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Introducción a la Norma Británica BS 60080: 2020, para la ubicación de detectores de fuego y gas (Parte 3 de 3)

Sistemas de Seguridad con Requerimientos Especiales / /

Continuando con el ciclo de vida establecido por la norma (ver entrada anterior), ahora abordaremos el apartado de la instalación, operación y mantenimiento del SFG, así como el tema de las competencias del personal.

3. Etapa de Instalación, Operación y Mantenimiento del Sistema de Fuego y Gas

Esta etapa incluye la instalación y puesta en servicio (verificación), validación del sistema y la operación, mantenimiento y modificación.

3.1. Instalación y puesta en servicio (verificación)

Se recomienda, antes de la construcción, realizar la planificación de las actividades de instalación (ubicación, elevación y orientación de los detectores, ajustes de los detectores, entre otros), y de los procedimientos de puesta en servicio. Posteriormente llevar a cabo la instalación de acuerdo al plan de instalación y la puesta en servicio de acuerdo al plan de puesta en servicio (commissioning). La norma recomienda documentar todas las actividades realizadas. En el contexto de la norma, la verificación es el proceso que confirma que la instalación y la puesta en servicio se han realizado según las especificaciones de diseño.

3.2. Validación del sistema

Previo a la puesta en servicio (commissioning) se deben planificar las actividades de validación para lo cual se debe elaborar un plan de validación del sistema. El SFG solo estará operativo una vez validados todos los requisitos plan de validación del sistema. En el contexto de la norma, la validación es el proceso que confirma que se ha cumplido con la intención de diseño del SFG y se comprueba el desempeño esperado.

3.3. Operación, mantenimiento y modificación

El SFG se debe operar según el manual de seguridad y de operación del sistema, y por personas competentes y autorizadas para hacerlo. En cuanto al mantenimiento, el SFG debe mantenerse de acuerdo al plan de mantenimiento del sistema, y las pruebas deben ser realizadas según el manual de seguridad del sistema, y por personas competentes y autorizadas para hacerlo. Todas las actividades deben ser documentadas. Las modificaciones (gestión del cambio) deben ser autorizadas, documentadas, verificadas y validadas. Terminada la modificación se debe validar el sistema para demostrar la función de seguridad. La norma sugiere una revisión del mapeo de Fuego y Gas cada cinco años o cuando se realicen cambios a la planta.

Competencias

La norma incluye un capítulo sobre la competencia del personal relacionado con los SFG, donde se dan recomendaciones sobre el perfil de competencias mínimo que deben tener las personas responsables del sistema.

Para concluir, en este artículo se ha tratado de hacer una breve descripción del contenido de la norma británica BS 60080:2020, cuyo enfoque pragmático y sus recomendaciones la hacen entendible para el profesional que se inicia en el mapeo de fuego y gas; en ella se proporciona orientación sobre cómo y dónde aplicar los diversos métodos de mapeo, y hace hincapié en la competencia del personal. Esta norma se convierte en una referencia más a tener en cuenta en cualquier etapa del ciclo de vida de un proyecto de fuego y gas, con mayor énfasis en la etapa de definición del proyecto cuando se requiere saber el tipo de tecnología, la cantidad y la ubicación de los detectores.

Referencias:

  1. Consultoría en Seguridad Funcional (CSF) (2019) Sistemas de Detección de Fuego y Gas (SFG) basados en desempeño: Una visión general. https://grupocsf.com/sdfg/
  2. Consultoría en Seguridad Funcional (CSF) (2020) Filosofía del Sistema de Fuego y Gas (SFG) – Fundamentos básicos para su elaboración. https://grupocsf.com/filosofia-del-sistema-de-fuego-y-gas-sfg/
  3. ISA-TR84.00.07 (2018). Guidance on the Evaluation of Fire, Combustible Gas, and Toxic Gas System Effectiveness. Research Triangle Park, NC.
  4. BS 60080. (2020). Explosive and toxic atmospheres — Hazard detection mapping — Guidance on the placement of permanently installed flame and gas detection devices using software tools and other techniques. BSI Standards Limited.
  5. Asia Pacific Fire Magazine. Introduction to BS60080:2020 guidance on the placement of detection devices. Por James McNay. https://apfmag.mdmpublishing.com/introduction-to-bs600802020-guidance-on-the-placement-of-detection-devices/.
  6. Insight Numerics. (14 de octubre de 2020). Understanding the new British Standard (BS 60080:2020) for Fire and Gas Mapping [Video]. Recuperado de https://www.youtube.com/watch?v=E4xYYFcAUAc

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Introducción a la Norma Británica BS 60080: 2020, para la ubicación de detectores de fuego y gas (Parte 2 de 3)

Sistemas de Seguridad con Requerimientos Especiales / /

Continuando con la etapa de Ejecución del Proyecto, abordaremos el apartado del mapeo de fuego y gas.

2.2. Mapeo de fuego y gas

La norma define tres (03) tipos de mapeo, cada uno con un nivel de complejidad y esfuerzo distinto:

  • Método prescriptivo.
  • Método volumétrico.
  • Método basado en escenarios.

Se menciona el concepto de proporcionalidad, que consiste en aplicar el método de mapeo según el nivel de riesgo.

Técnicas de Mapeo vs Evaluación de Riesgo

Método de MapeoEvaluación de Riesgo
Basado en escenarioCuantitativo
VolumétricoSemicuantitativo
PrescriptivoCualitativo

Más

Menos

Mapeo de Fuego.

Los detectores de fuego se comportan de manera binaria (detectan o no detectan el fuego), solo que dependiendo del tamaño del fuego que se quiere detectar se colocan más cerca o más lejos de la posible fuente, es decir, más allá del ajuste de la sensibilidad, no tienen punto de ajuste (set point) dependiente de las características de la llama. Para minimizar las activaciones no deseadas (falsas alarmas) se puede emplear votación de los detectores, por ejemplo, votación 1ooN para alarma y 2ooN para acción de control. Para el mapeo de fuego se recomienda definir el tamaño del fuego que se quiere detectar, tomando en cuenta el material inflamable, las condiciones de proceso y el enfoque de riesgo corporativo.

  • Método prescriptivo. Este método se basa en evaluaciones cualitativas y dependientes del juicio del diseñador, por lo tanto, la ubicación de los detectores se realiza según; a) Diseños probados (en aplicaciones similares), b) Normas prescriptivas, y c) Las características propias del gas, presión, temperatura, así como las características propias del sitio: congestión y confinamiento. Para este método no es necesario el modelado por software ni las métricas para evaluar el desempeño.
  • Método volumétrico. Se basa en detectar un fuego de determinado tamaño, y la métrica de desempeño consiste en evaluar el porcentaje de cobertura de un volumen determinado. El tamaño del fuego puede presentarse en; a) calor radiante (RHO) o b) tamaño del fuego en pie cúbico (ft2). Para realizar este método de mapeo se requiere del modelado por software.
  • Método basado en escenarios. La norma omite la aplicación del método basado en escenarios para la detección de fuego, ya que aporta pocos beneficios considerando el nivel de complejidad de este método.

Mapeo de Gases Inflamables.

El punto de ajuste de los detectores de gases se establece por debajo del LEL (límite inferior de explosividad) del gas inflamable que se quiere detectar, con el objeto de que sea lo suficientemente bajo para una detección temprana, pero al mismo tiempo lo suficientemente alta para evitar falsas alarmas. Para minimizar las activaciones no deseadas se puede emplear votación de los detectores, por ejemplo, votación 1ooN para alarma y 2ooN para acción de control. Antes de realizar el mapeo de gases inflamables deben definirse los puntos de ajuste, los cuales también deben estar declarados en la filosofía de fuego y Gas.

  • Método prescriptivo. Este método se basa en evaluaciones cualitativas y dependientes del juicio del diseñador, por lo tanto, la ubicación de los detectores se realiza según; a) Diseños probados (en aplicaciones similares), b) Normas prescriptivas, y c) Las características propias del gas, presión, temperatura, así como las características propias del sitio: congestión y confinamiento. Para este método no es necesario el modelado por software ni las métricas para evaluar el desempeño.
  • Método volumétrico. Se basa en detectar una nube de gas de determinado tamaño, y la métrica de desempeño consiste en evaluar el porcentaje de cobertura de un volumen determinado. El tamaño de la nube de gas que se quiere detectar puede estar fundamentado en cualquier método, ya sea cualitativo, semicuantitativo o cuantitativo. Para realizar este método de mapeo se requiere del modelado por software.
  • Método basado en escenarios. Aplicar este método requiere de información específica del proceso, y se deben considerar tanto la frecuencia como las consecuencias para cuantificar el riesgo. Entre los parámetros utilizados para el modelado están; la ubicación y dirección de la fuga, la velocidad y dirección del viento, y el tamaño del orificio. La métrica de desempeño consiste en evaluar el porcentaje de fugas detectadas o evaluar la frecuencia (por año) de las fugas que no se detectan, la norma recomienda utilizar la última. Este método se realiza una vez que se ha llevado a cabo el análisis cuantitativo de riesgos (ACR). Para realizar este método de mapeo y calcular la concentración de gas, se requiere del análisis de dispersión mediante modelado en 3D por software, por ejemplo, el Análisis Computacional de Fluidos (CFD, en inglés).

Para el mapeo de gases inflamables la norma hace consideraciones generales, entre las cuales podemos nombrar: el efecto que tiene sobre la gestión del cambio el método de mapeo elegido (recordar el concepto de proporcionalidad mencionado anteriormente), el efecto de la concentración de la nube de gas sobre el modelado de detectores de camino abierto (open path), las consideraciones prácticas de la instalación de los detectores de gases según su entorno, las consideraciones a tener en cuenta al momento de determinar el  tiempo de respuesta del detector, los factores a tener en cuenta al colocar monitoreo de perímetro, y consejos sobre la representación del mapeo en 2D versus 3D.

Mapeo de Gases Tóxicos.

Para definir los puntos de ajuste (set point) la norma recomienda revisar los niveles de exposición ocupacional para el material tóxico en cuestión, usando como referencia el documento de HSE EH40 “Workplace exposure limits”. Con el fin de minimizar las activaciones no deseadas debido a concentraciones pico de corta duración, para la activación de la alarma se puede aplicar un retardo de X segundos, o también emplear votación 2ooN. Antes de realizar el mapeo de gases tóxicos deben definirse los objetivos de desempeño (declararlos en la filosofía de fuego y Gas). La norma proporciona una tabla de Factores de riesgo y mitigación, que sirve como guía para determinar los objetivos de desempeño del sistema de detección de gases tóxicos.

  • Método prescriptivo. Para este método aplican las mismas consideraciones del método prescriptivo para la detección de gases inflamables, más la aplicación de la tabla de Factores de riesgo y mitigación.
  • Método volumétrico. Aplican las mismas consideraciones del método volumértico para la detección de gases inflamables, pero haciendo énfasis en las áreas donde el personal normalmente está presente.
  • Método basado en escenarios. Para este método aplican las mismas consideraciones del método basado en escenarios para la detección de gases inflamables.

La norma también hace consideraciones generales cuando se realiza el mapeo de gases tóxicos, por ejemplo, tomar en cuenta los factores que influyen en el tiempo de respuesta del detector, que el uso de accesorios en los detectores no comprometa los resultados del mapeo de gases, considerar la capacidad de recuperación del detector luego de una alta o prolongada exposición al gas, considerar la concentración del gas en el desempeño del detector, tener en cuenta durante el estudio de mapeo los efectos de la sensibilidad cruzada (gases de interferencia que producen la activación del detector , aún sin la presencia del gas objetivo) y el monitoreo de perímetro (con detectores de camino abierto – open path) en caso de que la migración de la nube de gas tóxico de un área a otra represente un peligro.

2.3. Desarrollo de la Ingeniería de Detalle del SFG

La norma reconoce que el diseño del SFG empieza al inicio del ciclo de vida del proyecto cuando aún no se cuenta con el modelo 3D, por lo que la norma sugiere un enfoque de dos etapas, primero utilizar un método prescriptivo (más conservador y con mayor número de detectores), y luego cuando el diseño sea estable y casi sin cambios, aplicar métodos más detallados como el mapeo volumétrico o mapeo basado en escenarios. Se admite que puede haber cambios, y que la eliminación de detectores es más fácil de manejar que la incorporación de nuevos detectores. En cuanto a la Gestión del Cambio la norma sugiere la designación de una persona competente en SFG, que será la encargada de aprobar los cambios en la documentación que ha sido aprobada para construcción, el ingeniero responsable del SFG también puede sugerir cambios para mejorar la seguridad y que requieran realizar nuevamente el mapeo.

En la próxima entrada abordaremos los tópicos de instalación y mantenimiento.

Referencias:

  1. Consultoría en Seguridad Funcional (CSF) (2019) Sistemas de Detección de Fuego y Gas (SFG) basados en desempeño: Una visión general. https://grupocsf.com/sdfg/
  2. Consultoría en Seguridad Funcional (CSF) (2020) Filosofía del Sistema de Fuego y Gas (SFG) – Fundamentos básicos para su elaboración. https://grupocsf.com/filosofia-del-sistema-de-fuego-y-gas-sfg/
  3. ISA-TR84.00.07 (2018). Guidance on the Evaluation of Fire, Combustible Gas, and Toxic Gas System Effectiveness. Research Triangle Park, NC.
  4. BS 60080. (2020). Explosive and toxic atmospheres — Hazard detection mapping — Guidance on the placement of permanently installed flame and gas detection devices using software tools and other techniques. BSI Standards Limited.
  5. Asia Pacific Fire Magazine. Introduction to BS60080:2020 guidance on the placement of detection devices. Por James McNay. https://apfmag.mdmpublishing.com/introduction-to-bs600802020-guidance-on-the-placement-of-detection-devices/
  6. Insight Numerics. (14 de octubre de 2020). Understanding the new British Standard (BS 60080:2020) for Fire and Gas Mapping [Video]. Recuperado de https://www.youtube.com/watch?v=E4xYYFcAUAc

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Introducción a la Norma Británica BS 60080: 2020, para la ubicación de detectores de fuego y gas

Sistemas de Seguridad con Requerimientos Especiales / /

El diseño de Sistemas de Fuego y Gas (SFG) no deja de ser un tema cargado de discusiones, teorías y enfoques al que pocos profesionales se atreven abordar. Ya en otros artículos [1] [2]hemos tratado el tema utilizando como referencia el reporte técnico de ISA TR 84.00.07-2018 [3], en esta oportunidad vamos a hacer una breve introducción de una nueva norma [4] de origen británico, BS 60080:2020 “Explosive and toxic atmospheres — Hazard detection mapping — Guidance on the placement of permanently installed flame and gas detection devices using software tools and other techniques”, publicada en septiembre 2020 por British Standards Institution.

Es preciso resaltar que la norma británica BS 60080:2020 es de carácter orientativo y no constituye un documento de obligatorio cumplimiento, es más una guía para el diseño de Sistemas de Detección de Fuego y Gas (SFG) fijos, que responde básicamente las siguientes preguntas [5]: 1) ¿Cuántos detectores necesito?, y 2) ¿Dónde los instalo para maximizar su efectividad?

Con el propósito de ilustrar el proceso de diseño de descrito en la norma, vamos a dividirlo en tres etapas [6]; Definición de la Filosofía (capítulos 4 y 5), Ejecución del Proyecto (capítulos 6, 7 y 8),e Instalación y Mantenimiento (capítulos 9, 10 y 11).

1. Definición de la Filosofía del Sistema de Fuego y Gas (SFG)

1.1. La primera actividad establecida en la norma es la Identificación de peligros y evaluación de riesgos; es decir, una vez que se ha identificado el peligro se debe realizar la evaluación de riesgos, esto con el objetivo de conocer si el sitio cuenta con medidas de control adecuadas para que los riesgos puedan considerarse tan bajos como sea razonablemente posible (ALARP), y una de esas medidas de control es el SFG. La norma asume que ya previamente se ha realizado una evaluación de riesgos y que, como resultado, para conseguir que los riesgos sean ALARP, se requiere de la instalación de un SFG.

1.2. La segunda actividad es la elaboración de la Filosofía de Fuego y Gas, la filosofía es un documento que trata sobre la estrategia del SFG y que debe definirse al inicio del proyecto. Para los propósitos de la norma, esta filosofía es particular para cada instalación y se complementa con la filosofía general (y genérica) de la corporación.

Para la elaboración de la filosofía, la norma recomienda incluir como mínimo los siguientes aspectos:

  • Las métricas que se utilizarán para evaluar el sistema (% de cobertura, tamaño de fuego o de nube de gas).
  • Criterio de protección predominante (proteger medio ambiente, personal, activos, continuidad del negocio).
  • Definir las zonas de mapeo (incluye la metodología para definirlas).
  • Reglas de clasificación (grading) de área (si aplica, esto define el desempeño basado en la categoría de riesgo).
  • Tecnología más apropiada según los peligros y el medio ambiente.
  • Puntos de ajuste (set points) y requisitos de votación para los detectores.

Al realizar el mapeo de fuego y gas, la norma recomienda considerar los aspectos prácticos de la ubicación de los detectores, es decir, tener en cuenta las opciones para el montaje de los detectores, previendo durante la etapa de diseño las facilidades para los futuros mantenimientos y pruebas. Recordemos que en un proyecto nuevo existe mucha flexibilidad para realizar la ubicación de los detectores lo cual permite optimizar el número de detectores, en cambio en instalaciones existentes o donde ya existe un SFG es más costoso realizar modificaciones para lograr un mapeo óptimo.

2. Ejecución del Proyecto del Sistema de Fuego y Gas

2.1. Tecnologías de Detección

La primera actividad de esta etapa es seleccionar la tecnología de detección adecuada al peligro que pudiera estar presente en el sitio, en la norma se hacen consideraciones particulares de las siguientes tecnologías:

Tecnologías de Detección de Fuego. Cuando se trabaja con detección óptica de fuego se maneja el concepto de cobertura de detección, que es una característica particular de cada modelo de detector. La información relativa a la cobertura de detección es proporcionada por el fabricante del detector, y depende de los siguientes factores:

  • Campo de visión (cono de visión)
  • Distancia de detección (depende del tipo de combustible)
  • Disminución de la sensibilidad hacia el borde del cono de visión

Para realizar la ubicación de un detector de fuego tipo óptico se requiere modelar su cobertura de detección, para lo cual es necesario conocer lo siguiente:

  • Marca y modelo del detector.
  • Sensibilidad del detector.
  • Tipo de Combustible.

La norma refiere brevemente a las siguientes tecnologías de detección de incendio:

  • Detección óptica de fuego: infrarrojo (IR simple y múltiple espectro), ultravioleta (UV y UV/IR) y detección visual/por imágenes.
  • Detección de calor: tapón fusible, cable lineal, sistemas neumáticos, tira bimetálica, sensor de calor IR y termistores.

La detección de humo está fuera del alcance de la norma.

Tecnologías de Detección de Gases inflamables. La norma hace mención de los detectores puntuales para gases inflamables del tipo catalítico (también conocidos como pellistores), tipo infrarrojos (IR) y de tipo conductividad térmica. El detector puntual detecta el gas en el punto donde está su elemento sensor. Existen también detectores del tipo línea de vista o camino abierto (open path) que pueden estar basados en tecnología IR o en tecnología láser, la principal diferencia entre ambos es que la tecnología láser es específica para cada gas, y en la tecnología IR que es más amplia ya que la mayoría de los gases absorben la radiación infrarroja.

  • Detectores puntuales: infrarrojo (IR), catalítico (pellistor) y conductividad térmica.
  • Línea de vista / camino abierto (open path): tipo infrarrojo y tipo laser

Tecnologías de Detección de Gases Tóxicos. Sin profundizar mucho en aspectos técnicos, la norma hace referencia de dos (02) métodos de detección de gases tóxicos: electroquímico y semiconductor.

Tecnología de Detección ultrasónica (acústica) para fugas de gases. Los detectores ultrasónicos para fugas de gases (UGLD por sus siglas en ingles), responden a las fugas de gases en equipos presurizados. El mapeo de dispositivos UGLD está fuera del alcance de la norma.

En la próxima entrega abordaremos los tópicos relacionados con el mapeo del SFG.

Referencias:

  1. Consultoría en Seguridad Funcional (CSF) (2019) Sistemas de Detección de Fuego y Gas (SFG) basados en desempeño: Una visión general. https://grupocsf.com/sdfg/
  2. Consultoría en Seguridad Funcional (CSF) (2020) Filosofía del Sistema de Fuego y Gas (SFG) – Fundamentos básicos para su elaboración. https://grupocsf.com/filosofia-del-sistema-de-fuego-y-gas-sfg/
  3. ISA-TR84.00.07 (2018). Guidance on the Evaluation of Fire, Combustible Gas, and Toxic Gas System Effectiveness. Research Triangle Park, NC.
  4. BS 60080. (2020). Explosive and toxic atmospheres — Hazard detection mapping — Guidance on the placement of permanently installed flame and gas detection devices using software tools and other techniques. BSI Standards Limited.
  5. Asia Pacific Fire Magazine. Introduction to BS60080:2020 guidance on the placement of detection devices. Por James McNay. https://apfmag.mdmpublishing.com/introduction-to-bs600802020-guidance-on-the-placement-of-detection-devices/.
  6. Insight Numerics. (14 de octubre de 2020). Understanding the new British Standard (BS 60080:2020) for Fire and Gas Mapping [Video]. Recuperado de https://www.youtube.com/watch?v=E4xYYFcAUAc

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Filosofía del Sistema de Fuego y Gas (SFG)

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Las recomendaciones del reporte técnico de ISA TR 84.00.07-2018, indican la necesidad de contar con la Filosofía de Protección de Fuego y Gas corporativa antes de iniciar el diseño de un Sistema de Detección de Fuego y Gas (SFG) basado en desempeño.

En las etapas tempranas del diseño, la Filosofía de Fuego y Gas establece las bases y criterios para alcanzar las metas de detección y mitigación en caso de fuego o fugas de gases, y esas metas deben ser consistentes con los criterios de aceptación de riesgos corporativos. La filosofía puede presentarse en forma de documento independiente o puede incluirse en los estándares de diseño y gestión de riesgos, y debe atender las especificaciones particulares del proyecto. La filosofía debe ser lo más precisa posible con el propósito de dejar claro al diseñador los objetivos que se quieren alcanzar con el diseño del SFG.

Dependiendo de cada empresa u organización, los enfoques filosóficos para los cuales se diseña un SFG varían, así como varían los criterios de riesgos y las acciones ejecutivas, dependiendo, por ejemplo, si las instalaciones son de procesos o administrativas, si son asistidas o desasistidas, en qué etapa se desea detectar el escenario (incipiente o desarrollado), cuál es la capacidad de extinción de incendio, etc. Pero independientemente del enfoque, los SFG, de manera general, realizan 3 funciones básicas:

  • Detectar (presencia de fuego, humo, calor, gases inflamables, tóxicos y asfixiantes).
  • Notificar (activar las alarmas para alertar al personal y tomar las medidas apropiadas).
  • Proteger (iniciar acciones automáticas y/o manuales de aislamiento de los materiales peligrosos, despresurización, activación del sistema de mitigación y cualquier otra acción que contribuya en reducir el daño y minimizar las perdidas).

Antes de comenzar un diseño basado en desempeño es fundamental definir los objetivos, así como entender para qué riesgos se debe diseñar. Para tener una idea clara de los objetivos, se puede iniciar respondiendo las siguientes preguntas: ¿Cuál es la magnitud de los escenarios que debería detectar el SFG? ¿Qué acciones son requeridas por parte del SFG en cada caso?

A continuación, se muestran los fundamentos básicos que deben considerarse en una de filosofía de detección de fuego y gas para un proyecto y como complemento a la filosofía corporativa.

1.            Normas aplicables

Se recomienda listar las normas, códigos, estándares y prácticas (en su revisión más reciente) empleadas en la industria para el diseño del SFG. Es práctica común que, en caso de conflicto entre la filosofía y los estándares/normas empleadas como referencia, se aplique el requisito más estricto. En la filosofía se debe mencionar la normativa aplicable al diseño, considerando:

  • Normas o prácticas nacionales (NFPA 72, EN 54, PDVSA K-363, PEMEX NRF-210, etc.).
  • Normas o prácticas Internacionales (ISA TR84.00.07, IEC 61511, IEC 61508, etc.).
  • Requisitos de alguna sociedad de clasificación (American Bureau of Shipping (ABS), Bureau Veritas (BV), DNV, etc.) y cualquier otro requerimiento de detección de fuego y gas (ej. Para aplicaciones costa afuera).

2.            Zonas que proteger

Las zonas a proteger con el SFG, en una instalación típica, pueden ser seleccionadas según el tipo de equipos de procesos, según la clasificación de áreas peligrosas, según el tipo de peligro (fuego, gas combustible, gas tóxico), según el tipo de producto procesado o almacenado, entre otros.

La categorización de las zonas es una práctica común en el diseño de los SFG, lo que se busca es segregar la instalación en partes y de esta forma tener una idea de los requerimientos que esas zonas van a demandar. Una forma de categorización de zonas es mostrada en Performance-based Fire and Gas Systems Engineering Handbook, donde, por ejemplo, la categoría H es para áreas de procesamiento de hidrocarburos, N para áreas donde no hay hidrocarburos, G para áreas de ocupación general, entre otras.

3.           Identificación de escenarios peligrosos

Los escenarios peligrosos que se deben estudiar (y su posterior determinación del nivel de riesgo) pueden definirse en función a los equipos de mayor riesgo (tanques, bombas, compresores, intercambiadores, etc.), considerando las características del producto manipulado (gasolina, GLP, diésel, etc.), la fase del material manejado (solida, liquida o gaseosa) o las condiciones de operación (presión, temperatura, etc.). Se recomienda considerar los siguientes puntos en la identificación de los escenarios peligrosos que debería detectar el SFG:

  • Establecer la magnitud del escenario a detectar (etapa incipiente o  desarrollado).
  • Seleccionar los escenarios “creíbles” para el diseño.
  • Definir el tipo de enfoque a utilizar en la identificación de los escenarios peligrosos (enfoque cuantitativo o semi cuantitativo).
  • Definir el método de análisis de riesgo.
  • Definir los objetivos del SFG (proteger instalaciones, personal o medio  ambiente)

4.            Desempeño del equipamiento del SFG

Se deben establecer las metas de desempeño de los equipos del SFG, es decir, el porcentaje de cobertura que requieren las zonas según su
nivel de riesgo, definir si la cobertura es geográfica o por escenarios y definir la probabilidad de fallas de los equipos. Se deben establecer los criterios y herramientas para verificar que las metas hayan sido alcanzadas (por ejemplo, mediante el uso de mapeo 2D y/o 3D). Para conocer el desempeño que debe tener el equipamiento del SFG se deben considerar los siguientes aspectos:

  • Asignar los objetivos de desempeño de la cobertura del detector de fuego y gas (según sea por cobertura geográfica o por escenario).
  • Determinar la probabilidad de falla del equipo (disponibilidad de seguridad y SIL)
  • Proteger de los gases tóxicos y combustibles al personal dentro de las edificaciones.

5.             Tecnología del SFG

Se debe seleccionar la tecnología de detección más apropiada, según los riesgos previstos en la instalación (materiales y condiciones de operación, etc.) y las características de las áreas a proteger (procesos, almacenamiento, edificaciones, etc.). Para seleccionar la tecnología más adecuada se recomienda tener en cuenta lo siguiente:

  • Estandarizar los métodos de detección de fuego y gas.
  • Asignar la tecnología adecuada según la aplicación. (Aplica la experiencia previa)
  • Describir las características de los detectores de fuego. (Cono de visión, sensibilidad, etc.)

6.            Acciones que debe acometer el SFG

Se deben definir las circunstancias bajo las cuales se activarán las alarmas (por fuego, gas, activación manual, o por todas las anteriores), los requerimientos particulares para las alarmas (tonos, colores, zonificación, etc.), las acciones en caso de activarse las alarmas (tomando en cuenta si la instalación es asistida o desasistida, complejidad del proceso, riesgo asociado a disparos no deseados, interacción con otros sistemas, votación de los detectores, etc.), los criterios para la ubicación de las estaciones manuales y los dispositivos de notificación. Además, especificar el criterio a considerar para establecer el set point de los detectores (pre alarma, alarma y paro). Es importante, al especificar las causas que pueden ocasionar la activación del SFG y las acciones del sistema como consecuencia de una activación, definir lo siguiente:

  • Especificar los requisitos para las alarmas. (Ubicación, tipo, características,  distribución, cantidad, alarmas auxiliares, etc.).
  • Definir las acciones del SFG en caso de activarse las alarmas.
  • Seleccionar el set-point de los detectores de gas combustible (% del LEL, LEL.m).
  • Seleccionar el set-point de los detectores de gas tóxico (ppm).
  • Definir las acciones del SFG en caso de votación simple (ej. Solo alarma) o compleja (ej. Activación del ESD)
  • Indicar cantidad de detectores en estado de alarma suficientes para activar el ESD.
  • Establecer cómo se degrada la votación cuando los detectores están en mantenimiento/pruebas.
  • Definir los requisitos para las estaciones manuales de alarma (ubicación, distanciamiento, alarmas activadas, acciones en caso de activación accidental

Todas las recomendaciones indicadas son solo una representación de algunos de los puntos que, como mínimo, deberían ser considerados en la elaboración de la filosofía de detección de fuego y gas de un proyecto; no significa que sean los únicos a considerar, de hecho, la experiencia del diseñador, los aportes del equipo multidisciplinario y la normativa utilizada contribuirán a enriquecer aún más la filosofía. Cabe resaltar que, en la etapa de diseño, la filosofía de fuego y gas muestra las bases y criterios bajo la cual se va a fundamentar el desarrollo del diseño basado en desempeño.

Es importante resaltar que, además de lo relacionado con los sistemas de detección de fuego y gas basados en desempeño, es necesario contar con una filosofía de mitigación de incendios, la cual tiene sus requerimientos y normativas específicas. Nuestra intención es contribuir con el desarrollo de filosofías de diseño y gestión de sistemas de detección fuego y gas más completos, confiando que con mejores directrices de diseño serán mucho más acertadas las decisiones del diseñador.

Referencias:

  • ISA-TR84.00.07 (2018). Guidance on the Evaluation of Fire, Combustible Gas, and Toxic Gas System Effectiveness. Research Triangle Park, NC.
  • Bryan, A., Smith, E. y Mitchell, K. (2016). Performance-based Fire and Gas Systems Engineering Handbook. Research Triangle Park, NC: ISA.
  • Center for Chemical Process Safety (CCPS) (2019). Guidelines for Integrating Process Safety into Engineering Projects. New York. Wiley
  • Basu, S. (2017). Plant Hazard Analysis and Safety Instrumentation Systems. Elsevier.
  • Consultoría en Seguridad Funcional (CSF) (2019) Sistemas de Detección de Fuego y Gas
    (SFG) basados en desempeño: Una visión general    . https://www.linkedin.com/pulse/sistemas-de-detecci%C3%B3n-fuego-y-gas-sfg-basados-en-una-visi%C3%B3n-romel.

 

La gente suele saber lo que debe hacerse, y tú sólo debes mostrarles el camino:
ésa es la sabiduría. 

«Eragon»
(2003), Christopher Paolini

 

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Romel Rodríguez

Functional Safety Expert TÜV SÜD TP18010990 | ISA84/IEC 61511 Expert | FSEng TÜV Rheinland 575/07 | PHA Leader

 

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Sistemas de Detección de Fuego y Gas (SFG) basados en desempeño: Una visión general

Sistemas de Seguridad con Requerimientos Especiales / /

En la industria del petróleo, gas y petroquímica se almacenan y procesan materiales peligrosos que tienen el potencial de causar daños severos a las personas, a los activos e incluso al medio ambiente circundante, producto de la pérdida de contención de los mismos. Esa pérdida de contención puede suceder, incluso en condiciones de funcionamiento normal de la planta, debido a la corrosión, erosión, fugas en empacaduras, sellos y bridas. Por muy bien diseñadas que estén las instalaciones, siempre habrá un riesgo residual que obliga a utilizar todos los medios posibles para prevenir, o en su defecto mitigar, cualquier incidente que pueda derivar en un incendio o explosión.

Para hacer frente a lo anterior, se deben diseñar medios o capas de protección que permitan atenuar las consecuencias de un evento peligroso (pérdida de contención de material tóxico o inflamable). Una de las  capas de protección utilizadas en la industria de procesos son los Sistemas – Instrumentados – de Detección de Fuego y Gas (SFG), que son sistemas conformados (pero no limitados) por un controlador y por dispositivos de detección y dispositivos de notificación (visual y audible), estratégicamente ubicados a lo largo de la planta, que tienen como objetivo, dar la advertencia más temprana posible ante un evento por fuga de gases, fuego; inclusive, humo y calor radiante, que podrían tener consecuencias catastróficas si no son atendidos de manera oportuna.

¿Enfoque prescriptivo o basado en desempeño?

En el contexto de la seguridad contra incendio, el enfoque prescriptivo se fundamenta en el cumplimiento de normas de organismos bien reconocidos como NFPA (National Fire Protection Association) o API (American Petroleum Institute), entre otros, y de las buenas prácticas de la industria que establecen los requerimientos mínimos para el diseño de los sistemas de protección contra incendio. Cuando se diseña bajo este enfoque, no se requiere la evaluación de la capacidad de reducción de riesgo del SFG, es relativamente fácil de utilizar y, en teoría, siguiendo sus lineamientos, el usuario final obtendrá un grado de reducción de riesgo mientras “cumple con la norma”, a través de un diseño estandarizado, pero que no necesariamente se adapta a cada caso particular.

En el enfoque basado en desempeño, se trabaja en función de objetivos (metas de seguridad) en lugar de reglas preestablecidas, identificando los peligros del proceso y determinando la magnitud de cada riesgo, para después diseñar un SFG con el desempeño necesario según cada caso.

La elección del enfoque a implementar para el diseño del SFG es decisión del usuario final.

Para el diseño particular del SFG se recomienda el reporte técnico de ISA TR84.00.07-2018 (Guidance on the Evaluation of Fire, Combustible Gas, and Toxic Gas System Effectiveness), cuyo propósito es suministrar una guía para evaluar la efectividad de las funciones del SFG. Este reporte técnico considera tres aspectos básicos para evaluar la efectividad de un SFG:

a) Cobertura de detección: probabilidad que tiene el SFG de detectar el peligro, dada la disposición del detector y el arreglo de votación elegido. Es importante detectar la condición peligrosa en su etapa incipiente, una falla en la detección conlleva a eventos de mayor magnitud. En los SFG la detección es la columna vertebral y, en ocasiones, su talón de Aquiles.

b) Disponibilidad de seguridad: probabilidad de que el SFG se active ante la detección de un peligro. Una falla de la función del SFG para actuar bajo una demanda resultaría en un agravamiento de las consecuencias.  La Disponibilidad de Seguridad (SA) del SFG está dada por

SA = 1 – PFDavg = 1 – (PFDsensor + PFDcontrolador + PFDelemento final).

Donde la PFDavg es la perteneciente a los elementos que conforman una función instrumentada del SFG.

c) Efectividad de mitigación: probabilidad que tiene el SFG para reducir (o mitigar) la gravedad de las consecuencias a niveles aceptables. Evita, por ejemplo, que una pequeña fuga de gas se convierta en una gran acumulación de gas con consecuencias catastróficas.

Aun cuando el reporte técnico ISA TR84.00.07-2018 es de carácter informativo y no contiene ningún requisito obligatorio, establece un marco de trabajo, como el de la figura, que ayuda al ingeniero de diseño en el análisis de los peligros y riesgos, a proponer un diseño de SFG y luego verificar si el diseño cumple con las metas de desempeño establecidas para el proyecto.

 

 Fuente: ISA-TR84.00.07-2018

 

Proceso de diseño de un SFG basado en desempeño

Antes de comenzar el diseño del SFG, se requiere desarrollar una filosofía de detección de fuego y gas durante la etapa de planificación. Esta filosofía es la base que describe los objetivos generales (es fundamental definir los objetivos antes de comenzar) para la detección y mitigación de riesgos, y debe ser coherente con los criterios de aceptación de riesgos del usuario final. La filosofía debería incluir los criterios para la identificación de peligros, el procedimiento para la definición de las zonas peligrosas y su extensión, el procedimiento para establecer las metas de desempeño y los procedimientos y herramientas para evaluar si las metas de desempeño han sido alcanzadas.

Teniendo como entradas la filosofía de fuego y gas, los diagramas de flujo de procesos (PFD), los diagramas de tuberías e instrumentos (DTIs), los planos de planta (plot plan), entre otros insumos, se procede a evaluar los peligros y riesgos de fuego y de fugas de gases (combustibles y tóxicos). Para la evaluación de los peligros y riesgos típicamente se aplican dos enfoques: 1) Enfoque cuantitativo: que utiliza una cuantificación detallada del peligro y el riesgo. 2) Enfoque semi-cuantitativo: que utiliza tablas para categorizar parámetros de riesgo y así establecer las metas de desempeño a alcanzar. En esta fase se identifican las áreas de la planta que requieren atención, se realiza la identificación de los escenarios peligrosos (esto incluye analizar los principales equipos de procesos, como tanques, bombas, compresores, separadores, etc.) y se establecen las metas de desempeño con respecto a esos escenarios peligrosos. Además, se analiza la severidad de las consecuencias (de manera cuantitativa y/o semi-cuantitativa, según decida el usuario final) y se analiza la frecuencia (por ejemplo, utilizando tasas de fallas de la industria) con la que se podrían presentar los escenarios peligrosos. Finalmente, se evalúa el riesgo asumiendo que el SFG no está disponible (para saber si el riesgo no mitigado es tolerado por el usuario final).

Después de haber evaluado el riesgo, haber identificado los principales equipos de procesos y considerado la severidad de las consecuencias de los peligros no mitigados, se procede a especificar los requisitos de desempeño del SFG. Las metas de desempeño del SFG deben ser coherentes con la filosofía del usuario final en términos de la detección y mitigación de los peligros; las mismas deben seleccionarse de manera que la función instrumentada del SFG pueda lograr la meta de reducción de riesgo requerida. En esta fase también se realiza la propuesta de diseño del SFG (tomando en cuenta los peligros identificados y el riesgo cuantificado), se establecen los requerimientos generales y especificaciones funcionales del SFG, se ubican los detectores de acuerdo a normas aplicables, prácticas de la industria, y del buen criterio del ingeniero de diseño.

Una vez generados los planos con las ubicaciones preliminares de los detectores y el diseño conceptual del SFG, se procede a verificar el desempeño de la propuesta. Se verifica la cobertura de los detectores; esto se realiza, generalmente, utilizando software de modelado en 3D (mapping), y de Dinámica Computacional de Fluidos (CFD). Se verifica la disponibilidad de seguridad, calculando la probabilidad de falla bajo demanda (PFD) de cada función del SFG. Se verifica la efectividad de las acciones de mitigación del SFG, cuyo método de verificación dependerá del tipo de acción que se tenga previsto tomar (ejemplo, evacuación del personal, supresión de incendio, aislamiento y despresurización del proceso, etc.)

Por último, se determina la efectividad del SFG (riesgo mitigado), comparando la efectividad de las funciones del FGS contra las metas de desempeño; si las metas fueron alcanzadas entonces el diseño propuesto es aceptable y la reducción de riesgo ha sido lograda, si no, el diseño conceptual debe ser revisado y modificado.

En conclusión, el diseño de Sistemas de Detección de Fuego y Gas basados en desempeño, permite cuantificar la efectividad y la reducción de riesgo asociada a las funciones instrumentadas del SFG, en forma sistemática y trazable a los riesgos analizados, lo que permite mantenerlo actualizado en función de los cambios que sufre la instalación en su vida útil. Además, el enfoque basado en desempeño se puede complementar con las normas y practicas prescriptivas para lograr un diseño de SFG óptimo y eficiente, adaptado a las particularidades de cada escenario.

“Si lo que haces no funciona, no creas que eres incapaz, simplemente prueba a hacer algo diferente y observa lo que ocurre”

Giorgo Nardone

 

Hernán Núñez

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Romel Rodríguez

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