diseño de un sistema de protección contra incendio en una planta envasadora de gas licuado de...

7/25/2019 Diseo de Un Sistema de Proteccin Contra Incendio en Una Planta Envasadora de Gas Licuado de Petrleo

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Repositorio de la Escuela Superior Politcnica del LitoralArtculo Tesis Grado

Diseo de un Sistema de Proteccin Contra Incendio en una Planta Envasadora

de Gas Licuado de Petrleo

Fernando Anchundia V. - Andrea Nieto C. - Eduardo Ocaa C.Facultad de Ingeniera Mecnica y Ciencias de la Produccin

Escuela Superior Politcnica del LitoralCampus Gustavo Galindo, Km 30.5 va Perimetral

Apartado 09-01-5863. [email protected] - [email protected] - [email protected]

Resumen

Este trabajo pretende servir de referencia a aquellas personas que deseen tener una visin general del proceso de

diseo de un Sistema Contra Incendio para una Planta envasadora de Gas Licuado de Petrleo. El objetivo del

proyecto es que ante la ampliacin de esta planta envasadora, esta cuente con un sistema contra incendio eficaz y

cumpla los requisitos normativos aplicables. El diseo se basa en el anlisis actual que se tena la planta antes de laampliacin para presentar posteriormente los clculos y criterios de seleccin para la nueva capacidad instalada, que

abarca los reservorios de almacenamiento, sistema de bombeo, red hidrulica y mtodos de supresin, de acuerdo a la

reglamentacin nacional, Normas NFPA; con equipos, accesorios y mano de obra calificada disponibles en el mercado

local. La factibilidad del proyecto se justifica al presentar el anlisis de costos entre un sistema de bombeo certificado

por NFPA y uno ensamblado localmente, que tambin cumpla esos estndares internacionales. Finalmente se presenta

recomendaciones para una adecuada inspeccin, mantenimiento y pruebas para asegurar la operabilidad y adecuado

funcionamiento ante este tipo de siniestros.

Palabras Claves: Sistema contra incendio. Gas licuado de petrleo. GLP.

Abstract

This work intends to serve as reference to those people that they wish to have an overview of the process of design ofa Fire Protection System for a Plant bottler of Liquefied Petroleum Gas. The objective of the project is than next the

enlargement of this plant bottler, count on a system against efficacious fire and obey the normative applicable

requirements. The design is based on the present-day analysis that was had you plant it before the enlargement to

present at a later time calculations and criteria of selection for the new installed capacity, that NFPA comprises the

storage tanks, system of pumping, hydraulic net and methods of suppression, according to the national regimentation,

Standards; with equipment, accessories and available hand of qualified work in the local market. The feasibility of the

project justifies itself when presenting the cost analysis between a system of pumping certified by NFPA and a put-

together one locally, that also you obey those international standards. Finally you encounter recommendations for an

adequate inspection, maintenance and you taste to assure the operability and adequate functioning in front of this type

of damages.

Keywords: Fire Protection System. Liquefied petroleum gas .LPG.

1. Introduccin

Debido a la ampliacin de la capacidad instalada ydisminucin de la efectividad del sistema contraincendio actual por los aos de servicio prestados, laempresa decidi implementar un nuevo sistema contraincendio para cubrir el incremento de la planta yalinearse con la normativa vigente que regulan a lasplantas envasadoras de GLP.

Para el diseo, se consider normativas vigentespara este tipo de empresa, para poder cubrir lanecesidad de deteccin y reaccin de las diferentes

sectores de la planta, seleccionando un sistemaeficiente de extincin; seleccionando la mejoralternativa se control, alimentacin y conduccin delagente extintor. El diseo de proteccin, comprendedesde el reservorio de almacenamiento, sistema debombeo, red hidrulica y mtodos de supresin.

Para mejorar la factibilidad del proyecto, sepresenta el anlisis de costos entre un sistema debombeo certificado por una entidad internacional

reconocida o un sistema de bombeo ensambladolocalmente que tambin cumpla esos estndares.


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2. Generalidades

2.1 Sistema contra incendio

Disear un Sistema Contra Incendio para unaplanta envasadora de Gas Licuado de Petrleo.

Un sistema contra incendio est conformadoprincipalmente por las fuentes de abastecimiento,estacin de bombeo, lneas de distribucin, equipos dedeteccin de humo o fuego y los elementos desupresin. Diseadas para controlar el fuego y enalgunas ocasiones detenerlo, en caso de hacerlo debeactuar de tal manera que proteja a las personas y lasinstalaciones.

Localmente se cuenta con reglamentos y acuerdosministeriales, donde el Cuerpo de Bomberos de cadalocalidad son los encargados de verificar su

cumplimiento. Estas normativas estn orientadas acontroles proactivos que evitan el inicio del fuego o supropagacin y controles reactivos que son sobre el usode extintores, rociadores y gabinetes contra incendio.

La prevencin reactiva depende de la naturaleza dela empresa y el volumen de materiales inflamables quemaneja, de tal manera se minimice el riesgo de unincendio y su propagacin.

El agente extintor ms comn de sistemas deproteccin contra incendio es que utiliza el agua. Paraesto, es necesario disponer de cantidades ptimas del

suministro de agua. El agua debe proporcionarse demanera automtica con el caudal y presin necesariapara garantizar simultneamente eininterrumpidamente a todos los puntos consideradosde riesgo de incendio, hasta que entren a operar elCuerpo de Bomberos de la localidad.

La fuente de abastecimiento debe asegurar lacantidad, calidad y presin suficiente para quefuncione como suministro de una bomba contraincendio en un tiempo no menor a cuatro horas.

La estacin de bombas contra incendio, son

diseadas de acuerdo a la Norma NFPA 20Instalacin de Bombas Estacionarias de Proteccincontra Incendio.

La red de tuberas preferentemente debe formar uncircuido cerrado minimizando las prdidas porfriccin. Para efectos de asegurar el abastecimiento, latubera debe ser de acero al carbono, segn normaASTM A-53.

Los sistemas de tuberas secas, consiste en unsistema de rociadores abiertos, conectados a ramalesde tuberas normalmente llenos de aire a presin o

completamente vacos. Al momento de accionarse el

elemento detector automtico o deteccin humana,este enva una seal que apertura las vlvulas dediluvio para rociadores en la lnea de suministro deagua, haciendo que el agua fluya por los ramales y sedescargue a travs de los rociadores.

2.2. Caractersticas del GLP

El GLP est compuesto en un 60% por propano y40% por butano, ambos con una inflamabilidad degrado de riesgo 4, que equivale a muy alto.

Cuando el GLP se fuga a la atmsfera, se vaporizade inmediato mezclndose con el aire del ambientepara formar nubes con gran potencial inflamable yexplosivo al encontrar una fuente de ignicin.

2.3. Normas NFPA

La NFPA (National Fire Protection Association) esreconocida internacionalmente y referenciada en laReglamentacin nacional. Este compendio de normases considerado como una fuente autorizada de datostcnicos y recomendaciones para el campo deprevencin, proteccin y control del fuego.

El diseo del sistema de contra incendio objeto deeste proyecto se basa principalmente en las normas:

NFPA 13, Norma para la Instalacin deSistemas de Rociadores.

NFPA14, Norma para la Instalacin de

Sistemas de Tubera Vertical y mangueras. NFPA 20, Norma para la Instalacin de

Bombas Estacionarias de Proteccin deIncendio.

NFPA 22, Norma de Depsitos de agua paraProteccin de Incendio.

NFPA 24, Norma para la Instalacin deTuberas para Servicio Privado de Incendio ysus Accesorios.

NFPA 25, Norma para la inspeccin, prueba yMantenimiento de Sistemas Hidrulicos deProteccin contra Incendios.

3. Diseo del sistema contra incendio

El diseo abarca un anlisis detallado para unaenvasadora de GLP en particular, capaz de abastecerde agua como agente extintores de manera continua yeficaz.

Conocer mediante un anlisis que tipo deocupaciones de riegos nos permitir direccionar eldiseo del sistema contra incendios, en nuestro trabajose determino que las instalaciones conalmacenamiento y envasado de GLP son de tipo Extra,

esta clasificacin nos ha permitido establecer la


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densidad del flujo de agua para una mejor eficienciadel sistema.

3.1 Determinacin de los requerimientos del

sistema

Las reas a ser protegidas son determinadasinicialmente y evaluado el nivel de riesgo al que sonexpuestas.

Para complementar el anlisis de riesgos secontaron con normas diseadas especficamente paraempresas de almacenamiento y envasado de GLP.

En la seleccin del Mtodo de Supresin se realizuna evaluacin de la eficacia de cada uno de ellos, secomparo un Mtodo de supresin con agua porDiluvio, un Sistema con aplicacin de agua por mediode monitores fijos, Un sistema de agua pulverizada y

Extintores porttiles.Tabla 1.Mtodos de Aplicacin de Agua.

Fuente Norma API 2510

Table 5 Water Application MethodsWater Deluge Fixed Monitors Water Sprays Portable

Equipment

Advantages of Each Method

Rapid activation.Can be activatedautomatically.Less subject todamage fromvapor cloudexplosion.Less subject toplugging.Less sensitive towind Singlevalve actuation.

Easily activatedand directed atexposures.Can be activatedautomatically.Less vulnerableto vapor cloudexplosion.Quickly directswater to exposedareas.Reduced waterrates possiblewhen vessel onlypartly exposed tofire.Effective for jet(torch) fires.Less subject toplugging.

Rapid activation.Can activatedautomatically.Reducesconcerns aboutwettability andrun down.Less sensitive towindSingle valveactuation.

Lessvulnerable tovapor cloudexplosions.Can directwater tospecificsareas.Reduced waterrates possiblewhen vesselonly partlyexposed tofire.

Disadvantages or Each Method

Possible problemwith wettabilityand run down.May need to besupplementedwith water sprays

at vessel supportsor pipeconnections.For thehorizontalcylinders goodwaterdistribution maybe difficult.May not beeffective for jet(torch) fires.

Sloweractivation ifmanual.Exposure risk topersonnel ifmanually

operated.Affected bywind.Limited reach otwater stream.Larger waterdemand for totalcoverage.

Vulnerable todamage in vaporcloud explosions.Subject toplugging, whichmay result in

unequalapplication.Larger waterdemand thanneeded forlocalized firehazard.May nor beeffective for jet(torch) fires.

Longer timefordeployment.Not automatic.Greatest riskto personnel.

Affeced bywind.

Segn la misma norma los mtodos de extincincon espuma para plantas de almacenamiento yenvasado de GLP no son recomendadas.

Con estos antecedentes el mtodo de Supresinseleccionado fue una aplicacin de Agua Diluvio.

La Norma NFPA 13 en su seccin 21.4.1 paraLquidos y Gases inflamables nos indica los sistemasde rociadores que se pueden aplicar, y nos hacereferencia que los rociadores debern disearse paraocupaciones de Riesgo Extra.

Caudal de aplicacin de Agua, por medio de lacurva de rea densidad, se seleccion basados en losparmetros antes mencionados, rea de proteccin,clasificacin del Riesgo.

Figura 1.Demanda para rociadoresFuente: Norma NFPA 13 Fig. 11.2.3.1.5

El valor obtenido de la tabla, multiplicado por elrea nos permite conocer el caudal de aplicacin delagua para incendios.

3.1.1 Mangueras

Se seleccion entre las Bocas Equipadas contraincendios convencionales y un monitor fijo de tuberaseca; debido a las condiciones de la fbrica y a fin detener una mejor cobertura se selecciono un monitorfijo con un carrete de manguera de 2.1/2 doblechaqueta de neopreno, que proporcionar 250 gpm yuna presin no menor a 100 psi

.Figura 2. Monitor fijo con carrete.

3.1.2 Rociadores.

Se seleccionaron rociadores o boquillas abiertaspara tubera seca, el tiempo de respuesta entre aperturade lnea y accin de los rociadores debe ser 60segundos de activacin de la alarma.


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La presin mnima a la que debe trabajar unrociador es a 7 psi, nosotros escogimos un rociadorque se ajuste a nuestras necesidades de cobertura.

Figura 3. Descarga de agua en un rociadorFuente: Manual Contra Incendios.

4. Diseo Hidrulico del sistema contraincendio.

Conociendo los caudales necesarios para el controly supresin de un fuego, se procede a realizar losclculos hidrulicos necesarios para conocer el TDHque requiere el sistema contra incendio y proceder aescoger el equipo que necesitamos.

Tuberas.

El dimensionamiento de las tuberas se bas enclculos hidrulicos y en las recomendaciones que nosbrinda la norma NFPA 20 para los diferentes caudales.

Figura 4. Tuberas para diferentes caudales de agua

Fuente: Norma NFPA 20.

Para los diferentes tramos y dimetros de tubera sedebieron tomar en cuenta las perdidas por friccin,estas consisten en las prdidas en lneas rectas detuera, estas fueron calculadas por las ecuaciones de:Hanzen-Williams,

y las de Darcy Weischman.

Los accesorios crean tambin prdidas que sedeben tomar en cuenta y afectan el clculo del TDH(altura dinmica total) de una bomba.

En nuestra seleccin utilizamos tuberas SCH 40,se tomaron los valores tabulados en la norma NFPA15 para las tuberas de acero.

Figura 5. Perdidas por friccin en los accesorios,

equivalente en metros y piesFuente: Norma NFPA 15 Tabla 5.5.2.1

Utilizamos la ecuacin de Bernoulli para calcularEl TDH de la bomba.

5. Seleccin y dimensionamiento deequipos y accesorios.

Realizados los clculos hidrulicos procedimos ala seleccin y dimensionamiento de los equiposnecesarios para un correcto funcionamiento del equipode bombeo contra incendios.

5.1 Reservorio o Tanque de almacenamiento de

agua contra incendios.

El volumen total del Reservorio de agua fuecalculado a partir del caudal requerido en la zona mscrtica de la planta, a esto se le debe sumaradicionalmente el funcionamiento de al menos 3

monitores fijos de 250 gpm, todo esto tomando en


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cuenta que el tiempo mnimo de funcionamiento varasegn diferentes normas entre 2 y 6 horas, analizandoque el sitio donde se encuentra emplazada nuestraempresa, vemos que en caso de producirse unacalamidad la ayuda llegar no antes de 1 hora, por lotanto calculamos un reservorio con un funcionamientode 4 horas sin para.

5.2 Seleccin del caudal a utilizarse y seleccin dela bomba contra incendios.

De los datos obtenidos en el caudal total requeridopara el combate de incendios, la Norma NFPA 20 nosestablece los caudales a los que funciona una bombacontra incendios, nuestra seleccin del caudal defuncionamiento nos ayudar a la seleccin de labomba.

Figura 6. Capacidades estndares de las bombasFuente: Norma NFPA 20 Tabla 2.3

Existen tres tipos de bombas utilizadas en elcombate al incendio:

Vertical en lnea, utilizada en un sistema consuccin positiva, pero limitada porque los caudales detrabajo son pequeos.

Vlvula de carcasa partida, Es una bombacentrfuga recomendada principalmente en sitiosdonde se tiene una succin positiva, maneja grandescaudales de agua.

Vlvula Vertical en lnea, es una vlvula verticalde mltiples etapas que puede trabajar en lugaresdonde la succin sea negativa, puede manejar altoscaudales.

En nuestra seleccin utilizamos una bombacentrfuga de carcasa partida, contamos con succinpositiva y el caudal que se requiere es alto y no esposible que lo provea una bomba vertical en lnea.

5.3 Seleccin del caudal de la bomba jockey.

De pequea capacidad, se seleccionan por sercapaces de suministrar elevadas presiones, caudalesmoderados con potencias reducidas. Mantienenpresurizada la instalacin compensando las posiblesprdidas que puedan originarse y evitando la puesta enmarcha de la bomba principal. El arranque y paro esregulable y se efecta de forma automtica medianteun presostato.

La bomba jockey se selecciona generalmente paraque funcione con un caudal de 1 a 7% mayor que elrequerido por la bomba principal, y la presin a la quese activa es generalmente 10 psi mas que el de labomba principal.

La bomba Jockey que se selecciona no necesita serlistada y aprobada ya que su principal funcin esmantener una presin en el sistema y no combatir unincendio.

5.4 Seleccin equipo motriz.

Las bombas contra incendio se pueden accionarcon un motor elctrico o un motor a Diesel, escogeruno u otro depende de las instalaciones del usuario, ennuestro caso al tener la empresa un generador quepoda entrar a trabajar para uso exclusivo del sistemade proteccin contra incendios se decidi por unmotor abierto (ODP) elctrico, los motores elctricosson abiertos ya que entre los requisitos para unacorrecta instalacin del SCI, es que estos seencuentren resguardados contra la intemperie en un

cuarto de bombas.

6. Anlisis de costos entre sistemasNormados y aprobados y un sistema

ensamblado localmente.

Seleccionados las bombas, motores procedimos asolicitar precios de los equipos para ponerlos aconsideracin de la empresa, la diferencia de ambosequipos radica principalmente en que un equipolistado y aprobado es mucho ms robusto de un equipoconvencional, eso aplica tambin a los accesorios, lafinalidad de un equipo contra incendio es trabajar enlas ms difciles condiciones pero impedir que unfuego provoque mayores daos, tanto humanos comomateriales.

Se han enumerado los principales accesorios quese incluyen en la instalacin de un sistema deproteccin contra incendios.

La decisin de aplicar un equipo de bombeolistado y aprobado o uno ensamblado localmente,depende adems del cliente de las normativas de loscuerpos de bomberos locales, algunos admiten unequipo ensamblado localmente que cumpla con todas


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las garantas para trabajar en el momento que se lonecesite.

7. Instalacin, Inspeccin, Pruebas y

Mantenimiento de un Sistema deProteccin Contraincendios.

Una vez seleccionada la bomba, motor, bombasauxiliares, rociadores y dems accesorios todos debenseguir lineamiento para su instalacin que son dadospor la Norma NFPA 20.

Figura 7. Instalacin de una bomba de incendio decarcasa partida horizontal

Fuente: Norma NFPA 25

Asegurar una buena instalacin no exime a unaempresa de realizar continuos chequeos en sus partesconstitutivas para evitar su deterioro y asegurar sufuncionamiento en el momento que ocurra unsiniestro, las frecuencias de las inspecciones, pruebasy mantenimientos se encuentran enumeradas en lanorma NFPA 25 para cada uno de los componentesdel sistema.

8. Conclusiones

Localmente se cuenta con mano de obra calificadapara disear, instalar y arrancar un Sistema ContraIncendio que cumpla la Reglamentacin Nacional.

No se puede hablar de un Sistema Contra Incendiogeneral para un sector productivo ya que un Sistemaes exclusivo de cada planta, al intervenir muchasvariables en el diseo.

El diseo de un sistema de bombeo fue en base alos clculos de datos reales en sitio y tomando lasprecauciones para asegurar el permanenteabastecimiento del agente extintor.

Es muy importante para la correcta seleccin del

equipo de bombeo determinar el caudal real necesariopara abastecer todas las zonas que se encuentren enriesgo.

La seleccin del equipo de bombeo para unsistema contra incendio fue tomado en basecondiciones de instalacin y funcionamiento de laplanta envasadora de Gas Licuado de Petrleo, de estamanera pudimos determinar que la bomba que serequiere es una bomba centrifuga de carcasa partida,con accionamiento elctrico.

El conocer que la empresa cuenta con ungenerador que poda ser destinado para el usoexclusivo del Sistema contra Incendios permitidisminuir los costos en la adquisicin del los equipos,un motor a Diesel tiene un valor ms elevado queencarece el precio final de los equipos.

Cuando se realice una ampliacin de la capacidadinstalada de una planta que manipule elementosaltamente inflamables, se debe revisar la capacidad derespuesta del sistema contra incendio.

9. Recomendaciones

Previo a la instalacin del nuevo Sistema ContraIncendio, se debe realizar una revisin de todos loselementos que se decidan mantener o reutilizarlos.

Continuar con las pruebas semanales al SistemaContra Incendio y la capacitacin de la brigada, yaque esto familiariza y mejora significativamente lacapacidad de respuesta ante un siniestro.

Para mantener la operabilidad del Sistema, se deberealizar el mantenimiento e inspecciones peridicos a

toda la red, con el fin de identificar los elementos quepudieren afectar la eficaz respuesta ante un siniestro.

Considerar aumentar el dimetro de las tuberaspara poder abastecer el caudal ms eficiente quedemanda el nuevo sistema contra incendio.

Reemplazar el sistema de bombeo ya que no seencuentra operativo y en condiciones de abastecer atoda la planta en caso de un incendio.

Considerar reubicar los tanques de almacenamientode GLP para que tengan las distancia mnima deseparacin reglamentaras.


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10. Referencias

[1] MINISTERIO DE INCLUSION SOCIAL YECONOMICA, Reglamento de Prevencin,Mitigacin y Proteccin Contra Incendios, 2009.

[2] NORMA PE-SHI-018, Sistemas De Agua ContraIncendios Para Instalaciones PetrolerasResolucin No. 92010, enero de 1992

[3] MANUAL DE PROTECCIN CONTRAINCENDIOS, NFPA, Decimo sptima Edicin.

[4] NATIONAL FIRE PROTECTIONASSOCIATION NFPA 13, Norma para laInstalacin de Sistemas de Rociadores, Edicin2007

[5] NATIONAL FIRE PROTECTIONASSOCIATION NFPA 15, Norma para SistemasFijos Aspersores de Agua para Proteccin ContraIncendios, Edicin 2007.

[6] NATIONAL FIRE PROTECTIONASSOCIATION NFPA 20, Instalacin deBombas Estacionarias de Proteccin contraIncendios, Edicin2007.

[7] NATIONAL FIRE PROTECTIONASSOCIATION NFPA 25, Norma para lainspeccin, prueba y Mantenimiento de SistemasHidrulicos de Proteccin contra Incendios,Edicin 2008.

[8] NATIONAL FIRE PROTECTIONASSOCIATION NFPA 58, Norma para elAlmacenamiento y manejo de gases licuados depetrleo, Edicin 1995.

[9] FLUJO DE FLUIDOS EN VALVULASACCESORIOS Y TUBERIAS, Crane,McGRAW-HILL, 1998.

[10]AMERICAN PETROLEUM INSTITUT API2510, Design and Construction ofLPGInstallations, Edition 1996.

[11]AMERICAN PETROLEUM INSTITUT API2510A, Fire-Protection Considerations for theDesign and Operation of Liquefied PetroleumGas (LPG) Storage Facilities, Segunda Edicin1999.

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