Análisis de riesgos en la industria petrolera: “cálculo de consecuencias en eventos mayores“

Abstract

Las actividades desarrolladas dentro de la industria de los hidrocarburos, en todas sus etapas (upstream, midstream y downstream), están propensas a afrontar eventos de pérdida de contención de los fluidos que se manejan en los diversos procesos operativos, los cuales se encuentran tanto en fase líquida como en fase gas y vapor. Estos eventos son consecuencia de derrames y/o fugas de los hidrocarburos contenidos en equipos de procesos, tanques de almacenamiento, tuberías, accesorios, entre otros; y tienen potencial de provocar escenarios o eventos de riesgo de diferentes magnitudes, que van desde aquellos considerados leves por estar dentro del control de la operación, hasta catástrofes incontrolables desencadenadas por el “Efecto Dominó”, cuyas consecuencias se propagarían hacia diferentes zonas o equipos de la instalación, lo cual involucraría otras sustancias químicas o mayor cantidad de hidrocarburos. Las principales causas que originan los diversos escenarios de riesgos en los procesos de la industria de los hidrocarburos, son: el factor humano (error humano, debido al entrenamiento inadecuado o poco eficiente que recibe el personal) y las propiedades fisicoquímicas de los hidrocarburos que intervienen, los cuales son altamente tóxicos, reactivos, inflamables, explosivos e incluso tienen combinaciones de estas propiedades. A éstas causas se suman también las características de las operaciones (condiciones de operación y almacenamiento), así como la configuración y diseño de las instalaciones, que crean las condiciones suficientes para que exista la posibilidad de que se produzcan liberaciones accidentales o fugas en cualquier momento o etapa del proceso, y en caso de no ser adecuadamente controladas desencadenarían un desastre mayor (OSHA 3132, 2000). De todas estas causas, los eventos de riesgo relacionados con aspectos de las instalaciones, son los menos frecuentes (Alberts, 2013), pero cuando suceden, tienen consecuencias catastróficas muy difíciles de remediar o revertir. Las consecuencias de estos eventos son principalmente: daños a las instalaciones, impactos negativos al medio ambiente, a la seguridad y salud de los trabajadores e incluso a las poblaciones de las áreas de influencia de las operaciones. En este informe se presenta la metodología aplicada para realizar un análisis de riesgos semicuantitativo mediante el cálculo de consecuencias para estimar el grado y tipo de daño causado por los eventos mayores o escenarios de mayor riesgo ocurridos en la industria química y petrolera, la cual se aplicará a un caso de operaciones en una batería de producción de petróleo. La metodología consiste en analizar de los escenarios de riesgo con potencial de conducir a eventos mayores que podrían originar interrupciones importantes de las operaciones normales en la instalación, tales como: incendios, explosiones y/o dispersiones de nubes de gas o vapor, resultantes de las fugas, derrames o pérdidas de sustancias peligrosas por fallas en los controles de ingeniería y/o administrativos. Seguidamente, el modelamiento de los escenarios de riesgos a partir del cálculo de consecuencias por radiación térmica, lo cual permitirá estimar los impactos no deseados de cada evento de riesgo en los que intervienen hidrocarburos para determinar las áreas de afectación probables (a la vida, la propiedad y el medio ambiente) y las distancias seguras para ubicar al personal propio, terceros, equipos e instalaciones. En ese contexto, para estudiar la afectación al personal, a la instalación y a terceros, se utilizan criterios de daños establecidos en prácticas y recomendaciones internacionales (como por ejemplo de niveles de máxima radiación térmica) en términos de vulnerabilidad que consisten básicamente en modelos y estudios que correlacionan las consecuencias físicas de los eventos, con la capacidad de resistencia del organismo humano o de las instalaciones expuestas. El cálculo de consecuencias implica la ejecución de cálculos matemáticos muy complejos que involucran variables del proceso (condiciones de operación y almacenamiento), instrumentación, transferencia de calor, propiedades fisicoquímicas y cantidades de las sustancias peligrosas que intervienen, condiciones climatológicas y/o atmosféricas del medio donde se desarrollan las operaciones y los criterios de daño mencionados. Actualmente, hay programas informáticos para desarrollar dichos cálculos (por ejemplo, el software EFFECTS 9.0. de TNO (“The Netherlands Organization of Applied Scientific Research”: Organización Holandesa de Investigación Científica Aplicada), ARCHIE, ALOHA, PHAST, CANARY, QRA – PRO, SUPERCHEMS, QRAWorks, TRACE, DAMAGE, etc.), a través de los cuales se obtienen resultados cuantitativos en forma tabulada o gráfica. En el presente informe se empleó el software EFFECTS 9.0. de TNO, cuyos modelos y resultados han sido validados internacionalmente. Dichos resultados definen la extensión de los efectos indeseados de los escenarios de riesgo y permitirá verificar si existe una adecuada distribución de los equipos en planta, considerando las distancias mínimas para evitar que, en caso de ocurrencia de un evento de riesgos, se desencadene el “Efecto Dominó” con potencial de propiciar catástrofes. Asimismo, la evaluación permite un mejor entendimiento de las consecuencias de los eventos mayores, a fin de incorporar un enfoque robusto para mejorar la toma de decisiones y establecimiento de una estrategia de reducción o mitigación de riesgo razonablemente confiable para la gestión de riesgos de las operaciones petroleras.

The activities developed in the hydrocarbon industry, in all its stages (upstream, midstream and downstream), are prone to face loss of containment events of fluids handled in various operating processes, which are in liquid phase as in gas or steam phase. These events are the result of spills and/or leaks of hydrocarbons contained in process equipment, storage tanks, pipelines, accessories, among others; and it has the potential to cause scenarios or risk events of different measures, that it range from those considered mild (they are in control of the operation) to uncontrollable catastrophes triggered by the “Domino Effect“, whose consequences would spread to different areas or equipment of the facility, which would involve other chemicals or more hydrocarbons. The main causes of risk scenarios in the hydrocarbon industry processes are: the human factor (human errors, due to inadequate or inefficient training to workers) and physicochemical properties of the hydrocarbons involved, which can be highly toxic, reactive, flammable, explosive and even have combinations of these properties. These causes are also compounded by the characteristics of the operations (operating and storage conditions), as well as the configuration and design of the facilities, that create sufficient conditions for the possibility of accidental releases or leaks at any time or stage of the process, and if not properly controlled would trigger a major disaster (OSHA 3132, 2000). Of all these causes, risk events related to aspects of facilities are the least frequent (Alberts, 2013), but when they happen, they have catastrophic consequences that are very difficult to remedy or reverse. The consequences of these events are mainly: damage to facilities, negative damages on the environment, the safety and health of workers and even populations of the areas of influence of operations. This report presents the methodology applied to perform a semi-quantitative risk analysis using consequences modelling to estimate the degree and type of damage caused by major events or higher risk scenarios occurring in the chemical and oil industry, which it will be applied to a case of operations in an oil production battery. The methodology consists: analyzing risk scenarios with the potential to lead to major events that could lead to significant disruptions of normal plant operations (such as: fires, explosions and dispersions of gas or steam clouds), which its results from leakage, spillage or loss of hazardous substances due to failure of engineering and/or administrative controls. Next, the modelling of risk scenarios based on calculations of thermal radiation consequences, which will allow to estimate the unwanted impacts of each risk event involving hydrocarbons to determine the likely areas of impact (to life, property and environment) and safe distances to locate workers, equipment and facilities. In this context, the assessment of the impact on workers, facilities and third parties is based on criteria of damage established in international practices and recommendations (such as maximum thermal radiation levels) in terms of vulnerability consisting essentially of models and studies that correlate the physical consequences of events with the resilience of the human organism or exposed facilities. The modelling of consequences requires solving very complex mathematical calculations, involving process variables (operating and storage conditions), instrumentation, heat transfer, physical-chemical properties and quantities of hazardous substances involved, weather and/or atmospheric conditions of the environment in which the operations are carried out and the damage criteria mentioned. Currently, there are computer programs to solve the calculations (for example, the software EFFECTS 9.0. of TNO (The Netherlands Organization of Applied Scientific Research), ARCHIE, ALOHA, PHAST, CANARY, QRA - PRO, SUPERCHEMS, QRAworks, TRACE, DAMAGE, etc.), through which quantitative results are obtained in tabulated or graphic form. The present report uses TNO’s EFFECTS 9.0. software, whose models and results have been internationally validated. These results define the extent of the undesirable effects of the risk scenarios and will make it possible to verify whether there is an adequate distribution of the equipment in plant, considering the minimum distances to avoid that, in case of occurrence of a risk event, the “Domino Effect“ with the potential to provoke catastrophes is triggered. Evaluation also allows a better understanding of the consequences of major events, to incorporate a robust approach to improving decision-making and establishing a reasonably reliable risk reduction or mitigation strategy for the risk management of oil operations.