Os riscos de áreas com gases ou vapores inflamáveis

As névoas inflamáveis podem se formar ou estar presentes ao mesmo tempo que vapores inflamáveis. Os líquidos não considerados perigosos, devido ao seu ponto de fulgor, quando liberados sob pressão, podem também gerar névoas inflamáveis. Em tais casos, a aplicação estrita da classificação de áreas para gases e vapores pode não ser adequada como base para a seleção de equipamentos.

explosive2Da Redação –

Uma explosão é qualquer onda de combustão não controlada. Para criar uma explosão, deve haver um combustível (por exemplo, um gás explosivo como o hidrogênio) e oxidante (como o oxigênio do ar) e uma fonte de energia de ignição (por exemplo, uma superfície quente ou uma faísca elétrica). Esses três itens são comumente referidos como o triângulo do fogo.

Além disso, são necessários dois fatores adicionais, algo para misturar o combustível e o oxidante (como a turbulência criada em um vazamento de gás sob pressão) e a contenção. No entanto, é prática industrial comum usar o termo explosão para combustão confinada e não confinada.

Para qualquer mistura de gás combustível ou vapor com um oxidante, há uma energia de ignição crítica. Se alguém liberar menos do que essa quantidade crítica de energia na mistura, não haverá uma explosão de autopropagação.

Alguma combustão pode ocorrer de forma transitória, mas a onda de combustão não cresce e se autopropaga. Se alguém liberar pelo menos a quantidade crítica de energia, a onda de combustão passará pelos estágios incipientes do crescimento e se autopropagará como uma onda plana, resultando em uma explosão.

Dessa forma, em uma concentração crítica chamada concentração mais facilmente inflamada, a quantidade de energia necessária para causar a ignição é mínima. Se o experimento de ignição for conduzido sob condições que permitam assumir que toda a energia injetada na nuvem de gás/vapor é utilizada no processo de combustão, a energia crítica pode ser chamada de energia mínima de ignição.

Como a concentração varia da mais facilmente inflamada, a quantidade de energia necessária para causar a ignição aumenta, aproximando-se assintoticamente em menor concentração no limite explosivo mais baixo, O LEL, geralmente chamado limite inferior de inflamabilidade e, em maior concentração, no limite explosivo superior UEL (geralmente chamado de limite superior de inflamação).

O LEL e o UEL não são propriedades inerentes a atmosferas explosivas. Seus valores dependem da natureza do experimento pelo qual são determinados, especialmente o tamanho do vaso e a energia disponível na fonte de ignição. Nenhuma pessoa prudente que controla a concentração para reduzir o risco de explosão operaria muito acima de 50% do LEL, exceto sob condições cuidadosamente controladas. Na maioria das situações, o limite é definido em 25% ou menos.

O enriquecimento de oxigênio aumenta a liberação de calor na zona de combustão da frente de onda em desenvolvimento e, portanto, diminui a contribuição inicial de energia necessária da fonte de ignição. A concentração mais facilmente inflamada de oxigênio e vapores ou gases inflama cerca de um centésimo da energia mínima de ignição da concentração mais facilmente inflamada do mesmo vapor ou gás no ar.

Como as velocidades da chama são consideravelmente mais altas, o aumento da pressão em um gabinete à prova de explosão também pode ser muito maior. Nenhum meio de proteção contra explosão considerado seguro para misturas atmosféricas deve ser considerado em misturas enriquecidas com oxigênio sem um exame cuidadoso.

O efeito qualitativo do aumento da temperatura é relativamente fácil de estimar. Todo material tem uma temperatura de ignição espontânea na qual ele irá inflamar espontaneamente. Obviamente, se a temperatura de uma mistura for aumentada, a quantidade de energia elétrica necessária diminuirá, chegando a zero na temperatura de ignição.

O efeito da pressão é compreensível se for considerado que, quando a pressão aumenta, o número de moléculas por unidade de volume cresce. A liberação de calor por unidade de volume aumentará consequentemente, e a energia de ignição necessária para fazer com que a esfera de chama incipiente cresça até seu diâmetro crítico diminuir.

Da mesma forma, com a pressão menor, diminui a quantidade de energia liberada na zona de combustão e aumenta a energia de ignição elétrica necessária. Essa relação foi verificada experimentalmente em muitos ambientes de mudança de pressão. Dobrar a pressão de um gás reduz a energia de ignição para aproximadamente 25% do seu valor anterior.

Uma área classificada é definida como uma área na qual atmosferas explosivas, ou se pode esperar, estejam presentes em quantidades que requeiram precauções especiais para a construção e uso de equipamentos elétricos. Uma atmosfera explosiva consiste em uma mistura de substâncias inflamáveis com o ar na forma de gás, vapor ou névoa em proporções que podem ser explodidas por temperaturas, arcos ou faíscas excessivas. Os gases, vapores ou névoas só explodem quando misturados com o ar entre misturas percentuais específicas.

A NBR IEC 60079-10-1 de 06/2009 – Atmosferas explosivas – Parte10-1: Classificação de áreas – Atmosferas explosivas de gás se refere à classificação de áreas onde pode ocorrer a presença de gases ou vapores inflamáveis ou névoas perigosas e pode ser utilizada como base para a adequada seleção e instalação de equipamentos para utilização em áreas classificadas. Esta norma é destinada a ser aplicada onde haja o risco de ignição devido à presença de gás ou vapor inflamável misturado com o ar, sob condições atmosféricas normais, porém não é aplicável a minas sujeitas a presença de grisu; processamento e manufatura de explosivos; áreas onde possa ocorrer a presença de poeiras ou fibras combustíveis (consultar NBR IEC 61241-10/IEC 60079-10-2); falhas catastróficas que estejam além do conceito de anormalidade considerado nesta norma; ambientes utilizados com objetivos médicos; premissas domésticas.

Esta norma não leva em consideração os efeitos de danos consequenciais. As definições e explicações dos termos são apresentadas juntamente com os princípios e procedimentos fundamentais relativos à classificação de áreas. Para recomendações detalhadas relativas às extensões das áreas classificadas em indústrias e aplicações específicas, consultas devem ser feitas aos códigos aplicáveis a estas aplicações.

As névoas inflamáveis podem se formar ou estar presentes ao mesmo tempo que vapores inflamáveis. Os líquidos não considerados perigosos em termos desta norma (devido ao seu ponto de fulgor), quando liberados sob pressão, podem também gerar névoas inflamáveis. Em tais casos, a aplicação estrita da classificação de áreas para gases e vapores pode não ser adequada como base para a seleção de equipamentos.

Informações sobre névoas inflamáveis são apresentadas no Anexo D. A utilização da NBR IEC 60079-14 para a seleção de equipamentos e instalação não é requerida para névoas inflamáveis. Para o objetivo desta norma, uma área é considerada uma região ou espaço tridimensional. Condições atmosféricas incluem variações acima e abaixo dos níveis de referência de 101,3 kPa (1 013 mbar) e 20ºC (293 K), desde que as variações tenham um efeito desprezível nas propriedades de explosividade dos materiais inflamáveis.

Neste contexto, falhas catastróficas são aplicáveis, como, por exemplo, a ruptura de um vaso ou tubulação de processo e eventos que não se possam prever. Em qualquer planta de processo, independentemente do seu tamanho, pode haver numerosas fontes de ignição além daquelas associadas com equipamentos. Neste contexto, são necessárias precauções apropriadas para assegurar um nível adequado de segurança. Esta norma pode ser utilizada com ponderação para outras fontes de ignição.

Em áreas onde quantidades e concentrações perigosas de vapores ou gases inflamáveis podem ocorrer, medidas de proteção devem ser aplicadas de forma a reduzir o risco de explosões. Esta parte da NBR IEC 60079 define os critérios essenciais nos quais o risco de ignição deve ser avaliado e oferece um guia para o projeto e controle de parâmetros que podem ser utilizados para reduzir tais riscos de explosões.

Instalações onde os materiais inflamáveis são processados ou armazenados necessitam ser projetadas, operadas e mantidas de modo que qualquer liberação de material inflamável e, consequentemente, a extensão da área classificada seja mantida como sendo a menor possível, seja em operação normal ou, de outra forma, com relação à frequência, duração e quantidade. É importante examinar as partes de equipamentos e sistemas de processo, os quais possam liberar materiais inflamáveis, e considerar modificações no projeto para minimizar a probabilidade e frequência de liberação, a quantidade e a taxa de liberação de material.

Estas considerações fundamentais necessitam serem verificadas nas etapas iniciais do projeto de qualquer planta de processo e necessitam que recebam também atenção especial ao realizar o estudo de classificação de áreas. Em caso de atividades outras que a operação normal, por exemplo, comissionamento ou manutenção, a classificação da área pode não ser válida. É esperado que isto seja tratado por uma sistemática de permissão de trabalho.

Os seguintes passos necessitam ser seguidos em uma situação em que possa haver uma atmosfera explosiva de gás: eliminar a probabilidade de ocorrência de uma atmosfera explosiva de gás ao redor da fonte de ignição, ou eliminar a fonte de ignição. Se estas medidas não forem possíveis de serem executadas, medidas de proteção, equipamentos de processo, sistemas e procedimentos necessitam ser selecionados e preparados de modo que a probabilidade de ocorrência simultânea dos eventos acima, seja suficientemente baixa para ser aceitável.

Tais medidas podem ser utilizadas independentemente, se estas forem reconhecidas como sendo altamente confiáveis, ou em combinação, para atingir um nível equivalente de segurança. A classificação de áreas é um método de análise e classificação do ambiente onde uma atmosfera explosiva de gás possa ocorrer, de modo a facilitar a adequada seleção e instalação de equipamentos a serem utilizados com segurança em tais ambientes.

A classificação também leva em consideração as características de ignição dos gases ou vapores, tais como energia de ignição (grupo do gás) e a temperatura de ignição (classe de temperatura). Na maioria das situações práticas, onde produtos inflamáveis são utilizados, é difícil assegurar que a presença de uma atmosfera explosiva de gás nunca irá ocorrer. Pode também ser difícil assegurar que os equipamentos nunca se constituirão em fontes de ignição.

Desta forma, em situações onde exista uma alta probabilidade de ocorrência de uma atmosfera explosiva de gás, a confiabilidade é obtida pela utilização de equipamentos que possuam uma baixa probabilidade de se tornarem fontes de ignição. Por outro lado, onde houver uma baixa probabilidade de ocorrência de uma atmosfera explosiva de gás, equipamentos construídos com requisitos menos rigorosos podem ser utilizados.

Após a conclusão da classificação de área, uma avaliação adicional de risco pode ser realizada para avaliar se as consequências da ignição de uma atmosfera explosiva requerem a utilização de equipamentos com um nível de proteção de equipamento (EPL – Equipment Protection Level) mais elevado ou possa justificar a utilização de equipamentos com nível de proteção de equipamento mais baixo do que aquele normalmente considerado. Os requisitos de EPL podem ser registrados, como apropriado, nos documentos e desenhos de classificação de áreas de modo a permitir uma adequada seleção de equipamentos a serem utilizados.

Raramente é possível, através de uma simples análise de uma planta industrial ou de um projeto de uma planta, decidir que partes daquela planta podem ser enquadradas na definição de zonas (zonas 0, 1 e 2). É necessário um estudo mais detalhado e isto envolve a análise das probabilidades básicas de ocorrência de uma atmosfera explosiva de gases inflamáveis.

O primeiro passo é avaliar a probabilidade de acordo com as definições de zona 0, zona 1 e zona 2. Uma vez que se tenha determinado a probabilidade da frequência e duração de uma liberação (bem como o grau de risco), a taxa de liberação, concentração, velocidade, ventilação e outros fatores que afetam o tipo e/ou a extensão da zona, existe então uma base confiável para a determinação da probabilidade de presença de uma atmosfera explosiva de gases inflamáveis nas áreas ao redor.

Esta abordagem requer que análises detalhadas sejam feitas para cada item do equipamento de processo que contenha um produto inflamável, e que poderia se tornar uma fonte de risco. Em particular, as áreas de zona 0 ou zona 1 necessitam ser minimizadas em quantidade e extensão, seja por projeto ou por procedimentos operacionais adequados. Em outras palavras, plantas e instalações devem possuir principalmente áreas de zona 2 ou áreas não classificadas.

Quando a liberação de material inflamável for inevitável, é recomendado que os itens dos equipamentos de processos sejam limitados àqueles que dão origem a fontes de risco de grau secundário ou, na sua impossibilidade (isto é, onde for inevitável terem-se fontes de risco de grau primário ou contínuo), as fontes de risco necessitam que sejam limitadas, ao máximo, em quantidade e taxas de liberação. Ao se desenvolver um estudo de classificação de áreas, estes princípios devem receber considerações prioritárias.

Quando necessário, recomenda-se que o projeto, a operação e a localização dos equipamentos de processo assegurem que, mesmo quando estes estejam operando de forma anormal, a quantidade de material inflamável liberado para a atmosfera seja minimizada, de forma a reduzir a extensão da área classificada. Uma vez que a planta tenha sido classificada e que todos os registros necessários tenham sido efetuados, é importante que nenhuma modificação nos equipamentos ou nos procedimentos de operação seja feita sem discussão prévia com os responsáveis pela classificação da área.

Ações não autorizadas podem invalidar a classificação de áreas. É necessário assegurar que todos os equipamentos que afetam a classificação de área e que tenham sido submetidos a procedimentos de manutenção sejam cuidadosamente inspecionados durante e após a sua montagem, de forma a assegurar que a integridade original de projeto, relativa à segurança, esteja mantida, antes que os equipamentos retornem à operação.

É necessário que a classificação de áreas seja realizada por aqueles que compreendam a relevância e o significado das propriedades dos materiais inflamáveis que daqueles que estejam familiarizados com o processo e os equipamentos, juntamente com a participação, de pessoal qualificado das áreas de engenharia de segurança, eletricidade, mecânica e outros. Os parágrafos seguintes apresentam orientações sobre o procedimento para a classificação de áreas nas quais pode haver ocorrência de uma atmosfera explosiva de gases inflamáveis. Um exemplo do procedimento para a classificação de áreas é apresentado na Figura C.2.

A extensão de zonas depende da distância estimada ou calculada sobre a qual uma atmosfera explosiva de gases inflamáveis exista antes que esta possa dispersar no ar para uma concentração abaixo do seu limite inferior de explosividade, com um fator apropriado de segurança. Para a avaliação da extensão da área do gás ou vapor até o ponto no qual a diluição atinja um valor abaixo do seu limite inferior de explosividade, é recomendado que seja feita uma consulta a um especialista.

Considerações necessitam ser sempre realizadas sobre a possibilidade de que um gás que seja mais pesado do que o ar possa fluir para o interior de área abaixo do nível do solo (por exemplo, em poços ou depressões) e que um gás que seja mais leve do que o ar possa ser acumulado em um nível superior (por exemplo, no espaço sob um telhado). Nos locais onde a fonte de risco esteja situada fora da área sob consideração ou em uma área adjacente, a penetração de uma quantidade significativa de gás ou vapor inflamável para esta área pode ser evitada por meios adequados, tais como: barreiras físicas; manutenção de uma sobrepressão adequada na área em relação à área classificada adjacente, desta forma evitando o ingresso da atmosfera explosiva de gás; purgando a área com suficiente vazão de ar, assegurando desta forma que o ar possa circular por todas as aberturas por onde o gás ou vapor inflamável possa penetrar.

A extensão da zona é principalmente afetada pelos seguintes parâmetros químicos e físicos, alguns dos quais são propriedades intrínsecas do material inflamável; outros são específicos do processo. Por simplicidade, o efeito de cada parâmetro indicado abaixo considera que os outros parâmetros permaneçam inalterados.

Quanto maior for a taxa de liberação do material inflamável, maior será a extensão da área classificada. A taxa de liberação depende de alguns parâmetros. A geometria da fonte de risco está relacionada com as características físicas da fonte de risco, por exemplo, uma superfície aberta, o vazamento de flange, etc. (ver Anexo A).

Para uma dada fonte de risco, a taxa de liberação aumenta com a velocidade de liberação. No caso de um produto contido dentro de um equipamento de processo, a velocidade de liberação está relacionada com a pressão de processo e com a geometria da fonte de risco. O tamanho de uma nuvem de gás ou vapor inflamável é determinado pela taxa de liberação de vapor inflamável e pela taxa de dispersão.

Gás ou vapor fluindo de um vazamento com alta velocidade irá desenvolver um jato em forma de cone que se mistura com o ar e se autodilui. A extensão da atmosfera explosiva de gás é quase sempre independente da velocidade do vento. Se o material for liberado a baixa velocidade ou se a sua velocidade for reduzida pela colisão com um objeto sólido, o material inflamável é carregado pelo vento e sua diluição e extensão dependerão desta velocidade do vento.

A taxa de liberação aumenta com a concentração de gás ou vapor inflamável na mistura liberada. A volatilidade está relacionada principalmente à pressão de vapor e à entalpia (“calor”) de vaporização. Se a pressão de vapor não for conhecida, pode ser utilizado como referência o ponto de ebulição e o ponto de fulgor.

Não existe uma atmosfera explosiva de gás se o ponto de fulgor for superior à temperatura aplicável do líquido inflamável. Quanto mais baixo for o ponto de fulgor, maior pode ser a extensão da zona. Entretanto, se um material inflamável for liberado de modo a formar uma névoa, (por exemplo, por pulverização), uma atmosfera explosiva de gás pode ser formada abaixo do ponto de fulgor do material.

Os valores do ponto de fulgor de líquidos inflamáveis não são valores físicos precisos, particularmente no caso onde misturas possam estar envolvidas. Alguns líquidos (por exemplo, certos hidrocarbonetos halogenados) não possuem um valor de ponto de fulgor, embora eles sejam capazes de produzir uma atmosfera explosiva de gás.

Nestes casos em que a temperatura de equilíbrio do líquido, que corresponde à concentração de saturação no seu limite inferior de explosividade, necessita ser comparada com a máxima temperatura do líquido existente. A pressão de vapor aumenta com a temperatura, ocasionando o incremento da taxa de liberação devido à evaporação. A temperatura do líquido, após este ter sido liberado, pode ser aumentada, por exemplo, pela proximidade com uma superfície quente ou por temperatura ambiente elevada.



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