EJEMPLO PRÁCTICO DE HAZOP

EJEMPLO PRÁCTICO DE HAZOP Manuel Sánchez Muñoz Rev. 2016 1

Agua Humos a tratar P-1A Vapor de agua Aceite térmico F-1 A cambiadores P-1B TCV-1 Aire Gas piloto Gas de Refinería 2

Descripción de la instalación que se quiere estudiar 1. Se trata de un sistema de calentamiento en una refinería consistente en un circuito cerrado de aceite térmico que tiene la función de calentar otros fluidos y que es calentado por medio de un horno que quema fue-gas. 2. El aceite térmico utilizado es producido en la sección de destilación del crudo sacándose como producto de fondo y tiene temperatura de inflamabilidad de 175 ºC. 3. La temperatura máxima alcanzada por el aceite térmico durante el proceso es de 330 ºC a la salida del horno F-1. 4. El aceite térmico puede degradarse si no es sustituido al cabo de un determinado tiempo o bien si se sobrecalienta por encima de una determinada temperatura 3

5. El calor residual de los humos en la zona convectiva del horno se utiliza para producir vapor de media presión que se utiliza para alimentar a otros equipos del proceso. 6. El combustible utilizado en el horno es el Fuel-gas excedente de la propia Refinería. 7. El control del caudal del Fuel-gas al quemador del horno se efectúa por medio de la medición de la temperatura de salida del aceite térmico del horno que queda regulado por la válvula TCV-1. 4

Descripción de las protecciones del horno F-1 Las protecciones con las que está dotado el horno provocan el corte del combustible del horno mediante la válvula TCV-l por las causas siguientes: - Alta temperatura en la salida de humos, por actuación del TSH situado en la zona convectiva del horno - Baja presión en la línea de Fuel-gas de refinería, por actuación del PSL-2 situado aguas arriba de la válvula de control TCV-1 Por otra parte el horno tiene una protección para evitar la falta de alimentación a este por fallo de la bomba de alimentación por medio del PSL-1. 5

Consideraciones previas al análisis Se estudia el sistema en condiciones normales de operación y esto requiere plantear las hipótesis siguientes: 1. Se considera que la bomba P-1A impulsa el aceite a través del horno; la bomba P-1B es de reserva y sólo entra en funcionamiento cuando se produce una caída de presión en la línea de impulsión del aceite registrado por el PSL-1. 2. El horno trabaja a tiro natural, es decir, el humo sale libremente debido a la disminución de su densidad al aumentar su temperatura sin que exista ningún equipo de aspiración, de la misma manera, la entrada de aire en la cámara de combustión es natural, no hay equipo de impulsión. 3. El calor residual de los humos que se utiliza para vaporizar el agua y producir vapor, esta corriente no se tendrá en cuenta en 6 nuestro estudio.

PSL-1 Agua Humos a tratar TSH P-1A Vapor de agua Aceite térmico F-1 A cambiadores TC-1 P-1B PSL-2 TCV-1 Aire Gas piloto Gas de Refinería 7

Estudio preliminar La tabla siguiente muestra, mediante la matriz de interacción, el estudio preliminar para determinar la peligrosidad de las substancias en las posibles condiciones de proceso (normales de operación y anómalas). Aceite Gas Aire Agua Comentarios Aceite térmico - - x - Riesgo de inflamación Gas de refinería - - x - Atmósfera explosiva Aire x x - - Riesgo de inflamación Agua/vapor - - - - - Temperatura trabajo en F-1 x x - - Aceite líquido inflamable, gas inflamable Exceso temperatura en F-1 x x - - Degradación del aceite Hollín en tubos 8 Riesgo integridad del horno

Situaciones peligrosas identificada Mediante la matriz de interacción se han identificado las situaciones peligrosas siguientes: 1. La presencia de gas en la aspiración del aire del horno puede producir la formación de una atmósfera explosiva. 2. La presencia de aire en el aceite térmico puede favorecer la inflamación de materia combustible, especialmente si está recalentado. 3. La temperatura normal de calentamiento del aceite está por encima de su punto de inflamación, y un exceso de temperatura provoca la descomposición del aceite. 9

Nodo nº 1 PALA BRA GUIA VARIA BLE CAUSAS POSIBLES CONSECUENCIAS POSIBLES PROTECCIONES DEL SISTEMA MEDIDAS CORRECTORAS Mas Tempe ratura 1-Fallo del lazo control temperatura de salida del aceite. 2-Bajo caudal del aceite a través horno por descarga de la bomba 3- Cambio de composición del Fuel gas 1- Descomposic. del aceite y aumento de la Temperatura de humos de salida por chimenea. 2- Descomposic. del aceite. 3- Descomposic. del aceite. 1- Se detecta alta tº en salida humos cuya señal actuaría sobre lazo control de tº del horno pero por fallo no actuaría 2- El TC-1 detectaría la desviación y regularía el caudal de FG. a quemadores 3- El TC-1 detecta la desviación y regularía el caudal de FG. a quemadores 1- Poner sistema de corte del fuel-gas por alta tº de salida del aceite, independiente a la de control de tº de salida del aceite del horno. (A-1) Menos Tempe ratura 1-Fallo lazo de control de la tº de salida del aceite 2-Fallo alim. de Fuel gas Baja temperatura del aceite térmico y disfunciones en los trenes de intercambio Ninguno Instalar un TAL en línea de salida del aceite térmico del horno. (A-2) 10

No/ Menos Caudal 1- Descarga de la bomba de alimentación 2- Fallo eléctrico de las dos bombas 3- Parada de bombas por problemas suministro aceite de lubricación Mas Caudal No procede 1- Aumento de la temperatura en tubos del F-1 con peligro de formar hollín o incluso rotura de tubos 2- Aumento de la temperatura en tubos del F-1 con peligro de formar hollín o incluso rotura de tubos 3- Posibilidad de griparse las bombas por falta de lubricación 1- El PSL-1 arrancara la bomba de reserva. 2- Ninguna 3- Ninguna 2- Instalación de un FSL que por bajo caudal del aceite por el horno se cierre la entrada de fuel-gas a quemadores de este. (A-3) 3- Instalación de un sistema que bloquee la marcha de las bombas por bajo nivel del carter de las bombas. (A-4) Inverso Caudal Retroceso a través de la otra bomba Bajada de caudal dentro del horno Existencia de válvula de retención 11

Mas Presión 1- Válvula de retención gripada 2-Obstrucción en tubos del horno por hollín 1- Aumento de presión desde bomba a retención hasta presión de shut-off 2- Aumento de presión desde bomba al horno hasta presión de shut-off 1-Ninguna 2-Ninguna 1 y 2-Diseñar la tubuladura en impulsión de la bomba a la presión de shut-off de la bomba o bien poner SV tarada a la presión de diseño de la línea. (A-5) Menos Presión 1-Rotura de un tubo dentro del horno 2- Fallo eléctrico en las dos bombas 1- Fuego incontrolado dentro del hogar del horno y la bajada de presión originaría la entrada de la bomba de reserva 2- Ver no caudal Ninguna Instalación de un FDC a la end y sad del horno con alarma y que a un valor desactive la función del PSL-1. (A-6) 12

Otra Compo sición 1- Aceite degradado por falta sustitución 2- Aceite degradado por sobrecalentamiento 1-Mala transmisión de calor aguas abajo del horno 2- Mala transmisión de calor aguas abajo del horno 1- Ninguna 2- Ninguna 1 y 2-Instalar un sistema de control de la calidad del aceite en la salida del horno ( densímetro) (A-7) 13

Nodo nº 2 No/ Menos Caudal 1- Falta de fuel-gas por problemas externos de la instalación 2- Fallo en lazo de control TC- 1 con cierre de válvula 1-Bajada de presión en línea entrada a quemador con posibilidad de apagarse 2- Bajada de presión en línea entrada a quemador con posibilidad de apagarse 1- Actuación del sistema de protección PSL-2 2- No actuación del sistema de protección PSL-2 1-Valorar la posibilidad de que la instalación funcione con un combustible alternativo (A-8) 2-Cambiar posición del PSL-2 aguas abajo de la TCV-1 (A-9) Mas Caudal Fallo del lazo de control con apertura total de válvula Aumento de temperatura en línea salida tubos del horno con posibilidad de formar hollín o rotura de tubos Ninguna Igual que acción (A-1) 14

Mas Presión No procede Menos Presión Falta de fuel-gas por problemas externos de la instalación Bajada de presión en línea entrada a quemador con posibilidad de apagarse Actuación del sistema de protección PSL-2 Mas Tempe ratura No procede 15

Menos Tempe ratura No procede Otra Compo sición Modificación de la corriente que va a la red de fuel-gas Modificación de la forma y capacidad calorífica de la llama pudiendo incidir sobre algún tubo rompiéndolo Ninguna Instalación de analizador en línea de fuel-gas (A-10) 16

CONCLUSIONES El diagrama de flujo de la instalación presentado en la figura anterior, con la aplicación de las recomendaciones de la tabla quedaría modificado de la manera siguiente. -Se añade un actuador para bajo caudal de aceite (FSL) bloquea la entrada de combustible en el horno (F-1) y protege los tubos interiores de aceite del posible aumento de temperatura. -Al mismo tiempo por su posición ( ubicado en la impulsión de las bombas ) protege a éstas de trabajar al vacío y las bloquea en caso de falta de aceite desde la refinería o por taponamiento de las tuberías. -El actuador FSL no interfiere en la función del actuador (PSL- 1) que por baja presión en la impulsión de las bombas activa la bomba de reserva. 17

-Se separa totalmente el sistema de regulacion del horno del sistema protector para que éste pueda bloquear la instalación en caso de fallo del primero. Las modificaciones de la instrumentación del horno son: Ø Se añade una válvula de corte en la línea de combustible independiente de la válvula de control y de esta forma se permite el bloqueo de los quemadores independientemente del bucle de control que lo protege de cualquier fallo de éste último. Ø Se modifica la localización del dispositivo de corte por baja presión del fuel gas, localizándolo aguas debajo de la válvula de control del fuel gas con lo que se permite aumentar el numero de hipótesis de fallo que queda protegido con este medidor. 18

Ø Se añade un actuador para alta temperatura (TSH) a la salida de producto independiente del TC-1 ya existente, que protege al horno de un exceso de combustible y de una falta significativa de aceite, y que bloquea la llegada del combustible a los quemadores. Ø Se instala un sistema de comprobación del caudal a la entrada y salida que nos permite detectar roturas de tubos en el interior del horno. Ø Instalamos un sistema que nos permite activar el corte del fuel gas en situaciones de corte de la alimentación del aceite al horno Ø Y por ultimo se instala un sistema de alarma de alta temperatura a la salida del horno para evitar que se produzca el deterioro del aceite por sobrecalentamiento. 19

PSL-1 Agua Humos a tratar TSH Vapor de agua Aceite térmico P-1A P-1B FDC F-1 TAL TSH A cambiadores TC-1 PSL-2 FSL TCV-1 Aire Gas piloto Gas de Refinería 20

Estas modificaciones introducidas en el sistema de control y protección de la instalación mejoran su seguridad. La mejora se dan por: - La redundancia de señales de bloqueo de los quemadores del horno. - El resultado de la separación de los dos sistemas. Así pues, el sistema protector puede proteger la instalación de cualquier fallo que se produzca en cualquiera de los elementos que integran el bucle de control (falta de señalización en los indicadores, falta de señal en los transmisores, fallo en la apertura de las válvulas, etc. ) 21