> Grupo de apoyo: Laboratorio Energético del Hidrógeno

Prevención y extinción de incendios de hidrógeno

La respuesta frente a los incendios de hidrógeno requiere de un esfuerzo conjunto que englobe a los trabajadores de propia planta, la organización de seguridad, las fuerzas de seguridad, los parques bomberos y los servicios de asistencia médica. El análisis completo de los riesgos potenciales debe dar lugar a planes de respuesta antiincendios exhaustivos.

Precauciones generales

• Normalmente los incendios de hidrógeno, no se intentan extinguir hasta que la alimentación de hidrógeno se ha cerrado ya que siempre existe el riesgo de reignición o explosión. La reignición puede ocurrir si la mezcla entra en contacto con una superficie metálica lo suficientemente caliente. Para evitar este riesgo es muy importante emplear agua u otros medios para su enfriamiento.

• Los equipos que contienen hidrógeno deben mantenerse fríos mediante agua en spray para disminuir la magnitud de la fuga de hidrógeno y evitar la transmisión térmica asociada a la misma.

• Se están desarrollando la normativa específica para el almacenamiento y manipulación de hidrógeno en estaciones de servicio.

• Se deben rociar grandes cantidades de agua sobre los equipos adyacentes para enfriar dichos equipos y evitar su posible influencia en cualquier fuego que pudiera aparecer.

• Cuando se emplea el agua como parte del sistema contraincendios en sistemas que emplean hidrógeno líquido (NFPA 50B 1994) el agua no debe penetrar, bajo ningún concepto, en las válvulas de seguridad y/o purga.

• Los pequeños fuegos de hidrógeno pueden combatirse mediante extintores de polvo químico seco o con dióxido de carbono, nitrógeno y vapor.

• Deberá instalarse un sistema de extinción de agua en spray en las zonas de almacenamiento de hidrógeno, cerca de grupos de tuberías y bombas y en general donde exista un riesgo potencial de incendio. Estos sistemas están preparados para proteger determinados equipos peligrosos y zonas y no están proyectados para la protección global de toda la instalación.

• El sistema de extinción debe ser capaz de realizar una difusión de agua uniforme sobre el 100 por cien de la superficie de la cisterna así como de las tuberías y conexiones adyacentes.

• El caudal mínimo a aplicar mediante spray es de 8.14 l/min·m² de superficie expuesta.

• El control manual de las estaciones debe estar situado fuera el área de peligro pero con visión directa de la instalación protegida. En cualquier caso el control remoto es fundamental.

• El diseño, la instalación, el mantenimiento y las pruebas de los sistemas de agua en spray deben cumplir con 29 CFR 1910.163 (1999) y NFPA 15 (1996)

• Utilización de sistemas de extinción por dióxido de carbono en fuegos provocados por hidrógeno:

• Aunque se puede producir monóxido de carbono tóxico su concentración es muy pequeña.

• Cualquiera que respire los gases de la llama caliente se verá afectado en cualquier caso sin tener en cuenta la presencia de monóxido de carbono.

• Los espacios cerrados deben ventilarse y verificarse como seguros  antes de penetrar en ellos. Se emplean los dispositivos de protección adecuados en dichos espacios.

• El polvo químico seco es mejor que el dióxido de carbono porque son capaces de hacer visibles las llamas.

• El uso de equipos de agua en spray por control remoto es preferible a, las mangueras cuando se trata de enfriar los equipos y de reducir la propagación del fuego.

• Si es necesario emplear las mangueras el personal que las utilice debe estar ubicado detrás de estructuras que sirvan como protección.

• El equipo de extinción de incendios debe estar preparado listo para controlar fuegos incipientes.

• Se deben diseñar e instalar los sistemas fijos de extinción de incendios tal y como se describe en la sección de instalaciones de hidrógeno.

• No se debe permitir que el agua llegue al hidrógeno líquido a través de los sistemas de descarga.

• En incendios por hidrógeno gaseoso:

• Se debe cortar el suministro de hidrógeno.

• Los sistemas de hidrógeno deben estar diseñados para interrumpir el flujo de gas en caso de emergencia .

• Para el control de incendios se pueden emplear las toberas de chorro en spray.

• Para controlar pequeños incendios se pueden emplear extintores químicos de polvo seco, dióxido de carbono, nitrógeno y vapor .

• En los casos en que sea necesario proteger equipos e instalaciones próximas se utilizarán sistemas de agua en spray

Edificios e instalaciones

• Por seguridad básica el hidrógeno se debe almacenar una zona abierta siempre que sea posible. Si se realizan estas operaciones dentro de un edificio dicho edificio sólo debe estar cerrado por 3 de sus lados o si está cerrado por los cuatro lados debe tener entonces un techo en pendiente para forzar una ventilación positiva.

• Los edificios próximos  a las zonas con presencia de hidrógeno deben estar edificados de acuerdo con NFPA 50A (1994), NFPA 50B (1994) y 29 CFR 1910.103 (1996)

• Las zonas que contengan fluidos inflamables deben estar equipadas con  medios de protección contra fuegos y explosiones.

• Los recintos deben poseer un sistema de extracción en continuo con un caudal de 0.3 m³/min por m² de superficie en planta.

• Para detectar concentraciones del 20% del límite de inflamabilidad inferior, debe doblarse la capacidad del sistema de extracción. 

• Las edificaciones deben ser de materiales ligeros y no combustibles.

• Los cristales de las ventanas deben ser de vidrio irrompible

• Los suelos, muros y techos deben diseñarse e instalarse para limitar la generación y/o acumulación de electricidad estática. Su resistencia al fuego debe ser de al menos dos horas.

• Se deben practicar rejillas de ventilación en los muros exteriores y/o el techo con una superficie superior a 0.11 m²/m³ del volumen del local.

• Las puertas deben ser rápidamente accesibles para el personal con apertura hacia fuera en caso de explosión.

• Los muros o tabiques deben ser continuos desde el suelo hasta el techo y deben estar firmemente fijados.

• Al menos uno de los muros debe ser exterior y además el local no debe estar comunicado directamente con otras zonas del edificio.

• Cualquier sistema de calentamiento que se utilice en los recintos que contengan hidrógeno debe estar limitado sistemas de calentamiento por vapor, agua caliente y otros medios indirectos.

• Los sistemas y componentes criogénicos deben estar ensayados de acuerdo a ANSI/ASME B31.3 (1996) y los depósitos según ASME BPVC (1995).

• Las pruebas deben incluir, como mínimo, resistencia al frío, resistencia al calor presión, fugas, calidad de las soldaduras y retención de vacío.

Precauciones eléctricas

Aquellas zonas de la instalación donde se espera que puedan existir mezclas inflamables de hidrógeno están clasificadas como Clase 1, Group B, Division 1 en NFPA 70 (1993).

Las zonas donde se almacena, transfiere o usa hidrógeno sin que se prevean mezclas inflamables se clasifican como Class 1, Group B, Division 2 (como mínimo).

Todas las fuentes de ignición eléctricas están prohibidas en las zonas clasificadas, esto incluye los dispositivos de arco eléctrico, los radiadores u otros equipos que estén a alta temperatura.

Para las zonas Class 1, Group B, División 1 se utilizan equipos homologados a prueba de explosiones mientras que para las zonas Class 1, Group B, División 2 se emplearán equipos antideflagrantes (NFPA 70 1993).

Las instalaciones con clasificación Division 1 se diferencian fundamentalmente de las de Division 2 en el grado de aislamiento de las fuentes de ignición que tienen como origen los sistemas eléctricos.

Los equipos a prueba de explosiones son equipos ensayados en determinadas atmósferas explosivas. La carcasa debe ser lo suficientemente resistente como para soportar la presión ejercida por la ignición de una mezcla inflamable dentro de la misma. Las juntas y roscas deben estar suficientemente apretadas y deberán tener la longitud necesaria para evitar que se escapen llamas o gases calientes que puedan provocar la ignición de una mezcla inflamable en las proximidades del dispositivo. NFPA 70 (1993) y NFPA 496 (1982) proporcionan las directrices que indican como instalar y utilizar equipos resistentes a explosiones.

Las instalaciones de hidrógeno pueden realizarse adecuadamente siguiendo los criterios de seguridad expuestos en NFPA 70 (1993) y ANSI (1988).

Un método alternativo para conseguir que el equipo sea seguro (en lugar de emplear uno que sea prueba de explosiones) es ubicar el equipo que contiene hidrogeno en un recinto presurizado con un gas inerte. Cuando el equipo no contenga hidrógeno entonces es necesario purgar el recinto contenedor con una corriente continua de aire limpio y seco o nitrógeno a presión. En este caso es necesario disponer de un registro de la purga de acuerdo con las normas  NFPA 496 (1982) y 29 CFR 1910.103 (1996).

La ubicación de las fuentes de ignición fuera de las zonas clasificadas como potencialmente peligrosas permite aumentar la seguridad y reducir el coste de la instalación.

Los equipos y sistemas instalados en zonas peligrosas pero que no están en funcionamiento durante operaciones peligrosas no necesitan de requerimientos de instalación especiales a condición de que sean desconectados cuando se lleven a cabo operaciones peligrosas Los conductos de estos sistemas deben estar sellados de acuerdo a NFPA 70 (1993) cuando penetren en una zona contigua a la considerada peligrosa.

Eliminación de fuentes de ignición

Las zonas de manipulación, almacenamiento y uso del hidrógeno deben estar protegidas frente a rayos mediante el sistema formado por pararrayos, cable aéreo y picas de tierra. Todos los equipamientos de los edificios deben estar interconectados y puestos a tierra para evitar chispas inducidas entre los equipos durante el impacto de los rayos. El diseño de la protección frente a rayos debe estar realizado de acuerdo con las especificaciones contenidas en NFPA (1995) y API (2003).

En los sistemas con purgadores mediante tubos estáticos, donde la ignición del hidrógeno gaseoso expulsado es un riesgo a considerar, se debe soldar al extremo del aliviadero una varilla que se extienda por encima del punto de descarga del gas de tal manera que en condiciones normales de descarga la concentración del hidrógeno gaseoso en la extremo de la varilla este siempre por debajo del límite de inflamabilidad inferior.

La energía necesaria para la ignición de mezclas gaseosas aire/hidrógeno es tan pequeña que incluso las herramientas a “prueba de chispas” pueden causar igniciones. Todas las herramientas deben emplearse con precaución para evitar deslizamientos, golpes, caídas o cualquier operación que pudiera generar chispas. Se recomienda emplear herramientas a prueba de chispas y, en el caso de que no sea posible su utilización, se procurará una atención extra a todas las operaciones. También es recomendable usar suelos conductores y suelos “antichispas” para las zonas donde el gas de hidrógeno pueda acumularse. Estos suelos no deben deteriorarse ya que pierden sus propiedades conductoras. Por eso deben evitarse las ralladuras, las pinturas no conductoras o la  acumulación de suciedad.

Los dispositivos capaces de producir una llama estarán prohibidos dentro de la zona de exclusión que rodea a toda instalación de hidrógeno.

No deben realizarse en presencia de hidrógeno trabajos que puedan generar calor, o producir llamas o chispas como sucede con el corte y la soldadura.

Los sistemas de combustión interna así como los motores de los vehículos o las máquinas que utilizan motores de combustión interna deben estar equipados con detenedores de chispas (“spark arrestors”) en los sistemas de escape y carburación cuando se empleen dentro zonas donde el hidrógeno pueda estar presente (zonas de exclusión).

Sólo se deben instalar sistemas antirretorno (“arrestors”) especialmente diseñados para aplicaciones de hidrógeno.

Los sistemas cortallamas concebidos para llamas de hidrocarburos no son capaces de detener las llamas del hidrógeno.

Los sistemas antirretorno efectivos contra las llamas aire/hidrógeno pueden no detener llamas de hidrógeno/oxígeno.

Los sistemas antirretorno de bronce sinterizado son efectivos para detener llamas de hidrógeno sin embargo el acero inoxidable sinterizado no es tan efectivo como el bronce sinterizado.

Los sistemas antirretorno deben tener un correcto funcionamiento para minimizar los accidentes por igniciones accidentales.

Para limitar la aparición de carga electrostática, la acumulación y la generación de chispas causadas por el movimiento rápido de partículas en las tuberías o depósitos durante el trasiego los operarios deberían tomar las siguientes medidas.

Conectar a tierra e interconectar todas las partes metálicas de la plataforma y de  la estructura que la contiene.

Usar correas conductoras en la maquinaria que lo precise.

Conectar a tierra eléctricamente los equipos antes de tocar o usar una herramienta en los depósitos dewar o válvulas.

Vestir ropas resistentes a la electricidad estática como Nomex 3A, normalmente utilizado en la industria química.

Unir eléctricamente y poner a tierra las tuberías y los componentes de cada sistema .

Emplear tuberías y depósitos de plástico y composites que tengan una resistividad superficial de 10⁵ a 10¹² Ω/m²

Emplear revestimientos conductores si es necesario.

Utilizar aislamientos eléctrico y conectar eléctricamente los equipos entre si para prevenir la aparición de arcos eléctricos.

Emplear filtros para limitar la presencia de partículas en las tuberías ya que pueden aumentar la peligrosidad (API 2003, NFPA 77)

Los equipos móviles de suministro de hidrógeno deben estar conectados a tierra e interconectados eléctricamente al sistema antes de descargar el hidrógeno (NFPA 50A 1994 y 29 CFR 1910.103 1996).

NFPA 70 (1993) define los términos “bonded” (unidos eléctricamente) y “agrounded” (puestos a tierra) y detalla los tamaños de los conductores de puesta a tierra y las conexiones adecuadas en función del amperaje a tierra.

Todas las instalaciones de descarga deben disponer de puesta a tierra situada fuera de la zona de transferencia. Las conexiones de la puesta a tierra deben tener una menor resistencia menor de 10 Ω. Antes de que se ponga en funcionamiento el subsistema de transferencia todos sus componentes deben estar puestos a tierra.

El cableado eléctrico y las máquinas situadas a menos de 0.9 m de un punto en el que se realizan frecuentes conexiones y desconexiones debe cumplir los requisitos para las zonas NFPA 70 (1993) para Clase I, Group B, División 1.

Los depósitos, fijos y móviles, que contienen hidrógeno líquido y las tuberías conectadas a él deben están unidas eléctricamente y puestas a tierra (NFPA 50B 1994 y 29 CFR 1910.103 1996).

Protección frente a la radiación y la convección

Los incendios generan un flujo de calor que puede dañar objetos por radiación y convención. Aunque se han realizado muchos trabajos experimentales sobre la transmisión del calor por radiación los modelos existentes no describen completamente la complejidad del fenómeno.

Hay demasiados factores que complican la aplicación de la teoría existente a seguridad frente a la radiación. Dichos factores incluyen: cambios en el movimiento de la llama, turbulencias, perfiles de temperatura, tamaño y forma de la llama, condiciones metereológicas, efecto del viento en la radiación de fondo (back radiation) y emisividad de la llama. El daño causado por radiación también depende de la evolución temporal (time story) de la radiación.

El vapor de agua de la atmósfera absorbe de manera muy efectiva la radiación dado que las moléculas de agua son responsables de mucha de la radiación infrarroja de la llama de hidrógeno. El vapor de agua en una concentración del 1% (correspondiente a una humedad relativa aproximada del 43% a la temperatura ambiente) reduce la radiación en al menos dos ordenes de magnitud a una distancia de 100 m o más metros. Para conocer más detalles acerca de los límites de seguridad de exposición del personal y equipos a flujos térmicos de radiación ver Zebetakis, et al, 1961.

Las comparaciones entre los incendios de hidrógeno y los incendios de hidrocarburos muestran que el peligro de inhalación de humos en los fuegos de hidrógeno es menor aunque no desaparece el riesgo de lesiones y muerte por  la inhalación de humo.

Sistemas de "inundación"

Para la protección contra incendios secundarios se pueden instalar sistemas de inundación a lo largo del techo de las zonas de almacenamiento. Los sistemas de inundación son accionados a través de control manual o automático en función de la señal suministrada por los detectores de temperatura.

Cualquier superficie capaz de convertirse en una fuente de ignición deben ser enfriadas de manera que no constituyan un peligro.

Los sistemas de extinción de incendios deben emplearse para proteger colectores de tuberías, respiraderos de alivio e instalaciones  de transferencia de venteo pero no en aberturas de sistemas de evacuación.

Los depósitos de almacenamiento deben estar equipados con sistemas de inundación diseñados para cubrir la superficie de los depósitos y de los accesorios auxiliares.

Se deben situar suficientes tomas de agua para permitir el uso de mangueras cargadas en cada operación relacionada con el hidrógeno en servicio.

Índice de temas

Índice del Laboratorio del Hidrógeno