1. OBJETIVO.
Analizar con base en la filosofía de diseño seguro cuales son las consideraciones básicas a tomar en cuenta en una planta termoeléctrica.
2. ALCANCE.
El análisis aplica a los elementos básicos de la planta termoeléctrica desde el ingreso del agua a las calderas, pasando por la generación y reciclaje del agua de proceso. las consideraciones realizadas se hacen sólo tomando en cuenta los datos presentado en el ejercicio enviado en fecha 11 de Abril via correo electrónico
3. METODOLOGÍA.
Se realiza el análisis con base en los lineamientos de “Filosofía de trabajo seguro”. Tomando como referencias varias fuentes como son el documento IR-S-01 de PDVSA y Hazard and risk assesment for a 10 MTPA LNG plant at Wickham Point, Darwin (Australia).
4. NORMATIVAS APLICABLES PARA LOS ELEMENTOS DE LA PLANTA TERMOELECTRICA EN SUS DIFERENTES ETAPAS. Leyes, regulaciones, códigos y estándares.
Leyes y Regulaciones Venezolanas.
1. Ley Orgánica de Protección, condiciones y medio ambiente de trabajo 2005
2. Reglamento de las condiciones de higiene y seguridad en el trabajo 1973 (Artículos 352 a 427 y 471 a 493 para calderas y tuberías a presión; articulos 146, 147, 148, 149, 150, 151, 156, 158 para equipos en general; articulos 137 a 139 para ruidos y vibraciones; Artículos 286 al 290, 293 al 299, 302, 306 para tanques de almacenamiento de combustibles y gas; artículos 314, 323 para equipos eléctricos)
3. Normas COVENIN (emitidas por el Comité técnico 06 Higiene Seguridad y protección)
4. Código Eléctrico nacional (Norma COVENIN 200).
Códigos y estándares internacionales
1. ASME. American society of mechanical engineers.
2. ASTM. American society for testing and materials.
3. NFPA National Fire protection association.
4. ISO. International organization for standardization.
5. EQUIPOS CONSIDERADOS EN EL ANALISIS.
a. Torre de enfriamiento
b. Tuberías de agua
c. Bomba de agua del sistema de enfriamiento
d. Condensador.
e. Bomba de agua de alimentación de la caldera
f. Caldera.
g. Torre de eliminación de gases de escape.
h. Turbina.
i. Generador.
6. FILOSOFIA DE DISEÑO SEGURO.
La Filosofía de Diseño Seguro tiene cuatro elementos básicos que deben considerarse en su aplicación, a saber: Proceso Inherentemente seguro (seguridad intrínseca) y Seguridad añadida, Diseño por capas y Análisis de riesgo. A continuación se analizan estos cuatro elementos para el caso en estudio.
6.1. Proceso Inherentemente seguro. (1era capa)
El proceso de la planta termoeléctrica para ser inherentemente seguro debe contar al menos con los siguientes aspectos:
1) El medio de enfriamiento (fluido de trabajo) será agua, por no tener características tóxicas y ser químicamente estable. Adicionalmente y desde el punto de vista ambiental, puede ser recirculada a través del ciclo, líquido-vapor-condensado-agua, por medio de una torre de enfriamiento, para evitar agotar el recurso más de lo necesario y no devolverla a los cuerpos de agua a temperaturas inadecuadas para el equilibrio ecológico.
2) Se escoge la alimentación por gas de la caldera, por ser un material que genera menos contaminación ambiental que el carbón y porque hay en este momento mas disponibilidad de este insumo. Por otra parte, La salida de la combustión del gas será recirculada a una turbina a gas (respaldo del sistema principal de generación por vapor) que permite aprovechar y reducir la generación CO2 y SO2 al ambiente a través de las chimeneas o ciclones.
3) Dejar los espacios establecidos en el Reglamento de la condiciones de higiene y seguridad en el trabajo sobre las áreas de retiro cuando se va a realizar un mantenimiento preventivo u correctivo.
6.2. Seguridad Añadida y Diseño por capas (2da a 7ma capa)
Cuenta con varios elementos, como son: sistemas para el control básico de procesos, alarmas críticas e intervención humana, protecciones físicas, Repuestas a emergencia, respuestas comunitarias a emergencias.
1) Como controles básicos (protección pasiva): Tomar en cuenta los retiros establecidos en las normas y en el reglamento de las condiciones de higiene y seguridad en el trabajo, revestimientos contra incendios, métodos adecuados de fabricación y montaje, filtros para la torre de eliminación de gases de escape.
2) Como controles básicos (Protección activa): sistemas de medición de presión en caldera, sistemas de medición de nivel de agua en la caldera y niveles de temperatura, medición de los niveles de CO2 y SO2 en el ciclón, sistema de detección y extinción de incendios (diseño y construcción adecuada de la red de incendios de acuerdo a la norma NFPA)
3) Protecciones físicas: Sistemas válvulas de alivio de gas y vapor en caso de sobrepresión, venteo de emergencia,
4) Protecciones físicas: Ubicación de la planta con retiro dado por el Reglamento de las condiciones de higiene y seguridad en la trabajo, de comunidades cercanas, y cerca de una fuente de agua confiable.
5) Utilizar materiales en la construcción que minimicen los riesgos de incendio.
6) Planes de emergencia para escapes de gas, sobrepresión, sobre temperatura, emisión excesiva de partículas al ambiente, falta de combustible, paralización de la planta.
7) Planes de emergencia comunitarios. En caso que existan comunidades cercanas que puedan afectarse en caso de emergencia, deberá incluirse los planes de acción con la comunidad, a los fines de mitigar los impactos que pudiera tener los incidentes de la planta, como problemas derivados del mal funcionamiento o falta de mantenimiento de la torre de enfriamiento y del ciclón. Los planes del punto 6 y 7 deberán elaborarse según lo indicado en la normativa legal vigente
6.3. Análisis de Riesgo.
Los diferentes estudios de riesgos se realizan en cada etapa, como se indica
1) ETAPA VISUALIZACIÓN: Análisis Preliminar de riesgos de la instalación, tomando en consideración la caldera, la turbina, el generador y la torre de enfriamiento; lista de verificación de procesos inherentemente seguros (PDVSA).
2) ETAPA INGENIERIA BASICA: HAZOP de la caldera, la turbina, el generador y las bombas. También aplica el establecimiento de las zonas de seguridad, Auditorías de seguridad a los elementos del sistema, y los aspectos relacionados con el diseño de sistemas de protección contra incendios. Evaluación de protección de equipos. En esta misma etapa es conveniente hacer un análisis cuantitativo de riesgos.
3) ETAPA INGENIERIA DE DETALLE: Desarrollo de procedimientos de operación y mantenimiento, con filosofía de seguridad: Operación de válvulas de alivio y/o venteo, operación de la caldera, operación y mantenimiento de bombas, especificaciones de operación de la turbina, el generador y la torre de enfriamiento. Planes de emergencia.
4) ETAPA CONSTRUCCIÓN, ARRANQUE, OPERACIÓN y DESMANTELAMIENTO : Asegurar que lo indicado en los planos diseñados se realice, y que en caso de cambios sean adecuadamente registrados. También son importantes las auditorias a los sistemas de seguridad y a los sistemas de calidad de las empresas constructoras, verificando si se están cumpliendo los parámetros de ASME Y ASTM. Luego deberán mantenerse controles a través de auditorías, actualización y mejora de los procedimientos desarrollados en la etapa de ingeniería de detalles y las inspecciones periódicas del sistema de detección y extinción de incendios.
Sólo para efectos ilustrativos se referencian algunos ejemplos de estos métodos de evaluación de riesgos.
Análisis Preliminar de Riesgos.
Peligros | Causas | Consecuencia | Acción Preventiva/Correctiva | Comentarios |
1. Liberación accidental en tanque de combustible (full oil). | 1. Rotura en tanque | 1. Impacto ambiental. | 1. Incorporar diques para contención. | |
2. Error humano. | 2. Impacto ambiental. | 2. Establecer estrategias de protección como: planes de emergencias, sistemas de detección y control de incendio, fugas y derrames de materiales peligrosos; aplicando documentación pertinente. | ||
3. Falla en los sistemas de control de nivel. | 3. Daños a equipos. | 3. Incorporar aislamiento en el terreno para evitar el percolado del combustible a los acuíferos en el área de tanques. | ||
2. Explosión de la Caldera | 1. Sobrepresión. | 1. Lesiones / fatalidades. | 1. Establecer estrategias de protección como: planes de emergencias, aplicando documentación correspondiente. | |
2. Daños a equipos. | 2. Elaborar planes de mantenimiento periódico a la caldera y equipos. 3.- Colocar equipos de monitoreos. | |||
2.- Sobrecalentamiento por falta de agua. | 1. Lesiones / fatalidades. | 4.- Establecer estrategias de protección como: planes de emergencias, aplicando documentación correspondiente. | ||
2. Daños a equipos. | 5.- Elaborar planes de mantenimiento periódico a la caldera y equipos. | |||
3. Altas temperaturas | 1. Equipos y tuberias expuestas. | 1. Lesiones | 1. Colocar aislamiento térmico para protección al personal. | |
2. Colocar señalización de seguridad en las áreas según el mapa de riesgos de la instalación proyectada. | ||||
3. Usar equipos de protección personal adecuados. | ||||
4. Operación inadecuada de la instalación. | 1. Error humano | 1. Afectación a la producción. | 1. Actualización de manuales de operación previo a puesta en servicio. | |
2. Desconocimiento de los modos de operación. | 2. Daños a equipos. | 2. Realizar un programa de transición del modo de operación de la instalación que incluya, entre otros aspectos, comunicación y formación de los trabajadores y la actualización de la documentación. | ||
3. Lesiones / fatalidades. | 3. Colocar señalización de seguridad en las áreas según el mapa de riesgos de la instalación proyectada. |
Tomado de Tarea Nº 3. realizada en clase por el grupo asignado
HAZOP
Planta: | Central termoeléctrica Prevención y Control de Riesgos | |||||
Sistema: | Sistema de generación de vapor - Caldera | |||||
Nudo | Palabra guía | Variable | Desviación de la variable | Posibles causas | Consecuencias | Acciones a tomar Comentarios |
Tubería de Entrada de agua a la caldera - tubería de salida de vapor de agua | Mas | Presión | Exceso de presión | Por la vaporización instantánea y la expansión brusca del agua contenida en la caldera | Rotura de las partes de la caldera | Válvula de control de presión Manómetro Válvula de alivio de presión |
Por la combustión instantánea de los vapores del combustible acumulado | Rotura de la caldera | Válvulas de seguridad de control de presión Manómetro Presostato | ||||
Disminución de espesor de las paredes | Explosión de la caldera | Válvulas de seguridad de control de presión | ||||
Menos | Presión | Disminución de presión | Disminución del espesor de las paredes | Implosión de la caldera | Válvulas de seguridad de control de presión | |
Mas | Temperatura | Exceso de temperatura | Temperatura superior a la de diseño como falta de agua, incrustaciones internas | Explosión de la caldera | Válvula de control de temperatura con sensores automatizados. Corte de temperatura | |
Mas | Flujo | Incremento de agua de alimentación o combustible | Válvula de flujo de agua deteriorada | Llama inestable del combustible | Alarma shutdown | |
Mas | Nivel | Incremento de nivel | Válvula de nivel de agua deteriorada | Inundaciones de la caldera | Indicador de nivel de fluido Sistema de control de nivel Shutdown Alarma | |
Menos | Mantenimiento | Disminución del espesor de las paredes | Corrosión y/o erosión | Rotura de las partes de la caldera | Observar la caldera y el panel de control para detectar averías | |
Tomado de Tarea Nº 3. realizada en clase por el grupo asignado
ARBOL DE FALLOS
PARÁMETROS DE FUNCIONAMIENTO DE LA CALDERA DEL SISTEMA EVAPORADOR
Parámetro | Valor |
Temperatura de operación | 105ºC |
Presión de Operación | 182 PSI |
Apertura de paso de corriente hacia la resistencia | T < 105ºC |
Cierre de paso de corriente hacia la resistencia | T > 105ºC |
Volumen mínimo de agua | No indicado |
IDENTIFICACIÓN DE SUCESOS INTERMEDIOS Y BÁSICOS
Suceso principal: EXPLOSIÓN DE LA CALDERA DEL SISTEMA EVAPORADOR
Suceso intermedio | Suceso Básico | % Confiabilidad | % de Error |
Falla en V-1 | Falla interna V-1 | 93% | 7% |
Falla de mantenimiento preventivo | 90% | 10% | |
Falla del evaporador por sobrepresión | |||
Falla por bajo nivel de agua | Falla IN por corte de energía | Sin Información | Sin Información |
· Falla en V-2 | No emite señal | 99% | 1% |
Bloqueo V-2 | 94% | 6% | |
Falla Por Sobre temperatura | |||
Falla en IT | 98% | 2% | |
· Circuito de la resistencia no abre | Falla de RT | 95% | 5% |
Bloqueo de accionamiento de la resistencia | Sin Información | Sin Información | |
ÀRBOL DE FALLAS O ERRORES.
RESOLUCIÓN DE PUERTAS LÓGICAS
Téngase las siguientes probabilidades de eventos básicos:
| P(1)= | 0,07 |
| P(2)= | 0,1 |
| P(3)= | 0 |
| P(4)= | 0,01 |
| P(5)= | 0,06 |
| P(6)= | 0,02 |
| P(7)= | 0,05 |
| P(8)= | 0 |
Y sean las siguientes operaciones de puertas lógicas:
| P(A)= | P(B).P(C) |
| P(B)= | P(1)+P(2) |
| P(C)= | P(D).P(F) |
| P(D)= | P(E)+P(3) |
| P(E)= | P(4)+P(5) |
| P(F)= | P(G)+P(6) |
| P(G)= | P(7)+P(8) |
Entonces:
| P(A)= | [P(1)+P(2)].[P(D).P(F)] | ||||
| P(A)= | [P(1)+P(2)].[(P(E)+P(3)).(P(G)+P(6))] | ||||
| P(A)= | [P(1)+P(2)].[(P(4)+P(5)+P(3)).(P(7)+P(8)+P(6))] | ||||
| P(A)= | 0,000833 |
Podemos afirmar que la probabilidad de que ocurra una explosión en la caldera de un sistema evaporador de esta planta termoeléctrica es de 0,000833
(Tomado de Tarea Nº 4. Realizada individual)
(Tomado de Tarea Nº 4. Realizada individual)
Como comentario final, es importante que este tipo de actividad se realice con equipos multidisciplinarios, con especialistas en el diseño, la fabricación, la operación el mantenimiento y desmantelamiento de estas plantas, ademas de los especialistas en prevención de riesgos (seguridad industrial, higiene y ambiente), para que los resulltados sean óptimos.
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