Clasificación de áreas clasificadas para instalaciones de procesamiento de gas: delimitación de zonas desde la fuente de escape

Los planos de áreas clasificadas en plantas de gas suelen fallar desde el principio. Alguien clasifica a partir de la huella del equipo en lugar del escape. Una casa de compresores termina siendo un bloque único Zone 2, y un lanzador de scrapper recibe un círculo genérico. Pregunte más tarde por qué el límite está donde está y nadie podrá decírselo. El coste se manifiesta de dos maneras. Una planta sobreclasificada conlleva equipos con certificación Ex, alcance de inspección y restricciones de permisos que no aportan seguridad. Una planta subclasificada coloca fuentes de ignición donde puede formarse plausiblemente una atmósfera inflamable, y los cambios de mantenimiento erosionan silenciosamente los supuestos subyacentes. El método de fuente de escape soluciona esto. Cada zona se vuelve trazable a un punto de escape específico, su grado y la ventilación que lo dispersa.

Contexto de normas y requisitos

La referencia principal para atmósferas gaseosas es IEC 60079-10-1 (Atmósferas explosivas – Parte 10-1: Clasificación de áreas – Atmósferas de gas explosivas). La edición 3.0 se publicó en diciembre de 2020. El método es sencillo de enunciar: identificar las fuentes de escape, graduarlas, evaluar la ventilación y luego asignar el tipo y la extensión de la zona.

Para instalaciones de gas natural en el Reino Unido y otros lugares, IGEM/SR/25 (Clasificación de áreas clasificadas de instalaciones de gas natural, Edición 2 con enmiendas, 2013) se sitúa junto a la adopción BS EN de IEC 60079-10-1 y profundiza en los detalles. IGEM y DNV también publican una calculadora IGEM/SR/25 (2023) para cálculos de escape y extensión en gas natural.

Otras normas se sitúan aguas abajo de la clasificación:

• IEC 60079-14 (Atmósferas explosivas – Parte 14: Diseño, selección y montaje de instalaciones eléctricas) utiliza la zona, el grupo de gas y la clase de temperatura para dirigir la selección de equipos.
• IEC 60079-17 (Atmósferas explosivas – Parte 17: Inspección y mantenimiento de instalaciones eléctricas) define el régimen de inspección para los equipos Ex instalados.

La guía de medidas técnicas COMAH del HSE trata la clasificación de áreas y el control de fuentes de ignición como una medida vinculada. Una clasificación solo vale tanto como el control de ignición que impulsa.

Las zonas rastrean la probabilidad de que esté presente una atmósfera de gas explosiva:

• Zone 0: presente continuamente, por largos períodos o frecuentemente.
• Zone 1: probable que ocurra ocasionalmente en operación normal.
• Zone 2: no probable en operación normal y, si ocurre, solo por un corto tiempo.

El método de la fuente de escape

Paso 1: Identificar las fuentes

Recorra los P&IDs y luego recorra la planta. Enumere cada punto donde un fluido inflamable podría entrar en la atmósfera. Prime Process Safety describe la misma secuencia: revisión de materiales, identificación de la fuente de escape, evaluación de la ventilación y, a continuación, análisis del riesgo de ignición. Compruebe:

• Puntos de descarga de venteos y colectores de antorcha
• Tuberías de salida de válvulas de alivio que ventean a la atmósfera
• Venteos de sellos de compresores y venteos de empaquetaduras
• Cierres de trampas de rascadores y conexiones de drenaje
• Puntos de muestreo y venteos de analizadores
• Venteos de instrumentos y neumáticos donde el gas de proceso es el medio
• Bridas, vástagos de válvulas, juntas roscadas y otros posibles puntos de fuga

Registre el fluido para cada uno. Su composición decide el grupo de gas, la clase de temperatura y si el vapor es más ligero o más pesado que el aire. Los vapores densos de condensados o corrientes ricas en LPG se acumulan en fosos, zanjas y cubetos. El gas natural pobre generalmente asciende y se dispersa.

Paso 2: Graduar cada escape

La norma IEC 60079-10-1 utiliza tres grados:

• Continuo: continuo, o previsto durante largos periodos. Un ejemplo es un venteo de proceso que fluye todo el tiempo.
• Primario: probable que se libere periódica u ocasionalmente en funcionamiento normal. Ejemplos son un punto de muestreo que se abre rutinariamente o una trampa de rascadores que se abre para el rascado.
• Secundario: no se espera en funcionamiento normal y, si se libera, solo de forma poco frecuente y breve. Ejemplos son las juntas de bridas, los prensaestopas de válvulas y los drenajes normalmente cerrados.

La graduación es un juicio sobre el funcionamiento normal, por lo que debe redactar el razonamiento en el registro de clasificación. El error común es graduar un venteo de sello que siempre está fluyendo como secundario porque "es solo una pequeña fuga". Si fluye en funcionamiento normal, no es secundario.

Paso 3: Evaluar la ventilación

Según la norma, la ventilación tiene dos partes: el grado de dilución (alto, medio o bajo) y su disponibilidad (buena, aceptable o pobre). La dilución depende de la tasa de escape, el movimiento del aire alrededor de la fuente y la geometría del espacio. La disponibilidad pregunta con qué fiabilidad existe realmente esa ventilación.

La ventilación natural en plantas abiertas suele ser suficiente para la dilución, pero nunca está garantizada. Los módulos muy agrupados, la sombra del viento detrás de grandes recipientes, las paredes sólidas y los fosos bajos la debilitan. En edificios cerrados, como las casas de compresores, las preguntas se vuelven más específicas. ¿Es fiable la ventilación mecánica? ¿Está alarmado su fallo? ¿Puede diluirse el escape antes de que la atmósfera alcance el rango inflamable?

Paso 4: Asignar tipo y extensión de zona

El grado establece el punto de partida, y la ventilación lo desplaza:

La extensión es la distancia desde la fuente hasta donde la concentración de gas se ha dispersado por debajo de una fracción del límite inferior de inflamabilidad. Resulta de la tasa de escape, las propiedades del fluido y la ventilación. No se lee en un radio genérico. Para el gas natural, existen la norma IGEM/SR/25 y su calculadora para que esto sea repetible. Como también señala el resumen de Made Supply de EE. UU. sobre un paquete de clasificación, un plano de área clasificada debe mostrar vistas en planta y alzado, la clase o zona y el grupo de gas para cada área, y la fuente de escape detrás de cada una. El alzado importa. Un escape puede dirigirse hacia abajo, hacia los fosos, y hacia arriba, hacia los huecos del techo o las tomas de ventilación.

Dónde suelen fallar las clasificaciones

• Zonas generales (Blanket zones). Se declara todo un edificio como Zone 2 sin que nadie pregunte qué fuentes lo justifican o si la ventilación lo soporta.
• Ignorar el modo de operación. El muestreo, el rascado, el cambio de filtros y el venteo por mantenimiento son operaciones normales. Crean grados primarios incluso cuando ocurren de forma programada.
• Tratar las válvulas de alivio como peligros continuos. Una válvula de alivio que descarga en un lugar seguro no crea una zona en la planta. Una que descarga a la atmósfera en un punto bajo sí necesita evaluación, pero como un escape infrecuente, no como una fuente continua.
• Supuestos de ventilación obsoletos. Un nuevo cerramiento, una rejilla cegada o equipos reubicados cambian la dispersión, y nadie actualiza el plano.
• Utilizar una directriz general como cálculo. Las directrices como la guía de clasificación de áreas clasificadas EGPC-PSM-GL-014 describen el proceso. No sustituyen la base de cálculo de la norma IEC 60079-10-1 o, para el gas natural, de la norma IGEM/SR/25.

Ejemplo ilustrativo: lanzador de scrapers y caseta de compresores adyacente

Este escenario se ha construido a modo de ilustración. No procede de una instalación real y no utiliza dimensiones numéricas, ya que las extensiones deben provenir de un cálculo específico del sitio.

Una planta de gas tiene un lanzador de scrapers en terreno abierto junto a una caseta de compresores que está abierta por dos lados. El fluido es gas natural pobre, que es más ligero que el aire.

1. Fuentes identificadas. El cierre del lanzador, un drenaje, una válvula de venteo utilizada para la despresurización antes de la apertura, la tubería de cola del venteo, el vástago de la válvula y los puntos de fuga de las bridas en la trampa, y el venteo del sello del compresor y las juntas de las bridas dentro de la caseta.
2. Grados asignados.
   • Apertura del cierre y el venteo previo a la apertura: primario, porque ocurren en operación normal cada vez que se usa la trampa.
   • Bridas de la trampa y prensaestopas de válvulas: secundario.
   • Venteo del sello del compresor conducido a un lugar seguro: sin liberación atmosférica en operación normal. Las juntas de conexión del venteo del sello son secundarias.
   • Una válvula de venteo que descarga directamente a la atmósfera durante la despresurización se trata como primaria.
3. Ventilación evaluada. El lanzador se encuentra en terreno abierto, por lo que la dilución es generalmente buena y la ventilación natural está disponible siempre que sopla el viento. El evaluador debe comprobar si hay sombra de viento cerca de la pared de la caseta. La caseta está abierta por dos lados, pero si el equipo en su interior restringe el movimiento del aire cerca de los sellos, la dilución allí puede ser solo media y la disponibilidad solo aceptable.
4. Zonas asignadas.
   • Las liberaciones primarias en el cierre del lanzador y el venteo dan un volumen de Zone 1 alrededor de cada fuente, rodeado por una Zone 2 donde el cálculo muestra que una atmósfera inflamable persiste más allá de ese volumen.
   • Las bridas y válvulas de la trampa generan pequeños volúmenes de Zone 2 que pueden fusionarse en la envolvente de la Zone 1.
   • Dentro de la caseta, las liberaciones secundarias dan Zone 2, con la extensión comprobada frente a la esquina con menor ventilación en lugar del promedio.
5. Registro. El dibujo muestra cada fuente, su grado, el razonamiento de la ventilación y la zona resultante, el grupo de gas y la clase de temperatura. Vincula las extensiones al cálculo.

La consecuencia de la inspección se deduce directamente. El equipo dentro de la envolvente de la Zone 1 alrededor del lanzador necesita una protección adecuada bajo las reglas de selección de IEC 60079-14, y el plan de inspección bajo IEC 60079-17 debe reflejar la ubicación de instalación de ese equipo.

Inspección y seguridad operativa

La clasificación alimenta el registro de inspección Ex, por lo que los inspectores deben cuestionarla cuando las condiciones del sitio no coincidan con ella. Un venteo que ahora descarga en un lugar nuevo, un nuevo cerramiento o un equipo instalado en un área donde su tipo de protección no coincide con la zona: cada uno es motivo para reabrir la clasificación.

Cualquier trabajo que abra, despresurice o inspeccione equipos que contengan hidrocarburos en estas áreas necesita el sistema de trabajo seguro completo:

• Aislar el equipo de forma positiva, con doble bloqueo y purga donde el diseño del sistema lo permita.
• Despresurizar a través de la ruta diseñada hacia un venteo seguro o antorcha, nunca hacia el área de trabajo.
• Verificar energía cero en el equipo, incluida la presión atrapada entre válvulas, antes de romper la contención.
• Aplicar bloqueo y etiquetado (lockout/tagout) a los puntos de aislamiento y fuentes de energía.
• Respetar las precauciones de área clasificada. Utilice solo equipos y herramientas adecuados para la zona, y no abra envolventes Ex bajo tensión en un área clasificada sin un permiso que lo contemple.
• Realizar pruebas de gas antes y durante el trabajo, y utilizar detección fija o portátil adecuada para el gas.
• Ventear de forma segura y asegurarse de que el gas venteado no pueda alcanzar fuentes de ignición o áreas ocupadas.

Lista de verificación para revisar una clasificación

• Cada zona en el dibujo se remonta a una fuente de escape nominada.
• Cada fuente tiene un grado establecido, con el razonamiento dado para la operación normal.
• Se registran las propiedades del fluido: grupo de gas, clase de temperatura y si es más ligero o pesado que el aire.
• La ventilación se evalúa por dilución y disponibilidad, no se asume por estar "al aire libre".
• Las extensiones provienen de una base de cálculo, como IEC 60079-10-1 o IGEM/SR/25 para gas natural.
• Las vistas de elevación muestran fosas, techos y tomas de ventilación.
• El muestreo, el paso de scrapers, los cambios de filtro y el venteo se tratan como escapes de operación normal.
• La gestión del cambio activa la reclasificación cuando cambian los equipos, los cerramientos o las rutas de venteo.
• El registro de equipos Ex coincide con las zonas, grupos de gas y clases de temperatura del dibujo.
• Los grados e intervalos de inspección consideran la zona instalada.

Conclusión

Una clasificación defendible es un registro de razonamientos, no un mapa de círculos. Comience con el escape, califíquelo honestamente, pruebe los supuestos de ventilación frente a la disposición real y calcule las extensiones con el método en IEC 60079-10-1, apoyado por IGEM/SR/25 para gas natural. Para los siguientes pasos, elija el área clasificada más grande de su planta, elija tres fuentes al azar y trace cada una desde el dibujo hasta su grado, base de ventilación y cálculo. Donde el rastro se rompa, reclasifique esa área y actualice el registro de equipos Ex.