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EJEMPLO PRÁCTICO DE

HAZOP

Manuel Sánchez Muñoz Rev. 2016

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Humos a tratar

Aceite térmico

Agua

Vapor deagua

A cambiadores

Aire Gas piloto Gas de Refinería

TCV-1

P-1B

F-1

P-1A

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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 dedestilación del crudo sacándose como producto de fondoy tiene temperatura de inflamabilidad de 175 ºC.

3. La temperatura máxima alcanzada por el aceite térmicodurante 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

Descripción de la instalación que se quiere estudiar

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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.

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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.

Descripción de las protecciones del horno F-1

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Se estudia el sistema en condiciones normales de operacióny 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 nuestro estudio.

Consideraciones previas al análisis

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Humos a tratar

Aceite térmico

Agua

Vapor deagua

A cambiadores

Aire Gas piloto Gas de Refinería

TCV-1

PSL-2

PSL-1

TC-1

TSH

P-1B

F-1

P-1A

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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

Riesgo integridad del horno

Estudio preliminar

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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.

Situaciones peligrosas identificada

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PALABRA

GUIA

VARIABLE

CAUSAS POSIBLES

CONSECUENCIAS POSIBLES

PROTECCIONES DEL SISTEMA

MEDIDAS CORRECTORAS

Nodo nº 1

Mas Temperatura

1-Fallo del lazo control temperatura de salida del aceite.2-Bajo caudal del aceite a través horno por descarga de la bomba3- 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 actuaría2- El TC-1 detectaría la desviación y regularía el caudal de FG. a quemadores3- 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 Temperatura

1-Fallo lazo de control de la tº de salida del aceite2-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)

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No/Menos

Caudal 1- Descarga de la bomba de alimentación2- Fallo eléctrico de las dos bombas3- Parada de bombas por problemas suministro aceite de lubricación

1- Aumento de la temperatura en tubos del F-1 con peligro de formar hollín o incluso rotura de tubos2- Aumento de la temperatura en tubos del F-1 con peligro de formar hollín o incluso rotura de tubos3- 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)

Mas Caudal No procede

Inverso Caudal Retroceso a través de la otra bomba

Bajada de caudal dentro del horno

Existencia de válvula de retención

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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)

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Otra Composición

1- Aceite degradado por falta sustitución

2- Aceite degradado por sobrecalenta-miento

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)

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Nodo nº 2No/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)

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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 Temperatura

No procede

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Menos Temperatura

No procede

Otra Composición

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)

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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.

CONCLUSIONES

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-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.

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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 laentrada y salida que nos permite detectar roturas de tubos enel interior del horno.

Ø Instalamos un sistema que nos permite activar el corte delfuel gas en situaciones de corte de la alimentación del aceiteal horno

Ø Y por ultimo se instala un sistema de alarma de altatemperatura a la salida del horno para evitar que seproduzca el deterioro del aceite por sobrecalentamiento.

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Aceite térmico

Humos a tratar

Agua

Vapor de agua

A cambiadores

Aire Gas piloto Gas de Refinería

TCV-1

PSL-2

PSL-1

TC-1

TSH

P-1A

P-1B

FSL

TSH

F-1TAL

FDC

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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. )