Como Projetar Sistemas de Segurança e Apoio para Instalações Elétricas em Instalações de Petróleo Classificadas como Classe I, Divisão 1 e Divisão 2

A classificação de locais para instalações elétricas em instalações de petróleo é fundamental para garantir a segurança e a eficiência operacional. Em locais classificados como Classe I, Divisão 1 e Divisão 2, é essencial adotar uma série de sistemas de segurança e apoio que minimizem os riscos de incêndios, explosões e vazamentos de substâncias perigosas. Dentro deste contexto, o projeto de sistemas de segurança e controle para o gerenciamento de substâncias, como o petróleo e seus derivados, se torna um fator crucial para a proteção tanto do meio ambiente quanto das pessoas.

O tanque de óleo residual, elemento fundamental no controle de resíduos, pode ser um tanque fechado ou um tambor aberto. Em qualquer situação, ele deve ser projetado com uma função automática de descarregamento, capaz de lidar com o fluxo máximo de entrada. O sistema de ventilação do tanque atmosférico de óleo residual deve ser capaz de dispersar os vapores de hidrocarbonetos de maneira segura, sem o risco de formação de mistura inflamável. O uso de dispositivos como abafadores de chama pode ser descartado dependendo do projeto e da localização do tambor de óleo residual, desde que o risco de bloqueios causados por corrosão ou pressão baixa seja adequadamente avaliado.

É importante destacar que o projeto e a escolha de materiais para esses sistemas devem considerar uma série de fatores específicos, como as características do fluido (dentre os quais se destacam a viscosidade e o ponto de fulgor), as variações de fluxo e as flutuações devido às marés, além da proximidade de possíveis fontes de ignição. O tambor de resíduos de óleo deve evitar transbordamentos e vazamentos, sendo que as medidas preventivas para tal devem ser adaptadas a cada situação particular.

No que tange ao sistema de fornecimento pneumático, ele tem um papel crucial na operação de sistemas de segurança e controle dentro da instalação. A função principal desse sistema é fornecer os meios necessários para o funcionamento de válvulas e instrumentos, utilizando um gás adequado para acionar os dispositivos de segurança. A qualidade do gás fornecido, livre de hidrocarbonetos líquidos, água, partículas sólidas e corrosividade, é essencial para o desempenho confiável do sistema. A escolha do meio gasoso deve garantir que não se forme uma mistura inflamável em condições normais ou anormais de operação.

Além disso, a rede de fornecimento de gás deve ser dimensionada de forma a garantir que, em caso de necessidade, todos os equipamentos recebam a quantidade adequada de gás pressurizado, de modo a garantir o funcionamento do sistema de segurança em tempo hábil. O tempo de resposta dos dispositivos de segurança, como os sistemas de parada de emergência (ESD), não deve exceder 45 segundos para garantir a integridade da operação. A rede de gás deve ser projetada para fornecer o volume e a pressão adequados, levando em consideração os requisitos máximos de demanda.

Esses sistemas de ventilação devem ser projetados com base em normas e práticas recomendadas, como o API Std 520, API Std 521 e API Std 2000, que fornecem diretrizes específicas para o dimensionamento e a instalação de dispositivos de alívio de pressão, sistemas de ventilação de tanques atmosféricos e de baixa pressão, e sistemas de alívio de pressão de equipamentos.

Ao projetar esses sistemas, é necessário que o engenheiro de segurança avalie não apenas os parâmetros técnicos de cada componente, mas também o impacto ambiental e a segurança dos trabalhadores, considerando todas as variáveis envolvidas. Além disso, deve-se atentar para as questões regulatórias locais e internacionais que regem a instalação e operação desses sistemas, garantindo que a conformidade seja mantida durante todo o ciclo de vida da instalação.

Quais dispositivos de segurança devem ser instalados nas estações de processamento central de petróleo?

A segurança dos sistemas de produção em plataformas de petróleo, particularmente nas estações de processamento central, depende da instalação adequada de dispositivos de proteção, que são fundamentais para evitar danos aos equipamentos e garantir a integridade do processo. Entre os dispositivos mais utilizados estão válvulas de segurança, sensores de pressão, sistemas de controle de fluxo e dispositivos de isolamento, cada um com funções específicas dependendo das condições operacionais e das necessidades do sistema.

Em casos de vazamento ou sobrepressão, a instalação de válvulas de verificação (FSV) em cada pipeline de gás e líquido é imprescindível. Contudo, essa instalação pode ser dispensada se houver condições específicas, como quando a quantidade de substâncias hidrocarbonadas que pode retornar do equipamento a jusante for irrelevante ou quando um dispositivo de controle do pipeline for capaz de reduzir efetivamente o fluxo reverso.

O processo de separação do petróleo bruto nas estações de processamento é uma das etapas mais críticas. O separador de produção, que é essencial para a separação do fluxo bifásico de gás e líquido, enfrenta diversos riscos, como sobrepressão, vácuo excessivo, vazamentos e até mesmo superaquecimento. A instalação de sensores de pressão (PSH e PSL) e válvulas de segurança (PSV) nesses equipamentos garante a proteção contra essas falhas.

A instalação desses dispositivos segue um conjunto de normas e práticas recomendadas, como as estabelecidas pela API, que orientam o dimensionamento e a posição de sensores e válvulas de acordo com as pressões de operação e as possíveis condições de falha. Em situações normais, os sensores PSH são colocados para monitorar a pressão do separador de produção e interromper o fluxo caso haja sobrepressão. Da mesma forma, as válvulas PSV desempenham um papel crucial no alívio de pressão quando necessário.

Adicionalmente, sistemas de reposição de gás podem ser necessários quando existe o risco de vácuo negativo no separador de produção, o que poderia comprometer a integridade do equipamento. A instalação de um sistema de reposição de gás assegura que o separador se mantenha em uma pressão adequada, protegendo-o de danos estruturais.

Além de entender a necessidade dos dispositivos de segurança, o leitor deve considerar que a instalação e a manutenção desses sistemas não se limitam a cumprir normas técnicas. Eles são parte fundamental da mitigação de riscos operacionais que, se negligenciados, podem levar a acidentes graves. A operação segura de um separador de produção ou de qualquer equipamento de processo depende da eficácia desses sistemas de segurança, que devem ser revisados periodicamente para garantir que estejam operando conforme o esperado.

Em situações de manutenção ou em caso de falhas imprevistas, a identificação rápida de pontos críticos de falha, como obstruções ou válvulas defeituosas, é essencial para evitar consequências graves. Além disso, a implementação de dispositivos de segurança é uma prática que deve ser constantemente monitorada, com a realização de testes de integridade e ajustes conforme necessário para garantir que os dispositivos de proteção estejam sempre operacionais.

Quais são os critérios e requisitos essenciais para o projeto e segurança de sistemas de flare em unidades petroquímicas?

A intensidade da radiação térmica emitida por sistemas de flare é um fator crítico para a segurança operacional e ambiental nas instalações petroquímicas. Em situações normais de operação, a radiação solar pode ser desconsiderada no cálculo da carga de emissão térmica. Contudo, durante os processos de partida e parada dos equipamentos, a intensidade da radiação solar deve ser necessariamente incorporada para definir zonas de segurança adequadas. Diferentes áreas ao redor da instalação requerem limites específicos para a intensidade da radiação térmica, os quais variam conforme a densidade populacional e a presença de estruturas sensíveis. Por exemplo, em áreas públicas como residências e instalações comunitárias próximas à fábrica, o limite permitido é de até 1,58 kW/m², enquanto em regiões industriais densamente povoadas ou áreas administrativas internas esse valor pode chegar a 2,33 kW/m². Para zonas com menor densidade populacional, como vegetação fora do perímetro fabril, o limite pode ser mais elevado, até 3,00 kW/m², e dentro da própria fábrica, a radiação não deve ultrapassar 3,20 kW/m². Durante a manutenção no topo da torre de flare, a radiação permitida é ainda maior, mas limitada a 4,73 kW/m², considerando o menor tempo de exposição e a proteção do trabalhador.

É imprescindível que, em locais como áreas próximas a separadores líquidos, tanques de selo d’água e bombas, onde a radiação pode ultrapassar 6,31 kW/m², sejam providenciados locais seguros para proteção imediata dos operadores, já que o tempo para evasão pode ser insuficiente. Estes locais seguros podem ser abrigos ou salas resistentes à radiação dentro de um raio de 60 metros, oferecendo proteção eficaz contra os efeitos térmicos.

No caso de gases ácidos, especialmente aqueles contendo sulfeto de hidrogênio, o foco do projeto está na eficiência da queima para eliminar substâncias tóxicas. Pode-se optar por velocidades baixas e temperatura controlada para garantir a combustão, ou por velocidades mais elevadas para promover uma mistura eficiente com o ar.

Além disso, as instalações auxiliares do flare, incluindo a estrutura da torre, escadas, plataformas e iluminação para aviação, devem ser projetadas com atenção à segurança e acessibilidade. As escadas devem ser segmentadas em trechos de 5 a 10 metros, e a plataforma superior deve facilitar a manutenção da cabeça do flare, incluindo dispositivos para içamento. Tubulações para vapor, aquecimento, ignição e combustível devem ser instaladas com mecanismos de compensação térmica para evitar danos e garantir a integridade do sistema.

É fundamental compreender que o limite de radiação térmica permitido é função do tempo de exposição e das capacidades humanas de reação e fuga. Normativas internacionais, como a API Std 521, recomendam considerar um tempo de exposição total de 8 a 10 segundos para operadores, o que reforça a necessidade de espaços seguros em zonas críticas de radiação elevada. O impacto ambiental, a proteção da população e a segurança dos operadores são os pilares centrais do projeto e operação dos sistemas de flare.

Como Eliminar Fumaça em Chamas Industriais: Soluções e Desafios

O efeito denominado "câncer" ocorre devido ao dano à parte metálica do braço da tocha de um selo molecular, que permanece oculto até que a chama atravesse a cabeça ou o selo da tocha, momento em que é necessária uma parada de emergência e reparos imediatos. O selo molecular, ao utilizar um gás de purga mais leve que o ar, cria uma área de pressão superior à pressão atmosférica na parte superior do selo, impedindo a entrada de ar na câmara da tocha. Por outro lado, um gás mais pesado pode "inundar" o selo. No entanto, devido à possibilidade de infiltração de água da chuva e condensação, os selos moleculares devem possuir dispositivos de drenagem de líquidos. Gelo, depósitos de carbono ou materiais refratários podem obstruir o dispositivo de selagem, tornando este tipo de selo inadequado para algumas situações.

As tochas sem fumaça são utilizadas para controlar o processamento de gases excedentes e grandes quantidades de gás que aumentam repentinamente em emergências. Para o fluxo de ar esperado durante as operações diárias normais, é exigido que as tochas queimem sem gerar fumaça. Algumas áreas ambientalmente sensíveis exigem operação 100% sem fumaça ou até uma tocha totalmente vedada. Diversas técnicas podem ser aplicadas para evitar a fumaça, muitas das quais partem da premissa de que a fumaça é gerada pela combustão rica em combustível, podendo ser eliminada ao promover a distribuição uniforme do ar ao longo da chama. Além das exigências para operação sem fumaça, regulamentos rigorosos de combustão, tanto governamentais quanto locais, estão em constante evolução. Na maioria das regiões, especialmente no que tange ao controle de ruído, limitações nas emissões de fumaça, monitoramento contínuo da ignição, controle da velocidade de saída da chama e/ou o conteúdo mínimo de calor do gás da tocha, as regulamentações atuais devem ser consultadas durante o design.

Para criar condições favoráveis à combustão sem fumaça, o design de tocha pode ser bastante complexo, variando desde uma simples seção de tubo aberto com uma fonte de ignição até sistemas de tochas segmentadas com controle sofisticado. Existem alguns sistemas comuns de eliminação de fumaça encontrados em estações de petróleo e gás. O mais comum é a tocha com eliminação de fumaça por injeção de vapor. O vapor pode ser injetado por um bocal central instalado na tocha ou através de uma série de injetores de vapor ou ar, localizados ao redor da tocha. A injeção de vapor na seção da chama gera turbulência e pode atrair ar para dentro da chama, promovendo uma distribuição mais homogênea de ar. A combinação de vapor e ar leva à interação do movimento água-gás, acelerando a reação do gás da tocha e eliminando as condições de combustão rica que causam a fumaça.

Caso os recursos locais não sejam adequados para uma operação com vapor, sistemas de ar de baixa pressão são frequentemente avaliados como alternativa. Quando o gás é inflamado, o sistema gera turbulência na seção da chama, injetando ar de baixa pressão através da tocha, promovendo a distribuição uniforme do ar. Embora o custo inicial desse sistema seja maior devido à necessidade de um tubo duplo e um ventilador de ar, os custos operacionais são consideravelmente mais baixos em comparação com os sistemas assistidos por vapor.

Além disso, o design de sistemas de tocha deve considerar aspectos críticos como a velocidade de fuga do gás da tocha e a eficiência de combustão, para garantir que não haja formação de fumaça excessiva, além de ser eficiente no controle de emissões e no atendimento às regulamentações ambientais cada vez mais rigorosas.

Como Implementar Medidas de Proteção Eficientes em Sistemas de Segurança de Engenharia de Superfície

Para alcançar um nível adequado de proteção, muitas vezes é necessário o uso de mais de um dispositivo ou sistema. Por exemplo, a utilização de sensores PSL (Pressure Shutoff Logic) e válvulas de segurança de fechamento rápido (FSV) pode ser considerada uma forma de proteção primária, evitando que líquidos sejam direcionados para áreas de vazamento e, assim, prevenindo danos maiores. Essa combinação de dispositivos atua de forma coordenada, proporcionando uma proteção completa.

Além disso, é fundamental que o entendimento sobre a lógica dos Sistemas de Análise de Segurança (SAT) seja claro. A maneira como o SAT é desenvolvido e conectado a dispositivos de controle final, como válvulas de bloqueio de segurança (SDV), influencia diretamente a proteção dos equipamentos no processo. A posição desses dispositivos deve ser determinada após uma análise cuidadosa do diagrama de fluxo de processo detalhado e dos parâmetros operacionais, garantindo que, em caso de acidente, o sistema possa isolar rapidamente o dispositivo de todos os fluídos de processo, calor ou combustível. Esse tipo de proteção precisa ser meticulosamente planejado para evitar falhas em cadeia no sistema, como o desligamento inadequado de dispositivos subsequentes que possam resultar em situações perigosas adicionais.

Em alguns casos, pode ser necessário realizar uma análise de interconexão de dispositivos de segurança, especialmente quando sistemas de alimentação de energia variam ou quando há características específicas no processo, como mudanças frequentes nos poços conectados a um separador de petróleo. Nesses casos, é importante ajustar a lógica do sistema de segurança para garantir que, quando a falha é detectada, a resposta do sistema não cause mais danos, mas seja capaz de isolar a falha de maneira eficiente.

Outro ponto crítico no projeto de sistemas de segurança é a prevenção de ignições. A principal ameaça à segurança dos sistemas de engenharia de superfície vem da liberação de hidrocarbonetos. A ignição desses hidrocarbonetos pode ter consequências desastrosas, por isso a prevenção de ignição é um aspecto fundamental da segurança. Para reduzir o risco de ignição, deve-se tomar cuidado com fontes de ignição, como arcos elétricos, chamas, faíscas e superfícies incandescentes. Diversas medidas podem ser adotadas para minimizar essas ameaças, como a ventilação adequada, o cumprimento de normas elétricas específicas e a disposição racional de fontes potenciais de ignição.

O cumprimento das normas e práticas recomendadas para sistemas elétricos é outro aspecto importante na prevenção de ignição. As normas como API RP 14F e API RP 500 fornecem diretrizes claras para o projeto, instalação e manutenção de equipamentos elétricos em áreas classificadas como perigosas. Seguir essas diretrizes reduz significativamente o risco de ignição acidental devido a falhas nos sistemas elétricos, além de garantir que os dispositivos de segurança funcionem adequadamente em ambientes hostis.

Importante lembrar que a correta integração e coordenação entre todos os dispositivos de segurança não se limitam apenas à instalação física, mas também à manutenção contínua e à análise de risco constante durante a operação do sistema. A segurança de um processo industrial é tão forte quanto o seu dispositivo mais fraco. O planejamento adequado, a execução de protocolos de segurança rigorosos e o treinamento adequado dos operadores são essenciais para garantir que todos os sistemas de proteção estejam operando conforme o esperado em momentos críticos.