Classificação de áreas classificadas para topsides offshore: prática de grupos de gás, classe de temperatura e extensão de zona

O problema: desenhos de classificação que não correspondem mais ao convés

A maioria dos desenhos de áreas classificadas offshore é precisa no dia em que é emitida. Depois, um módulo recebe uma nova parede quebra-vento, um skid de carga é colocado ao lado de um separador, uma sala de baterias é adicionada ou um damper de ventilação é reajustado. Os limites da zona no desenho permanecem onde estavam, mas o padrão real de dispersão de gás mudou. Inspetores Ex encontram equipamentos que correspondem ao desenho, mas não ao perigo. Engenheiros de segurança de processo encontram uma etiqueta de Zone 2 em um local onde uma pequena liberação não consegue mais se dispersar.

As consequências são práticas. Ou um equipamento capaz de ignição fica em um local que agora é Zone 1, ou um convés que nunca precisou de equipamentos Ex pesados os recebe de qualquer maneira. Ambos são caros. Este artigo aborda como as fontes de liberação, a ventilação e os gradientes de ventilação definem as extensões de zona em conveses de processo offshore típicos, e como o grupo de gás e a classe de temperatura são escolhidos uma vez conhecida a zona.

Contexto de normas e requisitos

A estrutura é a mesma onde quer que você trabalhe, no Mar do Norte ou em outro lugar:

• IEC 60079-10-1 abrange a classificação de áreas com atmosferas explosivas de gás. Baseia-se no grau de liberação, grau e disponibilidade de ventilação, e no tipo e extensão de zona resultantes.
• IEC 60079-0 estabelece requisitos gerais para equipamentos Ex, incluindo marcação por grupo, classe de temperatura e nível de proteção do equipamento.
• IEC 60079-14 abrange o projeto, seleção e montagem de instalações elétricas em atmosferas explosivas.
• IEC 60079-17 abrange a inspeção e manutenção de instalações elétricas em atmosferas explosivas.
• IEC 60079-20-1 fornece características de materiais (grupo de gás, dados de autoignição) para classificação de gases e vapores.
• API RP 505 abrange a classificação de locais Class I, Zone 0, 1 e 2 em instalações de petróleo. API RP 500 é o equivalente para o sistema Division.
• A Diretiva 1999/92/EC aborda a avaliação de riscos de explosão no local de trabalho e o zoneamento. A Diretiva 2014/34/EU aborda equipamentos colocados no mercado para atmosferas explosivas.

No sistema IEC, o Group IIC (hidrogênio, acetileno) é o mais exigente e requer a proteção de equipamento mais rigorosa. No sistema NEC/API Division, o Group D é o mais exigente. Em unidades offshore com skids de fornecedores de várias regiões, a mistura dos dois padrões é comum e é uma fonte frequente de erros de seleção.

Como as zonas são derivadas

Fonte e grau de liberação

A setorização começa com a identificação de cada fonte de liberação e sua classificação:

• Grau contínuo gera uma liberação que é contínua ou esperada por longos períodos. Isso leva à Zone 0.
• Grau primário gera uma liberação esperada periodicamente ou ocasionalmente em operação normal. Isso leva à Zone 1.
• Grau secundário gera uma liberação não esperada em operação normal e de curta duração, caso ocorra. Isso leva à Zone 2.

A ventilação então modifica esta zona base. Fontes típicas offshore incluem:

• Terminações de ventilação e drenagem de processo
• Pontos de amostragem e conexões de garrafas de amostragem
• Fechamentos de lançadores e recebedores de pig
• Vents de selos de compressores
• Selos de bombas
• Conexões de tubulação de instrumentos
• Flanges e gaxetas de válvulas em linhas de hidrocarbonetos
• Poços e drenos abertos

Flanges e gaxetas em linhas de hidrocarbonetos pressurizadas são geralmente de grau primário. Vents e pontos de amostragem abertos em operação normal são de grau primário ou contínuo. Portas de fechamento e conexões ocasionais são de grau secundário.

Grau e disponibilidade de ventilação

IEC 60079-10-1 trata a ventilação em duas dimensões. O grau descreve quão bem a ventilação dilui uma liberação (alto, médio ou baixo). A disponibilidade descreve a confiabilidade de sua presença (boa, aceitável ou pobre). Um convés aberto com ventilação natural pode oferecer alta diluição, mas sua disponibilidade depende do vento, que muda constantemente. Na prática, muitas avaliações creditam conveses offshore abertos com ventilação de boa disponibilidade apenas onde a geometria é genuinamente aberta. Módulos fechados dependem de HVAC, portanto sua disponibilidade é tão boa quanto os ventiladores, dampers e a energia que os alimenta.

Gradientes de ventilação

Conveses reais nunca têm ventilação uniforme. A direção do vento, o congestionamento de equipamentos, o chapeamento do convés, pipe racks e paredes quebra-vento criam gradientes. Um lado de um módulo pode ser bem varrido enquanto o lado de sotavento fica em um bolsão de recirculação. Desenhar uma zona como um envelope simétrico em torno de uma fonte ignora tudo isso. Os inspetores devem observar para onde o ar realmente se move, usando testes de fumaça, leituras de anemômetro ou resultados de CFD onde existirem, em vez de confiar na vista em planta.

A densidade do gás também importa, particularmente em espaços fechados e sob coberturas sólidas e tetos de convés. Vapores mais pesados de condensado ou correntes ricas em LPG depositam-se em níveis baixos, em valas e sob estruturas de skids. A forma correta da zona segue a flutuabilidade da liberação, não uma esfera ou cilindro padrão.

Extensão: geometria e julgamento

Normas e códigos fornecem orientações de extensão, mas o congestionamento offshore muitas vezes torna as distâncias genéricas inúteis. O limite é definido tanto pelas obstruções quanto pela distância. Conveses sólidos, anteparas e paredes chapeadas param ou redirecionam uma nuvem. Uma zona geralmente termina em uma barreira sólida, mas pode se propagar através de aberturas, portas e dutos para áreas adjacentes.

Seleção de grupo de gás e classe de temperatura

Grupo de gás

O grupo de gás é definido pela substância mais onerosa que pode estar presente, com base em sua energia de ignição e características de interstício à prova de chamas.

Equipamentos marcados como IIC cobrem aplicações IIC, IIB e IIA, mas não o inverso. Para a classificação IEC 60079-20-1, use a composição real nas condições de processo de pior caso, não a análise nominal do gás. Uma corrente ácida ou um off-gas contendo hidrogênio pode elevar o grupo exigido acima da suposição geral de hidrocarbonetos.

Classe de temperatura

A classe de temperatura limita a temperatura máxima da superfície do equipamento para que ela permaneça abaixo da temperatura de autoignição do gás.

Para sistemas de hidrocarbonetos, escolha a classe a partir da menor temperatura de autoignição entre os fluidos de liberação credíveis, incluindo frações de condensado mais pesadas e quaisquer aditivos. Não se baseie apenas no componente dominante. Superfícies de processo quentes, como exaustores, trocadores de calor e linhas aquecidas, são fontes de ignição por si só e devem ser avaliadas em relação ao mesmo valor de autoignição.

Cenário ilustrativo: um módulo de compressão após uma modificação

Este cenário foi construído para fins de ilustração e não descreve uma instalação real.

Um módulo de compressão de gás foi classificado como Zone 2 ao redor de juntas flangeadas e respiros de selagem, com base em ventilação natural de laterais abertas. Posteriormente, paredes quebra-vento foram erguidas no lado barlavento, e um mezanino chapeado foi adicionado sobre parte do trem de compressores. O desenho de classificação nunca foi revisado.

Um inspetor percorrendo o módulo descobre que:

1. As caixas de junção sob o mezanino são Ex e, adequadas para Zone 2, mas sem evidência de uma avaliação para Zone 1.
2. O sofito do mezanino forma um bolsão onde o gás mais leve que o ar de um respiro de selagem pode se acumular.
3. A fumaça liberada no respiro de selagem estagna sob a chapa em vez de se dissipar.

A resposta correta não é simplesmente rotular novamente a área. O engenheiro de segurança funcional verifica o grau da fonte de liberação (o respiro de selagem é realmente apenas uma liberação secundária?), reavalia o grau de ventilação no bolsão e decide se a zona próxima ao sofito se torna Zone 1. As opções incluem restaurar a abertura, adicionar ventilação local, realocar as caixas de junção ou atualizar o equipamento para qualquer zona que seja agora atribuída. O desenho de classificação e o registro de equipamentos são então revisados, e a instalação afetada é reinspecionada.

Checklist para inspetores e engenheiros de segurança funcional

• Confirmar se a revisão do desenho de classificação corresponde ao convés como ele está: paredes, chapeamento, coberturas, skids e arranjos de ventilação.
• Verificar cada modificação desde o último estudo quanto ao seu efeito no fluxo de ar e nas fontes de liberação.
• Verificar as fontes de liberação em relação aos P&IDs as-built, incluindo respiros, drenos, pontos de amostragem e fechamentos.
• Onde for prático, testar o comportamento da ventilação em campo com fumaça ou observação do fluxo de ar em zonas mortas, mezaninos e lados de sotavento.
• Revisar cenários de perda de ventilação para espaços confinados e confirmar se as suposições de zona se mantêm para esse caso.
• Verificar a densidade: gases mais leves sob sofitos, vapores mais pesados em poços, trincheiras e invólucros baixos.
• Confirmar se o grupo de gás atribuído cobre o fluido do pior caso, incluindo fontes de hidrogênio e correntes ácidas.
• Confirmar se a classe de temperatura é baseada na menor temperatura de autoignição credível e se as superfícies quentes foram avaliadas.
• Comparar a marcação de cada item (grupo, classe de temperatura, nível de proteção do equipamento) com a zona no registro.
• Registrar qualquer incompatibilidade como um desvio, com um responsável, uma medida provisória e uma data para reclassificação.

Segurança durante a inspeção

A inspeção perto de fontes de hidrocarbonetos ocorre sob o sistema de permissão de trabalho da instalação. Se uma inspeção exigir abertura, despressurização ou trabalho em equipamentos contendo hidrocarbonetos, certifique-se de que o isolamento, a despressurização, a verificação de energia zero, bloqueio/etiquetagem e as precauções de área classificada estejam em vigor antes do início do trabalho. Use detecção de gás portátil calibrada e ventile com segurança para um local designado. Não abra invólucros de equipamentos Ex energizados em uma área classificada, a menos que a permissão e a certificação do equipamento permitam.

Conclusão e próximos passos

As extensões de zona offshore provêm do grau de liberação, grau de ventilação, disponibilidade e do padrão real de fluxo de ar. O grupo de gás e a classe de temperatura seguem então a partir do fluido do pior caso. Um desenho de classificação é tão bom quanto sua última revisão.

Próximos passos práticos:

1. Coletar os desenhos de classificação atuais e compará-los com o convés como ele está, começando pelos módulos que tiveram mudanças de parede, chapeamento ou ventilação.
2. Priorizar áreas fechadas e parcialmente fechadas, onde gradientes de ventilação e cenários de perda de ventilação mais frequentemente alteram a zona.
3. Conciliar a marcação de cada item com sua zona atribuída, grupo de gás e classe de temperatura.
4. Alimentar a gestão de mudanças para que qualquer modificação estrutural ou de ventilação acione uma revisão de classificação antes de ser finalizada.