Clasificación de áreas clasificadas para topsides offshore: práctica de grupos de gas, clase de temperatura y extensión de zonas

El problema: planos de clasificación que ya no coinciden con la cubierta

La mayoría de los planos de áreas clasificadas offshore son precisos el día en que se emiten. Luego, un módulo recibe un nuevo muro cortavientos, se instala un skid de descarga junto a un separador, se añade una sala de baterías o se reajusta un dámper de ventilación. Los límites de zona en el plano permanecen donde estaban, pero el patrón real de dispersión de gas ha cambiado. Los inspectores Ex encuentran equipos que coinciden con el plano pero no con el peligro. Los ingenieros de seguridad de procesos encuentran una etiqueta de Zone 2 en un punto donde un pequeño escape ya no puede dispersarse.

Las consecuencias son prácticas. O bien un equipo capaz de ignición se encuentra en una ubicación que ahora es Zone 1, o una cubierta que nunca necesitó equipos Ex pesados los recibe de todos modos. Ambos casos son costosos. Este artículo cubre cómo las fuentes de escape, la ventilación y los gradientes de ventilación definen las extensiones de zona en cubiertas de proceso offshore típicas, y cómo se eligen el grupo de gas y la clase de temperatura una vez conocida la zona.

Contexto de normas y requisitos

El marco es el mismo dondequiera que trabaje, en el Mar del Norte o en cualquier otro lugar:

• IEC 60079-10-1 cubre la clasificación de áreas con atmósferas de gas explosivas. Se basa en el grado de escape, el grado y disponibilidad de ventilación, y el tipo y extensión de zona resultantes.
• IEC 60079-0 establece los requisitos generales para equipos Ex, incluyendo el marcado por grupo, clase de temperatura y nivel de protección del equipo.
• IEC 60079-14 cubre el diseño, selección y montaje de instalaciones eléctricas en atmósferas explosivas.
• IEC 60079-17 cubre la inspección y mantenimiento de instalaciones eléctricas en atmósferas explosivas.
• IEC 60079-20-1 proporciona características de materiales (grupo de gas, datos de autoignición) para la clasificación de gases y vapores.
• API RP 505 cubre la clasificación de ubicaciones Class I, Zone 0, 1 y 2 en instalaciones petroleras. API RP 500 es el equivalente para el sistema Division.
• La Directiva 1999/92/CE aborda la evaluación de riesgos de explosión en el lugar de trabajo y la zonificación. La Directiva 2014/34/UE aborda los equipos comercializados para atmósferas explosivas.

En el sistema IEC, el Group IIC (hidrógeno, acetileno) es el más exigente y requiere la protección de equipos más estricta. En el sistema NEC/API Division, el Group D es el más exigente. En unidades offshore con skids de proveedores de varias regiones, mezclar los dos estándares es común, y es una fuente frecuente de errores de selección.

Cómo se derivan las zonas

Fuente y grado de escape

La zonificación comienza identificando cada fuente de escape y calificándola:

• Grado continuo genera un escape que es continuo o se espera por largos periodos. Esto conduce hacia la Zona 0.
• Grado primario genera un escape que se espera periódica u ocasionalmente en operación normal. Esto conduce hacia la Zona 1.
• Grado secundario genera un escape que no se espera en operación normal y, si ocurre, es de corta duración. Esto conduce hacia la Zona 2.

La ventilación luego modifica esta zona base. Las fuentes típicas costa afuera incluyen:

• Terminaciones de venteos y drenajes de proceso
• Puntos de muestreo y conexiones de botellas de muestreo
• Cierres de lanzadores y receptores de raspadores (pigs)
• Venteos de sellos de compresores
• Sellos de bombas
• Conexiones de tubería de instrumentos
• Bridas y prensaestopas de válvulas en líneas de hidrocarburos
• Sumideros y drenajes abiertos

Las bridas y prensaestopas en líneas de hidrocarburos presurizadas suelen ser de grado primario. Los venteos y puntos de muestreo que se abren en operación normal son de grado primario o continuo. Las puertas de cierre y conexiones ocasionales son de grado secundario.

Grado y disponibilidad de la ventilación

IEC 60079-10-1 trata la ventilación en dos dimensiones. El grado describe qué tan bien la ventilación diluye un escape (alto, medio o bajo). La disponibilidad describe qué tan confiable es su presencia (buena, aceptable o pobre). Una cubierta abierta con ventilación natural puede ofrecer una alta dilución, pero su disponibilidad depende del viento, que cambia constantemente. En la práctica, muchas evaluaciones acreditan a las cubiertas abiertas costa afuera con una ventilación de buena disponibilidad solo donde la geometría es genuinamente abierta. Los módulos cerrados dependen de HVAC, por lo que su disponibilidad es tan buena como los ventiladores, dampers y la energía que los alimenta.

Gradientes de ventilación

Las cubiertas reales nunca tienen una ventilación uniforme. La dirección del viento, la congestión de equipos, el chapado de cubiertas, los racks de tuberías y las paredes cortavientos crean gradientes. Un lado de un módulo puede estar bien barrido mientras que el lado de sotavento se encuentra en una bolsa de recirculación. Dibujar una zona como una envolvente simétrica alrededor de una fuente ignora todo eso. Los inspectores deben observar hacia dónde se mueve realmente el aire, utilizando pruebas de humo, lecturas de anemómetros o resultados de CFD donde existan, en lugar de confiar en la vista en planta.

La densidad del gas también importa, particularmente en espacios cerrados y bajo marquesinas sólidas y sofitos de cubierta. Los vapores más pesados provenientes de condensados o corrientes ricas en LPG se asientan en puntos bajos, en trincheras y bajo bastidores de skids. La forma correcta de la zona sigue la flotabilidad del escape, no una esfera o cilindro estándar.

Extensión: geometría y juicio

Los estándares y códigos dan orientación sobre la extensión, pero la congestión costa afuera a menudo hace que las distancias genéricas sean inútiles. El límite se establece tanto por las obstrucciones como por la distancia. Las cubiertas sólidas, los mamparos y las paredes chapadas detienen o redirigen una nube. Una zona comúnmente termina en una barrera sólida, pero puede propagarse a través de aberturas, puertas y conductos hacia áreas adyacentes.

Selección de grupo de gas y clase de temperatura

Grupo de gas

El grupo de gas se establece por la sustancia más onerosa que pueda estar presente, basándose en su energía de ignición y las características de la brecha a prueba de llamas.

El equipo marcado como IIC cubre aplicaciones IIC, IIB y IIA, pero no a la inversa. Para la clasificación IEC 60079-20-1, utilice la composición real en las condiciones de proceso del peor caso, no el análisis de gas nominal. Una corriente amarga o un gas residual con hidrógeno pueden elevar el grupo requerido por encima de la suposición general de hidrocarburos.

Clase de temperatura

La clase de temperatura limita la temperatura máxima de la superficie del equipo para que permanezca por debajo de la temperatura de autoignición del gas.

Para sistemas de hidrocarburos, elija la clase a partir de la temperatura de autoignición más baja entre los fluidos de escape creíbles, incluyendo fracciones de condensado más pesadas y cualquier aditivo. No se guíe solo por el componente dominante. Las superficies de proceso calientes, como escapes, intercambiadores de calor y líneas calentadas, son fuentes de ignición por derecho propio, y deben evaluarse frente al mismo valor de autoignición.

Escenario ilustrativo: un módulo de compresión tras una modificación

Este escenario se ha construido con fines ilustrativos y no describe una instalación real.

Un módulo de compresión de gas se clasificó como Zone 2 alrededor de las juntas bridadas y los venteos de sellos, basándose en una ventilación natural de lados abiertos. Posteriormente, se levantaron muros cortavientos en el lado de barlovento y se añadió un entrepiso de chapa sobre parte del tren de compresores. El plano de clasificación nunca se revisó.

Un inspector que recorre el módulo encuentra que:

1. Las cajas de conexiones bajo el entrepiso son Ex e, adecuadas para Zone 2 pero sin evidencia de una evaluación para Zone 1.
2. El sofito del entrepiso forma una bolsa donde puede acumularse gas más ligero que el aire procedente de un venteo de sello.
3. El humo liberado en el venteo de sello se estanca bajo la chapa en lugar de dispersarse.

La respuesta correcta no es simplemente reetiquetar el área. El ingeniero de seguridad funcional verifica el grado de la fuente de escape (¿es el venteo del sello realmente solo un escape secundario?), reevalúa el grado de ventilación en la bolsa y decide si la zona cerca del sofito se convierte en Zone 1. Las opciones incluyen restaurar la apertura, añadir ventilación local, reubicar las cajas de conexiones o actualizar el equipo a cualquier zona que se asigne ahora. A continuación, se revisan el plano de clasificación y el registro de equipos, y se vuelve a inspeccionar la instalación afectada.

Lista de verificación para inspectores e ingenieros de seguridad funcional

• Confirmar que la revisión del plano de clasificación coincida con la cubierta tal como está: paredes, chapado, cubiertas, skids y disposiciones de ventilación.
• Comprobar cada modificación desde el último estudio para ver su efecto en el flujo de aire y las fuentes de escape.
• Verificar las fuentes de escape con los P&IDs según obra, incluidos venteos, drenajes, puntos de muestreo y cierres.
• Donde sea práctico, probar el comportamiento de la ventilación en el campo con humo u observación del flujo de aire en zonas muertas, entrepisos y sotaventos.
• Revisar los escenarios de pérdida de ventilación para espacios cerrados y confirmar que los supuestos de zona se mantienen para ese caso.
• Comprobar la densidad: gases más ligeros bajo sofitos, vapores más pesados en sumideros, zanjas y recintos bajos.
• Confirmar que el grupo de gas asignado cubra el fluido del peor de los casos, incluidas las fuentes de hidrógeno y las corrientes amargas.
• Confirmar que la clase de temperatura se base en la temperatura de autoignición creíble más baja, y que se hayan evaluado las superficies calientes.
• Comparar el marcado de cada elemento (grupo, clase de temperatura, nivel de protección del equipo) con la zona en el registro.
• Registrar cualquier discrepancia como una desviación, con un responsable, una medida provisional y una fecha para la reclasificación.

Seguridad durante la inspección

La inspección cerca de fuentes de hidrocarburos se rige por el sistema de permisos de trabajo de la instalación. Si una inspección requiere abrir, despresurizar o trabajar en equipos que contengan hidrocarburos, asegúrese de que el aislamiento, la despresurización, la verificación de energía cero, el bloqueo/etiquetado y las precauciones de área clasificada estén implementados antes de comenzar el trabajo. Utilice detección de gas portátil calibrada y ventile de forma segura a una ubicación designada. No abra envolventes de equipos Ex energizados en un área clasificada a menos que el permiso y la certificación del equipo lo permitan.

Conclusión y próximos pasos

Las extensiones de zona costa afuera provienen del grado de escape, el grado de ventilación, la disponibilidad y el patrón de flujo de aire real. El grupo de gas y la clase de temperatura se derivan del fluido del peor de los casos. Un plano de clasificación es tan bueno como su última revisión.

Pasos prácticos a seguir:

1. Obtener los planos de clasificación actuales y compararlos con la cubierta tal como está, comenzando por los módulos que hayan tenido cambios en paredes, chapado o ventilación.
2. Priorizar las áreas cerradas y parcialmente cerradas, donde los gradientes de ventilación y los escenarios de pérdida de ventilación cambian la zona con mayor frecuencia.
3. Conciliar el marcado de cada elemento con su zona, grupo de gas y clase de temperatura asignados.
4. Alimentar la gestión del cambio para que cualquier modificación estructural o de ventilación active una revisión de la clasificación antes de su cierre.