ES2620005T3

ES2620005T3 - Procedimiento para mitigar las consecuencias de una explosión de nube de vapor sin confinar

Info

Publication number: ES2620005T3
Application number: ES09800036.7T
Authority: ES
Inventors: Leopold Hoorelbeke
Original assignee: Total Research and Technology Feluy SA
Current assignee: TotalEnergies One Tech Belgium SA
Priority date: 2008-07-23
Filing date: 2009-07-16
Publication date: 2017-06-27
Anticipated expiration: 2029-07-16
Also published as: WO2010010044A1; EP2303412B1; EP2153872A1; CN102105196A; HUE032414T2; KR101353300B1; CN102105196B; US10300316B2; KR20110028630A; PT2303412T; EP2303412A1; DK2303412T3; LT2303412T; US20170225020A1; SI2303412T1; HRP20170425T1; PL2303412T3

Abstract

Procedimiento para mitigar las consecuencias de una explosión de nube de vapor sin confinar debido a la liberación accidental de un gas inflamable en un área abierta, en el que: * medios capaces de liberar un producto de supresión de aceleración de llama se dispersan en dicha área, * una señal se genera por un detector de dicha liberación de gas inflamable, o por un operario, o por una llama próxima o por la propia explosión, o por cualquier combinación de los mismos, * dicha señal activa la liberación del producto de supresión de aceleración de llama en dicha área y en una cantidad suficiente para transformar la nube inflamable en una mezcla de producto inflamable, aire y dicho producto de supresión de aceleración de llama para evitar aceleraciones de llama en una explosión de nube de vapor sin confinar pero deja que el producto inflamable se queme en caso de ignición, en el que el producto de supresión de aceleración de llama es un sólido en forma de polvo.

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

DESCRIPCION

Procedimiento para mitigar las consecuencias de una explosion de nube de vapor sin confinar Campo de la invencion

La presente invencion es un procedimiento para mitigar las consecuencias de explosion de nube de vapor sin confinar o parcialmente confinada por inhibicion. Un peligro particular para las plantas petroqmmicas y refinenas es una liberacion accidental de una gran cantidad de material inflamable como resultado la formacion de una nube inflamable dentro de la instalacion. La evidencia historica ha demostrado que la ignicion de una nube de este tipo puede conducir a una explosion devastadora y una destruccion total de la instalacion. Tales accidentes son comunmente denominados "Explosiones de Nubes de Vapor' (VCE) o "Explosion de Nube de Vapor Sin Confinar" y son referidas como "VCE".

La inhibicion de la llama se refiere a un debilitamiento de la llama, es decir, una disminucion de la velocidad de la reaccion exotermica en general en la llama. Este debilitamiento puede o no conducir a la extincion, dependiendo del campo de flujo en el que existe la llama.

Esto es diferente de la extincion de incendios, del apagado de llamas, de la extincion de la llama que a menudo se utiliza para referirse al caso en el que la llama se ha debilitado hasta el punto en que ya no puede estabilizarse en el campo de flujo relevante. El sofocado parietal de la llama se refiere a la extincion de la llama para la que las perdidas de calor en una superficie fue el factor precipitante.

La inhibicion se puede lograr mediante la interaccion qmmica (por un inhibidor) o por enfriamiento (por ejemplo, con agua). La presente invencion se refiere a la "inhibicion de una llama de aceleracion en una explosion de nube de vapor sin confinar por una interaccion qmmica". El objetivo es bloquear la aceleracion de la llama de manera que las sobrepresiones maximas resultantes de la VCE se reduzcan.

Antecedentes de la invencion

El documento US7.153.446 proporciona un agente de supresion de incendios o explosiones, que tiene dos partes supresoras, una que comprende una sustancia qmmica de supresion de explosiones que es sustancialmente lfquida a temperaturas y presiones normales y la otra que comprende un gas inerte de supresion de incendios o explosiones; dispersandose la sustancia qmmico en forma de suspension en el gas inerte, teniendo la sustancia qmmica cuando se dispone asf un bajo impacto ambiental, con una breve vida atmosferica de menos de 30 dfas; comprendiendo la sustancia qmmica uno o mas productos qmmicos halogenados espedficos. No esta claro si el agente de supresion de incendios o explosiones se libera antes o despues de que se ha iniciado el fuego. La descripcion solo menciona la proteccion de un espacio o volumen especificado, tal como el interior de un vefnculo o un volumen dentro de una aeronave.

El documento EP 562756 divulga un agente de extincion de incendios y de supresion de explosiones que comprende perfluorohexano descargado en forma atomizada, tal como, por ejemplo, por medio de un gas de presurizacion que puede, por ejemplo, ser nitrogeno al menos parcialmente disuelto en el perfluorohexano. Se desprende de la pagina 4 lmeas 23+ que la descarga del supresor se activa por la deteccion de un aumento de la presion debido a la explosion incipiente.

El documento US 7.090.028 divulga un procedimiento y aparato para la produccion de niebla de agua con un tamano de micras y sub-micras extremadamente fino utilizando un dispositivo ultrasonico electronico que produce la niebla a presion ambiente y suministra la niebla para su aplicacion en la supresion de fuego. En la columna 6 lmeas 50+ se entiende que el suministro de niebla se realiza despues del inicio del incendio.

El documento WO 99-24120 describe un supresor de fuego o explosion que comprende agua o una solucion salina de metal alcalino acuosa junto con un agente tensioactivo. El tensioactivo se selecciona de manera que sea de accion rapida, es decir, de manera que tras la dispersion de la solucion de agua o basada en agua hacia el fuego o explosion (por ejemplo, en un chorro o bajo atomizacion), el tensioactivo actua para producir un valor de tension superficial que se hace bajo (preferentemente al menos tan bajo como aproximadamente 25 mN/m) en el tiempo que tarda el agua dispersada para alcanzar el incendio o explosion (menos de 50 y preferentemente menos de 20 milisegundos). El agente de supresion de incendios o explosiones se libera despues de que se ha iniciado el incendio.

El documento WO 98-47572 describe una disposicion de supresion de explosion para la supresion de explosiones dentro de un area protegida, que comprende medios de contencion para contener material supresor de explosiones y que tiene una salida normalmente cerrada por medios frangibles, una fuente de presion, un medio de distribucion de presion situado dentro del medio de contencion para encontrarse dentro del material supresor de explosiones en el interior, presurizandose el medio de distribucion por la fuente tras la activacion del para presurizar el material supresor y romper los medios frangibles para provocar la descarga del material supresor a traves de la salida. Tras la deteccion de una explosion en el area, el material se descarga en el area y suprime la explosion. El material supresor de la explosion es un polvo tal como fosfato monoamonico o hidrogenocarbonato sodico.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

El documento US 2003-0000951 proporciona un procedimiento para reducir la gravedad de explosiones de nubes de vapor en areas de operacion parcialmente confinadas, que comprende la colocacion de material de proteccion poroso, de alta relacion area superficial-volumen en el area en cantidad suficiente para reducir los efectos de la presion causados por la ignicion de las nubes de vapores inflamables. De acuerdo con una realizacion preferida, el material de proteccion es un material de malla de metal o papel metalizado. Ejemplos se refieren a evitar una explosion de un tambor que contiene pentano. El material de proteccion es un papel de aluminio expandido, de 20 a 80 pm de espesor, con una densidad de 30 a 50 kg/m3 y con un bajo desplazamiento volumetrico (1-2 %). Dicho papel de aluminio expandido dispuesto en rollos se inserta en el tambor.

El documento US 5495893 divulga un sistema de supresion de deflagracion, que es particularmente aplicable a deflagraciones que implican gases combustibles. El supresor de deflagracion en el sistema es normalmente agua que se dispersa en el gas combustible como una corriente de gotitas que tienen un diametro medio Sauter de no mas de aproximadamente 80 micras. El sistema puede incluir un detector de sustancia combustible para detectar concentraciones potencialmente explosivas de una sustancia combustible, como el gas combustible, antes de la aparicion de una deflagracion. Mediante la deteccion de la concentracion de una sustancia combustible en una region definida, los medios sensores son capaces de detectar una condicion en la region definida que es propicio a la aparicion de una deflagracion antes de que una deflagracion se produzca realmente. Los medios de dispersion son por tanto capaces de dispersar una corriente de gotitas de lfquido en la region definida antes de la aparicion de una deflagracion y de reducir, por tanto, la probabilidad de que ocurra una deflagracion en la region definida.

Todas estas tecnicas anteriores descritas mas arriba no hacen referencia a explosiones de nubes de vapor sin confinar.

El documento US 5.096.679 se refiere a un sistema para mitigar el efecto de una liberacion al ambiente de un gas contaminante. Mas particularmente, se refiere a un sistema para el control de la propagacion de una nube de gas contaminante liberada en el medio ambiente. Espedficamente, se refiere a un sistema para difundir y/o neutralizar la nube de gas contaminante haciendola menos peligrosa para el medio ambiente circundante. Para mas detalles sobre este aspecto, dicho estado de la tecnica se refiere a un sistema que tiene una pluralidad de dispositivos de efecto de fluidos capaces de difundir, diluir y desviar una nube de gas contaminante; y ademas capaz de alterar qmmicamente el gas contaminante para que sea ambientalmente seguro. Un procedimiento para mitigar el efecto de la liberacion de gas contaminante se proporciona tambien. Esta tecnica anterior se refiere principalmente a la liberacion de sustancias qmmicas tales como fluoruro de hidrogeno. Se menciona introduccion de carbonato de calcio en una nube de fluoruro de hidrogeno que de esta manera causara una reaccion qmmica, formando asf el fluoruro de calcio, un precipitado mineral no toxico facilmente absorbible por el entorno de suelo.

Esta tecnica anterior se refiere a la liberacion de un contaminante no inflamable en el medio ambiente, pero no dice nada sobre el procedimiento para mitigar las consecuencias de una explosion de nube de vapor sin confinar o parcialmente confinada.

La mayor parte de la tecnica anterior se ocupa de la extincion o supresion de llamas para evitar explosiones. El potencial devastador de una VCE proviene de la aceleracion de la llama a traves de la nube no quemada. Cuanto mayor sea la velocidad de la llama mas alta sera la sobrepresion. Bajo ciertas circunstancias, la deflagracion puede someterse a una DDT (transicion deflagracion-detonacion). El desarrollo de la detonacion se ha abordado en alguna tecnica anterior. Se conoce un procedimiento a partir del documento GB2029215 que impide el desarrollo de una detonacion en un area confinada mediante la introduccion de gases de baja densidad en la nube de vapor mezclados con aire y aumentando de este modo la velocidad del sonido en su interior. Otro procedimiento es conocido a partir del documento US3482637 y se disena espedficamente para espacios parcialmente confinados tales como superficies de minas. Utiliza la liberacion explosiva de agentes de sofocado parcial de incendios, tales como bicarbonato de potasio en forma de polvo a partir de varios recipientes rompibles en la bola de fuego emergentes y evitando de este modo el desarrollo de una detonacion.

La presente invencion consiste en introducir un producto (o mezcla), que es un solido en forma de polvo en la nube que evite la aceleracion de la llama. Esto no es un extintor de llamas ni una supresion de la llama. El resultado es que la nube inflamable se transforma en una mezcla de producto inflamable, aire y producto de supresion de aceleracion de llama. En caso de incendios, el efecto maximo potencial se reduce de una VCE en un “mal” fuego de llamarada ardiente. Esto significa que en caso de ignicion el gas inflamable se quema sin explosion. Una ventaja es que el gas inflamable ha desaparecido. La presente invencion se refiere a la liberacion de material inflamable en aire abierto.

Breve descripcion de la invencion

La presente invencion se refiere a un procedimiento para mitigar las consecuencias de una explosion de nube de vapor sin confinar o parcialmente confinada debido a la liberacion accidental de un gas inflamable en un area abierta, en la que:

• medios capaces de liberar un producto de supresion de aceleracion de llama se dispersan en dicha area,

• una senal se genera por un detector de dicha liberacion de gas inflamable, o por un operario, o por una llama que

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

se acerca o por la propia explosion, o por cualquier combinacion de los mismos,

• dicha senal activa la liberacion del producto de supresion de aceleracion de llama en dicha area y en una cantidad suficiente para transformar la nube inflamable en una mezcla de producto inflamable, aire y dicho producto de supresion de aceleracion de llama para evitar aceleraciones de llama en una explosion e nube de vapor sin confinar pero deja que el producto inflamable se queme en caso de ignicion.

En una realizacion espedfica, la presente invencion se refiere a un procedimiento para mitigar las consecuencias de una explosion de nube de vapor (sin confinar o parcialmente confinada), debido a la liberacion accidental de un gas inflamable en un area en la que:

• uno o mas recipientes que contienen un producto de supresion de aceleracion de llama se dispersan en dicha area,

• dichos recipientes comprenden una o mas aberturas cerradas con discos de ruptura y medios para aumentar bruscamente la presion en el interior de dichos recipientes,

• una senal se genera por un detector de dicha liberacion de gas inflamable, o por un operario, o por una llama que se acerca o por la propia explosion, o por cualquier combinacion de los mismos,

• dicha senal activa los medios para aumentar bruscamente la presion dentro de los recipientes para causar el estallido de los discos de ruptura y hacer que el producto de supresion de aceleracion de llama se disperse en dicha area y en una cantidad suficiente para transformar la nube inflamable en una mezcla de producto inflamable, aire y dicho producto de supresion de aceleracion de llama para evitar aceleraciones de llama en una explosion de nube de vapor sin confinar pero deja que el producto inflamable se queme en caso de ignicion.

En una realizacion espedfica, la liberacion del producto de supresion de aceleracion de llama se realiza mediante una senal generada por un detector de dicho escape de gas inflamable o por un operario y antes de la ignicion o el comienzo de una explosion.

Descripcion detallada de la invencion

Los gases inflamables se manejan en muchas aplicaciones industriales, incluidos los servicios publicos, plantas de fabricacion qrnmica y petroqmmica, refinenas de petroleo, industrias metalurgicas, destilenas, fabricacion de pinturas y barnices, operaciones marinas, impresion, fabricacion de semiconductores, fabricacion de productos farmaceuticos, y operaciones de carga de botes de aerosol, como materia prima, producto o subproducto. Ademas, los gases combustibles son liberados por las fugas de los sistemas de tubenas por encima o por debajo del suelo o derrame de lfquidos inflamables. La invencion es de gran interes para las refinenas y plantas petroqmmicas.

Un gas inflamable es cualquier gas o vapor que puede deflagrarse en respuesta a una fuente de ignicion cuando esta presente en concentraciones suficientes del gas inflamable en volumen de oxfgeno. La deflagracion es causada por el calor negativo de la formacion del gas inflamable. Los gases inflamables se deflagran en general en concentraciones por encima del lfmite inferior de explosividad y por debajo del lfmite explosivo superior del gas inflamable. En una deflagracion, la combustion de un gas inflamable, u otra sustancia inflamable, inicia una reaccion qrnmica que se propaga hacia el exterior mediante la transferencia de calor y/o de radicales libres a las moleculas adyacentes del gas inflamable. Un radical libre es cualquier grupo reactivo de atomos que contienen electrones no apareados, tales como OH, H, CH3, R^, ROO^ et al. La transferencia de calor y/o radicales libres enciende las moleculas adyacentes. De esta manera, la deflagracion se propaga o expande hacia el exterior a traves del gas inflamable, por lo general, a velocidades subsonicas en el gas sin quemar. El calor generado por la deflagracion generalmente provoca un aumento rapido de la presion en areas confinadas. La combustion es una reaccion en cadena que consiste en cuatro etapas: iniciacion, propagacion, ramificacion y terminacion.

La etapa de iniciacion es responsable de la descomposicion inicial de los reactivos e implica la formacion de radicales. La etapa de iniciacion es lenta e implica la disociacion termica o fotoqmmica. Durante la etapa de propagacion, las especies intermedias reactivas reaccionan con las especies estables para proporcionar un radical de soporte de cadena. Una reaccion primaria se considera como parte de la ramificacion de cadena cuando la colision entre las especies reactivas y las especies estables da lugar a dos especies reactivas. Principalmente las etapas de ramificacion de cadena son las responsables de la aparicion de una explosion. En las etapas de terminacion de cadena, las especies reactivas reaccionan con las especies estables.

Durante estas 4 etapas se forman diferentes radicales tales como R^, ROO^, H^, OH^, ... La etapa de ramificacion de cadena es muy importante, ya que determina el caracter explosivo de la combustion. La accion principal del inhibidor es captar portadores de cadena (principalmente H^ y OH^) de manera que se reduce la tasa de ramificacion de cadena. Tambien habra acciones ffsicas adicionales (tales como enfriamiento y adsorcion) que podnan reducir las velocidades de reaccion.

Despues de la liberacion, el producto de supresion de aceleracion de llama no solo diluye el oxfgeno disponible para la combustion del gas inflamable, sino que tambien deteriora la capacidad de los radicales libres para propagar la deflagracion. La dilucion del oxfgeno disminuye la concentracion del oxfgeno disponible para reaccionar con el gas inflamable y de ese modo reduce la velocidad de propagacion de la deflagracion. El producto de supresion de aceleracion de llama deteriora la capacidad de los radicales libres para propagar la deflagracion al reaccionar con

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

los radicales libres liberados en la reaccion de combustion antes de que los radicales libres pueden reaccionar con las moleculas de gas combustible adyacentes a la deflagracion.

Si bien el procedimiento de la invencion se puede emplear para suprimir deflagraciones asociadas con gases inflamables, el procedimiento es particularmente aplicable a la supresion de deflagraciones de gases inflamables que tienen temperaturas de combustion que vanan de aproximadamente 500 °C a aproximadamente 2.500 °C. Tales gases inflamables incluyen etileno, propileno, propano, pero tambien benceno, eter, metano, etano, hidrogeno, butano, propano, monoxido de carbono, heptano, formaldetndo, acetileno, etileno, hidrazina, acetona, disulfuro de carbono, acetato de etilo, hexano, alcohol metflico, metil etil cetona, octano, pentano, tolueno, xileno, y mezclas de los mismos.

El producto de supresion de aceleracion de llama es cualquier producto que capture los radicales libres y, por lo tanto, limita las reacciones de ramificacion. El resultado es que la aceleracion de la llama se altera y que una explosion devastadora se mitiga. El gas inflamable se quema mas lentamente y no se desarrolla en una devastadora explosion en caso de ignicion. El producto de supresion de aceleracion de llama no debe crear un riesgo importante (por ejemplo, toxico) para el ser humano o el medio ambiente. El producto de supresion de aceleracion de llama puede ser un gas, un lfquido o un solido (ventajosamente en forma de polvo, y preferentemente en una forma de polvo seco). Ventajosamente, el producto de supresion de aceleracion se dispersa en el area por un gas vetnculo contenido originalmente en el recipiente. El producto de supresion de aceleracion de llama es ventajosamente un compuesto de metal tal como, a modo de ejemplo, una sal. Varios productos (sales) y mezclas han sido probados. El objetivo de la mezcla de supresion de aceleracion de llama es permitir la captura de diferentes tipos de radicales. Algunos compuestos en la mezcla capturan radicales H^ (radicales de hidrogeno) u OH^ (radicales de hidroxilo), mientras que otros capturan, por ejemplo, R^ (radicales de alquilo), RO^ (alcoxi) o ROO^ (radicales peroxido). Algunos de los compuestos liberan CO2 mientras limitan con el radical y esto le da un efecto de dilucion adicional. Dos series de experimentos se han realizado en SOTRA (Noruega) por una Organizacion independiente en un modulo de 50 m3 (8 m x 2,5 m x 2,5 m). Una primera serie de 29 pruebas se realizo en junio de 2008 y una segunda serie de 14 pruebas se realizo en septiembre de 2008. Una reduccion de presion de hasta el 90 % se ha obtenido hasta el momento. Pruebas adicionales se realizaran en 2009 para mejorar la eficacia, pero se demostro que el mecanismo funciona. Una serie de pruebas se realizo en la Universidad de Bergen en recipientes de 20 l. Estas pruebas deben permitir desarrollar una ecuacion matematica que permite cuantificar el efecto de los diferentes parametros (influencia de la concentracion, etc.). El experto en la materia puede facilmente, mediante experimentos rutinarios, seleccionar los productos de supresion de aceleracion de llama convenientes. No sena apartarse del alcance de la invencion utilizar una mezcla de dos o mas productos de supresion de aceleracion de llama. Las cantidades a utilizar pueden variar en un amplio intervalo y pueden ser de 50 gr/m3 a 500 gr/m3 ventajosamente de 200 a 400 gr/m3.

A modo de ejemplo como los productos de supresion de aceleracion de llama, se puede citar el bicarbonato sodico (NaHCO3), bicarbonato de potasio (KHCO3), cloruro sodico y carbonato sodico. El producto de supresion de aceleracion de llama se puede mezclar con antioxidantes primarios (captura de ROO^ y RO^) y/o antioxidantes secundarios (captura de R^).

Los recipientes que contienen el producto de supresion de aceleracion de llama se dispersan en el area a proteger. El numero de recipientes, la ubicacion de cada recipiente, la cantidad del producto de supresion de aceleracion de llama en cada recipiente estan vinculados a la velocidad de dispersion del producto de supresion de aceleracion de llama en la nube de vapor de gas inflamable y a la cantidad de los productos de supresion de aceleracion de llama a dispersar en la nube de vapor de gas inflamable.

En cuanto a los medios para elevar bruscamente la presion dentro de dichos recipientes pueden ser un cartucho de CO2 o un explosivo como el sistema de bolsa de aire de los coches. Dicho CO2 o los gases generados por los explosivos pueden ser el gas vetnculo. Dichos medios son conocidos per se.

En cuanto a la senal para activar los medios para aumentar bruscamente la presion dentro de los recipientes esta senal y dichos medios son conocidos per se.

Entre los factores importantes para el exito del procedimiento estan:

El momento oportuno para la activacion;

La fiabilidad del sistema;

La cobertura;

La persistencia;

La seguridad para las personas

La capacidad de mitigacion de explosion del producto de supresion de aceleracion de llama (FASP).

Lo ideal sena que la activacion se tenga que hacer al momento mas optimo que es: Despues de un cierto tiempo para dar a las personas la posibilidad de evacuar la unidad; Cierto tiempo despues de la aparicion de la fuga para permitir la formacion de la nube inflamable; El tiempo suficiente antes del momento de la ignicion para asegurar que la mezcla puede tener lugar.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

El producto de supresion de aceleracion de llama tiene que permanecer en el aire en la nube, siempre que el riesgo de una VCE es posible.

Ejemplos

En los ejemplos siguientes el producto de supresion de aceleracion de llama se designa como inhibidor o agente de mitigacion.

El recipiente de explosion y configuracion del escenario de la prueba

Los experimentos se realizaron en un modulo de prueba de explosion. El modulo es de 8,0 m de largo, 2,5 m de alto y 2,5 m de ancho, con un volumen de 50,0 m3 El modulo tiene una rejilla de acero gruesa que forma una cubierta de entresuelo de 1,25 m por encima del suelo del recipiente. Algunos de los objetos estandar (obstrucciones) en el interior del modulo se eliminaron para producir el escenario de carga de explosion deseado para las pruebas. La Figura 2.1 muestra el modulo antes de una prueba de explosion.

Las ubicaciones y posiciones de medicion dentro del modulo se describen utilizando un sistema de coordenadas x-y- z con el origen definido como la esquina sureste (frontal izquierda) a nivel del suelo de la cubierta inferior. Las direcciones de la brujula se utilizan tambien para denotar las posiciones y ubicaciones de contorno para el modulo. La pared frontal (Plexiglass®) esta orientada hacia el este y el sistema de dispersion inhibidor se monta en el techo del modulo, entre el centro y el extremo sur.

El suelo, el techo y la pared posterior del modulo estaban todas cerradas. La ventilacion de explosion se produjo a traves de los extremos del modulo en la mayona de las pruebas (un espacio muy limitado). Un segundo escenario de ventilacion se utilizo tambien para un numero limitado de pruebas (referencia) en las que la seccion central de la pared frontal tambien estaba abierta (bajo confinamiento). Estas areas de ventilacion estaban cubiertas de laminas de plastico fino para mantener el gas explosivo en el interior del modulo durante la preparacion de la nube de gas. La lamina de plastico se sujeto en su lugar con un sistema de retencion neumatico y fue liberada justo antes de la ignicion para permitir que sea facilmente dejada de lado por la explosion resultante.

La fuente de ignicion se encuentra cerca del extremo sur (a la izquierda) del modulo para maximizar la distancia de propagacion de llama.

Sistema de dispersion del inhibidor

Para introducir los inhibidores de la llama y/u otros agentes de mitigacion de explosion en el modulo, se utilizo un sistema de supresion de explosiones. Este sistema fue proporcionado por Kidde Brand- und Explosionsshutz GmbH, Alemania, y las partes normales de este sistema se muestran en la Figura 2.2. La Figura 2.3 muestra el recipiente supresor y la boquilla de dispersion telescopica utilizada durante las pruebas, como se ha instalado y utilizado en los experimentos.

El inhibidor o agente de mitigacion se anadio al recipiente, que despues se cerro con un "disco de seguridad de alta presion". A continuacion, el recipiente se cargo con nitrogeno a 60 bar. Por ultimo, una "capsula de paquete de polvo" y junta, con cordon detonante integral y el detonador, se ajusto sobre el disco de ruptura y todo el sistema montado sobre la brida de 5'' (127 mm) en el techo del modulo, como se indica en la Figura 2.3.

La ubicacion de la boquilla de dispersion era la misma durante todas las pruebas. La boquilla se monto en el techo del modulo, con el recipiente supresor en la parte superior, exterior del volumen de prueba. Las coordenadas de ubicacion del centro de la entrada de la boquilla eran x = 3,25 m, y = 1,25 m.

El sensor de presion se monto en la pared posterior de la cubierta superior, en x = 2,25 m, y = 2,50 m, z = 2,10 m) La mayona de las pruebas de inhibidores fueron efectuadas por tanto activando a la fuerza la supresion del sistema con un retardo pre-definido en relacion con el momento de la ignicion. Esto resulto ser la unica manera de introducir los agentes de mitigacion/inhibidores de forma apropiada en el modulo teniendo en cuenta las limitaciones de la configuracion de la prueba actual.

A pesar de la reproducibilidad satisfactoria y la precision de sincronizacion del control de prueba y sistema de conmutacion, se observaron pequenas variaciones entre el momento de la activacion de la unidad de ignicion y el tiempo real de aparicion de la chispa de ignicion. Se encontro que esto vario dentro del orden de ± 10 ms. El momento real de la activacion y el encendido del sistema de dispersion del inhibidor tuvo, por tanto, que obtenerse a partir de los datos medidos y citados como un retraso de activacion con respecto al momento de la chispa.

Inhibidores y agentes de mitigacion de llama

A pesar de que el principal objetivo del presente trabajo fue probar las propiedades de mitigacion de los inhibidores de llama, se realizaron una serie de pruebas con agua pura (sin sales inhibidoras) para proporcionar una referencia con agua pulverizada. Dos pruebas se realizaron con agua a presion unicamente en el recipiente del supresor. Asimismo, puesto que la dispersion del agente de mitigacion fue a partir de un recipiente a presion, impulsado por nitrogeno a una presion inicial de 60 barg, otra condicion de referencia se probo utilizando solo nitrogeno, sin agua o

5

10

15

20

25

30

sales inhibidoras. Dos pruebas se realizaron utilizando solo nitrogeno.

En total, tres compuestos inhibidores de llama diferentes fueron probados durante el trabajo actual. Estos fueron todos probados en forma de solidos y uno de ellos (bicarbonato de potasio), tambien se probo en una solucion con agua a varias concentraciones diferentes. Las principales propiedades ffsicas, en terminos del contenido de humedad y distribucion del tamano de partfcula, para estos compuestos inhibidores se proporcionan en la Tabla 2.1.

Tabla 2.1 Contenido de humedad y resultados del analisis de tamizado para la distribucion de tamano de partcula

para los tres compuestos inhibidores probados.

Cantidad/intervalo de tamano de particulas/: Bicarbonato potasico Bicarbonato sodico Cloruro sodico

Contenido de humedad (% en peso): 0,09 0,01 0,00

% < 1000 pm: 100 99,9 99,9

% < 500 pm: 85,5 98,6 87,8

% < 250 pm: 23,3 64,4 18,0

% <125 pm: 3,1 16,4 0,4

% < 63 pm: 0,0 6,0 0,0

Los compuestos inhibidores se prueban todos como se han recibido/comprado. Sin embargo, los conglomerados y grumos fueron triturados antes del llenado en los recipientes del supresor.

Instrumentacion y ubicaciones de medicion

Los experimentos se realizaron con mezclas explosivas de gases de metano en el aire y propano en el aire. La mayona de las pruebas se realizaron con propano. Mezclas casi estequiometricas fueron utilizadas en las pruebas (concentracion de metano = aproximadamente 9,5 % de volumen, propano = aproximadamente 4,0 % de volumen). La concentracion de gas de las mezclas se controlo utilizando un analizador de gases infrarrojo (tipo Uras 10E).

Las mezclas gas-aire fueron encendidas por una poderosa chispa de alta tension electrica oscilante. La fuente de ignicion se encontraba justo por encima de la cubierta de entresuelo cerca del extremo sur del modulo (posicion x = 1,00 m, y = 1,35 m, z = 1,35 m).

La sobrepresion generada dentro del modulo de prueba durante las pruebas de explosion se midio utilizando 10 transductores de presion piezoelectricos de Kistler (tipo 7261) conectados a amplificadores de carga Kistler (tipo 5007 y 5011). Las senales de los transductores de presion se midieron utilizando el sistema de adquisicion de datos que se describe a continuacion. Los transductores de presion se montaron utilizando cinco en el techo (P1, P3, P5, P7 y P9) y cinco en la pared posterior cerca de la cubierta inferior (P2, P4, P6, P8 y P10). Las coordenadas de la presion de los transductores se proporcionan en la Tabla 2.2.

Los programas de aplicacion control y de adquisicion de datos de pruebas incorporados, basados en la tarjeta de adquisicion de datos de multiples usos (PCI-6071) y las tarjetas de conmutacion de reles de National Instruments junto con la plataforma de programacion LabView se utilizaron para realizar los experimentos.

Todas las pruebas se registraron utilizando SVHS estandar y camaras de video digital (Panasonic SVHS y camara Sony DV). La mayona de las pruebas se registraron tambien utilizando una camara SLR digital de alta velocidad (Casio).

Tabla 2.2, posiciones coordenadas x, y, z de los transductores de presion de explosion en el interior del modulo (en m desde la esquina sureste, al nivel del suelo de la cubierta inferior).

Transductor ID: x y de

P1: 7,85 1,47 2,50

P2: 7,85 2,50 0,48

P3: 6,15 1,46 2,50

P4: 5,85 2,50 0,48

P5: 3,85 1,25 2,50

P6: 3,85 2,50 0,48

P7: 2,36 1,25 2,50

P8: 2,15 2,50 0,48

P9: 0,13 1,47 2,50

P10: 0,13 2,50 0,48

5

10

15

20

25

Programa de prueba y escenarios de prueba de explosion

El momento en que el sistema de supresion/dispersion fue activado se vario puesto que esto resulto ser un factor que regula el comportamiento de la mitigacion de los agentes inhibidores.

Un total de 29 pruebas se realizaron en el trabajo actual. Un desglose de las pruebas es el siguiente:

• 3 pruebas en la configuracion de modulo de poco confinamiento, poca congestion (todas las pruebas de referencia, no hay pruebas con inhibidores).

• 26 pruebas en la configuracion de modulo de mucho confinamiento, poca congestion (8 pruebas de referencia, 18 pruebas con inhibidores/agentes de atenuacion).

• 2 pruebas con gas metano, 27 pruebas con gas propano.

• De las 18 pruebas de inhibidores, 2 se realizaron utilizando solo nitrogeno, 2 solo con agua, 2 con bicarbonato de potasio en solucion acuosa y 12 pruebas se realizaron con sales inhibidoras secas solamente (sin agua).

• De las 12 pruebas con sales de inhibidoras secas, 1 prueba se realizo con cloruro sodico, 2 pruebas se realizaron con bicarbonato sodico y 9 pruebas se realizaron con bicarbonato de potasio.

Las pruebas 5-7, 15, 16, 21,27 se realizan con gas propano y sin inhibidor,

Las pruebas 8, 12 se realizan con gas propano y agua como inhibidor,

Las pruebas 9, 24, 10, 13, 20, 14, 17, 18, 22-23, 25 se realizan con gas propano y KHCO3 como inhibidor,

La prueba 26 se realiza con gas propano y NaCl como inhibidor,

Las pruebas 28-29 se realizan con gas propano y Na2CO3 como inhibidor,

Las pruebas 11, 19, 1-2 se realizan y sin inhibidor,

Las pruebas de 3-4 se realizan con gas metano y sin inhibidor.

Sumario de los resultados medidos

Las siguientes tablas muestran un resumen de los resultados de las pruebas de medicion. Las presiones de explosion maximas se proporcionan en la Tabla 4.1, mientras que el tiempo de ocurrencia de la presion maxima en relacion con el momento de la chispa de ignicion se proporciona en la Tabla 4.2. En dichas tablas, las pruebas son referidas de acuerdo con el numero de intentos.

Tabla 4 1 Sumario de los datos de presion de explosion maxima medidos











: —

time tie: Presic mes de fi tplosion h Maximas nos Medios

JrWos: FI 12 F? \ ?■ n ?:c - 'F ■' P -.V’r 3

Rsa/es: iT>?j % 1 Ur | ■ K -|i c ■ i’m: 1 t. I Urr 1 :;ir:

?: . 9,313 933' 930: ft 727 ft: 1:^7 >1.4*3 ! CJ1- 0.230

6: 0,511 .629 ~:3C:' >3 3 9,366 0,22 s Cf5‘0 UC-'

?: 0.534 t ,52 ■■ c,;-6 0341 0.333 ;>ja2 9334 0^21 0JU <1:. 4' 1

1?: £429 e ah 0 3 41 <: 3 os 03:0 :09? 4.2 £ 4 9364 .■211 §J59 C.445 0.1 92 ^79

16: - un 3.296 0.321 .300 uci 9,29' : 36' C.1SS 9,1:4 ■541- 1 .1:1, i ,2'i:

:i: £ 47^ J ’ ■T * |V 4-^7 0325 0,292 9,3 GO 93 C” 9353 ■; 3i;i 5,134 0,449 i; .2 :>!.: 0i20

IT: C.->40 C 3S5 Oil: 0,374 0399 53 S3 9313 9396 C .IS: 0.175 0,369 C,2?i 0305

s: C,J« , 0312 ' 2 .: v_1 931 ■ C 4 32 C 204 0.122 0.432 < it ?

i:: ],G0. 0,536 ft Mil v*‘23v c,f-4: .333 53:3 9.4- 2 ■.414 .4 ' 5,326 >5 346 0:523 0.441

9: >V4: 0,69] C.05: 0340 5343 93 -4 >13'.- 1.1-1 0,612 -:.141 0,25-

•J: 0,613 0/?0| 0.-, 3 C34? 0,424 Mil 0395 93 i 2-4 1,2:56 0.667 0,428 < 382

K: 3 446 ' .4" 0^99 •A-- 5235 1 2"- 521: xifeiTai::: 0.3?5 ' in

15: '..4-4 ft U *_ • } 0,255 0.262 :i ** V,------- 9344 931 : -1.-59 o.ri C, 265 C.24S 0,229

:■: C.404 ft a >7 3303 C.2S7I 0.2&5 0.255 9,2461 9337 C,1S: 2,132 0,367 0,269 0.241

14: 3 SI ii a iva n*. ” J ■■ 21 -> =Or.' )! orvo: -Dr,' x

r: DJTl c : 0326 c 0362 :■ ^ ................ >336 >: .IS S 1.125 0.236 0 3" c-33:

is: 15 5 0,115 5,134 9121 9122 OG‘9 C Ml 0124 0321

: ■:.J' :■ e.:.v 3 34: 0£71 0 i!9 9,3S- 53 S' ■9.: 54 -130 - o,n >1.162 0,: 1: 0313

:3: 0. :< i n:< o,::; C 3:3 @*219 5.193 ',14- 9.176 ■ ■::: 9.1-4 0340 0 ■: <1,152

4 *: 4 C.25J 0,2201 0.2* S 0.202 5,190 9, ISO1 360 e.ic s >1, 144 0,196 O.l'O

:■<: 0.346 r■■ 4 0,320 0.375 5397 5,271 3 5 c.i-7 0.168 0,350 - - 03 S3

:$: j 0 3 C.2SV O'.:': 5351 9363 : ,::i 0..64 9,175 .=or.-c>! 0 262 0.242


: ws 0.1® 0,157 0,151 5,126 9340 : 3 94 '..51- c x ■■■■' -Dr,' 5! 0 1:5 0.122

ll: tit* 4 3 u " ts>a 13 r_a ll J n/ti. 2'-jt DoaiMOBimiEwani

19: 03 ■6~ 1,523 0324 Ci'? 0.33* 5.314 0399 : 39 3 0,188 ■:..r >1.411 0.519 ( 39.

1: 0 .108 e.iu 0.C® 0.061 0624 5.027 0,004 0.333 CGI: S r -: 0.115 0.926 0,012

%: 0,100 C JXi 0X6-6 exo: 0.023 ox: 2,520 C £1: CX22 0,115 0,915 0,013

J: C4 45 0 4D-S 0 J 26 f, - j 0,0*0 >..- 94: 9,913 - S 9 1 0' 0.046 C.G 12 1 Cl 1

4: • . ! .4-' 0.174 C3.t> o.:c9 -,105 9,182 93:52 0327 9,102 0.224- 0.173 OJS-

Tabla 4.2 Sumario del tiempo de llegada de los datos de preside de explosion maxima

Nirnodt: 7 tempo de // egada de /< 3s Presiont s de Explo side Mdxim as (relative a a/ tiempc de chi spa)

Intentos: t-F3 :-?5 -,-F 5 ,_P7 :-?S r-F 13

Reales: 1 ] • < 2 4 : i :c: (l; .

: 0.2-32 y ..'■ 1 ' osios 0,524? CUUO i>,5 2; 2 3.32-5 3.3260 o. 3'V!?T NfJ - _ 8:2/1

$: : j' -5 0,292- 0,2962 £.95! 3,2938 3,299 6 5,10.. i-siifca *Jm *■ \j VX

'7: 0,2254 C2SSC 0.29 32 £.2915 0,2913 Ci2$S2 3,2964 3.2543 0.2962 C 2999

if: = ,1058 c,:-5is 0,5065 0 ; T:4 r • V4 3,5566 3,3005 8,5113 8:123

: 5,: : LC r : yn 0301 7 0,300-0 0,50-1 o,53?c 3,3065 C.53;5 f' ; * x,-* U , . v-

:i: «i:? , •-1- * - - 1,21 26 C,31 6 1 l./Xl 3,2195 f\ 111 ')

: M :C ">4 5 0,5' -/ <,5060 0.53S1 {, 13T? . 255 MiW 8,210 s.;;:s

$: 0,29$- c,:o:$ o.:rj 0,2905 0,2946 0.29" 3,263 < 3,2656 3,530'S C.299S

i:: oris ( 0.2"' 0,27?; 0.2'-- 3.2 '55 S2"69

6: 0.1JO- V;~" 0,1550 0,1553 3,ix 3,1564 C.'l?";

U: o.26x c.:«; 0,2551 0'.::k 3,2691 CT' 3,2 25 a ■-n

10: c.xr C ’ ::'"9 £1302 1,1/05 0,1521 0,155" 3,1333 3,1:65 3,25 29 8 1:23

1 ': 0,2952 0.295S 0,3000 0,3002 0,5316 0,5X6 3.3 C51 3,3054 3.2368 8.5 x:

M: - 2 V. C; 336 16 0.234' 0.5051 3,-0. :■ 3JC55 (IJ105 85,14

U: : 1 - = ■ ___ _____ ===== '' = =====

r: 0,292? c,2?i: 0.291- 1,2/-, 0,2 960 0,2955 3,296' 3,2625 3.5316 8.5 31 ”

15: == IMMM sc ""jxm -r atios ■,. 4.2 £.55 ”0 3.215S 3J53 1.2474 8,3259



: ‘2,2932 i,:x: 0,2902 0J 9-5 3,2936 3 '6 C ,1964 t .102 '

;/-■: 0,29 :D 7 29S: 0.29SS 0,2935 0,5312 ogxe 3,3 C3 5 , : 3,5369 : ,:829

2*: i 122 0 2 145 0513' 0,5155 0,5282 ■ ,11 '5 3," 212 5,5 259 A V )» . .■ o 8.5

!6: C)Jr’4C tVjSCi V >— vr - i- y,:2'9 0,2954 0,2981 0,29"6 3,2 CO 5 3,259' 3,2962 8,5849

:$: ===:: === £25939 0 2583 3,51C" 0,5 X" 3.3C52 3,302" <"Y O J_ V 2 J S2C6?

to: t.:: n Ttn.. 0,5393 2',16?5 0,5425 3,5—? 3,5452 8,2466 8,2:01

i i 10: r—-------------“I 0.2 .>5 5 633c 0.29 3 S 0,3002 0,50—1 0,2322 3.-20' -------------------- 3,30;-? 3.5 329 — 8 5863

l: C,:1S9 0,2236 0,5205 £.3211 0,52:2 3,1 • 3,2612 .. U,: y t.

*£■: >y?:s OJ2'0 £,323 ■ 0,5295 0.5 5 CS 3,3:5. 3,3:22 1,54011 :1

i: 042;? 0,4126 0,4122 0.3S8: 0J7-S 3,42" 3,2'9' 3,41 ■ 6 S.5S26

4: c,-o:e C.-34S *540-2 1,4.56 0,43 "5 34CS6 3,4101 8,411

Las tablas 4.1 y 4.2 anteriores muestran claramente que la presion de explosion maxima y la llegada de la presion de explosion maxima son muy reducidas cuando el producto de supresion de aceleracion de llama se introduce en el gas inflamable.

5

Claims

5

10

15

20

25

30

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para mitigar las consecuencias de una explosion de nube de vapor sin confinar debido a la liberacion accidental de un gas inflamable en un area abierta, en el que:

• medios capaces de liberar un producto de supresion de aceleracion de llama se dispersan en dicha area,

• una senal se genera por un detector de dicha liberacion de gas inflamable, o por un operario, o por una llama

proxima o por la propia explosion, o por cualquier combinacion de los mismos,

• dicha senal activa la liberacion del producto de supresion de aceleracion de llama en dicha area y en una cantidad suficiente para transformar la nube inflamable en una mezcla de producto inflamable, aire y dicho producto de supresion de aceleracion de llama para evitar aceleraciones de llama en una explosion de nube de vapor sin confinar pero deja que el producto inflamable se queme en caso de ignicion,

en el que el producto de supresion de aceleracion de llama es un solido en forma de polvo.
2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que los medios capaces de liberar un producto de

supresion de aceleracion de llama son uno o mas recipientes que contienen un producto de supresion de aceleracion de llama disperso en dicha area,

comprendiendo dichos recipientes una o mas aberturas cerradas con discos de rotura y medios para elevar bruscamente la presion dentro de dichos recipientes,

la senal generada por un detector de dicha liberacion de gas inflamable, o por un operario, o por una llama proxima o por la propia explosion, o por cualquier combinacion de los mismos, activa los medios para elevar bruscamente la presion dentro de dichos recipientes para causar el estallido de los discos de ruptura y hacer que el producto de supresion de aceleracion de llama se disperse en dicha area.
3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en el que la liberacion del producto de supresion de aceleracion de llama se realiza mediante una senal generada por un detector de dicha liberacion de gas inflamable o por un operario y se realiza antes de la ignicion o comienzo de una explosion.
4. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el producto de supresion de aceleracion de llama se mezcla con antioxidantes primarios y/o antioxidantes secundarios.
5. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el producto de supresion de aceleracion de llama es un solido en forma de polvo seco.
6. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el producto de supresion de aceleracion de llama se selecciona entre bicarbonato sodico (NaHCOa), bicarbonato potasico (KHCO3), cloruro sodico y carbonato sodico.