Cálculos de Árbol de eventos

6.8.1.1 Descripción general

Los análisis de árbol de eventos determina la probabilidad de que varias consecuencias como el resultado de la emisión de fluidos peligrosos a la atmósfera. Estas probabilidades son luego utilizadas para pesar las consecuencias globales de emisión.

El CCPS define un árbol de eventos como “un modelo lógico gráfico que identifica y cuantifica los posible resultantes provenientes de un evento inicial. El árbol de eventos provee una cobertura sistemática de la secuencia de tiempo de propagación de eventos, ya sea a través de una serie de acciones de sistema protectoras, funciones normales de planta e intervenciones del operador (una aplicación preincidente), o donde ocurre perdida de contenido, a través del rango de posibles consecuencias (una aplicación post- incidente).”

Un árbol global de eventos para la metodología de IBR API se presenta en la figura 6.2. La porción de análisis de consecuencias del IBR API encaja dentro de la metodología de IBR global como se muestra en la figura 6.2. Las probabilidades de perdida de contenido (POL por fuga o POR si es por ruptura) son una función de las frecuencias genéricas de fallo para piezas particulares de equipo y el estado de daño calculado (factor de daño) de la pieza del equipo o componente siendo evaluado. La determinación de las probabilidades de perdida de contenido es cubierta en la parte 2 de este documento.

Las probabilidades de perdida de contenido son luego multiplicadas por las probabilidades de eventos determinadas del análisis de consecuencias. Similares a los árboles utilizados por la CCPS para evaluar las consecuencias de emisiones en las unidades de procesos, los árboles de eventos presentados en las figuras de la 6.2 a la 6.4 muestran las resultantes potenciales que pudieran ocre del evento inicial (la emisión). El árbol de eventos par casos de fuga, el cual corresponde a los tamaños de orificio chico, mediano y grande como se discutió en el párrafo 5.2 se muestra en la figura 6.3. El árbol de eventos para el caso de ruptura se muestra en la figura 6.4.

6.8.1.2 Probabilidad de Ignición dada una Emisión

Para la emisión de un fluido peligroso, los dos factores principales que definen la resultante del evento son la probabilidad de ignición y el tiempo de ignición, en otras palabras, ignición inmediata contra retardada. Para el análisis de consecuencias de nivel 1, se hace la suposición de que la probabilidad de ignición para una emisión continua es constante y es solamente función del material liberado y del que si esta o no el fluido sobre su temperatura de auto ignición. La probabilidad no incrementa en función de la tasa de emisión. En general, entre mas bajo sea el peso molecular de la emisión la probabilidad de ignición será más alta. Para una emisión instantánea, la probabilidad de ignición incrementa significativamente (Las probabilidades de ignición para el análisis de consecuencias de nivel 1 se presentan en el Anexo 3.A). Como resultado, existe un cambio abrupto en los resultados de consecuencia de nivel 1 entre las emisiones continuas y las instantáneas. Una emisión instantánea se define como cualquier emisión mayor a 4536kg [10000lb] en 3 minutos el cual es un equivalente a una tasa de emisión de 25.2kg/s [55.6lb/s]. Una emisión continua de 24.5kg/s puede tener una consecuencia mucho menor que una emisión instantánea a 25.2kg/s del mismo material. Por lo tanto, el análisis de consecuencias de nivel 1 incluye un mezclado de los resultados calculados de una emisión continua e instantánea (véase párrafo 5.8.7).

Un estudio por Cox, Lee y Ang en 1990 indica que la probabilidad de que una emisión inflamable se encienda es proporciona a la tasa de emisión del material inflamable. Investigación adicional sobre probabilidades de ignición se proporcionan en [17]. La curva de ajuste para el trabajo de Cox, Lee y Ang puede observarse como las curvas mas bajas en la figura 6.5. a figuras 6.5 y 6.5M aplican para líquidos y las figuras 6.6 y 6.6M aplica para vapores. Las curvas adicionales provistas en esta figura, están extrapoladas para asemejar a los valores constantes asumidos en el análisis de nivel 1 provistos en las tablas A.3.3 a A.3.6 del Anexo 3.A. Estas curvas toman en consideración las tasas de emisión y el peso molecular. El uso de estas curvas elimina la necesidad para mezclar los resultados entre resultados de continuo e instantáneo requerida en el análisis de consecuencias de nivel 1.

Para el análisis de consecuencias de nivel 2, la fracción masa del fluido inflamable en el fluido mezcla de la emisión, mfracflam, deberá conocerse para calcular la tasa de emisión del material inflamable:

Las porciones de líquido y vapor de la tasa de emisión inflamable se determinan usando las ecuaciones 3.119 y 3.120

Como una alternativa al uso de las figuras 6.5 y 6.6, la probabilidad de ignición a condiciones ambiente de una emisión de líquido o vapor inflamable puede ser calculada mediante la ecuación 3.121 o la ecuación 3.122, respectivamente. Mientras estas son una función de la tasa de emisión, las probabilidades de emisión son calculadas para cada uno de los tamaños de orificio de liberación seleccionados. Note que cuando la tasa de emisión de un liquido o vapor inflamable, excede una tasa que pudiera indicar una emisión instantánea (4535.9kg [10000lb] de emisión en tres minutos o menos), un valor máximo de 25.22kg/s [55.6lb/s] deberá usarse por rateflaml o rateflamv en las ecuaciones 3.121 y 3.122

Las probabilidades de ignición calculada arriba están a temperatura ambiente. A medida que la temperatura se acerca a la temperatura de auto ignición, AIT, del fluido de emisión, la probabilidad de ignición se acerca a un valor máximo limitante. Para los líquidos liberados que están en o sobre la AIT, la probabilidad máxima de ignición, poilAIT, es igual a 1.0 como se muestra en la ecuación 3.123

Para vapores emitido sobre o a su AIT, la probabilidad máxima de ignición, poilAIT, es función del peso molecular del fluido; véase ecuación 3.124. Esta ecuación provee una relación para el valor máximo a la AIT y es acuerdo general con las probabilidades establecido para el análisis de consecuencias de nivel 1; véase las tablas A.3.3 y A.3.4 del Anexo 3.A. Para los fluidos con un PM de 170 o mayor, el valor limitante será de 0.7. Para el hidrogeno, el valor será de 0.9 entre estos dos extremos se supone una interpolación lineal.

Una vez que se ha establecido el valor máximo de la probabilidad de ignición usando las ecuaciones 3.123 o 3.124. Se puede utilizar las ecuaciones 3.125 para líquidos y 3.126 para vapores para determinar la probabilidad de ignición para el fluido emitido a la temperatura real de proceso o de almacenamiento. Estas

ecuaciones asumen una interpolación lineal entre el valor calculado a condiciones ambiente y el valor máximo a la AIT.

Para las emisiones de dos fases, la probabilidad de ignición puede estimarse como un promedio ponderado de las probabilidades de ignición de líquido, véase la ecuación 3.127

6.8.1.3 Probabilidad de Ignición inmediata contra retardada dada una Ignición.

Dada la ignición ocurrida, la probabilidad de ignición inmediata contra retardada es dependiente del tipo de emisión (continua o instantánea), la fase de la emisión y que tan cerca el la temperatura del fluido de emisión este de la temperatura de auto ignición. La probabilidad de ignición inmediata esta designada en las figuras 6.3 y 6.4 como poii. La probabilidad de ignición retardada es (1-poii9).

Como muestran las figuras de árbol de eventos, la determinación de que un evento específico ocurra es altamente dependiente de si una ignición es inmediata o retardada. Por ejemplo, la ignición inmediata de una emisión de vapor resultara en un chorro de fuego o en una bola de fuego. Si esta misma emisión fuera a tener una ignición retardada esta resultaría en ya sea una llamarada o en una explosión de nube de vapor (VCE). De manera similar un liquido pudiera resultar en una llamarada, una VCE o un charco de fuego dependiendo en si la ignición es inmediata o retardada.

La probabilidad de una ignición inmediata dada una ignición de una emisión de liquido inflamable, poiil, y de una emisión de vapor inflamable, poiiv puede estimarse usando las ecuaciones 3.128 y 3.129. Como una alternativa, Cox, Lee y Ang también provee una curva para la probabilidad de que una ignición sea inmediata o retardada.

La probabilidad de ignición inmediata dada la ignición a condiciones ambiente, poiilamb y poiivamb se basa en la opinión experta y esta provista en la tabla 6.3 para emisiones instantáneas y continúas de líquidos y vapores. A la temperatura de auto ignición, AIT, o mayor, se asume que la probabilidad de ignición inmediata dada la ignición para todas las fases de emisión, poiiAIT, es igual a 1.0. La ecuación 3.128 provee una interpolación lineal para las temperaturas de operación entre la ambiente y la AIT.

Para emisiones de dos fases, la probabilidad de ignición inmediata dada una ignición se puede asumir igual como el promedio ponderado de la probabilidad calculada para el líquido y el vapor de la manera siguiente:

6.8.1.4 Probabilidad de VCE contra Chorro de fuego dada una ignición retardada

Una ignición retardada puede resultar en un evento de explosión de nube de vapor o en llamarada. La probabilidad de VCE dada una ignición retardada, pvcedi, depende del tipo de emisión que ocurra, instantánea o continua, y de si es liquido o vapor. Actualmente las suposiciones para estas probabilidades están en la tabla 6.3 y esta en acuerdo general con las provistas en la tabla A.3.3 a A.3.6 del Anexo 3.A para el análisis de consecuencias de nivel 1.

Una mejora a estas suposiciones seria la de prorratear la probabilidad de VCE dada una ignición retardada, pvcedi, basada en el numero de reactividad de la NFPA. Un fluido con una reactividad NFPA mayor tendrá

una probabilidad de VCE mayor que de llamarada. Un método aun mejor seria el de utilizar la velocidad de flama para el fluido particular de interés. Las velocidades de llama mayores tendrán una mayor probabilidad de VCE que de llamarada. El problema con este método es que la información sobre velocidad de llama para un fluido en particular en una nube de vapor no siempre se encuentra disponible.

Para líquidos y vapores la probabilidad de VCE dada una ignición retardada, pvcedil o pvcediv puede obtenerse de la tabla 6.3. Para emisiones de dos fases, la probabilidad de VCE dada una ignición retardada se puede asumir es el promedio ponderado de las probabilidades de liquido y vapor como se muestra en la ecuación 3.131

Dado que tanto una VCE como una llamarada ocurre como resultado de una ignición retardada, la probabilidad de una llamarada dada una ignición retardada se da de acuerdo a las ecuaciones 3.132 y 3.133

Para emisiones de dos fases, la probabilidad de llamarada dada una ignición retardada se puede asumir es el promedio moderado de la calculada para liquido y vapor como se muestra en la ecuación 3.134.

6.8.1.5 Probabilidad de Bola de fuego dada una Ignición inmediata

La bola de fuego ocurre como el resultado de una ignición inmediata de una emisión instantánea de vapor o de dos fases dada la ruptura de un componente. La probabilidad pude determinarse usando la ecuación 3.135 y 3.136.

6.8.1.6 Probabilidad de eventos resultantes

Los árboles de eventos son utilizados para calcular la probabilidad de cada posible evento o resultante (incluso resultantes seguras) como el resultado de una emisión peligrosa. La probabilidad de un evento resultante en particular después de una emisión puede ser determinada como la multiplicación de todas las probabilidades individuales a lo largo del camino tomado en el árbol de eventos. Por ejemplo, la probabilidad de VCE dada una fuga de vapor puede determinarse de la figura 6.3 usando la ecuación 3.137.

La probabilidad de una emisión segura de una emisión de dos fases esta dada por la ecuación 3.138

La probabilidad de un charco de fuego dada la ruptura de un recipiente conteniendo líquido de la figura 6.4 esta dado en la ecuación 3.139.