- Vapor Cloud Explosions (VCE)
La explosión de una nube de vapor (VCE) es el resultado de la descarga o liberación a la atmósfera de gran cantidad de líquido vaporizado o gas inflamables - desde un tanque, equipo de proceso o ducto - con una subsecuente fase de dispersión, y después de un lapso de tiempo, con la ignición de la nube.
La VCE causa daños por sobrepresión debido a la alta velocidad de propagación de las llamas.
Para la formación de una VCE se requieren varias condiciones:
- El material descargado debe ser inflamable a cierta temperatura o presión, como gases licuados presurizados (propano, butano), líquidos inflamables, o gases inflamables no licuados (metano, acetileno, etileno).
- Antes de la ignición debe formarse una nube de suficiente tamaño. Si la ignición es instantánea ocurre un Flash Fire, sin daños por sobrepresión.
Si la nube se forma durante un período de tiempo, la subsecuente ignición tendrá sobrepresiones que pueden causar daños severos.
Igniciones que tardan entre 1 a 5 minutos son las de mayor probabilidad de causar VCEs, aunque se han registrado severos eventos con demoras de pocos segundos hasta 30 minutos.
- Una suficiente proporción de la nube debe estar en el rango de inflamabilidad. La nube tiene tres regiones: una región “rica” cerca del punto de liberación; una región “pobre” en el borde de la nube; y una región entre las dos anteriores, dentro del rango de inflamabilidad.
La porción de la nube en cada región depende de varios factores, como la cantidad liberada, la presión al momento de la liberación, el tamaño de la abertura de descarga y factores ambientales.
- Los efectos por sobrepresión de la nube de vapor son variables. Están en función a la velocidad de propagación de la llama, siendo por deflagración en la mayoría de los casos, con velocidades entre 1 m/s y la velocidad del sonido
Para que ocurra una VCE siempre deberá haber turbulencia, que aumenta considerablemente el ratio de combustión en las deflagraciones.
En ausencia de turbulencia, la baja velocidad de propagación de la llama resulta insuficiente para generar sobrepresión, por lo que la nube de vapor arderá como un Flash Fire, causando solo daños por radiación y contacto con la llama.
La turbulencia se origina por tres mecanismos, de forma individual o simultánea: (1) por la propia liberación de la nube, (2) por la expansión de vapores sin combustionar a través de áreas congestionadas, y (3) por objetos externos en la trayectoria de la nube.
Estos mecanismos pueden causar muy alta velocidad de llama, y, como resultado, fuertes sobrepresiones. El ratio de combustión y presión disminuye cuando la llama entra a una zona sin turbulencia.
En caso extremo, la turbulencia puede originar suficiente energía para convertir la deflagración en detonación. Para eso la región de la mezcla inflamable de la nube debe ser homogénea, lo que rara vez ocurre, por eso las detonaciones de nubes de vapores o gas son de muy baja probabilidad.
La deflagración y la directa detonación de mezclas de aire con hidrocarburos más comunes requieren energías de ignición de 10-4 y 106 Joules, respectivamente; por lo que la directa iniciación de una detonación de una nube de vapor o gas resulta también de muy baja probabilidad.
- Eventos severos de VCEs
- Siberia, Rusia: Ruptura de ducto
El 3 de junio de 1980, cerca de una doble línea férrea de trenes, se produjo un derrame en un ducto que trasportaba gas natural licuado. La nube inflamable cubrió la doble línea férrea, que luego entró en ignición cuando pasaron dos trenes.
La sobrepresión fue enorme, causando 650 muertes, con varias partes del tren fuera de los rieles.
El ducto transportaba líquidos de gas natural desde los campos de gas a plantas químicas, cuando los ingenieros recibieron una señal de alarma debido a la súbita caída de presión. En respuesta incrementaron el caudal de bombeo para mantener la presión normal en el ducto, produciendo el derrame a unos 800 m de la línea férrea transiberiana, en un valle con árboles. Horas antes de la explosión se reportó un fuerte olor a gas. La nube recorrió unos 8 km.
Dos trenes eléctricos en direcciones contrarias, cada uno de 19 vagones (de metal o madera) llegaron a la zona de la nube. La turbulencia causada por los trenes habría formado la mezcla inflamable de vapores y niebla con el aire. La fuente de ignición pudo ser cualquiera de los dos trenes.
Además de los 650 fallecidos, se descarrilaron extensas partes de los dos trenes, cuatro vagones fueron despedidos por la sobrepresión, algunos vagones de madera se quemaron completamente en 10 minutos, árboles quedaron quemados en un radio de 4 km y se reportaron ventanas fracturadas en un radio de 13 kms.
- Illinois, USA: Colisión de camión cisterna en patio de maniobras
En enero de 1972, en un patio de maniobras, un camión cisterna con propileno licuado colisionó con un volquete vacío detenido. El tanque de la cisterna fue perforado, causando un derrame que formó una nube de vapor que luego entró en ignición y deflagró con sobrepresión.
El volquete se detuvo 400 m antes del punto de control. Más tarde tres camiones cisterna con propileno transitaron por la pista donde estaba el volquete sobrepasando el límite de velocidad (25 km/h), lo que activó la señal de alarma, cuando la primera cisterna colisionó con el volquete. El acople del volquete perforó una parte del tanque, causando el derrame de propileno licuado, que formó una nube blanca al nivel del suelo.
Luego los cuatro vehículos recorrieron juntos 700 m hasta el estacionamiento, donde se vieron llamas que se propagaron al tanque rajado. Una llama rosada se propagó hacia arriba y en un lapso de 2 a 30 segundos una vasta nube de vapor deflagró con fuerte sobrepresión. De inmediato ocurrió una segunda y más severa explosión, resultando 223 heridos, así como daños a edificios y vehículos de carga.
- Siberia, Rusia: Ruptura de ducto
- Flash Fires
- Iowa, USA: Incendio de Propano
Una noche de agosto de 1978, se rajó un ducto con propano líquido, liberando una nube que luego se incendió al entrar en contacto con una fuente de ignición desconocida.
El ducto se extendía desde una estación de bombeo hasta un terminal de tanques de almacenamiento. El tanque se fracturó a 1,200 psig, formando una grieta de 33” (838 cm), con derrame y consecuente vaporización.
La nube, al ser más pesada que el aire, cruzó una carretera, cubriendo 30 Ha de terrenos con árboles y rodeando una granja. El viento era ligero y había 15 oC de temperatura.
La nube se incendió, causando tres muertes y destruyendo la granja y dos autos. Dos personas sufrieron quemaduras en 90% de sus cuerpos. Las llamas alcanzaron 120 m de altura y se detuvieron solo después que cerraron las válvulas de sectorización para aislar la sección del ducto fracturado.
La causa de la fractura del ducto fue por stress debido a un golpe y abolladura durante su reposición, tres meses antes, cuando en simultáneo se realizaban trabajos en la carretera adyacente a la zona del accidente.
- Virginia, USA: Incendio de Propano
En marzo de 1972, el vuelco de un tractor semi tráiler causó el derrame de propano líquido contenido a presión, cuya nube entró en ignición poco después, causando la muerte de dos personas y quemaduras severas a otras cinco.
En una vía asfaltada de dos carriles contrarios el tractor transitaba a 40 km/h cuando al descender por una curva pronunciada invadió el otro carril, mientras un automóvil ascendía en sentido contrario. El conductor del camión maniobró bruscamente para volver a su carril, impactando contra el guardavía en la curva, lo que causó el vuelco del tractor hacia su lado derecho.
En el vuelco, la tapa del manhole en el tanque golpeó una piedra, lo que originó una rajadura por la cual fugó el propano. A un lado de la vía habían árboles y al otro arbustos en una pendiente con un riachuelo hacia abajo.
El conductor abandonó el semitráiler y corrió bajando por la pista hacia adelante para advertir a los vehículos que subían en sentido contrario. El conductor de un primer vehículo se detuvo e intentó retroceder, pero fue bloqueado por otro auto. Ocupantes de otros vehículos se detuvieron, descendieron y también caminaron hacia abajo por la pista.
Otras tres personas salieron de sus viviendas cuando escucharon el choque, a 60 m de distancia y 20 m por debajo del camión.
Se descargaron 4,000 galones de propano licuado. La nube entró en ignición al contacto con el motor del semitrailer, con la batería, o con el circuito eléctrico. El Flash Fire fue descrito como una bola de fuego de no menos de 120 m de diámetro.
El conductor del camión, en ese momento a 80 m de distancia, fue alcanzado por las llamas, muriendo de inmediato. Los ocupantes de los vehículos y de las viviendas, a 125 m y 135 m de distancia del camión, respectivamente, no fueron alcanzados por la nube, aunque sufrieron graves quemaduras por radiación.
- Iowa, USA: Incendio de Propano
Prueba de bombas
- Pruebas semanales (sin flujo)
a. Bombas eléctricas y diésel- Registrar presiones en manómetros de succión, descarga y línea sensora, o en sensores electrónicos en el tablero de control. Calibrar o corregir si están fuera de los rangos establecidos.
- Identificar goteos en sellos de empaquetaduras.
- Verificar que las presiones de descarga y línea sensora sean iguales.
- Verificar descarga de válvula de alivio de presión.
- Arranque semanal durante 30 minutos.
- Con motor funcionando verificar adecuadas lecturas en panel: rpm, presión de aceite, temperatura, voltaje y amperaje.
- Verificar adecuada descarga del agua de enfriamiento del motor.
- Arranque mensual durante 10 minutos.
- Pruebas anuales
a. Con flujo (eléctricas y diésel)
Graficar la curva caudal vs presión, con al menos tres lecturas:
- Caudal = 0, a 140% de la presión nominal
- Caudal nominal, a presión nominal.
- Caudal a 150% del nominal, a 65% de la presión nominal.
Estas tres lecturas se observan en el siguiente gráfico:
Se considera aceptable si la desviación no es mayor de 5 % de curva de presión de diseño de la bomba (ejemplo en el gráfico siguiente). Caso contrario investigar la causa y corregirla.
- Prueba anual de arranque de bombas
12 arranques, durante cinco minutos por punto de arranque.
a. Bombas con motor eléctrico
- Seis arranques con fuente de energía primaria y seis con fuente secundaria.
- Para cada fuente un arranque manual (dos arranques).
- Cinco arranques para cada fuente de energía, por caída de presión (10 arranques):- Prueba de rociador
- Manguera
- Drenaje de línea sensora
- Válvula de prueba caudal vs presión
- Cualquier otro drenaje
- Seis arranques manuales y seis automáticos.
- Arranques manuales:- Uno con cada batería desde el tablero de control (dos arranques)
- Uno con cada “crank” desde el panel en el motor (dos arranques)
IMAGEN AQUI - Uno en cada punto de arranque directo en el motor (dos arranques).
IMAGEN AQUI - Arranques automáticos:
- Prueba de rociador
- Manguera
- Drenaje de línea sensora
- Válvula de prueba caudal vs presión
- Cualquier otro drenaje