Comprender los sistemas contra incendios y de gas aumenta la seguridad

Por Edward Naranjo, director de sistemas de detección de incendios y gases de Rosemount, Emerson

Aunque muchos empleados de la planta de proceso tienen algún conocimiento de los sistemas de gas y fuego, la naturaleza misma de estos sistemas (aislados y separados del control básico del proceso y actuando solo durante accidentes) puede hacer que los trabajadores los den por sentado. Al igual que un detector de humo en el hogar, un sistema contra incendios y de gas, una vez instalado, puede pasar fácilmente a un segundo plano. Cuando los trabajadores se familiarizan o se vuelven a familiarizar con las funciones críticas que brindan los sistemas contra incendios y de gas, mejora la seguridad general.

La ingeniería de sistemas contra incendios y de gas es un campo especializado que se vuelve más complejo a medida que las prácticas para diseñar y mantener sistemas a lo largo de su ciclo de vida han evolucionado a lo largo de los años. Mucho cambió con la llegada de las normas prescriptivas desarrolladas por la Asociación Nacional de Protección contra Incendios, la Comunidad Europea y, más recientemente, la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) 61511 y la Sociedad Internacional de Automatización (ANSI/ISA) 84.00.01. Estos estándares establecieron criterios basados ​​en el desempeño para evaluar el desempeño de los Sistemas Instrumentados de Seguridad (SIS). El informe técnico TR84.00.07, que fue desarrollado por un grupo de trabajo de ISA 84, brinda orientación sobre cómo se pueden diseñar los sistemas contra incendios y de gas de acuerdo con IEC 61511.

Entonces, ¿qué son esos sensores montados al lado del tanque de amoníaco? ¿Cómo funcionan y qué se supone que sucederá si hay un lanzamiento? ¿Cuál es el procedimiento si hay un incendio? Aquí hay algunos conceptos básicos que todos deberían saber.

Al igual que el control básico de procesos y el SIS, los sistemas contra incendios y de gas usan sensores conectados a un controlador (Figura 1) programado para ejecutar tareas para mitigar el peligro en respuesta a la detección de una condición específica. Los peligros típicos incluyen escapes sin encender de gases y líquidos combustibles o tóxicos, o la presencia de un fuego abierto si se ha encontrado una fuente de ignición.

Figura 1: Si bien un sensor puede ser la única parte visible, la lógica del sistema de detección de incendios y gases puede ser bastante compleja.

Las acciones de mitigación varían según la naturaleza, la ubicación y la gravedad del peligro detectado. Para un incendio, puede haber varias acciones. Esto incluye hacer sonar alarmas de advertencia para el personal, liberar extintores, cortar el flujo del proceso, aislar la fuente de combustible y ventilar el equipo. Todo esto puede suceder simultáneamente para extinguir el incendio. Para una liberación de gas tóxico, las alarmas pueden sonar para llevar al personal a áreas de reunión seguras.

Estas funciones deben poder realizarse sin el apoyo de otros sistemas, pero no existen de forma aislada. Con frecuencia se integran con SIS, apagado de emergencia (ESD) y controles del sistema de ventilación, lo que amplía la capacidad de mitigar un incidente al interactuar con estos otros sistemas.

Las respuestas reflejan la lógica funcional generada a partir de estudios de seguridad de procesos y resumida en una matriz transparente y bien documentada que relaciona las causas con los efectos. Estos diagramas de causa y efecto especifican los requisitos funcionales del sistema de seguridad. Algunas de las acciones de control son ejecutadas de forma autónoma por el sistema de fuego y gas, mientras que ciertos disparos internos activan los otros sistemas que acabamos de mencionar.

Los sensores utilizados en los sistemas contra incendios y de gas son a menudo el elemento menos entendido, ya que son diferentes a los instrumentos de proceso más familiares. Para empezar, detectan lo que sucede en espacios abiertos, en lugar de dentro de un recipiente o tubería. Comprender cómo detectan un gas peligroso, un líquido o una fuente de energía radiante como un incendio requiere diligencia.

La mayoría de los sensores de gases tóxicos o inflamables son detectores puntuales, lo que significa que monitorean condiciones muy localizadas. Además, dependen del gas objetivo que llega al sensor.

Un sensor identifica el gas objetivo porque el gas reacciona con algo dentro del sensor de una manera que cambia una señal eléctrica (electroquímica) (Figura 2) o porque el gas objetivo absorbe longitudes de onda específicas de luz infrarroja (IR). Cuando el gas pasa entre una fuente de IR y un receptor, el cambio es medible. Los sensores de punto IR pueden tener solo uno o dos centímetros entre los dos elementos dentro de un solo recinto.

Figura 2: Los sensores electroquímicos de gases tóxicos, como el monitor de gas inalámbrico Rosemount™ 928, se pueden usar para detectar sulfuro de hidrógeno creando una reacción entre el gas tóxico y un catalizador interno.

Si se debe cubrir un área más grande, es posible separar las dos mitades de un sensor IR y colocarlas a varios metros de distancia usando un enfoque de camino abierto. El rayo IR brilla desde la fuente hasta el receptor, y si se acumula una cantidad suficiente del gas objetivo en cualquier lugar entre los dos, activa la alarma. Naturalmente, dicho sensor debe ignorar una breve interrupción del haz por parte de una persona u otro objeto que pasa por el espacio.

Independientemente de la técnica de detección, todos los detectores puntuales y de trayectoria abierta se limitan a detectar gas en una ubicación específica y, por lo tanto, pueden volverse ineficaces si se colocan en un punto muerto donde el aire está estancado y el gas no migra. De manera similar, las protecciones o cubiertas mal colocadas pueden evitar que el gas objetivo llegue al elemento sensor. Si un operador observador en la planta ve que algo ha cambiado con el posicionamiento o el entorno de un sensor de gas, debe informarlo a la persona adecuada.

Cuando el gas objetivo se encuentra en un sistema presurizado, puede ser posible utilizar un sensor acústico (Figura 3) ajustado al rango ultrasónico para detectar el ruido producido por una fuga en el sistema. Tales fugas pueden hacer ruido dentro de estas frecuencias específicas, que pueden usarse para advertir sobre un escape antes de que haya suficiente concentración para activar los sensores convencionales. Por otro lado, los detectores acústicos de fugas de gas son adecuados solo para escapes presurizados y pueden provocar un disparo falso debido a una fuente de ruido no relacionada.

Figura 3: Los detectores ultrasónicos de gas, como el detector ultrasónico de fugas de gas Incus de Emerson, escuchan el sonido del escape de gas presurizado.

Los detectores deben responder rápidamente para evitar posibles daños causados ​​por un incendio activo. Al mismo tiempo, las acciones desencadenadas por una alarma de incendio, como cerrar un proceso y liberar un agente extintor, son altamente perturbadoras y no deben ser provocadas por una falsa alarma.

Los incendios se pueden detectar porque generan emisiones electromagnéticas, calor y humo. Un sistema integral contra incendios y gas puede tener sensores que busquen los tres.

Los sensores electromagnéticos (Figura 4) buscan emisiones en longitudes de onda específicas por encima y por debajo del espectro de luz visible. Son los sensores de respuesta más rápida, ya que pueden detectar estas emisiones en cuestión de segundos cuando comienzan las llamas. Diferentes productos combustibles generan emisiones características en los rangos ultravioleta (UV) e IR. Por ejemplo, la detección de gasolina en llamas requiere observar longitudes de onda IR diferentes a las de hidrógeno en llamas, por lo que los diseñadores de sistemas deben saber qué productos combustibles es probable que estén presentes. Algunos sensores buscan una longitud de onda crítica, mientras que otros pueden buscar múltiples longitudes de onda, lo que mejora la precisión de la detección.

Figura 4: Los sensores de llama electromagnéticos, como el detector de llama IR multiespectro Rosemount 975HR, pueden detectar longitudes de onda específicas de luz IR generada por combustibles específicos.

Estos sensores funcionan de manera muy similar a las cámaras y, por lo tanto, dependen de una línea de visión clara hacia el área cubierta. En consecuencia, suelen estar en una posición alta mirando hacia abajo al equipo. Las obstrucciones reducen la cobertura de detección. También es importante conocer las fuentes capaces de provocar una falsa alarma. Por ejemplo, si se debe realizar una soldadura a la vista de un detector, puede ser necesario que un operador adecuado desactive el sensor temporalmente.

Los detectores de calor responden al aumento de la temperatura oa un cambio de temperatura y pueden ser de tipo puntual o lineal, con una longitud de varios metros. Por el contrario, los detectores de humo responden a la densidad de las partículas de humo en el aire. En las áreas de proceso, los detectores de humo se utilizan principalmente para proteger los espacios cerrados y los conductos de los sistemas de escape y ventilación.

Otros detectores complementarios incluyen tapones fusibles y bombillas frágiles para fines especializados.

La naturaleza de los peligros potenciales en una instalación dada depende de los productos y procesos involucrados. El diseño de un sistema contra incendios y de gas debe reflejar esos peligros para dar respuestas apropiadas. Las bocinas de alarma y las luces estroboscópicas son un punto de partida, pero el sistema puede extenderse a los extintores e interactuar con los sistemas de parada de emergencia. Puede haber múltiples tipos de sensores para cubrir una variedad de peligros, evitar fallas de causa común y proporcionar redundancia. Todos estos elementos deben unirse para ampliar el alcance y mejorar la eficacia general.

Al mismo tiempo, la respuesta de un sistema contra incendios y gas no está garantizada. Su capacidad para detectar una liberación peligrosa o un incendio en curso depende de muchas más variables que una función típica de seguridad de procesos. La cantidad y el tipo de sensores y su ubicación dentro de un área a monitorear influyen en la efectividad del sistema contra incendios y de gas. Una por una, estas variables se pueden reducir, lo que garantiza una mayor seguridad para las personas y los equipos de una planta y la comunidad circundante.

Sobre el Autor

Edward Naranjo, director de sistemas de detección de incendios y gases de Rosemount en Emerson, es un ingeniero de seguridad funcional certificado con 16 años de experiencia. Naranjo es miembro de la Sociedad Internacional de Automatización y tiene una Licenciatura en Ciencias y un Doctorado en Filosofía en ingeniería química del Instituto de Tecnología de California y la Universidad de California, Santa Bárbara, respectivamente. También tiene una Maestría en Administración de Empresas de la Universidad de Chicago.

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