroseno, lubricantes (aceites, grasas, parafinas) y asfaltos. El nivel de producción actual, alcanza a más de 25,300 barriles de petróleo al día, tal producción se debe al trabajo coordinado de más de 700 personas entre personal propio y fijo. Actualmente ambas refinerías han incursionado en una etapa de reinversión para mejorar los procesos productivos. Estos proyectos mayores han generado mayor movilización de personal que trabajan actualmente en las refinerías. Para llevar adelante una producción constante, con altos niveles de calidad y seguridad ocupacional, la Refinería de Cochabamba, ha considerado como una prioridad en su sistema integrado de gestión la identificación y prevención de accidentes industriales. Esta forma de trabajo les ha permitido obtener y conservar registros de certificación en las normas ISO 9001:14001 y OHSAS 18001, así como diferentes reconocimientos por el trabajo seguro y por la implementación de normativas de
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seguridad contra incendios según la normas americanas de la Asociación Nacional de Protección Contra Incendios (NFPA, por sus siglas en ingles), entre otros. 1.2 Justificación Los accidentes o desastres en industrias de refinación de petróleo, traen consigo lamentables consecuencias donde, por lo general, la remediación post desastre es muy difícil de remediar. Para la realidad Boliviana y de la ciudad de Cochabamba en particular, un evento indeseado negativo en una de las unidades productivas de la refinería de Cochabamba traería consigo una serie de impactos negativos, económicos, sociales y ambientales, comprometiendo además la salvaguardad de los trabajadores de la empresa, las instalaciones y su área de influencia. Es de esperarse que las consecuencias repercutan en la realidad boliviana, ya que un 95% de la población boliviana abastece su demanda energética con los productos de YPFB Refinación. Debido a esto, la Refinería de Cochabamba tiene como una de sus prioridades el invertir en proyectos que mejoren la gestión de riesgos de procesos y aumenten la capacidad productiva de este servicio a la sociedad (YPFB, 2012). En la incursión de estos nuevos proyectos y mejoras la Refinería considera como prioridad el mantener la calidad de los productos y servicios, en constante evaluación de riesgos e impactos de las actividades que realizan, con responsabilidad social, considerando el cuidado ambiental, la seguridad y salud ocupacional, tal como indica la política de gestión de la empresa. El presente estudio brinda información de análisis para el caso de una explosión por nube de vapor no confinada UCVE y una explosión expansiva por vapor de un líquido en ebullición BLEVE, en un caso de estudio en la Unidad de PDA, del área de Lubricantes. El análisis contempla el uso de información disponible para estimar el riesgo y sus consecuencias en las personas, infraestructura y producción. El análisis de riesgo brindará información preliminar que permitirá desarrollar estudios posteriores con el fin de mejorar el sistema de gestión de riesgos. Por otro lado, el estudio brindará a la Refinería una importante información ya que los resultados pueden ser la base para la toma de decisiones desde un enfoque preventivo para la Unidad de PDA, fortaleciendo de esta forma los estudios en cuanto a gestión de riesgo de procesos de la RCBA. Adicionalmente, podrá servir como ejemplo de un análisis piloto, que permita su réplica en otras unidades de producción de la RCBA, ya que se espera que la metodología sea aplicable a otros sectores de análisis y forme parte de la mejora continua del sistema de gestión de riesgo integrado de la RCBA. 1.3 Planteamiento del problema Al presente, el control de riesgos a nivel de seguridad ocupacional en la Refinería de Cochabamba (RCBA) es una tarea que se realiza de forma constante. La Refinería cuenta con un departamento de Seguridad, Medio Ambiente y Salud (SMS) que está encargado de monitorear y asegurar el cumplimiento del sistema integrado de gestión, a su vez este personal está capacitado para atender las emergencias locales en caso de suceder un accidente industrial. Continuamente se perciben mejoras considerables en la atención de accidentes e incidentes, como por ejemplo la conformación
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de un equipo de brigadistas formado por el personal voluntario de la refinería, la adquisición de mayor equipamiento en cuanto a respuesta oportuna y atención de riesgos (equipos de protección personal contra incendios, ambulancias, carros bomberos, etc.). En cuanto al trabajo de gestión de riesgos a nivel de procesos, también se observan mejoras significativas. A inicios del año 2012 se ha conformado un Comité de Seguridad de Procesos (CSP). Uno de los proyectos recientes de este comité es la identificación de 40 escenarios de mayor riesgo en la Refinería, con un análisis que englobe la descripción, evaluación y desarrollo de planes de contingencia, atención al desastre y mitigación de daños. Entre los escenarios de riesgo se encuentra la Unidad de PDA, del área de Lubricantes (Unidad de desasfaltado por propano, por sus siglas en inglés). La Unidad de PDA del área de Producción de Lubricantes es una unidad que trabaja en condiciones extremas de temperatura y presión, además que usa propano presurizado en su proceso, como disolvente para separar los asfáltenos de los aceites. El propano es altamente inflamable y en mezcla con el aire puede ser explosivo según la ficha técnica del producto. Por otro lado, la unidad de PDA se encuentra al centro de la planta industrial, sobre una de las calles de mayor circulación la cual conecta a las salas de control de Lubricantes y Carburantes. Alrededor de esta Unidad están ubicadas otras unidades del área de Lubricantes, como son; Vacio (I y II), la unidad de refinación por Furfural y la unidad de Hidroterminado, bastante cerca unas de otras (Anexo A). De igual forma, la Unidad de PDA se encuentra cerca de otros sectores de importancia, a solo 100m de distancia se encuentra el Taller de mantenimiento eléctrico, mecánico e industrial, la planta de grasas, y los galpones de almacenes (Anexo B). El personal del Comité de Seguridad de Procesos (CSP), se ha propuesto identificar los principales escenarios de riesgos por proceso y el alcance de los mismos. De igual forma, advierte que el personal calificado para atender la emergencia, desconoce los radios del alcance del riesgo al cual se enfrentarían y al mismo tiempo el área libre de riesgo desde el cual se encontrarían a salvo para atender la emergencia. Muchas veces y de forma general, al momento de suceder un accidente industrial, se atraviesa por problemas relacionados a la poca inversión determinada para la prevención de riesgos, o toma de decisiones al momento de generarse el evento indeseado. Esto trae consigo lamentables consecuencias como resultado de los efectos post desastre. Estos problemas se deben principalmente a una deficiencia en el sistema de análisis y descripción de los escenarios de riesgo, de su alcance, sus efectos y consecuencias, a partir del cual se elaboran planes de prevención, de contingencia y mitigación, en ocasiones deficientes o insuficientes. No obstante, la Refinería de Cochabamba tiene como prioridad la gestión de prevención de accidentes o desastres industriales, por lo cual se muestran interesados e innovadores en este rubro y apoyan la ejecución del análisis de riesgo a una de sus unidades productivas de mayor riesgo, como es la Unidad de PDA.
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1.4 Objetivos 1.4.1 Objetivo general Analizar el riesgo por explosión de la Unidad de Desasfaltado por propano (PDA) del área de Lubricantes de la Refinería Gualberto Villarroel de Cochabamba (RCBA). 1.4.2 Objetivos específicos
Determinar los radios de alcance de la explosión de la Unidad de PDA.
Determinar la vulnerabilidad total de los elementos en riesgo de la RCBA; población, infraestructura y producción.
Determinar el área de riesgo por explosión de la Unidad de PDA de la RCBA.
Capítulo 2: Marco Teórico 2.1 Descripción de la localización y del objeto de estudio 2.1.1 Descripción de la Unidad de Desasfaltado por propano PDA de la RCBA La Unidad de desasfaltado por propano (PDA), junto con otras 9 unidades, conforman el área de producción de Lubricantes de la Refinería de Cochabamba, como se muestra a continuación: Cuadro 1. Descripción de las Unidades de Producción del área de Lubricantes
No 1
Unidad de Producción de Lubricantes
Productos terminados y comercializados
Unidad de Destilación al vacío Sistemas I y II
2
Unidad de Desalfaltización por Propano
3
Unidad de Refinación por Furfural
4
Unidad de Desparafinación por MEK-Tolueno
5
Hidroterminado de Aceites
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Unidad de Blending de aceites
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Unidad de Grasas
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Unidad de clarificación de Parafinas
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Aceite SN 165: Neutro Liviano, Aceite SN 260: Neutro Mediano, Aceite SN 410: Neutro Pesado, Aceite BS 120: Bright Stock, Extracto de SAE 30, Extracto de Bright Stock, Cemento Asfáltico 85/100, Asfalto PDA, Parafina Blanda Slack Wax, Parafina Dura SAE 10 y SAE-20.
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Unidad de mezclado de Asfaltos
2.1.2 El proceso de desasfaltado por propano (PDA) A través de este proceso se obtiene aceite desasfaltado y asfalto residual. Mediante procesos de destilación a presión atmosférica y en vacío, se extrae del crudo de petróleo tanto nafta como keroseno. El producto residual de esta destilación contiene asfáltenos dispersos en un aceite pesado. Una forma de separar el aceite de los asfáltenos es disolver (extraer) este aceite con propano líquido. El proceso se denomina “desasfaltización” o “desasfaltado” y el aceite pesado obtenido, aceite desasfaltado. El siguiente paso es extraer el propano tanto del aceite como del asfalto para su posterior reutilización. El residuo de este proceso pasa a otra unidad de tratamiento para ser utilizado para la producción de asfaltos (Velázquez, 1986). 2.1.2.1 Descripción del proceso industrial de la Unidad de PDA El proceso industrial de la Unidad de PDA descrito a continuación, ha sido resumido del documento “Descripción de las Unidades que constituyen el complejo de Lubricantes” de Barrientos y Prudencio (1997). La ficha técnica del propano (sustancia inflamable), se encuentra en el anexo C. La desasfaltización por propano es un proceso de extracción por solventes, para la separación de materiales asfálticos de las fracciones pesadas del petróleo. Este proceso generalmente se utiliza para tratar los productos residuales de unidades de vacío o atmosféricas. El propano tiene la propiedad de disolver preferencialmente el asfalto en los cortes de aceite que se procesa. Luego el propano es posible recuperarlo, tanto del aceite desasfaltizado como del asfalto. El corte de fondo es sometido a un proceso de extracción en una torre de contacto de discos rotatorios (T-501) con propano líquido en contracorriente, produciéndose dos corrientes que se separan por su densidad. La parte de la cabeza es el aceite desasfaltado (DAO) y propano, la segunda fracción es el asfalto y propano que sale por el fondo de la torre. Las dos corrientes son separadas en torres flash a presión y strippers. El propano obtenido es reutilizado como solvente. En el Anexo D se presenta el flujograma del proceso industrial. 2.1.2.2 Secuencia del proceso industrial El residuo del fondo de la unidad de vacío y almacenado en el TK-501 es bombeado por la P-501, cuyo flujo recibe un primer mezclado con propano líquido proveniente del D-501, luego esta mezcla a temperatura regulada ingresa a la T-501. Por otra parte, un flujo de propano líquido ingresa directamente en la parte inferior de la columna (T-501). En la T-501 el propano fluye hacia arriba produciéndose la extracción diferencial, propano/aceite, por la parte superior y propano/asfalto por la parte inferior del Contactor. Mediante calentamiento por vapor en la parte superior de la columna, se controla la temperatura de la cabeza y por consiguiente, el grado de separación del aceite/asfalto. Cuanto mayor la temperatura de cabeza, tanto menor la cantidad de asfalto arrastrado por la cabeza,
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pero simultáneamente aumenta también la pérdida de aceite que arrastra el asfalto hacia el fondo. La T-501 o Contactor de Discos Rotatorios (CDR) tiene el rotor con velocidad variable para poder obtener eficiencias altas de extracción en un amplio rango de diferentes condiciones de operación. La mezcla asfalto/propano del fondo de la T-501, es calentada y luego vaporizada en la T-504, donde se recupera el propano por la cabeza y el producto de fondo se lo envía a la T-505 donde se recuperan los últimos vestigios de propano y por el fondo, el producto asfáltico a almacenaje mediante la P-504. El propano del aceite desasfaltizado se lo separa en dos etapas de evaporación, una primera en la T502 (Torre flash), mediante calor suministrado por el reboiler I-503. El proceso de cabeza, luego de enfriarse y condensarse en el E-503, se lo acumula en el D-501 (Acumulador de Propano). El producto de fondo de la T-502 alimenta a la parte superior de la T-503 (Stripper de aceite desasfaltizado), donde se remueven los últimos vestigios de propano por la cabeza y por el fondo del aceite desasfaltizado a almacenaje mediante la P-503. El propano recuperado de los dos strippers (T-503 y T-505), previamente se separa su condensado en el D-502, y de aquí se envía a un pequeño acumulador de donde succiona el compresor de propano (C-501) que luego de pasar por el condensador E-505, se junta con el propano proveniente de la T502 para entrar en el acumulador de propano (D-501). Finalmente, se dispone del recipiente Colector (D-504) conectado a todas las válvulas de alivio del sistema, tales como la del CDR y otras instaladas principalmente en el circuito de solvente. Los vapores son venteados en el D-504 y el aceite separado es bombeado por la P-504 al sistema de recuperación de aceite. 2.1.2.3 Variables operativas Las variables que se controlan y que afectan en un grado mayor o menor la operación de extracción del asfaltado por propano en la corriente de aceite son: a) b) c) d)
Relación del solvente/aceite. Presión en el Contactor de Discos Rotatorios (CDR). Temperatura de cabeza del CDR. Velocidad del rotor del CDR.
Uno de los factores más importantes en esta unidad, es la relación propano/carga con que se alimenta al Contactor de Discos Rotatorios y las condiciones de operación del mismo. 2.2 Evaluación Espacial Multi Criterio (EEMC), aplicaciones con sistemas de información geográfica (SIG) La evaluación multicriterio es una herramienta que permite llegar a un acuerdo conmensurado para tomar la mejor alternativa en la toma de decisiones en proyectos de desarrollo complejos. Es ampliamente empleada porque logra tomar las distintas dimensiones, objetivos, actores y escalas que se hallan envueltos en el proceso de toma de decisiones, sin sacrificar la calidad, confiabilidad y consenso en los resultados (Arancibia, 2011).
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La particularidad de cada metodología multicriterio se encuentra en la forma de transformar las mediciones y percepciones a una escala única, de modo de poder comparar los elementos y establecer ordenes de prioridad. Una de las metodologías multicriterio más utilizadas, con fundamentos matemáticos, es el proceso analítico jerárquico. Consta de la estandarización de mapas y valores, la asignación de “pesos” a los factores (o grupos de factores) considerados y finalmente la generación de mapas resultado (Arancibia, 2011). Esta metodología se utilizó de forma transversal para la determinación de los objetivos del presente estudio, porque el mismo permite que pueda ser replicado en futuros trabajos o estudios que se hagan a otras áreas de la Refinería de Cochabamba. 2.2.1 Aplicación Este método de evaluación es de utilidad para: a)
Análisis de problemas
Analizar una situación de un problema usando un conjunto de mapas como criterios de evaluación. (e.g. valoración de impacto ambiental). b)
Diseño de alternativas
Ejecutar un análisis para el diseño de alternativas u opciones usando un conjunto de mapas como criterios de evaluación (e.g. Análisis de condiciones aptas para un determinado evento). c)
Toma de decisiones
Decidir entre alternativas u opciones usando un conjunto de mapas para cada alternativa como criterios de evaluación. 2.2.2 Funcionalidad El análisis multicriterio se usa para emitir un juicio comparativo entre percepciones que no son siempre homogéneas. Con este método de evaluación, el operador puede probar varios criterios y analizar el porqué un mapa de resultados tiene valores altos o bajos de cumplimiento de éstos en una cierta ubicación. Así descubrir las razones que conducen a diferentes mapas de resultados, los cuales podrían llevar a tomar diferentes decisiones. a)
Mapa de entrada (Input)
Como dato de entrada se trabaja con un número de mapas de cierta área (llamados criterios o efectos) y un “árbol de criterios” que contiene la forma de cómo los criterios son agrupados, estandarizados y ponderados.
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b)
Mapa de salida (Output)
La salida o resultado de esta evaluación consiste en uno o más mapas de la misma área que indican el alcance donde los criterios son cumplidos o no, según diferentes áreas. Por lo tanto, ayuda a la planificación o toma de decisiones. 2.2.3 Proceso El proceso está conformado por los siguientes pasos, por Arancibia (2011): a) Identificación del objetivo principal y del ámbito de aplicación b) Identificación de una jerarquía de objetivos secundarios, o la lógica de intervención. c) Designación de un grupo multidisciplinario para establecer criterios de juicio d) Identificación de los criterios, los cuales miden el rendimiento de los objetivos secundarios. e) Definición de un “árbol de criterios” el cual representa la jerarquía del objetivo principal, los objetivos secundarios y los criterios. f) Identificación de alternativas a ser evaluadas (si fuese el caso). g) Asignación de mapas de entrada (Input), para cada alternativa. h) Determinación de un método de estandarización por cada criterio. i) Ponderar los de criterios en el “árbol de criterios”. j) Cálculo del mapa (o mapas) resultado y su visualización. k) Inspección de los valores obtenidos en el (los) mapa(s) resultado. l) Clasificación o categorización del mapa (o mapas) resultado. 2.2.4 Descripción de los pasos principales del proceso a) Identificación del objetivo principal y del ámbito de aplicación Incluye la definición, la selección de mapas de entrada, la asociación mapas de entrada a criterios y finalmente la decisión del número de alternativas a ser evaluadas. Cuando el equipo de evaluación ya haya determinado el ámbito de aplicación del juicio, importante tener presente el marco lógico de la intervención o si no existe definirlo. b) Designación de los grupos de negociación o de juicio El análisis Multi Criterio se basa en puntuaciones o ponderaciones, por selección que efectúan personas que van a formar parte del grupo de juicio. Para la elección de las personas que formarán parte del grupo de juicio, es recomendable considerar a aquellas que tengan pericia en relación con el objeto de estudio por la valoración de su experiencia profesional que posean. c) Descripción del Árbol de criterios Un árbol de criterios contiene la definición de un cálculo complejo en el cual múltiples mapas de entrada y factores son combinados según reglas de criterio definidas por el operador para obtener un mapa resultado.
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Antes de definir un árbol de criterios, debería estar claro qué factores o restricciones contribuyen al objetivo principal, el tipo de material (mapa) disponible y la calidad de este material. Un árbol de criterios, considerado como un todo, contiene todas las reglas definidas por el operador, por lo tanto contiene la forma en la cual todos los datos deberían ser estandarizados, agrupados y ponderados para poder así calcular el mapa resultado. También contiene las diferentes alternativas a ser evaluadas, si fuese el caso. Al trabajar con un gran número de factores es conveniente dividirlos en grupos de factores. Cada grupo de factores generalmente está relacionado a un objetivo particular. Si fuese necesario, estos grupos se pueden subdividir incluso más. d) Estandarización Todos los factores y restricciones deben ser estandarizados, es decir, cada posible valor de un mapa de entrada debería ser estandarizado a un valor entre 0 y 1, o según corresponda la caracterización (0.25, 0.5, 0.75, 1). Esto es necesario ya que probablemente los datos en diferentes mapas tienen distintos significados y son expresados en una variedad de unidades. De esta forma es posible una comparación entre estos datos. e) Ponderado de criterios Cuando el objetivo principal contiene múltiples factores y además contiene sub objetivos opcionales, entonces es necesario hacer una ponderación para indicar la importancia relativa de los factores contenidos. Lo mismo vale para los objetivos particulares que contienen a su vez otros factores. El pesaje es un valor entre 0 y 1, o según corresponda la caracterización. No puede ser negativo. Las restricciones no se toman en cuenta en el pesaje. f)
Mapa resultado
Es la combinación de los datos de entrada, es decir el resultado de las fórmulas de pesaje y estandarización. Las áreas definidas como “imposibles” debido a las restricciones del objetivo principal tendrán automáticamente un valor de 0. El mapa calculado al final mostrará el rendimiento de un área de acuerdo al objetivo principal planteado. El cálculo de estos mapas solo será posible cuando todos los datos de entrada hayan sido definidos y ningún valor esté fuera de rango. Los resultados mostrados en estos mapas contienen a los criterios, estandarizados y ponderados según las especificaciones del árbol de criterios. A partir de la inspección de los resultados obtenidos es posible sacar conclusiones o tomar decisiones respecto al objetivo principal planteado. Adicionalmente, puede ser útil
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clasificar y categorizar los valores resultantes (e. g. áreas con vulnerabilidad alta, media ó baja frente a una amenaza).
Figura 1. Esquema de la evaluación espacial multi-criterio Fuente: Arancibia, 2011. 2.3 Determinación de la Amenaza Según la terminología establecida por las Naciones Unidas en su publicación “Reducción de riesgos de desastres” el año 2009, la amenaza se describe como: “Un fenómeno, sustancia, actividad humana o condición peligrosa que puede ocasionar la muerte, lesiones u otros impactos a la salud, al igual que daños a la propiedad, la pérdida de medios de sustento y de servicios, trastornos sociales, económicos y daños ambientales” (UNISDR, 2009). Por su origen se puede clasificar en tres categorías: a) Amenazas naturales Se originan en la dinámica propia de la tierra. Los seres humanos no intervienen en la ocurrencia de estos fenómenos. Las amenazas naturales son por ejemplo; las fuertes lluvias, crecidas de los ríos, heladas, sequías, sismos, erosión natural y sus efectos sobre los deslizamientos. b) Amenazas socioculturales Aparentemente son naturales, pero en su ocurrencia y en la intensidad de sus efectos intervienen los seres humanos. Algunos ejemplos de este tipo son las inundaciones, sequías o deslizamientos que muchas veces son más frecuentes e intensos debido a la deforestación y el manejo inadecuado de los suelos.
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c) Amenazas humanas o antrópicas Atribuidas directamente a la acción del ser humano sobre elementos de la naturaleza. Se puede citar como ejemplos, a la contaminación del agua, tierra y aire, la fuga de materiales peligrosos y acciones en el manejo de sustancias tóxicas, explosivas, radioactivas, etc. Se pueden identificar tres agentes causales. Los agentes físicos tales como ruido, temperaturas extremas (altas o bajas), producto de fallas en el funcionamiento de equipos, exposición a radiaciones. Los agentes biológicos como la presencia de microorganismos patógenos (virus, bacterias). Los agentes químicos como materiales y productos tóxicos, explosivos, o bien equipos peligrosos cuyo principio de funcionamiento esté basado en el uso de sustancias peligrosas. 2.3.1 Evaluación de la amenaza Dado a que una amenaza, es la probabilidad de ocurrencia de un fenómeno potencialmente dañino, que está enmarcado dentro de un periodo de tiempo y dentro de un área dada. La evaluación de la amenaza debe considerar dos características siguientes (Días et al., 2005): Amenaza (Peligro) = Probabilidad * Magnitud A continuación se describen ambos factores: a) La probabilidad La probabilidad se relaciona con el análisis de los aspectos físicos del fenómeno a través de la colección de datos históricos, la interpretación de datos topográficos, geológicos, hidrológicos, y otros para proveer la estimación de la probabilidad temporal y espacial de ocurrencia y la magnitud del evento amenazante. La amenaza está restringida a un periodo de tiempo dado. La probabilidad de que la amenaza ocurra con un cierto grado de magnitud, está determinada por la frecuencia de la misma. b) La magnitud (intensidad) La magnitud está relacionada con la cantidad de energía liberada durante el evento. Por ejemplo, la magnitud de un terremoto (amenaza natural) se mide en la escala de Richter. La intensidad, es usada para referirse al daño causado por el evento. Existe una relación inversa entre magnitud y frecuencia, en el ejemplo anterior; mientras más alta es la magnitud de un terremoto según la escala de Richter, menor es la frecuencia de ocurrencia del mismo. Esta relación inversamente proporcional indica que mientras mayor es la magnitud de la amenaza, menor será la frecuencia de ocurrencia de la misma, como se observa en la figura siguiente:
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Figura 2. Relación inversamente proporcional, entre magnitud y frecuencia (e.g. terremoto). 2.3.2 Amenazas en plantas de refinación En el proceso de refinación de petróleo existen amenazas que tienen alta probabilidad de causar daños al personal, equipo, instalaciones, ambiente y/o pérdidas en el proceso extractivo, productivo, de almacenamiento, entre otros (González, 2002). 2.3.2.1 Amenaza por fuego El fuego causado por químicos inflamables es una compleja reacción en cadena, donde el combustible combinado con el oxígeno genera calor, humo y luz. La radiación térmica es la primera amenaza asociada a los incendios industriales. Si no se tiene un control sobre el fuego en instalaciones industriales, el incendio puede terminar en una explosión. Adicionalmente, como el fuego es una reacción química que suma humo y hollín, el mismo puede formar gases o algunos elementos de amenaza tóxica. a) Nube de Vapor o Polvo de Fuego Los vapores envolventes de una piscina de líquidos volátiles o emanación de gas de un depósito, de no tener una ignición inmediata pueden formar una nube o vapor que se mueva en dirección del viento. Esta nube, en contacto con una fuente de ignición, puede provocar un incendio, si el mismo se encuentra concentrado. b) Piscina de Fuego Una piscina de fuego está definida como fuego envolvente de una cantidad de líquido como la gasolina derramada en la superficie del suelo o el agua. Es considerado como un caso prioritario, debido a la exposición a la radiación termal y/o elementos tóxicos o corrosivos producidos por la combustión. Una complicación adicional, es que los combustibles líquidos pueden fluir pendientes abajo desde el sitio del accidente por los canales, drenajes y otros conductos. Ahí puede iniciar un incendio a otros materiales inflamables.
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c) Amenaza por rebosamiento Fenómeno físico-químico que ocurre durante un incendio. Existen tres mecanismos de rebosamiento de los líquidos combustibles: -
Rebosamiento por ebullición o sobre ebullición (Boilover) Expulsión violenta y repentina de una porción o de todo el hidrocarburo líquido en el tanque, debido a la ebullición.
-
Rebosamiento espumoso o sobre espumeo (Frothover) Espumar constante y lento sobre el borde de un tanque sin la acción violenta y repentina que ocurre en el Boilover.
-
Rebosamiento superficial o sobre derrame (Slopover) Derrame brusco y de corta duración de espuma sobre el borde del tanque, generalmente de poca intensidad, lo que lo distingue del largo, lento y continuo Frothover.
2.3.2.1 Amenaza por explosión Una explosión, es una liberación repentina de energía que genera una onda de presión que se desplaza alejándose de la fuente mientras va disipando su energía (Casal J. et al., 1999). Estas pueden ser naturales, accidentales o controladas. La erupción de un volcán por ejemplo es una explosión natural, las explosiones que se realizan en la exploración minera o la más común la explosión del motor de un vehículo, son ejemplos de explosiones controladas. Las explosiones que se muestran a continuación suceden por accidentes o riesgos no controlados y son frecuentes en las industrias que manejan sustancias peligrosas químicas o inflamables. Las explosiones pueden ser de dos tipos: detonación y deflagración. En una detonación la velocidad de la onda de sobrepresión es supersónica, la onda de presión muestra un incremento de la presión casi instantáneo hasta el pico de máxima presión. En cambio en una deflagración la velocidad de la onda de sobrepresión es subsónica, y tarda más tiempo en comparación con la anterior en llegar al pico de máxima presión, como se puede apreciar en la figura siguiente:
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Figura 3. Esquema de una onda de choque para diferentes tipos de explosión (Po = presión ambiente, = pico de sobrepresión, t+ = duración de la fase positiva, i+ = impulso positivo) Las detonaciones son más destructivas que las deflagraciones, ya que pueden llegar a picos de presión hasta de 20bar, en cambio las segundas pueden alcanzar valores máximos de 8bar de presión. Una deflagración puede convertirse en una detonación, sin embargo es muy difícil iniciar una detonación, las deflagraciones, suceden más a menudo porque requieren de muy poca energía para iniciarse (en mJ). Las explosiones se pueden clasificar según Casal J. et al., (1999) en: a) Explosión en espacios cerrados: -
Ignición de mezclas gaseosas inflamables (confined vapor explosion, CVU). Ignición de polvo combustible en suspensión.
b) Explosión en espacios abiertos: -
Ignición de nubes de vapor no confinadas (unconfined vapor cloud explosion, UCVU).
c) Explosión de recipientes: - De gas comprimido - De gas licuado o vapor de liquido en ebullición (Boiling Liquid Expanding Vapor Explosions, BLEVE).
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2.3.3 Explosión de nube de vapor no confinada (Unconfined Cloud Vapor Explosion - UCVE) La nube de vapor no confinada se genera a raíz del escape de una cantidad determinada de un vapor combustible, o bien de un líquido a partir del cual se formará el vapor. Una vez formada la nube, ésta puede: a) Dispersarse en el aire antes de que se produzca la explosión, sin causar daños, b) Prender inmediatamente e iniciar así un incendio de charco (en general, en este caso no habrá explosión y los daños serán menores), c) Dispersarse en un área extensa y producirse la ignición al cabo de un cierto tiempo, de manera que se formara una gran llamarada, d) Lo mismo que en el punto anterior, pero de un modo tal que el frente de la llama se acelera tanto que genera una onda de sobrepresión. La explosión de nube de vapor no confinada representan uno de los mayores peligros dentro de la industria de procesos, el problema principal de este tipo de explosión proviene del hecho que; el alcance que puede llegar a tener la nube de vapor, y de que la ignición de esta nube puede producirse en un punto alejado de la fuente de origen del vertido. Las principales consecuencias de las explosiones de nubes de vapor se deben a la determinación de la onda de sobrepresión, por ser el efecto principal de la misma. 2.3.3.1 Propagación de la onda explosiva en el ambiente Los modelos existentes actualmente para estimar los efectos de explosiones requieren una serie de parámetros que permitan caracterizar la onda de sobrepresión. En la figura 3 se puede constatar que, en todos los casos, la llegada de una onda de sobrepresión se caracteriza por el incremento rápido de la presión en el tiempo, seguido de un descenso del mismo hasta valores por debajo de la presión atmosférica. Normalmente, la presión generada se denomina sobrepresión y puede ser positiva o negativa. Cuando es positiva se constituye dentro de la fase positiva y cuando es negativa, en la fase negativa de la onda de sobrepresión. Otros parámetros interesantes son: el pico de sobrepresión, que es el valor máximo de la sobrepresión, la duración de las fases positivas y negativas de la sobrepresión, el impulso, que es el área por debajo de la curva de sobrepresión vs. tiempo. Debido a la forma triangular de la curva de sobrepresión, el impulso asociado se puede estimar como el área de un triángulo, tomando como altura el pico de sobrepresión y como base la duración de la fase. La primera grafica de la figura 3 correspondería a un explosivo convencional (e.g. TNT). En este caso una cantidad relativamente pequeña de material libera una gran cantidad de energía en muy poco tiempo, es lo más aproximado al caso ideal. Las nubes de vapor se comportan de manera diferente. Aunque es posible que una nube de vapor detone, dadas las condiciones adecuadas, en realidad es muy poco frecuente (no se conoce ningún caso de detonación en nubes de vapor no confinadas) (Berg y Lannoy, 1993). Por lo general, se considera a estos casos como deflagraciones rápidas, aceleradas por la presencia de un determinado grado de confinamiento. Por el hecho de tratarse de deflagraciones, la liberación de energía es mucho más lenta y esto conduce a picos de sobrepresión más bajos aunque la duración de la fase positiva sea mayor. Otra diferencia importante respecto a una explosión ideal es que el daño que estas ocasionan se debe principalmente al paso de la fase positiva, mientras la negativa prácticamente no tiene efectos apreciables. Esto es distinto en el caso de las
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explosiones de nubes de vapor confinadas que pueden alcanzar valores de sobrepresión negativa tan elevados que ocasionen por succión daños importantes en las estructuras (Berg y Lannoy, 1993). Para determinar los daños de sobrepresión ocasionados a los equipos y a la infraestructura, se conocen métodos como el de las ecuaciones probit, que predicen daños y hundimiento de edificios; sin embargo, es necesario determinar el impulso de la explosión y la evolución de la carga en función del tiempo. Sobre este tema, el grupo de Casal J. et al., (1999) indica que resulta complejo, y a menudo poco preciso, determinar por ecuaciones esta respuesta porque existen varios parámetros difíciles de cuantificar, los cuales podrían tener un efecto importante en la respuesta de la estructura. Algunos de estos parámetros son: calidad de la construcción, edad de la construcción, posibles confinamientos parciales, existencia de grietas, etc. Lo que se utiliza con mayor frecuencia, si se desea tener una idea de la magnitud de las consecuencias derivadas de la explosión, son tablas obtenidas a partir de datos históricos o experimentales (Sierra, 2003; Casal J et al., 1999). 2.3.4 Método TNT equivalente para estimación de explosión de nube de vapor no confinada (UCVE) El trinitrotolueno (TNT) es un explosivo convencional. Fue uno de los explosivos más utilizados en el campo militar y esto ha permitido que sus efectos hayan sido estudiados y tabulados. El método del TNT equivalente permite predecir de una forma rápida y sencilla, los daños causados por una explosión de nube de vapor no confinada a partir de la masa del TNT que equivaldría a la cantidad de hidrocarburo implicado; es decir, una cantidad de material que ocasione el mismo nivel de daños (Pritchard, 1998). La relación entre la masa de los hidrocarburos y el equivalente TNT viene dada por la siguiente expresión: Ecuación 1. Masa del TNT equivalente (Berg y Lannoy, 1993)
W TNT = Masa del TNT equivalente (kg) α = Rendimiento de la explosión Wc = Masa de combustible involucrada en la explosión (kg) ∆Hc = Calor de combustión del hidrocarburo (J/kg) ∆HTNT = Calor de combustión del TNT (J/kg) Una vez conocida la masa de TNT equivalente, se puede determinar el valor del pico de sobrepresión (AP) y la distancia normalizada. La distancia normalizada es una distancia a escala estándar y se la puede calcular mediante la siguiente ecuación:
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Ecuación 2. Distancia normalizada (Berg y Lannoy, 1993)
dn = Distancia normalizada en el método TNT equivalente (m kg d = Distancia hasta el lugar de la explosión (m) W TNT = Masa del TNT equivalente (kg)
– 1/3
)
El principal problema de este método es estimar el valor del parámetro α, que representa el rendimiento de la explosión, este factor representa la fracción de la energía liberada que se invierte en generar la onda de presión. En un estudio realizado sobre 23 accidentes, se observó que para nubes de vapor de hidrocarburos, α se podía encontrar en la gama de valores comprendida entre 0,02 % y 15,9 % con una media de 3%. En un 97% de las veces α ≤ 10% y en el 60% de los casos la media es del 4% (Berg y Lannoy, 1993). Los valores más recomendados actualmente son de 3 y de 4% (es decir, α= 0.03; 0.04). Es interesante observar que el rendimiento mecánico de las explosiones de nubes de hidrocarburo es, afortunadamente muy bajo. En realidad, sólo una pequeña parte de la fracción de energía desprendida se convierte en energía mecánica; la mayor parte se convierte en energía luminosa (llamarada). Es este bajo rendimiento lo que hace que las explosiones de nubes no confinadas, a pesar del poder destructivo que tienen, no sean tan devastadoras como en teoría podrían llegar a ser (Pritchard, 1998). El bajo rendimiento mecánico de las deflagraciones de nubes no confinadas es la razón por la cual los hidrocarburos han sido muy poco usados como explosivos con finalidad bélica. Hay solo un par de precedentes (explosivos FAE fuel –air explosives), utilizados por los norteamericanos en la guerra de Vietnam y durante la guerra del Golfo. En ambos escenarios, la parte que se utilizó fue principalmente la radiación térmica (llamarada), y no tanto la energía mecánica (Berg y Lannoy, 1993).
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Figura 4. Valor del pico de sobrepresión según la distancia normalizada Fuente: Berg y Lannoy, 1993. En aplicaciones prácticas, como el caso de las explosiones de nubes de vapor, se debe considerar que probablemente una parte de la nube esté fuera de los límites de inflamabilidad. Sin embargo, este método, utiliza los datos para obtener el peor de los casos posibles, es decir que asume la totalidad de la nube como si ésta estuviera dentro de los límites de inflamabilidad. En los últimos años se han desarrollado más métodos, como el método multienergía y otros más sofisticados, basados en las ecuaciones de conservación de la masa, el momento y la energía gracias a métodos numéricos. Es el caso de los programas VENTEX, FLACS y REAGAS (bi y tridimensionales) (Casal J et al., 1999). 2.3.5 Efectos y consecuencias por sobrepresión en personas, infraestructura y equipos de proceso Una explosión UCVE puede causar daños directos y daños indirectos en las personas. Los daños directos se deben a la sobrepresión, mientras que los daños indirectos se deben a la proyección de fragmentos, al desplazamiento del cuerpo y al colapso de estructuras. Se ha observado que el cuerpo humano es resistente a la sobrepresión porque está formado en una gran parte por agua, un fluido no compresible. Los daños tienen lugar principalmente en las partes del cuerpo susceptibles a ser aplastadas o sea a los espacios vacíos (caja pulmonar o conducto auditivo), especialmente cuando el
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aumento de presión es súbito y no hay tiempo suficiente para adaptarse. En consecuencia, los daños debidos a la sobrepresión pueden ocasionar la muerte por hemorragia pulmonar y daños permanentes por rotura de tímpanos (Sierra, 2003). 2.3.6 Explosión expansiva por vapor de un líquido en ebullición BLEVE (Boiling liquid Expanding Vapour Explosion) Esta clase de explosión es destructiva, puede darse en tanques de almacenamiento presurizados que contienen gases licuados. Para el estudio y la cuantificación de daños, una BLEVE es considerada como la combinación de los fenómenos BLEVE y bola de fuego, ya que esta característica es la más dañina de la explosión. Por lo tanto, se puede afirmar que este fenómeno involucra simultáneamente efectos térmicos y mecánicos (González et al., 2002). El fenómeno sucede porque dentro el tanque se tendrán dos partes: una gaseosa ocupando la parte superior y otra líquida en la parte inferior del tanque, siendo la parte líquida la predominante. Este tipo de explosión puede ser desencadenada por dos factores (González et al., 2002): a) Fuente de calor externa Al estar el tanque en contacto con una fuente de calor (e.g. un incendio) la parte líquida dentro del tanque va incrementando su presión gradualmente al mismo tiempo que el calor modifica las propiedades físicas del tanque, haciendo que éste disminuya su resistencia de diseño. Los tanques de almacenamiento de gases licuados poseen una válvula de seguridad, también llamada válvula de alivio, que expulsa el exceso de presión en el interior del tanque. Esta disminución en la presión ocasiona que el líquido comience a hervir, aumentando así el vapor de gas y generando un nuevo incremento de presión. Eventualmente el debilitamiento de las paredes del tanque por calor y las altas presiones provocan la falla del tanque. Al producirse una ruptura en las paredes del tanque, el líquido se encuentra repentinamente expuesto a la presión atmosférica y ocurre una expansión súbita al pasar el contenido del estado líquido al gaseoso. Este cambio de estado es prácticamente instantáneo y acompañado por un aumento de volumen de cientos o miles de veces. En esta fase, si el contenido del tanque es inflamable, se producirá una bola de fuego causando daños severos alrededor debido a la alta radiación térmica que este tipo de explosión emite. b) Falla del tanque presurizado Una BLEVE también puede producirse sin presencia de calor aplicado sobre el tanque de almacenamiento. Ya sea por desgaste, corrosión o impacto, se produce una falla de las paredes del tanque, lo cual provocará un escape de vapor, esto significa una disminución de presión al interior del contenedor. Esta diferencia de presión hace, a su vez, que el líquido entre violentamente en ebullición, desencadenando así un incremento súbito de
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presión. Finalmente, se produce una explosión con alta probabilidad de generar una bola de fuego en expansión. La representación gráfica de una BLEVE, se observa en la figura siguiente:
Figura 5. BLEVE- Bola de Fuego. a) escape b) incendio c) calentamiento de los depósitos d) explosión y bola de fuego. Fuente: González et al., 2002. Los efectos de una explosión BLEVE son los siguientes (González et al., 2002): a) Sobrepresión por onda expansiva El rápido paso del estado líquido al estado gaseoso provoca una onda de presión. La magnitud de esta onda depende de la presión de almacenamiento dentro del tanque, del calor específico del contenido y de la resistencia mecánica del tanque. b) Proyección de fragmentos Al producirse la explosión, un número de fragmentos metálicos de todo tamaño son disparados en diferentes direcciones a velocidades variables. En ocasiones, gran parte de la estructura es impulsada como un cohete. Dependiendo de la fuerza de explosión, los fragmentos alcanzarán una distancia de varios cientos de metros. c) Radiación térmica por bola de fuego Al producirse la bola de fuego, gran cantidad de energía es liberada en todas direcciones. El alcance de la radiación térmica depende del tipo y cantidad de producto (masa y poder calorífico), de la temperatura del ambiente y de la humedad relativa.
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De estas tres consecuencias la que suele tener mayor impacto y alcance es la radiación térmica por bola de fuego. 2.3.7 Método de estimación de la explosión de vapor de un líquido en ebullición (BLEVE) Un factor usado para la estimación de la distancia al centro de la explosión, ha sido diseñada en las ecuaciones presentadas en la AICHE (1989), en su documento “Guidelines for Evaluating the Characteristics of Vapor cloud Explosions, Flash Fires and BLEVEs” y en el documento de Netherlands Organization for Applied Scientific Research (TNO, 1997), “Methods for the Determination of Possible Damage to People and Objects Resulting from release of Hazardous Materials”; ambos documentos asumen que una fracción seleccionada del calor de combustión, es emitido como radiación térmica en todas las direcciones. La radiación térmica por unidad de área recibida a una distancia determinada desde el punto de origen está determinada por la siguiente ecuación: Ecuación 3. Radiación recibida por unidad desde un punto de origen (AICHE, 1989; TNO, 1997)
q = Radiación por unidad de área recibida por el afectado (Watts /metro cuadrado) m = Ratio de combustión (kilogramos por segundo) a = Transmisividad atmosférica Hc = Calor de combustión (Joules/kg) f = Fracción de calor de combustión irradiado x = Distancia del punto origen al receptor (metros) En ambas publicaciones se asumen valores críticos que consideran el caso más desfavorable en caso de desastre. La fracción de energía de combustión disipada como radiación térmica (f) se establece en un rango de 0.1 a 0.4. El nivel de calor de radiación (q) ha sido asumida en 5000 Watts por metro cuadrado, que puede causar una quemadura de segundo grado en 40 segundos de exposición. Este valor ha sido asumido debido a que las personas podrían escapar del calor en aproximadamente 40 segundos. Ecuación 4. Distancia de afectación para una radiación de 5 kw/m2 por BLEVE (AICHE, 1989; TNO, 1997)
X = Distancia de 5 Kilowatts del punto final por metro cuadrado (m) R = Fracción radial del calor de combustión Tα = Transmisividad atmosférica
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Hc = Calor de combustión del líquido inflamable (joules/kg) Wf = Peso de la substancia inflamable en bola de fuego (kg) t = Duración de una bola de fuego en segundos, estimado desde las ecuaciones siguientes: Para Wf <300000 kg t=0.45Wf1/3
;
Wf >300000 kg t=2.6Wf1/6
2.3.8 Efectos de radiación térmica en personas, infraestructura y equipos de proceso La radiación térmica producida por una explosión BLEVE, causa quemaduras sobre la piel. La profundidad de las quemaduras depende de la intensidad de la radiación (km/m2) y de la dosis recibida (tiempo de exposición). Según sea su profundidad, las quemaduras se clasifican en: 1. Quemadura de primer grado; afecta la epidermis de la piel y provoca dolor de baja intensidad, pero no se forma ampollas en la piel, solo se enrojece. 2. Quemadura de segundo grado; puede ser superficial y profunda, provoca la aparición de ampollas. 3. Quemadura de tercer grado; afecta al grueso de la piel, la cual puede llegar a destruirse. Las quemaduras en la piel provocan la pérdida de fluido y aumentan la probabilidad de infecciones. Una persona con quemaduras de segundo y tercer grado, es altamente susceptible a perder la vida, esto dependerá de la superficie del cuerpo afectada (TNO, 1992). 2.3.9 Umbrales de intervención estimadas para la explosión UCVE y BLEVE Sierra 2003, en su documento “Modelos de vulnerabilidad de las personas por accidentes mayores” indica umbrales guía para las personas, según el grado de sobrepresión para fines preventivos. El umbral de máximo riesgo, es el límite a partir del cual el daño es muy alto o fatal. El umbral de intervención, es el límite donde las consecuencias producen un nivel de daño que justifica la aplicación inmediata de medidas de protección (equipos especiales de brigadistas/bomberos, a una dosis de exposición limitada de tiempo). El umbral de alerta, es el límite a partir del cual los efectos son perceptibles por la población, por lo tanto las personas pueden no usar equipo de protección especial. a) El umbral de intervención estándar para el efecto de sobrepresión ocasionado por las explosiones UCVE es de 0.15 bar de sobrepresión y el umbral de alerta de 0.1 bar de sobrepresión (Sierra, 2003). b) El umbral de intervención estándar para el efecto de radiación térmica ocasionado por las explosiones BLEVE es mayor a 5 Kw/m2 de radiación térmica y el umbral de alerta es de 3 Kw/m2 de radiación térmica (Lea, 2000). 2.4 Descripción de los elementos vulnerables De acuerdo a la terminología establecida por las Naciones Unidas en su publicación de Reducción de riesgos de desastres en 2009, la vulnerabilidad se define como las características y las circunstancias de una comunidad, sistema o bien que los hacen susceptibles a los efectos de una amenaza. Días et al., (2005) indica que la vulnerabilidad es el conjunto de condiciones ambientales, sociales, económicas, políticas y educativas que hacen que estemos más o menos expuestos a un desastre,
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sea por las condiciones inseguras existentes o por su capacidad de recuperación ante tal desastre. La vulnerabilidad está relacionada directamente con la capacidad de respuesta, atenuación o grado de resiliencia de una localidad ante un evento adverso, la cual varía considerablemente en países desarrollados y en países en vías de desarrollo. La vulnerabilidad puede ser: a) Vulnerabilidad física Localización de poblaciones con respecto a una amenaza; como las viviendas que se encuentran cerca de los cauces de ríos o en zonas inundables, en las cuales influyen factores como la pobreza, el desconocimiento o la falta de alternativas para su reubicación. b) Vulnerabilidad técnica Construcciones inadecuadas, como por ejemplo; las edificaciones sin diseño antisísmico, muchas de estas construcciones son consecuencia del incumplimiento de las normas y procedimientos existentes en los municipios. La licencia de construcción debe ser un requisito previo al inicio de una construcción. c) Vulnerabilidad ecológica Debilitamiento y/o destrucción de las reservas o recursos del medio ambiente (agua, suelo, flora, fauna, biodiversidad) y ecosistemas naturales. Por ejemplo; la erosión provocará el aumento de derrumbes o avalanchas. d) Vulnerabilidad económica Se refiere al mal uso de los recursos económicos o la ausencia de ellos, para las acciones de prevención. En tal caso se considera a la prevención como una inversión con mejores resultados a largo plazo. La pobreza es considerada como una limitante en la prevención de riesgos, por la falta de recursos para invertir en sistemas de prevención. e) Vulnerabilidad social Se refiere a la carencia de redes sociales y toma de decisiones capaces de generar cohesión y capacidad para reducir los riesgos o responder adecuadamente a las emergencias. f)
Vulnerabilidad política
Grado de descentralización de las decisiones y fortaleza de las instancias locales, participación de la población, representatividad y autonomía de las instituciones, para acciones de prevención y respuestas a desastres.
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g) Vulnerabilidad cultural Autoestima colectiva, sentido de pertenencia a una comunidad, identidad nacional, regional y local. En muchas comunidades se asumen los desastres como hechos que no van a ocurrir o por el contrario hechos que van a ocurrir de todas maneras, lo cual reduce el esfuerzo para prevenir los riesgos y dificulta al planteamiento de acciones para la prevención de desastres. h) Vulnerabilidad educativa Limitada calidad de la educación e insuficiente incorporación dentro de los programas de estudio de las temáticas de gestión de riesgo, protección ambiental o preparación para emergencias. La vulnerabilidad puede ser cuantificada por los elementos en riesgo expuestos ante una determinada amenaza. La vulnerabilidad en este caso aumenta el grado de exposición de los elementos en riesgo. 2.4.1 Elementos en riesgo Los elementos en riesgos son las personas, actividades, procesos y los objetos que pueden ser afectados directa o indirectamente por fenómenos amenazantes. Puede dividirse en 5 Grupos: a) Sociales: Se refiere al número de población afectada por una condición amenazante. b) Infraestructura: Se refiere al número de infraestructura física amenazada (la vivienda, la industria, el comercio, y los servicios públicos). c) Económicos: Se refiere al costo de pérdida (costo por infraestructura, al paro de la cadena productiva) según la afectación de la amenaza. d) Ecológicos: Se refiere al costo de pérdida ambiental o grado de contaminación de beneficios ambientales (agua, aire, suelo) según la afectación de la amenaza. e) Capacidad de respuesta: Se refiere a la capacidad de atención al desastre o al grado de resiliencia que tiene un lugar para reponerse ante el efecto amenazante. 2.5 Determinación de área de Riesgo El riesgo corresponde a una situación de exposición ante una amenaza natural, condición o actividad humana. El nivel de riesgo se establece en relación al tipo de amenaza, a la actividad o a la vulnerabilidad intrínseca de las condiciones dadas, en este sentido, el riesgo es el resultado de la interacción entre la dinámica del medio ambiente natural y el medio ambiente construido. Según Días et al., (2005), se puede concebir al riesgo como una creación humana, una construcción social producto del desconocimiento de la dinámica y alcance de los procesos naturales en sus manifestaciones extremas, situación a la que se suman los problemas socioeconómicos, los culturales y la carencia de normativas y propendan a alcanzar una situación de seguridad sostenible.
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El riesgo se puede expresar como la probabilidad de que un accidente o desastre suceda como consecuencia de la combinación de las amenazas y las condiciones de vulnerabilidad. Por lo que muchos autores han descrito al riesgo a través de la siguiente fórmula (Wilches, 1998): RIESGO = AMENAZA * VULNERABILIDAD Riesgo es el producto de la amenaza por la vulnerabilidad, estos términos se los puede describir como los factores del riesgo. 2.5.1 Factores del riesgo; Amenaza y vulnerabilidad Los efectos que puede causar un desastre varía dependiendo de las características propias de los elementos expuestos y de la naturaleza del evento mismo. El impacto puede causar diferentes tipos de alteraciones. 2.5.2 La consumación del riesgo, el desastre El grupo de Días et al. (2005), describió al desastre como fenómeno destructivo que actúa sobre las condiciones de vulnerabilidad, produciendo graves daños contra la vida y los bienes materiales, que por lo general irrumpen el normal funcionamiento de la sociedad. Por ello, define al desastre como aquella situación en la que dada la ocurrencia de un evento, altera el funcionamiento normal de un sistema. Son varias las experiencias que demuestran que las consecuencias de un desastre, han resultado en lamentables consecuencias, como; la pérdida de vidas humanas, daños ambientales, económicos y sociales. Es un efecto colateral que provoca gran sufrimiento en las personas y en muchos casos la recuperación total ha sido muy difícil para la sociedad Solís (1997). Dependiendo el grado de afectación o la magnitud del impacto, en ocasiones ha sido necesaria la intervención de ayuda departamental, nacional e internacional (Días et al., 2005). Según Wilches (1998), desde el punto de vista del aprendizaje y la experiencia, los desastres son el resultado de un riesgo no controlado. 2.5.3 El análisis de riesgo Un análisis de riesgo consiste en el uso de información disponible para estimar el riesgo de amenazas a individuos o poblaciones, propiedad o medio ambiente. El análisis de riesgo, propuesto por Anandita Sengupta (2007) en un estudio denominado ¨Industrial Hazard, Vulnerability and Risk Assessment for Landuse Planning¨, comprende los siguientes pasos: a) b) c) d) e) f)
Definición del alcance. Identificación del peligro (amenaza). Estimación de la probabilidad de ocurrencia para estimar la amenaza. Evaluación de la vulnerabilidad de los elementos en riesgo. Identificación de consecuencias. Estimación del riesgo.
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El análisis del riesgo debe incluir la observación detallada de todas las variables técnicas y naturales que puedan afectar a las instalaciones y su área de influencia, a fin de que los métodos de control eviten o minimicen situaciones de inseguridad, incluyendo el dimensionamiento de los sistemas y equipos de rescate (Osinergmin, 2011). El estudio previo para el análisis de riesgos debe tener las siguientes consideraciones: a) Descripción completa del proceso, análisis de cada una de sus partes. b) Determinación de los posibles escenarios de riesgo del establecimiento, incluyendo los riesgos por agentes externos. c) Estimación de tiempo y capacidad de respuesta del propio establecimiento. d) El tipo, cantidad y ubicación del equipamiento de detección, alarma y control de emergencias. e) Clasificar el riesgo y evaluar los efectos a la vida, a la propiedad y al medio ambiente. A continuación se muestra un esquema resumido, en el cual se encuentran algunas definiciones de riesgo:
Figura 6. Esquema de definiciones de riesgo Fuente: British Standards Institution, 1995. 2.5.4 Zonificación de áreas de riesgo Wilches (1998), señala que un mapa de riesgo debe expresar tanto las amenazas (mapa de amenazas), como los bienes sociales en condición de vulnerabilidad (mapa de vulnerabilidad), en donde se visualice todos los elementos que hacen a la vulnerabilidad y que podrían ser afectados. De esta forma, construir el escenario de riesgo significa ilustrar gráficamente cuál podría ser área de afectación.
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Los mapas de riesgo son elaborados en programas que utilizan las herramientas de sistemas de información geográfica (SIG). Los SIG son herramientas útiles que permiten modelar las observaciones halladas en una investigación, estudio o análisis. Estos programas procesan datos de entrada (input), para determinar un resultado final y modelarlo en un mapa de salida (output). La zonificación del riesgo puede ser descrita de dos formas: a) Descripción cuantitativa del riesgo Es una descripción que usa valores numéricos para describir el grado de probabilidad, vulnerabilidad y consecuencias, resultando en un valor numérico del riesgo. b) Descripción cualitativa del riesgo Es una descripción que usa escalas de clasificación descriptiva (e.g. alto, moderado, bajo) para representar la magnitud, las consecuencias potenciales y la probabilidad en que esas consecuencias ocurrirían.
Capítulo 3: Metodología
3.1 Descripción de las acciones, del fundamento teórico y de las técnicas e instrumentos para el análisis de riesgo En el cuadro 2 se describen las acciones, las bases del fundamento teórico y las técnicas e instrumentos para el análisis de riesgo, que se siguieron metodológicamente en el presente estudio. Cuadro 2. Descripción de las acciones, del fundamento teórico y de las técnicas e instrumentos para el análisis de riesgo
Objetivo específico
Determinar los radios de alcance de la explosión de la Unidad de PDA,
Acciones
Describir los pasos del proceso de construcción de un árbol de criterios para el objeto de estudio, según el método de evaluación espacial multi criterio (EEMC)
Fundamento teórico
Técnicas /instrumentos
Herramientas SIG – ILWIS 3.3.10
Método de análisis del EEMC;
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Evaluación espacial multi criterio (EEMC) para la evaluación de vulnerabilidad y riesgo en aplicaciones SIG.
Obtención de información por: Describir el proceso de la Unidad de PDA.
- Fuentes primarias - Fuentes secundarias
Identificar el equipo con mayor potencial de amenaza por explosión para la Unidad de PDA, por proceso.
Matriz para la identificación de la fuente de mayor amenaza, basada en la probabilidad y magnitud del impacto, citada en Marco teórico.
Métodos de estimación explosiones para; Determinar el radio de alcance de la explosión en la Unidad de PDA.
de
- Nubes de vapor no confinadas (UCVE) - Vapor de un líquido en ebullición (BLEVE).
Documentos internos de la unidad de PDA- RCBA, información técnica e industrial.
Análisis grupal con especialistas multicriterio, para la designación del equipo con mayor potencial de explosión por proceso, en la Unidad de PDA Implementación de ecuaciones para el análisis determinado. Obtención de variables requeridas por las ecuaciones. Bibliografía y de análisis de laboratorio. Realizar cálculos. Revisión de resultados grupal con especialistas del grupo multicriterio. Herramientas SIG – ILWIS 3.3.10 - Mapa de entrada (Ikonos)
Cálculo de mapas resultado y su visualización a través del Software del sistema de información geográfica (SIG). Modelar el radio de alcance de la explosión de la Unidad de PDA.
- Cálculo de los mapas resultado y su visualización. - Mapas de salida;
1.
2.
Identificación de radios de impacto Establecimiento de zonas de amenaza.
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-Mapa de Amenaza. 1) explosión UCVE.
las -Mapa de Amenaza. 2) explosión BLEVE.
Herramientas SIG – ILWIS 3.3.10 Determinar la vulnerabilidad total de los elementos en riesgo; población, infraestructura y producción.
Describir y analizar los elementos en riesgo: - Población (cantidad) - Infraestructura (costo) - Producción vulnerable y pérdida de producción (costo)
Método de análisis; Evaluación espacial multicriterio (EEMC) para la evaluación de vulnerabilidad y riesgo en aplicaciones SIG. A través del árbol de criterios planteado inicialmente.
-Obtención y análisis de datos. -Mapa de entrada (Ikonos). - Estandarización de datos Cálculo del mapa resultado y su visualización. -Mapa de salida; mapa de Vulnerabilidad total. Herramientas SIG – ILWIS 3.3.10
Determinar el área de riesgo por explosión de la Unidad de PDA de la Refinería Gualberto Villarroel de Cochabamba (RCBA).
Determinar el área de riesgo por explosión, por método de evaluación espacial multi-criterio.
-Ponderación de valores y mapas con el grupo multicriterio. Espacial multi criterio (EEMC) para la evaluación de vulnerabilidad y riesgo en aplicaciones SIG.
- Cálculo de los mapas resultado y su visualización.
-Explosión por UCVE
-Mapa de salida;
-Explosión por BLEVE
Mapa de Riesgo. 1) explosión UCVE. Mapa de Riesgo. 2) explosión BLEVE.
3.2 Determinación de los radios de alcance por explosión en la Unidad de PDA 3.2.1 Descripción de los pasos de construcción de un árbol de criterios para el objeto de estudio, según el método de evaluación espacial multicriterio (EEMC) 3.2.1.1 Identificación del objetivo principal y del ámbito de aplicación El análisis del riesgo por explosión de la Unidad de PDA de la Refinería de Cochabamba, fue el objetivo principal del presente estudio y el ámbito de aplicación del mismo fue la planta de Refinación de Cochabamba, que está ubicada en el Km 6 ½ de la Avenida Petrolera en la zona de Valle Hermoso.
30
3.2.1.2 Identificación de una jerarquía de objetivos secundarios o la lógica de intervención Para el análisis de riesgo, se identificó primeramente la mayor amenaza por proceso, de la Unidad de PDA de la Refinería. Se consideró para esto, los parámetros fisicoquímicos a partir del cual se simuló una explosión (volumen, masa de la sustancia inflamable, etc.). Para esto fue necesario conocer el proceso de la Unidad de PDA para identificar a los equipos y entre ellos clasificar el de mayor potencial de riesgo, a través de una matriz de amenaza que se valoró con un grupo multidisciplinario de especialistas. Este análisis previo se explicará a detalle en una sección más adelante. Una vez determinada el área de alcance de la explosión (distancia), se prosiguió a evaluar los elementos vulnerables de la zona afectada, a través de un análisis de vulnerabilidad implementando método de evaluación EMC. Donde se obtuvo la vulnerabilidad máxima del área. Finalmente obtenidos amenaza y la vulnerabilidad, con sus valores determinados para cada uno, se realizó el análisis de riesgo final. Este análisis se lo obtuvo por el producto de ambos factores y una matriz de riesgo para cada tipo de explosión. 3.2.1.3 Designación de un grupo multidisciplinario para establecer criterios de juicio Se conformó un grupo de especialistas, que apoyó en la identificación de los criterios evaluados en el presente estudio, así como en la definición de un árbol de criterios, la estandarización y la determinación de pesos según el método de análisis EEMC. También colaboraron con el análisis de amenaza, es decir, con la identificación de la mayor amenaza por proceso de la Unidad de PDA. Este grupo se conformó por profesionales que trabajan en el área de procesos, ingeniería, seguridad industrial y producción de lubricantes de la Refinería de Cochabamba. Además del apoyo de un especialista del área de Sistemas de información Geográfica. a) Lic. Ing. Virgilio Arze Castro Licenciado en Ingeniería Mecánica, Universidad San Simón. Cochabamba Bolivia. En febrero de 1989. Diplomado en Ingeniería de Petróleo y Gas Natural, Universidad Privada Boliviana (UPB). Cochabamba Bolivia. En junio de 2005. Especialidad en Ingeniería de Inspección de equipos y aplicación de Ensayos no Destructivos (NDT´s). Formación UN-RECAP Petrobras – Brasil. En septiembre de 2001. Certificaciones Nivel II conforme SNT-TC-1ª. The American Society for Nondestructive Testing (ASNT), International Welding Services. Validado para las últimas certificaciones de 2013 vigente hasta 2018. En mayo 2003.
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Auditor líder de ISO 9001, ISO 14001/OHSAS 18001, Empresas Petrobras Bolivia/YPFB Refinación. Bureau Veritas/TÜV Rheinland Bolivia. Cochabamba Bolivia. De marzo de 2002. Expositor en el primer congreso mundial de manteniendo realizado en Bahia –Brasil; En octubre de 2002. Gerente de Inspección. Refinería “Gualberto Villarroel” de Cochabamba. Cochabamba Bolivia. PETROBRAS Bolivia. Desde enero 2003 hasta junio 2007 Gerente de Inspección. YPFB Refinación S.A. – Refinería “Gualberto Villarroel” de Cochabamba. Cochabamba Bolivia. Desde junio 2007 a la fecha. b) Lic. Msc. Mauricio Iván Bustos Valdivieso Licenciado en Ingeniería Química Universidad Mayor de San Simón. Cochabamba Bolivia. En noviembre de 1999. Diplomado en tecnología y gestión del petróleo y gas natural. Universidad Privada Boliviana UPB. Cochabamba Bolivia. En agosto de 2004. Process Burner Fundamentals. The Jhon Zink Institute. Cochabamba Bolivia. En junio de 2005. Programa de Multi especialización de Operadores. Universidad Privada Boliviana. Cochabamba Bolivia. En noviembre de 2005. Desempeño profesional en Canadian Energy Enterprises CEE Cochabamba Bolivia. Desde septiembre de 2000 a septiembre de 2001.
Bolivia
S.R.L.
Desempeño profesional en Planta FINO. Área de refinería, funciones como Supervisor de planta, Cochabamba Bolivia. Desde octubre del 2002 a octubre del 2003. Desempeño profesional en el área de Producción de Lubricantes, funciones como Supervisor de planta, YPFB Refinación S.A. – Refinería “Gualberto Villarroel” de Cochabamba Bolivia. Desde noviembre de 2003 a la fecha. c) Lic. Ing. Ronald H. Taborga Wieler Licenciado en Ingeniería Química, Universidad de Mogi das Cruzes. Sao Pablo Brasil. En enero de 1990. Especialización en Espagio de Petroquímica. Petroquímica Uniao. Santo André. Sao Pablo Brasil. En diciembre de 1990
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Auditor interno de auditorías de gestión integrados según ISO 9001:2000, ISO 14001:2004,OHSAS 18001:2007. TUV Rheinland Argentina S.A. Cochabamba Bolivia. De noviembre de 2007. Desempeño profesional en el área de Producción de Carburantes, funciones como Gerente Sectorial, PETROBRAS – Refinería “Gualberto Villarroel” de Cochabamba Bolivia. Desde noviembre de 1999 hasta enero de 2007. Desempeño profesional en el área de ingeniería, funciones como Gerente de área de optimización, PETROBRAS – Refinería “Gualberto Villarroel” de Cochabamba Bolivia. Desde enero de 2007 hasta junio de 2007. Desempeño profesional en el área de procesos, funciones como Gerente de área de procesos, YPFB Refinación S.A. – Refinería “Gualberto Villarroel” de Cochabamba Bolivia. Desde junio de 2007 hasta enero de 2013. Desempeño profesional en el área de ingeniería, funciones como Gerente de fiscalización de la nueva Unidad de Regeneración Catalítica. NURC. YPFB Refinación S.A. – Refinería “Gualberto Villarroel” de Cochabamba Bolivia. Desde enero de 2013 hasta la fecha. d) Lic. Msc. Juan Manuel Uría Soruco Ingeniería de Producción Universidad Privada Boliviana UPB. Cochabamba Bolivia. En mayo de 2001. Diplomado en Gestión de petróleo y gas natural. Universidad Privada Boliviana UPB. Cochabamba Bolivia. En diciembre de 2004. Magister en Ingeniería en Gestión de medio Ambiente y recursos naturales (Environmental and Resource Management Brandenbrgische Technische Universitat. Cottbus- Alemania. En septiembre 2007. Gerente seguridad, medio Ambiente y salud. YPFB Refinación S.A. – Refinería “Gualberto Villarroel” de Cochabamba. Desde octubre de 2007 a marzo de 2010. Profesional en el Departamento de Gestión y Planificación. YPFB Refinación S.A. – Refinería “Gualberto Villarroel” de Cochabamba. Desde abril de 2010 a diciembre de 2012. Profesional en el área de seguridad, medio ambiente y salud, como encargado de referente y fiscalización en los proyectos mayores que se llevan adelante en YPFB Refinación S.A. – Refinería “Gualberto Villarroel” de Cochabamba Bolivia. Desde enero de 2013 hasta la fecha.
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e) Lic. Msc. Carlos Román Calvimontes Ingeniero agrónomo, Universidad EARTH, Costa Rica, en noviembre de 2004. Especialista en evaluación de recursos hídricos. CLAS-UMSS, Cochabamba, en junio de 2007. Magíster en ciencias de la geoinformación y observación de la tierra, modelamiento y manejo integrado de cuencas, Universidad de Twente, Holanda, en febrero de 2009. Desempeño profesional como consultor en medio ambiente: evaluación de recursos hídricos y modelamiento de procesos ambientales asistidos por SIG, hasta la fecha. 3.2.1.4 Identificación de los criterios, los cuales miden el rendimiento de los objetivos secundarios Para la determinación de la amenaza en la unidad de PDA, se determinaron dos criterios: a) La explosión de nube de vapor no confinada (UCVE) b) La explosión de vapor de un líquido en ebullición (BLEVE) Para la determinación de la vulnerabilidad, se realizó un estudio a través de los elementos vulnerables del área en amenaza, los cuales fueron: a) Población vulnerable b) Infraestructura vulnerable c) Producción vulnerable o pérdida de producción. 3.2.1.5 Definición de un “árbol de criterios” el cual representa la jerarquía del objetivo principal, los objetivos secundarios y los criterios A continuación se presenta un flujograma, donde se encuentra el árbol de criterios del estudio, la estandarización de los criterios se encuentra en la siguiente sección:
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Identificación del área de estudio
Obtención de datos y recopilación de información
Descripción de la Unidad de PDA
Elementos vulnerables
Población Identificación del riesgo por explosión
NO No hay Riesgo
Infraestructura Producción
SI
ARBOL DE CRITERIOS
Identificar el equipo con mayor potencial de explosión en la U. PDA.
Evaluación de elementos vulnerables (Criterios)
Matriz de amenaza
Determinar el radio de amenaza por explosión Ecuaciones matemáticas UCVE y BLEVE NO Modelación
Clasificación Color Ninguna Baja Moderada Alta Muy Alta
Matriz de Riesgo (A x V), UCVE
EEMC
SI
Infraestructura Casaca vulnerable
SI
Modelación
NO
Clasificación Color Ninguna Baja Moderada Alta Muy Alta
Explosión UCVE en la U.PDA
Población vulnerable
Explosión BLEVE en la U.PDA
NO
No hay Riesgo
Matriz de Riesgo (A x V), BLEVE
Producción vulnerable
SI
Clasificación Color Ninguna Baja Moderada Alta Muy Alta
Clasificación Color Ninguna Baja Moderada Alta Muy Alta
Clasificación Color Ninguna Baja Moderada Alta Muy Alta
EEMC Grupo M
Grupo Multidisciplinario Vulnerabilidad máxima
Riesgo explosión UCVE
Riesgo explosión BLEVE
Figura 7. Definición del árbol de criterios para el análisis de riesgo de explosión de la Unidad de PDA
35
3.2.1.6 Determinación de un método de estandarización por cada criterio Para el análisis de amenaza, fue necesario determinar previamente al equipo instrumental con mayor potencial de riesgo de explosión de la Unidad de PDA, por proceso. Al identificar este equipo se obtuvo los datos que se requieren para que según las ecuaciones matemáticas se pueda determinar los grados de sobrepresión para la explosión UCVE y radiación térmica para la explosión BLEVE. La sobrepresión y la radiación térmica son el efecto de mayor consecuencia de cada explosión. El equipo identificado fue el centro de la explosión, a partir del cual se realizaron las estimaciones. Con los valores obtenidos se realizó la estandarización que varío entre porcentajes de 0 a 1 y se establecieron 5 zonas de clasificación para la amenaza; muy alta, alta, moderada, baja y ninguna con sus respectivos colores. Con esta clasificación se pudo obtener un resultado del mapa de amenaza como se enseña en el siguiente cuadro. Cuadro 3. Estandarización, clasificación, valoración y color para a) Explosión de nube de vapor no confinada (UCVE) y b) Explosión de vapor de un líquido en ebullición (BLEVE) Criterio a) Explosión Amenaza 1 UCVE
Criterio b) Amenaza 2 Explosión BLEVE
Unidad
(Bar)
Unidad
(kw/m2)
Sobrepresión
Estandarización
Valor
Clasificación
0 Mínima Máxima Radiación térmica
0 0.25 0.5 0.75 1
0 1 2 3 4
Ninguna Baja Moderada Alta Muy Alta
Estandarización
Valor
Clasificación
0 0.25 0.5 0.75 1
0 1 2 3 4
Ninguna Baja Moderada Alta Muy Alta
0 Mínima Máxima
Color
Color
Se estandarizaron también los criterios propuestos para la evaluación de la vulnerabilidad, y de igual forma se procedió a establecer una clasificación y color tal como se muestra en el cuadro siguiente:
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Cuadro 4. Estandarización clasificación y color para criterios de vulnerabilidad Criterios
1. Población
Vulnerabilidad
Unidad
Cantidad (u)
Costo de inversión de la Obra civil (miles de dólares) 2. Infraestructura
3. Producción
Inversión de los equipos de producción (millones de dólares) Costo de producción (mil dólares/ día)
Estandarización 0 Cantidad mínima Cantidad máxima 0 Costo mínimo Costo máximo 0 Costo mínimo Costo máximo 0 Costo mínimo Costo máximo
0 0.25 0.5 0.75 1 0 0.25 0.5 0.75 1 0 0.25 0.5 0.75 1 0 0.25 0.5 0.75 1
Valor 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
Clasificación
Color
Ninguna Baja Moderada Alta Muy Alta Ninguna Baja Moderada Alta Muy Alta Ninguna Baja Moderada Alta Muy Alta Ninguna Baja Moderada Alta Muy Alta
3.2.1.7 Asignación de mapas de entrada (Input), para cada alternativa El mapa de entrada para el análisis de amenaza fue una sub escena de una imagen satelital Ikonos del año 2012, área de Cochabamba, Valle Hermoso. En esta sub escena se ubicaron los radios de alcance de ambas explosiones estudiadas, UCVE y BLEVE. De este proceso se obtuvo dos mapas de salida o dos mapas de amenaza. Para hallar el mapa de vulnerabilidad máxima, se usaron los datos reales de cada criterio, valores de población vulnerable (en cantidad de personas), de producción vulnerable (en miles de dólares por día) y de infraestructura vulnerable. Este último fue dividido en dos: infraestructura de obras civiles (en miles de dólares) e infraestructura de planta de producción (en millones de dólares), justamente por la diferencia de sus unidades de medición. De este análisis se obtuvo el mapa de vulnerabilidad máxima como mapa resultado. Finalmente se consideró al mapa de salida de amenaza y de vulnerabilidad, con sus valoraciones correspondientes, para utilizarlos como mapas de entrada para el análisis de Riesgo. Los radios de alcance fueron diferentes para cada explosión, como también las consecuencias derivadas de ellas, por lo tanto se realizó un análisis propio de riesgo para cada una.
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3.2.1.8 Ponderación de criterios en el “árbol de criterios” La ponderación de criterios se estableció con el grupo multidisciplinario. Para ello se hizo una reunión y se prosiguió al estudio de cada criterio para la determinación de los pesos correspondientes. El pesado fue plasmado en una matriz de riesgo para cada explosión. La matriz es el método por el cual la RCBA pondera los niveles de riesgo actualmente, esta se basa en la definición básica del riesgo, el cual es producto de la amenaza por la vulnerabilidad. Para la designación de pesos se consideraron los efectos y consecuencias en personas, infraestructura y equipos de proceso descritos por LEA (2000) y Casal J. et al., (1999). Cuadro 5. Matrices de riesgo para a) Explosión de nube de vapor no confinada (UCVE) y b) Explosión de vapor de un líquido en ebullición (BLEVE).
Vulnerabilidad
Amenaza
a) Matriz Riesgo (UCVE)
Baja
Moderada
Alta
Muy alta
1
2
3
4
Baja
1
1
2
3
4
Moderada
2
2
4
6
8
Alta
3
3
6
9
12
Muy Alta
4
4
8
12
16
Vulnerabilidad
Amenaza
b) Matriz Riesgo (BLEVE)
Baja 1
Moderada 2
Alta 3
Muy alta 4
Baja Moderada
1 2
1 2
2 4
3 6
4 8
Alta Muy Alta
3 4
3 4
6 8
9 12
12 16
Riesgo
Color
Ninguno Bajo Moderado Alto Muy Alto
Con estas matrices se obtuvieron los valores de riesgo para cada tipo de explosión.
38
3.2.1.9 Procedimiento para el cálculo de mapas de amenaza y vulnerabilidad El procesamiento espacial se realizó con el software ILWIS 3.3.10, un ambiente SIG especializado en el tratamiento de información geográfica de distinto origen (imágenes, tablas, ecuaciones, etc.). Como mapa de ingreso se utilizó una sub escena de la imagen satelital Ikonos de la gestión 2012, de un metro de resolución espacial, del área de Cochabamba, Valle Hermoso. Inicialmente la sub escena fue geo-referenciada a partir de puntos de control en el terreno. Posteriormente, se proyectó la misma en sistema de coordenadas UTM, con Datum WGS84. Sobre la imagen procesada, se delimitó el área de la refinería y las distintas estructuras consideradas para el análisis de amenaza. Para el cálculo del mapa de amenaza se utilizaron las distancias que se obtuvieron como resultado de las ecuaciones matemáticas para la explosión UCVE y BLEVE. Con los resultados de las ecuaciones, se obtuvieron mapas de distancia. Los mapas fueron categorizados de acuerdo a la explosión UCVE y BLEVE, según la estandarización planteada en el estudio. Sobre el mapa de estructuras digitalizado se categorizaron las estructuras de acuerdo a los criterios establecidos. Se crearon tablas de atributos llenas de los códigos numéricos de sus características, para esto se crearon dominios tipo clase con sus respectivas representaciones. Cada elemento vulnerable, por su parte, fue re-categorizado según su criterio establecido (e.g. población vulnerable, infraestructura vulnerable y producción vulnerable). Para el mapa de máxima vulnerabilidad el criterio fue considerar el valor máximo de los elementos de vulnerabilidad estudiados (población, infraestructura y producción). Finalmente, el mapa de riesgo fue el resultado del cruce de los mapas de amenaza por la máxima vulnerabilidad. 3.2.2 Descripción de la Unidad de Desasfaltado por propano – PDA Se hizo una revisión al proceso industrial y a las fichas técnicas de la unidad de PDA. Esta información se obtuvo en las oficinas del área de lubricantes y de la biblioteca de la RCBA. Básicamente se hizo una revisión a los documentos siguientes: a) Descripción de las Unidades que constituyen el complejo de Lubricantes. Cochabamba, Bolivia (Barrientos y Prudencio, 1997). b) Procedimientos de trabajo de la Unidad de PDA, área de producción de Lubricantes. c) Flujo grama y plano de la Unidad de PDA con los datos técnicos del proceso industrial (Anexo D). d) Ficha técnica de la sustancia peligrosa; propano (Anexo C).
39
e) Procedimientos de trabajo del departamento de Seguridad, medio ambiente y salud, que incluyen a los sectores productivos de lubricantes, RCBA. Se realizaron algunas revisiones y se actualizaron algunos datos técnicos y operativos con el apoyo del supervisor del área de producción de lubricantes. 3.2.2.1
Procedimientos de trabajo afines al estudio
Se elaboró un listado de los procedimientos de trabajo relacionados al estudio, se encontraron 9 procedimientos correspondientes a la Unidad de PDA de los 55 procedimientos existentes para todo el sector. De igual forma fueron identificados 21 procedimientos de trabajo, de los 47 procedimientos existentes del departamento de Seguridad, Medio Ambiente y Salud de la RCBA que incluyen medidas de control y acciones a ser asumidas en caso de presentarse incendios y/o explosiones en la refinería “Gualberto Villarroel” (Anexo E). Para el presente estudio fueron considerados solo 3 procedimientos de trabajo; Identificación y evaluación de aspectos/impactos y peligros/daños, Plan de emergencia local refinería “Gualberto Villarroel”, Análisis preliminar de riesgos (APR´s) en la refinería “Gualberto Villarroel”. De los cuales, se obtuvo información relevante de análisis y modelo de evaluación de riesgos a partir de matrices, de modo que la metodología planteada vaya acorde a los modelos que se utilizan en la RCBA. 3.2.3 Identificación del equipo con mayor potencial de explosión de la Unidad de PDA, por proceso Se creó la matriz para la evaluación de la amenaza con el grupo de especialistas. La matriz elaborada considera principalmente dos factores; la probabilidad de un accidente (frecuencia) y la magnitud de impacto (intensidad): Amenaza (Peligro) = Probabilidad * Magnitud La matriz es genérica ya que tiene su base en el fundamento teórico de evaluación de amenaza, por lo que puede ser implementada a otras áreas de producción. La matriz analiza por separado a; la probabilidad de ocurrencia en grados de frecuencia (cuadro 6) y la magnitud de impacto en grados de intensidad de daño (cuadro 7). Cuadro 6. Valores de probabilidad, según los grados de frecuencia Grado de frecuencia
Explicación
Poco Frecuente
1 vez al año
1
Frecuente
1 vez al mes
2
Muy frecuente
1 vez a la semana
3
Siempre
Todos los días
4
40
Valor
Cuadro 7. Valores de magnitud según intensidad de daño Grados de intensidad
Explicación Daño sin baja médica fácilmente reparable. Daño con baja médica medianamente reparable. Daño con baja médica difícilmente reparable. Daño con baja médica fatalidad y no reparable.
Poco Mediano Alto Muy Alto
Valor y
1
y
2
y
3
o
4
Es por el análisis de ambas variables que es posible determinar la mayor amenaza del objeto de estudio, para este caso uno de los equipos de proceso de la Unidad de PDA. Cuadro 8. Matriz para la identificación de Amenaza
Intensidad
Probabilidad
Matriz de Amenaza
Amenaza
1
2
3
4
Ninguna
1
1
2
3
4
Baja
2
2
4
6
8
Moderada
3
3
6
9
12
Alta
4
4
8
12
16
Muy Alta
Color
Para el llenado de la matriz con el grupo de análisis, se utilizaron los datos técnicos del proceso industrial de la Unidad de PDA. 3.2.4 Determinación del radio de alcance de la fuente de mayor amenaza por explosión de la Unidad de PDA El análisis de estudio se basó en los dos casos posibles de explosión para la Unidad PDA. Explosión de nube de vapor no confinada (UCVE) y explosión por vapor de un líquido en ebullición (BLEVE). Para ambos casos se estudió el efecto más dañino como es; la sobrepresión generada por la explosión UCVE y la radiación térmica que emite la bola de fuego en una explosión BLEVE. Se usaron las ecuaciones propuestas en marco teórico correspondientes a cada caso. Las variables requeridas en las ecuaciones fueron las siguientes:
41
Cuadro 9. Variables requeridas por las ecuaciones del presente estudio Variables de Fórmula
Unidades
Ecuación
Rendimiento de la explosión (α) Volumen de la sustancia inflamable Calor de combustión (Hc) Masa de combustible (Wc) o peso de la sustancia inflamable (Wf) Calor de combustión de TNT (H) Masa TNT equivalente (W) Constante de radiación térmica (q) Fracción radial Transmisividad atmosférica (Tα) Gravedad específica (G) Tiempo de combustión de la sustancia inflamable Tasa de combustión (m) Duración de bola de fuego (t) (*) Al 75% de rendimiento actual
Adimensional m3 J/kg
2.1 2.1 2.1
Kg
2.1, 2.4, 2.3
J/Kg Kg Kw/m2 Adimensional Adimensional Adimensional
2.1, 2.4, 2.3 2.1 2.4 2.4 2.4 2.4, 2.3
s
2.4
kg/s s
2.3 2.4
El rendimiento de la explosión recomendada para nubes de vapor generada por hidrocarburos es de 0.03%, es decir que sólo una pequeña parte de la fracción de energía desprendida se convierte en energía mecánica (sobrepresión); la mayor parte se convierte en energía luminosa (llamarada) (Berg y Lannoy, 1993). El volumen de la sustancia inflamable fue hallado con las dimensiones del equipo identificado como fuente de mayor amenaza. El calor de combustión del propano se obtuvo con el valor del poder calorífico, para el caso de radiación térmica. Por definición el poder calorífico de un combustible es la cantidad de energía desprendida en la reacción de combustión, referida a la unidad de masa (o volumen) de combustible. En otras palabras, es la cantidad de calor que entrega un kilogramo (o un metro cúbico de combustible) al oxidarse en forma completa. La magnitud del poder calorífico puede variar según como se mida en poder calorífico superior (PCS) y poder calorífico inferior (PCI). El PCS, es la cantidad total de calor desprendido en la combustión completa de 1 kg de combustible, cuando el vapor de agua originado en la combustión se condensa y se la contabiliza. El PCI, es la cantidad total de calor desprendido en combustión completa de 1 kg de combustible, sin considerar la parte correspondiente al vapor de agua resultante de la combustión ya que no se produce cambio de fase y el agua de la combustión es expulsada como vapor. Para el presente estudio se consideró el poder calorífico inferior (PCI). El valor del poder calorífico inferior de la sustancia inflamable, se obtuvo a través del laboratorio de la RCBA, el cual proporcionó los datos del estudio cromatográfico de la misma (Anexo F y G). La masa de combustible (Wc) o peso de la sustancia inflamable (Wf) fue calculado con los valores de densidad específica y volumen de la sustancia inflamable. La gravedad y la densidad específica fueron proporcionadas en el análisis de cromatografía que se realizó en laboratorio de la RCBA.
42
El calor de combustión de TNT (H) y la masa del TNT equivalente (W), son valores teóricos del método del TNT equivalente para estimación de explosiones de nubes de vapor no confinadas. La constante de radiación térmica (q) es un valor otorgado por la ecuación 2.4 para hallar la distancia de afectación para personas por una explosión BLEVE. La fracción radial del calor de combustión varía entre 0 a 0.4. Para el estudio se asumió un valor de 0.4, este valor se asume para todas las substancias inflamables regulares lo que significa que un 40% de radiación es emitido como calor de combustión en todas las direcciones, el restante 60% se disipa principalmente en forma de humo y ondas de sonido (Berg y Lannoy, 1993). Para la variable de transmisividad atmosférica (Tα), se asume un valor de 1 en el caso ideal en el que el aire no opone ninguna resistencia o fricción para transmitir el impacto de una explosión. Para el presente estudio se asumió un valor de 0.7, comparando este valor con otros estudios similares, debido a que existe un porcentaje aunque mínimo de fricción del aire, por la humedad relativa del ambiente o por los gases o vapores que están dispersos en el aire. Además, el valor de 0.7 es el que se asume cuando existen variaciones en la pendiente del terreno. El tiempo de combustión fue hallado por la siguiente expresión (t=0.852*(masa de combustible) 0.26), con este valor se halló la tasa de combustión, que es la velocidad que dura la sustancia inflamable en consumirse, según la TNO (1997). Finalmente, la duración de la bola de fuego fue calculada a partir del peso de la sustancia inflamable, como indica la ecuación 2.4, para el presente análisis se calculó el tiempo con el factor para un peso menor a 300000 kg. 3.2.5 Modelación del área de alcance de la amenaza de explosión de la Unidad de PDA El área de alcance de la amenaza se determinó con las herramientas del Sistema de Información Geográfica (SIG), en donde se graficó el área de mayor impacto determinado en marco teórico. 3.3 Determinación de la vulnerabilidad total con los elementos en riesgo de la RCBA Se evaluaron tres elementos vulnerables de la Refinería de Cochabamba; la población vulnerable, la infraestructura vulnerable (de obras civiles y de planta de producción) y la producción vulnerable. 3.3.1 Obtención de información para el análisis de los elementos en riesgo La población de la RCBA se cuantificó con los datos del personal de trabajo, clasificado por el sector donde trabaja. Para el análisis de infraestructura se revisaron informes correspondientes a los costos de inversión de construcción de obras civiles y de la planta de producción. Los valores que se usaron para la cuantificación de la pérdida de producción por día, son valores conocidos por la RCBA. Debido a que la empresa conoce la producción diaria por sectores y a menudo se programa paros de planta para el mantenimiento de los equipos, donde se compara los volúmenes de pérdida de producción en esos días.
43
Los datos fueron proporcionados por las oficinas administrativas y el departamento de ingeniería de la RCBA. Una vez obtenidos los datos se procedió al análisis y estandarización de datos según el análisis espacial multicriterio, del programa ILWIS 3.3.10. 3.3.2 Estandarización y valoración de criterios de vulnerabilidad Con la información obtenida se procedió a hacer la estandarización y valoración propuesta en el árbol de criterios, según el método de EEMC que se empleó en el presente estudio. En el análisis de la cantidad de población posiblemente afectada, se consideró el caso de un escenario desfavorable, suponiendo que todo el personal se encuentra en el lugar de trabajo al momento de suceder la explosión. Esta consideración puede variar dependiendo la movilidad de las personas a otros sectores de planta, por razones como; almuerzo en el comedor, reuniones en la sala o auditorio, cambio de turno en los vestidores o ausencia por permiso, etc. Para la evaluación de la infraestructura, se decidió realizar dos análisis por separado. Se hizo un primer análisis a la infraestructura de obras civiles y en un segundo análisis a la infraestructura de la planta de producción. Debido a que el primero se evalúa en miles de dólares de inversión y el segundo en millones de dólares de inversión.
44
Cuadro 10. Estandarización y valoración de los criterios de vulnerabilidad Criterio
Valor
N° 1. Población vulnerable
Unidad Cantidad de personas
Sin Riesgo
0
0
Riesgo Bajo
1
1–6
Riesgo Moderado
2
>6 – 12
Alto Riesgo Muy Alto Riesgo
3 4
>12 – 18 >18
N° 2. Infraestructura civiles vulnerable
de
obras Costo $ mil
Sin Riesgo
0
0
Riesgo Bajo
1
1 – 300
Riesgo Moderado
2
>300 – 600
Alto Riesgo Muy Alto Riesgo
3 4
>600 – 900 >900
N° 3. Infraestructura de planta de producción vulnerable
Costo $ millón
Sin Riesgo
0
0
Riesgo Bajo
1
1 – 22.5
Riesgo Moderado
2
>22.5 – 45
Alto Riesgo Muy Alto Riesgo
3 4
>45 – 67.5 >67.5
N° 4. Producción vulnerable pérdida de producción
o Costo Mil $/día
Sin Riesgo
0
0
Riesgo Bajo
1
1 – 120
Riesgo Moderado
2
>120 – 240
Alto Riesgo Muy Alto Riesgo
3 4
>240 – 360 >360
Los valores estandarizados para población vulnerable, infraestructura vulnerable (obras civiles y planta) y producción vulnerable, se encuentran a detalle en el anexo H.
45
Capítulo 4: Resultados 4.1 Determinación del área de alcance por explosión en la Unidad de PDA – RCBA 4.1.1 Identificación del equipo de mayor amenaza por explosión por proceso, de la Unidad de PDA Se identificó que todos los equipos de la Unidad PDA funcionan continuamente, sin intervenciones. Por lo tanto, según el cuadro 6 descrito en metodología, se consideró un valor de 4 para la frecuencia, que hace referencia al uso de equipos diariamente de esta Unidad. La magnitud del impacto fue obtenido por los parámetros fisicoquímicos de los equipos de la Unidad de PDA. En la descripción del proceso de la Unidad de PDA, se observó que el propano se encuentra en mayor cantidad en el acumulador (D – 501) y en la torre de discos rotatorios (T- 501), y en menor cantidad en los demás equipos (T-502, T-503, T-504, D-502, D-503, D-505). Por lo tanto, se hizo la evaluación comparativa solo entre el acumulador (D–501) y la torre (T–501), para la identificación de la fuente de mayor amenaza. Los parámetros fisicoquímicos del proceso industrial de la Unidad PDA, se encuentran en el cuadro 11 y las dimensiones de los mismos en el cuadro 12. Cuadro 11. Parámetros fisicoquímicos del acumulador (D-501) y la torre (T-501), de la Unidad de PDA.
Equipos
Temperatura
Rendimiento de operación
Presión
-F-
- C-
-Psig -
- bar -
-%-
T – 501
140
60
615
43,42
100
D – 501
110
43,3
219
16,11
75
Cuadro 12. Dimensiones del acumulador (D-501) y la torre (T- 501) de la Unidad de PDA
Equipos
Longitud
Diámetro
Calculo de Volumen
- pies -
-m-
- pies -
-m-
- m3 -
T – 501
39.4
12.014
3
0.914
7.89
D – 501
30
9.144
6
1.829
24.02
Se observó que ambos equipos utilizan en su proceso temperaturas elevadas y ambos son equipos presurizados, bajo estas características puede suceder una explosión expansiva por vapor de líquido en ebullición (BLEVE). El volumen fue utilizado para el cálculo de la cantidad de peso del propano, según las formulas descritas en marco teórico, mientras mayor es el peso del propano mayor es el radio de alcance causado por una explosión.
46
En el cuadro 12, se observa que el volumen de propano es mayor en el acumulador (D – 501) que en la torre de discos rotatorios (T- 501) en 67,15%. Por lo tanto, este equipo podría ocasionar un grado de explosión de mayor impacto. Con los valores hallados se identificó el grado de intensidad, según el cuadro 7, para ambos equipos de la Unidad PDA. Finalmente, los valores de frecuencia y magnitud, que resultaron de la matriz de amenaza, mostró el siguiente resultado: Cuadro 13. Resultado de la matriz de amenaza, para la Unidad de PDA.
Equipos
Frecuencia
Intensidad
Peligro
T -501 D -501
4 4
3 4
12 16
En consiguiente, se consideró al acumulador (D- 501) como la fuente de mayor amenaza, a partir del cual se analizó la explosión UCVE y la explosión BLEVE. 4.1.2 Radio de alcance de la explosión de la Unidad de PDA Con los valores de cromatografía gaseosa y las dimensiones de los equipos de la Unidad de PDA, descritos en marco teórico, se calculó la energía generada por las explosiones UCVE y BLEVE. 4.1.2.1 Radio de alcance de la explosión por nube de vapor no confinada – UCVE Los valores utilizados para determinar el radio de alcance a partir del acumulador D – 501, se observan en el cuadro 14: Cuadro 14. Variables de las ecuaciones, valores y unidades para el cálculo del radio de alcance para una explosión UCVE Variables de la Ecuación
Valores
Unidades
Rendimiento de la explosión (α) Masa de combustible (Wc) Calor de combustión (Hc) Masa TNT equivalente (W) Calor de combustión de TNT (H) Volumen D - 501 (V) Volumen D - 501 (V)* (*) Al 75% de rendimiento actual
0.03 9175.04 5.00E+07 2985.56 4.60E+06 24.02 18.02
Adimensional Kg J/kg Kg J/Kg m3 m3
En el cuadro 15, se encuentran los grados de sobrepresión generados en la explosión UCVE, calculados por el método TNT equivalente, a diferentes distancias desde el acumulador (D- 501):
47
Cuadro 15. Valores de sobrepresión (bar), según distancia del centro de la explosión UCVE Distancia normalizada
Sobrepresión
-m-
-m Kg-1/3
-bar-
20
1.39
>6
40
2.78
1.60
60
4.17
0.60
80
5.56
0.35
100
6.94
0.25
120
8.33
0.20
140
9.72
0.17
160
11.11
0.12
180
12.50
0.10
200
13.89
0.09
220
15.28
0.08
240
16.67
0.07
260
18.06
0.065
280
19.45
0.060
300
20.83
0.060
320
22.22
0.055
340
23.61
0.055
360
25.00
0.050
380 400
26.39 27.77
0.350
Distancia
0.250
Se observa que el grado de sobrepresión es mayor en el centro de la explosión y que disminuye a medida que se aleja del centro de la explosión. Los valores de sobrepresión seleccionados del cuadro 15, fueron diferenciados de los demás debido a que en literatura se conocen las consecuencias y los efectos que éstos causan en las personas, en la infraestructura y en los equipos de proceso (Sierra, 2003; Casal J. et al., 1999). 4.1.2.2 Radio de alcance de la explosión expansiva por vapor de un líquido en ebullición – BLEVE Los valores utilizados para calcular el radio de alcance de una explosión por BLEVE se muestran en el cuadro 16.
48
Cuadro 16. Variables de la ecuación, valores y unidades para obtener el radio de alcance de la explosión por BLEVE Variables de la Ecuación Constante de radiación térmica (q) Fracción radial (R ) Transmisividad atmosférica (Tα) Calor de combustión (P) Gravedad específica (G) Volumen D - 501 (V) Volumen D - 501 (V)* Peso sustancia inflamable (Wf) Duración de bola de fuego (t) Tiempo de combustión de la sustancia inflamable (T) Tasa de combustión (m) (*) Al 75% de rendimiento actual
Valores 5 0.4 0.7 5.00E+07 0.5093 24.02 18.02 9175.04 9.42
Unidades Kw/m2 Adimensional Adimensional J/kg Adimensional m3 m3 Kg S
9.14
S
1004.4
kg/s
Los cálculos de radiación térmica obtenidos para una explosión BLEVE, generada a partir del acumulador D – 501, se encuentran en el cuadro 17.
49
Cuadro 17. Valores de radiación térmica (kw/m2) a diferentes distancias desde el centro de la explosión para a) personas b) infraestructura y equipos de proceso, por explosión BLEVE a) Cálculo de distancia, según radiación térmica constante (5 kw/m2) para estimar consecuencias en personas, ecuación 2.4. Radiación térmica(*)
Duración de bola de fuego (t)
- Kw/m25
-s9.42 (*)A radiación térmica constante
Distancia
-m270
b) Cálculo de radiación térmica (kw/m2) según la distancia, para estimar consecuencias en infraestructura y equipos de procesos, ecuación 2.3 Distancia
Tiempo de combustión de la sustancia inflamable (T)
Radiación térmica
-m50 53
-s9.14 9.14
-Kw/m2 436.00 400.00
75 136 167 170 173 211 250
9.14 9.14 9.14 9.14 9.14 9.14 9.14
200.00 60.00 40.00 38.00 37.50 25.00 12.5
La radiación térmica generada en una explosión BLEVE es mayor cerca al centro de la explosión, se observa que los niveles de radiación disminuyen a medida se aleja del punto de ignición. Los valores de radiación térmica seleccionados en el cuadro 17 fueron diferenciados de los demás, porque de ellos se conocen las consecuencias y los efectos en las personas, infraestructura y equipos de proceso (Lea, 2000; Casal J. et al., 1999). 4.1.3 Modelación del área de amenaza de la Unidad de PDA Las herramientas del Sistema de Información geográfica, permitieron clasificar el área de estudio en cuatro círculos concéntricos, con eje en el acumulador D-501 como centro de la explosión. El mapa resultado para la explosión por nube de vapor no confinada (UCVE) se enseña a continuación:
50
Figura 8. Mapa de amenaza por explosión de nube de vapor no confinada (UCVE)
51
La explosión UCVE presenta una amenaza muy alta a 0.35 bar de sobrepresión que se despliega desde el centro de la explosión, hasta un radio de alcance de 80 m. Amenaza alta de 0.17 bar de sobrepresión, desde los 80 m de radio de alcance hasta los 140 m. Amenaza moderada de 0.10 bar de sobrepresión desde los 140 m de radio de alcance hasta los 180 m. Amenaza baja desde 0.05 bar de sobrepresión, desde los 180 m de radio hasta los 360 m. Finalmente se observa que no existe amenaza a una distancia mayor a 360 m desde el acumulador (D – 501) de la Unidad PDA. Los radios de alcance de la radiación térmica generada por la explosión BLEVE, es la siguiente:
52
Figura 9. Mapa de amenaza por explosión de vapor de un líquido en ebullición (BLEVE)
53
La radiación térmica de una explosión por BLEVE, mostró una amenaza muy alta de 400 km/m2 de radiación térmica, que se despliega desde el centro de la explosión hasta los 53 m de radio de alcance. Amenaza alta de 37.5 km/m2 de radiación térmica desde los 53 m de radio de alcance hasta los 173 m. Amenaza moderada de 12.5 km/m2 de radiación térmica desde los 173 m de radio de alcance hasta los 250 m. Amenaza baja de 5 km/m2 de radiación térmica desde los 250 m de radio de alcance a 270 m y finalmente un área fuera de amenaza con una radiación térmica menor a 5 km/m2 desde un radio de alcance mayor a 270 m del acumulador (D – 501) de la Unidad PDA. 4.2 Determinación de la vulnerabilidad total de los elementos en riesgo de la Unidad de PDA 4.2.1 Población vulnerable El estudio de la población vulnerable de la refinería se puede observar en la figura 10. Los datos, la valoración y la estandarización correspondiente con la que se trabajó con las herramientas de sistemas de información geográfica, se pueden observar a detalle en el anexo H.
54
Figura 10. Captura de ventana de la población vulnerable de la Refinería de Cochabamba.
55
El área de mayor vulnerabilidad representada de color rojo, describe a los ambientes que están habitados por un número mayor a 18 personas. Se observa de este color a los galpones de lubricantes terminados y envasado de productos, al departamento de seguridad, medio ambiente y salud, al departamento administrativo, a las oficinas de servicios técnicos e ingeniería y a las salas de control de lubricantes y carburantes. Las áreas de vulnerabilidad alta de color naranja, representa a los ambientes habitados con 12 a 18 personas. Se observa de este color a los talleres de mantenimiento industrial, eléctrico, de tornos y de soldadura, y a las oficinas de laboratorio. Las áreas de color amarillo representan a una vulnerabilidad moderada, donde se encuentran de 6 a 12 personas. Se observa de este color a las oficinas de almacenes, al sector de blending y también a las plantas de lubricantes y carburantes. El área de menor vulnerabilidad representada por el color verde, tiene una concentración baja de 1 a 6 personas. De este color se observan los galpones de almacenes y transportes, el área de tanques de lubricantes y carburantes, debido a que el personal de trabajo que transita por estas áreas lo hace para disponer o depositar materiales. El comedor, los vestidores y ambientes de uso general, han sido considerados como ambientes de menor vulnerabilidad, debido a que durante la jornada de trabajo, estos ambientes son ocupados por algunas horas y por otras horas están completamente vacíos. 4.2.2 Infraestructura Vulnerable El costo de infraestructura de obras civiles estimado en miles de dólares y el costo de infraestructura de planta de producción estimado en millones de dólares, fueron multiplicados por un factor para conservar la confidencialidad de los datos de la empresa, este detalle se encuentra en el anexo H. Con estos valores y con las herramientas SIG se elaboró los grados de vulnerabilidad de la infraestructura invertida en la RCBA. 4.2.2.1 Vulnerabilidad de las obras civiles La vulnerabilidad de las obras civiles, se enseña a continuación:
56
Figura 11. Captura de ventana de la infraestructura de obras civiles vulnerables de la Refinería de Cochabamba. .
57
Las obras civiles con vulnerabilidad baja se observan de color verde, valoradas entre 1 a 300 miles de dólares. Se observa entre ellos al taller de soldadura, de transportes y la obra civil de las plantas de producción de lubricantes y carburantes (muros, cimiento, cubierta, etc.). Los ambientes de vulnerabilidad moderada se observan de color amarillo, están valorados entre 300 a 600 miles de dólares. Se encuentra entre ellos a los talleres de mantenimiento eléctrico, industrial, mecánico y de tornos, a las oficinas de sanidad y seguridad, medio ambiente y salud y finalmente a los tanques de lubricantes y carburantes. La obra civil con vulnerabilidad alta representada por el color naranja, está valorada entre 600 a 900 miles de dólares. Se observa entre ellos a los galpones de almacenes, de blending, al sector de envasado de productos terminados y al despacho de productos terminados. Finalmente la vulnerabilidad más alta representada de color rojo, está valorada por encima de los 900 miles de dólares, en la edificación civil de 4 pisos de las oficinas de servicios técnicos. 4.2.2.2 Vulnerabilidad de la planta industrial La vulnerabilidad de la planta industrial, se enseña en la siguiente imagen:
58
Figura 12. Captura de ventana de la infraestructura de planta de producción vulnerable de la Refinería de Cochabamba
59
El sector industrial de lubricantes terminados de color verde representa una vulnerabilidad baja valorada entre 1 a 25 millones de dólares. El sector industrial en color naranja representa a la vulnerabilidad alta, valorada entre 45 a 67 millones de dólares, como se puede ver algunos sectores de producción de carburantes y de servicios técnicos. La mayor vulnerabilidad representada por el color rojo, está valorada en más de 67 millones de dólares. Entre ellos, se encuentra la planta de lubricantes (Hidroterminado, Vacio I y II, Desparafinación por Mek – Tolueno, Furfural), la planta de Carburantes (sector de crudo y Platforming) y una parte de la planta de servicios técnicos. 4.2.3 Producción Vulnerable Las plantas de refinación se manejan bajo una cadena de producción constante. Cuando una parte de la cadena para, toda la producción será indirectamente afectada, ocasionando el paro de la producción. La vulnerabilidad de la pérdida de producción (mil dólares por día), se refiere para el estudio a las plantas de lubricantes y carburantes) y los diferencia de aquellos no productivos (departamento administrativo, laboratorio, sanidad, entre otros.). Los datos, los valores y la estandarización correspondiente se los puede observar ver a detalle en el anexo H, sin embargo los valores fueron multiplicados por un factor, para conservar la confidencialidad de los datos de la empresa.
60
Figura 13. Captura de ventana de la producción vulnerable o pérdida de producción en la Refinería de Cochabamba.
61
Los sectores de la planta con mayor vulnerabilidad valorada en más de 360 mil dólares/día, se observan de color rojo, entre ellos se encuentra a la planta de Lubricantes (Desasfatado por propano, Hidroterminado, Vacio I y II, Desparafinación por Mek – Tolueno, Furfural) y a un sector de la planta de Carburantes (Unidad de Crudo y Platforming). Se puede observar a otros sectores productivos con alta vulnerabilidad, valorados entre 240 a 360 mil dólares/ día con el color naranja, entre ellos se encuentran los tanques de almacenamiento para lubricantes y carburantes. Se observan algunos sectores de lubricantes, galpones de envasado de productos terminados y la sala de control de lubricantes, valorados entre 1 a 120 mil dólares/ día de color verde. Finalmente con los 3 elementos de vulnerabilidad descritos; población, infraestructura y producción, aplicando el método EEMC, fue hallado el mapa de vulnerabilidad máxima del área de estudio.
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Figura 14. Mapa de vulnerabilidad máxima de la Refinería de Cochabamba.
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En el resultado de la evaluación EMC, se puede observar que las áreas de producción de lubricantes (Desasfatado por propano, Hidroterminado, Vacio I y II, Desparafinacion por Mek – Tolueno, Furfural y Tanques de lubricantes), carburantes (Unidad de Crudo y Platforming) y servicios técnicos se encuentran diferenciadas por el color rojo por ser aquellas las más vulnerables comparadas con otros sectores como; los talleres de mantenimiento, los galpones de almacenamiento y los tanques de almacenamiento de productos. Es decir que en las áreas de color rojo se concentran los valores más altos de los elementos vulnerables estudiados por separado. 4.3 Determinación del área de riesgo por explosión de la Unidad de PDA, de la Refinería de Cochabamba (RCBA) 4.3.1 Riesgo por explosión de una Nube de vapor no confinada UCVE, en la Unidad de PDA El mapa de riesgo resultante de la evaluación EMC, para el riesgo por explosión UCVE, es como se observa a continuación:
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Figura 15. Mapa de Riesgo por explosión de una Nube de vapor no confinada (UCVE)
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En el mapa se observa a la zona de mayor riesgo de color rojo y a la zona de riesgo alto de color naranja, los cuales alcanzan una distancia de 140 m desde el centro de la explosión. Se observa también una franja delgada de riesgo moderado de color amarillo, desde los 140 m hasta los 180 m de radio de alcance y una franja extensa de bajo riesgo de color verde, desde los 180m hasta los 360 m de radio de alcance. Se observa que el área de mayor riesgo de color rojo, no es un octágono perfecto, también se puede ver algunas zonas con riesgo moderado dentro de la zona de alto riesgo de color naranja. Ambas explicaciones se deben al árbol de criterios creado para el estudio, ya que si predominara la amenaza seguramente habríamos obtenido octágonos perfectos, sin embargo no es así porque el riesgo que observamos se debe a la combinación de la amenaza por la vulnerabilidad. Es por ello que se pueden apreciar estas diferencias. Se observa que el área de mayor riesgo contempla toda el área de producción de lubricantes (Desasfatado por propano, Hidroterminado, Vacio I y II, Desparafinacion por Mek – Tolueno). En el cuadro 18, se describen los efectos y consecuencias en; las personas, infraestructura y equipos de procesos, para las zonas de riesgo.
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Cuadro 18. Descripción de los efectos y consecuencias en las personas, infraestructura y equipos de proceso en una explosión UCVE, desde el acumulador D-501 de la Unidad de PDA Efectos y consecuencias a Riesgo
Sobrepresión
Distancia Personas
- bar -
Infraestructura
- m (de radio) -
80
Mortalidad por hemorragia pulmonar. Golpes por Daños irrecuperables. desplazamiento del Destrucción de casas en cuerpo. Umbral de rotura un 75% del tímpano
0.17
140
Afectación a la caja Daños estructurales pulmonar y al conducto importantes. Destrucción auditivo. de casas en un 50%
0.10
180
Posible afectación a la caja Daños graves pulmonar y al conducto reparables. Destrucción auditivo. parcial de muros.
Muy alto
0.35
Alto
Moderado
Bajo
0.05
360
Daños estructurales menores, rotura de vidrios Las personas pueden en un 90%, y límite verse afectadas por daños máximo de proyección de indirectos. fragmentos.
Ninguno
˂0.05
>360
0
(
0
- - -) Umbral máximo riesgo; (- - -) Umbral de intervención; (- - -) Umbral de alerta
La sobrepresión generada en la explosión UCVE, es muy alta cerca del centro de explosión, se observan daños mayores e irrecuperables hasta los primeros 80 m de radio de alcance. La sobrepresión disminuye a medida que se aleja del centro de la explosión, se observa que a una distancia igual a 360 m los efectos son menores y reparables y a una distancia mayor a 360 m ya no se observan daños.
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Al observar los umbrales establecidos por Sierra (2003), señalado por líneas punteadas abajo del cuadro 18. Se puede advertir lo siguiente: el umbral de máximo riesgo (línea de color rojo), se encuentra desde el centro de la explosión hasta los 80 m de radio de alcance, dentro de esta área el daño es muy alto o fatal para las personas. La zona de intervención para personal brigadista o de rescate, es desde los 80 m hasta los 140 m de radio, en esa área pueden atender a la emergencia utilizando equipos de protección personal contra incendios. La zona de alerta a partir de la cual las personas pueden percibir el riesgo sin efectos dañinos, es desde los 180 m de radio de distancia. A partir de los 360 m de distancia las personas se encuentran en un área libre de riesgo. Las consecuencias cuantificables se estiman en una población de 270 personas afectadas por daños directos e indirectos. La pérdida de infraestructura de obras civiles y planta de producción asciende a una suma de 10,575 millones $ y 278 millones $ por costo de inversión, y un monto de pérdida de producción que asciende a un total de 2,28 millones $/ día. Si para el análisis se considera solamente las consecuencias mayores e irreparables, de las zonas que están entre muy alto y alto riesgo, es decir, hasta los 140 m de radio. Los resultados serían los siguientes: - Una población de 159 personas afectadas con daños directos, un 59% del total afectado - Una pérdida de infraestructura de obras civiles y planta de producción, de 5,1 millones $ y 75 millones $, un 48% y un 27% del total afectado, - Una pérdida de producción de 990 mil $/ día, un 43% del total afectado por la explosión. 4.3.2 Riesgo por explosión de vapor de un líquido en ebullición BLEVE, en la Unidad de PDA El mapa de riesgo según la evaluación EMC, para el riesgo por explosión BLEVE a partir del acumulador D- 501, es el siguiente:
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Figura 16. Mapa de Riesgo por explosión de vapor de un líquido en ebullición (BLEVE)
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En el mapa se observa a la zona de mayor riesgo de color rojo, a la zona de alto riesgo de color naranja y a la zona de riesgo moderado de color amarillo, esta última de gran extensión. Las tres zonas llegan a alcanzar una distancia de 250 m de radio, desde el centro de la explosión. Se observa una franja delgada de bajo riesgo de color verde a una distancia de 250 m a 270 m de radio de alcance desde el centro de la explosión, y a partir de 270 m se observa la zona libre de riesgo. Al igual que en la explosión UCVE, las zonas de muy alto y alto riesgo de color rojo y naranja no son octágonos perfectos, se observa que dentro de estas zonas existen áreas del riesgo moderado de color amarillo. Esto se debe al árbol de criterios, el cual realiza un análisis entre la mayor amenaza y la mayor vulnerabilidad para determinar el grado de riesgo, si el riesgo se debiera solo a la amenaza seguramente se observarían octágonos perfectos. En el cuadro 19, se describen los efectos y consecuencias en personas, infraestructura y equipos de procesos, para las zonas de riesgos determinadas en el mapa 16.
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Cuadro 19. Descripción de los efectos y consecuencias en las personas, infraestructura y equipos de proceso, en una explosión BLEVE desde el acumulador D-501 de la Unidad de PDA
Riesgo
Muy alto
Alto
Moderado
Efectos y consecuencias a
Radiación térmica
Distancia
- Kw/m2 -
- m (de radio) -
≥400
37,5
12,5
53
173
250
Personas
Infraestructura
Es la máxima radiación 100% de muertes en 1 tolerable por una pared de minuto ladrillos.
Suficiente para causar daños 100% de muertes en 1 a equipos de proceso y minuto. colapso de estructuras.
Energía mínima para encender madera a larga 1% de muertes en 1 exposición. Ignición de minuto. recubrimiento de plástico en cables eléctricos. Daños a equipos de instrumentación.
0% muertes.
Bajo
5
270
Ninguno
˂5
>270
(
Suficiente para causar dolor, a exposición mayor Sin daño de 20 s. Quemadura de primer grado a exposición mayor a 40 segundos.
0
0
- - -) Umbral máximo riesgo; (- - -) Umbral de intervención; (- - -) Umbral de alerta
La radiación térmica es muy alta cerca del centro de la explosión, se puede observar que los daños son mayores e irreparables hasta una distancia de 173m de radio de alcance. La radiación térmica
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disminuye a medida que se aleja del centro de la explosión, ya que a una distancia igual a 270 m los efectos son menores y reparables, y a una distancia mayor a ésta ya no se registran daños. El umbral de máximo riesgo determinada por la línea punteada color rojo, se encuentra desde el centro de la explosión hasta los 173 m de radio de alcance, es decir que dentro de esta zona el daño será muy alto o fatal para las personas. La línea punteada color naranja es la zona de intervención que indica que el personal brigadista puede permanecer desde los 173 m hasta los 250 m de radio de alcance, atendiendo la emergencia utilizando equipos de protección personal contra incendios. El área de alerta se encuentra entre los 250 m hasta los 270 m de radio de alcance, en esta zona las personas pueden percibir el riesgo sin tener efectos dañinos y a partir de una distancia mayor a los 270 m las personas se encuentran en un área libre de riesgo. Las consecuencias mostraron los siguientes valores cuantificables; una población de 243 personas afectadas por quemaduras a diferentes profundidades o fatalidad. La pérdida de infraestructura de obras civiles y planta de producción que asciende a una suma de 9,075 millones $ y 278 millones $ por costo de inversión y una pérdida de producción de 2,01 millones $/ día. En caso de considerar solamente las consecuencias mayores e irreparables, es decir, considerando el área hasta una distancia de 250 m, entre las zonas de riesgo muy alto, alto y moderado, los resultados son los siguientes; - Una población con 232 personas con quemaduras hasta de tercer grado de profundidad o fatalidad, un 95% del total afectado, - Una pérdida de infraestructura de obras civiles y planta de producción, de 9,075 millones $ y 218 millones $, un 94% y un 78% del total afectado, - Una pérdida de producción de 1,56 millones $/ día, un 78% del total afectado por la explosión.
Capítulo 5: Conclusiones El radio de alcance de la explosión UCVE y la explosión BLEVE se expande desde el acumulador de propano D-501 (origen de la explosión), hasta una distancia de 360 m y 270 m. A partir de estas distancias se establece el área libre de riesgo para ambas explosiones. Se observa que la explosión UCVE tiene una onda mayor de alcance, sin embargo las consecuencias causadas por la sobrepresión de la explosión UCVE no son tan perjudiciales en comparación con las consecuencias que ocasiona la radiación térmica de la explosión BLEVE. Se concluye en que ambas explosiones ocasionarían pérdidas irreparables o irrecuperables en infraestructura y equipos de proceso, así como lamentables consecuencias en las personas expuestas dentro del área de impacto. El área delimitada por el umbral de máximo riesgo, en la cual los efectos y consecuencias son mayores, se extiende hasta una distancia de 80 m y 173 m para la explosión UCVE y BLEVE, con las siguientes consecuencias cuantificables:
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-
Un total de 159 personas expuestas a fatalidad por hemorragia pulmonar, golpes por sobrepresión o rotura de tímpano. Un daño difícilmente reparable o irrecuperable con un costo de 5 millones de $ para infraestructura de obras civiles y 75 millones de $ para equipos de proceso y la pérdida de producción de 990 mil $/día, para la explosión UCVE.
-
Un total de 250 personas expuestas a quemaduras de hasta tercer grado o fatalidad. Un daño difícilmente reparable o irrecuperable con un costo de 9 millones de $ en infraestructura de obra civil y 218 millones de $ en equipos de proceso y la pérdida de producción de 1,5 millones de $/día, para la explosión BLEVE.
Estos resultados son un porcentaje del total afectado, ya que existe otro porcentaje que también es afectado por efectos indirectos en las personas y daños menores o reparables en la infraestructura. Se estableció el área en la cual los grupos de atención al incidente puedan permanecer con equipos de protección personal contra incendios, está delimitada por el umbral de intervención; desde los 80 m hasta los 140 m para la explosión UCVE y desde los 173 m hasta los 250 m para la explosión BLEVE. El área donde la población puede percibir daños indirectos menores o daños reparables en la infraestructura, delimitado por el umbral de alerta, es desde los 140 m hasta los 360 m para la explosión UCVE y desde los 250 m hasta los 270 m para la explosión BLEVE. Si bien los resultados del análisis de riesgo son alarmantes, el objetivo de analizar el mismo, es el de sentar las bases para la toma de decisiones desde un enfoque preventivo, ante tales eventos indeseables ocasionados desde el acumulador de propano D-501 de la Unidad de PDA, de Lubricantes. El análisis de riesgo determinó los efectos y consecuencias en la población, infraestructura y equipos de proceso, para ambas explosiones, de esta manera se espera que los planes de emergencia y contingencia de riesgos, sean fortalecidos con el fin de minimizar las consecuencias que genera un evento indeseable de esta magnitud. El presente estudio planteó una metodología y utilizó los datos y las ecuaciones descritas en marco teórico, para que pueda ser replicado a otras áreas de estudio de la Refinería. Finalmente se evidenció la aplicabilidad de las herramientas SIG, a través del análisis y generación de mapas de amenaza, vulnerabilidad y riesgo, para fines de estudio de la gestión de riesgo de procesos en la Refinería Gualberto Villarroel de Cochabamba.
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