Gestión del Boil-Off en buques LNG e integridad del aislamiento tras daños en el casco

El gas de evaporación (BOG) es un flujo gestionado en un buque LNG, dimensionado para una condición particular de entrada de calor. Tras un incidente de daños en el casco, esa condición puede dejar de cumplirse. Un impacto, encallamiento, colisión o exposición al fuego pueden degradar el aislamiento, inundar espacios adyacentes o crear puntos fríos locales. La entrada de calor aumenta mientras que la capacidad de combustión de gas y relicuación se mantiene igual. Si la generación supera la eliminación, la presión del tanque aumenta. Esto deja tres opciones: aceptar el aumento, quemar gas en la unidad de combustión de gas (GCU) o ventear. Cada una conlleva consecuencias de seguridad, comerciales y ambientales. El mismo evento también puede dejar al buque inactivo o navegando a baja velocidad mientras la carga sigue evaporándose. Esta es la exposición que Steamship Mutual describe para condiciones de congestión y espera en su alerta de riesgo sobre exposición excesiva al BOG.

Este artículo cubre cómo abordar la gestión del BOG cuando la contención puede estar comprometida y cómo secuenciar las comprobaciones de integridad del aislamiento sin crear un segundo peligro.

Contexto de normas y requisitos

La base de diseño para los buques LNG es el IMO IGC Code (Código Internacional para la Construcción y el Equipo de Buques que Transporten Gases Licuados a Granel), aplicado a través de SOLAS y las reglas de clase. Establece las expectativas para la contención, las barreras secundarias, la protección de la temperatura del acero del casco, el alivio de presión y vacío, y la detección de gas. Las sociedades de clasificación las hacen cumplir mediante regímenes de inspección.

Tres referencias técnicas son las más importantes aquí:

• LNG Operational Practice (2nd Edition, 2020) establece el mecanismo central. Si la eficiencia del aislamiento se deteriora por cualquier motivo, la temperatura del acero del casco interno puede bajar, creando un punto frío y aumentando la evaporación del tanque afectado. Si el aumento excede la capacidad del sistema de manejo de carga, el exceso de gas puede ser venteado. Es el punto de partida adecuado para escenarios de daños térmicos. Un aislamiento degradado cambia la entrada de calor que el sistema de alivio debe manejar, por lo que ambos no pueden evaluarse de forma independiente.

Los operadores también deben verificar cómo el recuento de emisiones trata el excedente de BOG.

Cómo se comporta el BOG cuando el aislamiento está comprometido

La línea base: un equilibrio diseñado

En servicio normal, el calor se filtra a través del aislamiento a una tasa prevista por el diseñador. El vapor resultante alimenta la planta de propulsión (motores dual-fuel, calderas o motores de inyección de gas), vuelve a estado líquido en una planta de relicuación donde esté instalada, o termina en la GCU.

Un retraso prolongado tras un incidente afecta, por tanto, a la calidad de la carga en la entrega, así como a la presión.

El caso de daño: la entrada de calor cambia

En una primera aproximación, la tasa de generación de BOG sigue un balance de energía:

ṁ_BOG ≈ Q̇_total / λ donde Q̇_total es la tasa de entrada de calor (potencia, en W), λ es el calor latente de vaporización (J/kg), y ṁ_BOG es el flujo másico de evaporación (kg/s).

donde ṁ_BOG es el flujo másico de evaporación, Q_total es la entrada de calor total en la carga (fuga del aislamiento más cualquier fuente adicional como el trabajo de las bombas o la energía de sloshing), y λ es el calor latente de vaporización de la carga. Los daños en el casco pueden elevar Q_total de varias maneras:

• Paneles de aislamiento comprimidos, desplazados o mojados.
• Pérdida de integridad del nitrógeno en los espacios de aislamiento, permitiendo la entrada de humedad o aire.
• Espacios de lastre o vacíos inundados que crean un límite térmico diferente contra el casco interno.
• Exposición al fuego o al calor que daña el material aislante.
• Distorsión estructural que cambia el contacto entre el aislamiento y la estructura del tanque.

El sloshing es una preocupación aparte. Un impacto seguido de un tránsito con mal tiempo carga un sistema posiblemente debilitado con ambos esfuerzos a la vez.

Por qué importa el punto frío

El casco interno es acero estructural naval ordinario, no material de grado criogénico. Cuando el aislamiento falla localmente, el acero detrás de él se enfría, y el peligro es el comportamiento frágil del acero del casco. El BOG extra es el síntoma más visible. Una tendencia de temperatura del casco que diverge de sus vecinas es la advertencia temprana. Trátelo primero como un problema de seguridad estructural y, en segundo lugar, como un problema de BOG.

Opciones de disposición de BOG tras daños

La acumulación de presión es la opción que más a menudo se juzga erróneamente. Ayuda, pero el margen hasta la presión de ajuste de alivio es el único amortiguador, y un tanque con aislamiento dañado lo consume más rápido que los demás. Monitoree la tendencia de cada tanque por separado. Los datos agregados de la planta pueden ocultar un solo tanque que se está deteriorando.

Inspección de integridad del aislamiento tras un incidente

La secuencia importa

1. Estabilizar primero. Confirmar la seguridad estructural y contra incendios, la integridad estanca y la estabilidad. Contener cualquier liberación de carga antes de examinar el aislamiento.
2. Usar datos remotos. La detección de gas en el espacio de aislamiento, las tendencias de consumo de nitrógeno, los sensores de temperatura del casco y del tanque, y las tendencias de presión del tanque aportan información sin abrir nada. Compare cada uno con la línea base previa al incidente para el mismo tanque y condición de carga.
3. Establecer el límite de preocupación. Mapear la ubicación del daño frente a los límites del tanque y del espacio de aislamiento. Priorizar los tanques adyacentes al impacto o fuente de calor.
4. Involucrar a la clase y bandera pronto. Los inspectores querrán pruebas de la integridad de contención antes de que el buque reanude las operaciones normales de carga. Involucrar al diseñador o licenciante del sistema de contención de carga cuando el daño afecte a la estructura del aislamiento.
5. Planificar la inspección física. Pasar a la entrada o inspección intrusiva solo cuando los datos remotos no puedan responder a la pregunta.

Interpretación de los indicadores

• El aumento de la reposición de nitrógeno en un espacio de aislamiento sugiere una vía de fuga a la atmósfera o al espacio adyacente.
• La detección de gas en un espacio de aislamiento indica una fuga en la barrera primaria o contaminación externa. Trátelo como un evento de contención de carga hasta que se demuestre lo contrario.
• Una caída localizada en la temperatura del casco frente a los sensores vecinos apunta a un puente térmico. Un cambio uniforme en los sensores es más probable que refleje las condiciones de la carga o del ambiente.
• Un BOG más alto sin explicación en la maquinaria concuerda con un aumento del ingreso de calor, pero confirme que la cadena de medición (flujo, composición, nivel del tanque) es confiable antes de concluir nada.

Inspección segura de espacios de aislamiento, vacíos y bodegas

Cualquier inspección que abra, despresurice o entre en un espacio adyacente a equipos que contengan hidrocarburos requiere un proceso de permiso de trabajo controlado:

• Aislamiento: aislar positivamente el espacio de las líneas de carga, vapor y gas inerte, con las posiciones de las válvulas verificadas y etiquetadas.
• Despresurización: reducir la presión en el espacio a través de la ruta diseñada, no mediante venteo improvisado.
• Verificación de energía cero: confirmar mediante manómetro y prueba que no hay presión residual, energía almacenada o vía de flujo.
• LOTO: bloquear y etiquetar los puntos de aislamiento y cualquier maquinaria asociada, con un responsable asignado para cada candado.
• Precauciones de área clasificada: usar solo equipos certificados, controlar las fuentes de ignición y aplicar controles estáticos y de conexión a tierra.
• Detección de gas: realizar pruebas de hidrocarburos, oxígeno y gases tóxicos antes de la entrada y continuamente durante el trabajo, utilizando instrumentos calibrados.
• Venteo seguro: dirigir cualquier vapor purgado o desplazado a la ubicación segura designada, teniendo en cuenta el viento y el personal cercano.

Las reglas de entrada a espacios confinados se aplican además de todo esto. Un espacio de aislamiento frío y dañado puede combinar deficiencia de oxígeno por nitrógeno, gas inflamable e inestabilidad estructural en un solo lugar.

Escenario ilustrativo

Este escenario se ha construido con fines orientativos y no representa un evento real.

Un buque cargado recibe un impacto lateral cerca de un tanque de lastre adyacente a un tanque de carga. No hay liberación visible de carga. Durante el periodo posterior, el oficial de guardia observa tres cambios:

• La presión en un tanque aumenta más rápido que en los demás tanques.
• Aumenta la compensación de nitrógeno en el espacio de aislamiento de ese tanque.
• Un sensor de temperatura del casco en la zona del impacto registra una temperatura progresivamente más fría que sus vecinos.

Razonamiento del proceso:

1. Las tres señales coinciden entre sí, lo que hace que un fallo de medición sea menos probable. Indican una degradación local del aislamiento en ese tanque.
2. A partir de ṁ_BOG ≈ Q_total / λ, un Q_total mayor en un tanque aumenta su evaporación. La capacidad total de eliminación (motores más GCU) debe compararse ahora con la nueva generación total. Si el buque va lento o está parado, el consumo del motor cae justo cuando aumenta la generación.
3. La tendencia del punto frío tiene prioridad porque afecta a la integridad del acero del casco. El capitán consulta a la sociedad de clase y al diseñador del sistema de contención sobre las condiciones operativas aceptables para ese tanque.
4. Las opciones de operaciones de carga incluyen reducir la presión del tanque a través de la ruta de manejo de gas específica del tanque, descargar o transferir la carga de ese tanque primero si la descarga es factible, y organizar una inspección intrusiva una vez que el buque esté en un lugar seguro. El venteo se documenta como último recurso, con sus criterios de activación acordados de antemano.
5. El equipo comercial es informado pronto, porque el retraso y la condición de la carga en la entrega afectarán a la terminal.

No se proporcionan dimensiones numéricas porque los datos de ingreso de calor y capacidad de la planta son específicos de cada buque.

Lista de verificación práctica

• Registrar una línea base previa al incidente para cada tanque: tendencia de presión, flujo de BOG, uso de nitrógeno en el espacio de aislamiento y temperaturas del casco.
• Analizar la tendencia de cada tanque individualmente tras el evento, no solo el total de la planta.
• Confirmar la capacidad actual y real de cada ruta de eliminación (motores, relicuefacción, GCU) dada la condición de la maquinaria y la velocidad del buque.
• Comparar los sensores de temperatura del casco con sus vecinos e investigar cualquier divergencia local como una preocupación estructural.
• Tratar cualquier hidrocarburo en un espacio de aislamiento como una posible brecha de contención.
• Verificar la fiabilidad de los sensores y caudalímetros antes de extraer conclusiones de ellos.
• Definir los criterios de venteo, la autoridad y los pasos de notificación antes de que sean necesarios.
• Notificar a la clase, bandera, aseguradores y al propietario de la carga o terminal pronto, con datos.
• Consultar al diseñador del sistema de contención sobre daños en el aislamiento que no sean visibles mediante datos remotos.
• Controlar todas las entradas y trabajos intrusivos bajo permiso con aislamiento, despresurización, verificación de energía cero, LOTO, detección de gases y venteo seguro.
• Considerar el envejecimiento de la carga y la especificación de entrega si el retraso se prolonga.

Conclusión

Tras un daño en el casco, la pregunta clave es si la suposición de ingreso de calor que sustenta el plan de BOG del buque sigue siendo válida. Respóndala con datos de tendencias tanque por tanque antes de que nadie abra un espacio. Trate la tendencia de un punto frío como un riesgo estructural, mantenga el venteo como un último recurso documentado e involucre a la clase y al diseñador de la contención desde el principio.

Como siguiente paso, compruebe si los datos de referencia de sus buques (presión por tanque, consumo de nitrógeno, temperaturas del casco) se registran de forma que permitan una comparación rápida antes y después. A continuación, ensaye la secuencia de decisión posterior al incidente en el manual de operaciones de carga, incluyendo quién autoriza el venteo y cómo se informa a la parte comercial.