Seguridad y prevención de incendios en sistemas de aceite térmico

Antes de entrar en materia, es importante aclarar que el riesgo de incendio en una instalación de aceite térmico es extremadamente bajo, ya que durante décadas se han optimizado las medidas y protocolos de seguridad alrededor de las calderas de fluido térmico. Tanto los fabricantes como los usuarios de estos sistemas entienden la importancia de un diseño, uso y mantenimiento adecuados que garanticen la seguridad del personal y las instalaciones.

En Pirobloc somos conscientes que la seguridad es el aspecto más importante en toda instalación de aceite térmico y nos comprometemos a ofrecer un producto de alta eficiencia seguridad y máxima fiabilidad a nuestros clientes.

Causas de incendio en circuitos de fluido térmico

Las principales causas que pueden provocar un incendio en una instalación de fluido térmico son las siguientes:

Fugas

Las fugas acostumbran a darse en instalaciones con un diseño defectuoso o instalaciones que no tienen un mantenimiento adecuado y son el resultado de fallos en componentes como sellos, juntas o mangueras.

Una fuga de gran volumen de fluido térmico puede ser una causa directa de incendio si el fluido caliente entra en contacto con una fuente de ignición en el caso que la temperatura sea superior a la de inflamación. Las fuentes de ignición más habituales son cojinetes, paneles eléctricos, bombas o motores situados debajo de la fuga. Si la fuente de ignición es parte del componente defectuoso o es la fuente de la fuga, puede llegar a producirse un incendio importante.

Las pequeñas fugas en las bridas también pueden causar problemas de seguridad. Este tipo de fugas se pueden minimizar con el uso de las bridas adecuadas y juntas hechas de grafito o material de teflón reforzado con fibra en función de las temperaturas de servicio.

Incendios de aislamiento

Este es un suceso altamente improbable, ya que requiere la combinación de dos sucesos que nunca hemos visto en ninguna instalación: una fuga de aceite más una mala selección del material de aislamiento.

Los incendios de aislamiento ocurren cuando se da una fuga de fluido caloportador y este se infiltra en materiales de aislamiento poroso, como el silicato de calcio, la lana de fibra de vidrio o la lana mineral. La estructura abierta del aislamiento poroso permite que el fluido de transferencia de calor se separe de la fuga y se extienda por todo el aislamiento. La ignición espontánea puede resultar en la exposición repentina del fluido al aire si, por ejemplo, se perfora la cubierta protectora, o si se retira el revestimiento para una operación de mantenimiento.

Por su parte, la autoignición del material aislante también puede ocurrir bajo dos condiciones:

1. Cuando la reordenación de las moléculas del material aislante crea un nuevo compuesto que se incendia debido a la temperatura y los niveles de oxígeno del material aislante.
2. Cuando ocurre un rápido aumento en el nivel de oxígeno.

Es por este motivo que la selección del material de aislamiento adecuado puede reducir significativamente el riesgo de incendios.

La precaución más efectiva contra incendios de aislamiento es la identificación de todos los puntos de fuga potenciales y el uso de un aislamiento de celda cerrada de espuma de vidrio en estos puntos, que evite que el fluido se extienda al resto del aislamiento. Otra opción es no utilizar aislamiento en estos puntos potenciales de fuga.

Las áreas en las que habitualmente existe un riesgo de fuga de fluido más elevado son las válvulas, los filtros en forma de Y, las tomas de presión y todo tipo de conexiones.

Perdida de flujo no detectada

La pérdida de flujo ocurre cuando una serie de fallos en la instalación provocan una interrupción en el circuito de fluido térmico. Aunque es un suceso extremadamente raro, los incendios pueden comenzar debido a una pérdida de flujo combinada con un fallo en los dispositivos de seguridad.

1. El fallo inicial acostumbra a darse en alguno de los componentes del equipo, como el motor de la bomba, un filtro obstruido o algún acoplamiento, que hacen que se interrumpa el flujo normal del aceite térmico hacia la caldera.
2. Las calderas de fluido térmico incorporan dispositivos de seguridad que están diseñados para apagar la fuente de calor si hay poco flujo de aceite a través de la caldera o si hay una temperatura de salida excesiva y aquí es donde tiene lugar el segundo fallo en el sistema, ya que estos sistemas pueden fallar debido al ensuciamiento, el desgaste o a una mala ubicación.

Como ya hemos comentado, las probabilidades de sufrir un incendio en una instalación de aceite térmico son prácticamente nulas hoy en día, pero Pirobloc dispone de sistemas de alta seguridad SIL tri redundantes que permiten garantizar un riesgo cero de incendios.

No obstante, en el caso de que esas circunstancias ocurrieran mientras el calentador está operativo, la temperatura de las tuberías y la carcasa aumentarán rápidamente y es muy posible que se rompan debido a la presión térmica, ya que a medida que el quemador continúa suministrando energía al fluido estancado, la temperatura aumenta rápidamente más allá del AIT. Si esto sucede, el fluido que se filtre al exterior de la caldera a través de alguna grieta se encenderá tan pronto como se exponga al aire si su temperatura estuviera por encima del punto de inflamación.

Si el equipo y las tuberías permanecen intactas, el fluido vaporizado puede descargarse a través de la válvula de alivio y/o vehicular hacia el tanque de expansión donde se descargará en un tanque de captura.

Para evitar este tipo de incendios, tanto el sistema de apagado por bajo flujo de aceite, como el resto de seguridades se han de ubicar en el enclavamiento de seguridad del quemador.

Tubos agrietados

Los incendios graves causados por tubos de serpentín con materiales no adecuados son muy poco frecuentes, pero se han de tomar las precauciones necesarias para garantizar que no ocurrirán. El material recomendado para los serpentines es tubería ASME ASTM A106 Gr. B Sch. 40. El espesor nominal de una tubería de 3” es de 5,5 mm.

Las grietas se forman por ciclos térmicos excesivos o alrededor de puntos sobrecalentados que se desarrollan en las tuberías a partir de incrustaciones internas o impacto de llamas.

Esta situación no es peligrosa si la caldera está en funcionamiento, ya que el fluido térmico que se filtre a la cámara de combustión a través de las grietas resultantes se quemará como combustible mientras la caldera esté operando.

Sin embargo, esta situación es extremadamente peligrosa cuando el quemador está apagado, ya que el fluido seguirá goteando hacia la cámara de combustión como resultado de la presión del tanque de expansión y de las tuberías superiores. Esto provocará la formación de un gran charco de aceite térmico en el interior de la cámara de combustión que explotará en llamas al encender de nuevo la caldera.

El estado del fluido térmico puede ser otro riesgo potencial. Es recomendable establecer un programa de mantenimiento que incluya análisis periódicos del fluido térmico. La oxidación ocurre si el tanque de expansión permanece caliente (más de 140 °F) durante la operación normal y está abierto al aire. La reacción del fluido caliente y el aire forma alquitranes y lodos que recubren las superficies y reducen la transferencia de calor. Estos depósitos podrían crear puntos calientes en el calentador que finalmente causan grietas. La oxidación, que también se detecta mediante un análisis de fluidos de rutina, podría evitarse manteniendo frío el tanque de expansión (menos de 40 °F) y evitando la entrada de aire.

Como evaluar el riesgo de incendio de un fluido térmico

Los expertos destacan tres parámetros que ayudan a evaluar el riesgo de incendio de una instalación:

1. El punto de inflamación, que es la temperatura a la cual el vapor de un fluido estallará temporalmente en llamas cuando se exponga a una fuente de ignición.
2. El punto de ignición, que es la temperatura a la que una llama temporal sigue quemando la fuente de combustible disponible. El punto de ignición suele estar entre 4,5°C y 37,5°C por encima del punto de inflamación. Tanto el punto de inflamación como el punto de ignición dependen de la presencia de una fuente de ignición, como una chispa.
3. La temperatura de autoignición marca el punto en el que no es necesaria una fuente de ignición para que se produzca el incendio.

Si bien los parámetros descritos son importantes para comprender el riesgo de incendio de los fluidos térmicos, los gerentes de planta y los ingenieros que diseñan la instalación deben tener en cuenta otros aspectos, ya que pocos incendios se han originado a raíz del fluido caloportador. En la mayoría de las ocasiones el motivo del incendio no es el fluido térmico sobrecalentado sino los equipos y sistemas que lo transportan. Como hemos comentado anteriormente, la culpa se puede atribuir comúnmente a la mala elección de los materiales de aislamiento, a las pérdidas de flujo, a los tubos del calentador agrietados, a las fugas no contenidas o a la precariedad de los equipos y circuitos.

Medidas de prevención de incendios

Aunque el riesgo de incendio es muy bajo, hay una serie de medidas que pueden tomarse para reducir drásticamente el riesgo de incendio en una instalación de fluido térmico. La mayoría de estas medidas tienen que ver con el diseño y el mantenimiento del circuito. Asimismo, los principales proveedores de sistemas de aceite térmico y de fluidos caloportadores contamos con pautas de seguridad para el diseño e instalación de sistemas de aceite térmico que también es imprescindible adoptar.

Adicionalmente, el correcto funcionamiento y mantenimiento de los sistemas de fluido térmico reducen el riesgo de incendio. El mantenimiento debe incluir inspecciones diarias y semanales en busca de signos de humo en posibles puntos de fuga, especialmente válvulas, bridas, soldaduras, puertos de instrumentos y accesorios roscados. Un mantenimiento adecuado contribuye de manera significativa a garantizar la seguridad de la instalación.

A continuación, detallamos una serie de medidas de seguridad concretas que todo circuito de fluido térmico debería contemplar:

• El aislamiento térmico es uno de los principales componentes en la protección contra incendios. Se recomienda el uso de vidrio espumado de celda cerrada, ya que evitará que el líquido filtrado se esparza al resto del material aislante. Este material impermeable debe instalarse alrededor de cualquier componente que tenga potencial de fugas.
• El aislamiento poroso, como lana mineral, fibra de vidrio y calcita, debe usarse con mucho cuidado en los sistemas de aceite caliente, si es que se usa. Se puede usar en tramos rectos de tubería, pero se ha de dejar suficiente espacio sin material aislante alrededor de los posibles puntos de fuga.
• Los sellos de bomba deben reemplazarse tan pronto como se produzcan fugas.
• Las bridas no deben estar aisladas. Se pueden instalar cubiertas de metal si es necesario para la protección del personal.
• Para evitar incidentes derivados de la pérdida de flujo, se debe incluir el apagado por bajo flujo en el enclavamiento de seguridad del quemador
• Incluir una alarma de bajo nivel de flujo en el depósito de expansión para notificar la incidencia a un operador y proceder al apagado del sistema en caso de que el nivel de aceite en el circuito esté por debajo de los niveles normales.
• Centralice los equipos principales e instale bermas de contención en esas áreas para contener los derrames y aislar las ubicaciones de posibles incidentes cuando sea posible.
• Las bandejas de goteo deben mantenerse libres de líquido.
• Para evitar ciclos térmicos excesivos del haz de tubos de la caldera, el fabricante debe reducir la potencia de los calentadores de gran tamaño.
• Permitir que las juntas de expansión y las mangueras flexibles se muevan a lo largo de sus ejes, nunca hacia los lados.
• Llevar a cabo un correcto mantenimiento de los sistemas de lubricación para juntas rotativas y suministrar los aceites lubricantes adecuados para estos sistemas.
• Las válvulas se han de instalar con sus vástagos hacia los lados para que cualquier fuga corra por el vástago y se aleje de la tubería. Si los vástagos estén ligeramente por debajo de la horizontal permitirán que el líquido filtrado gotee fuera del cuerpo de la válvula.
• Utilizar el empaque de vástago recomendado para válvulas de globo, bola o macho en servicio de fluido térmico.
• Instalar válvulas de aislamiento y purga en las tuberías de cada equipo para que se pueda realizar el mantenimiento sin drenar todo el sistema.
• El tanque de desbordamiento debe ser del tipo de cabeza cerrada ventilada con una válvula de drenaje. Debe ubicarse lejos de las puertas de salida y del panel de control de la caldera. Nunca se ha de ventilar el tanque de desbordamiento dentro de la sala de calderas.
• Todas las áreas con riesgo de fugas deben ventilarse adecuadamente para evitar la acumulación de vapores inflamables. El humo alrededor de una fuga es una buena señal ya que indica que los vapores no se están acumulando.
• Los sistemas y líneas hidráulicas no deben instalarse cerca de una caldera, ya que tienen el potencial de rociar fluido a largas distancias.
• El área del suelo alrededor de las bombas, patines y calderas debe tener un dique para contener derrames importantes.

La importancia del aislamiento térmico

Las soluciones de aislamiento térmico se utilizan para cubrir tuberías y equipos de aceite caliente que operan a temperaturas superiores a la temperatura ambiente y contribuyen a la seguridad de los operarios y las instalaciones. Por una parte, evitan la posible absorción de líquidos inflamables para garantizar la máxima seguridad contra incendios y por otra, limitan la transferencia de calor y la temperatura superficial para la protección del personal.

El tipo de aislamiento más seguro para una instalación de aceite térmico es el aislamiento de celda cerrada fabricado con vidrio celular, como es el caso de FOAMGLAS®. Este material se crea de tal manera que las bolsas de aire en el material de vidrio celular no se unan. De esta forma, cualquier fluido que ingrese al material aislante permanecerá separado cerca del punto de fuga, evitando así la autoignición que conduce a incendios.

El material generalmente se perfora con orificios de drenaje, de modo que el aceite térmico que se acumula sobre el aislante pueda drenar fácilmente, reduciendo así significativamente el peligro de incendio. Es importante que el drenaje no esté ubicado directamente sobre una fuente de ignición, ya que esto también podría provocar un incendio.

El aislante de vidrio celular de FOAMGLAS® es el más seguro para un sistema de aceite térmico, pero también es cierto que es la opción más costosa, ya que tanto el material como su instalación requieren una mayor inversión que otras alternativas.

Existen otro tipo de materiales aislantes que pueden incluir partículas comprimidas como perlita y silicato de calcio, o fibras minerales, pero el uso de estos aislantes no se recomienda en puntos de la instalación donde haya un peligro potencial de fugas.

Una opción para optimizar los costes derivados del aislamiento térmico es combinar el uso de aislante de vidrio celular con otras opciones más económicas. Así, el aislante de celda cerrada se utilizaría en todos aquellos puntos del circuito donde haya un riesgo medio o alto de fugas (válvulas, filtros en forma de Y, tomas de presión y todo tipo de conexiones) y el aislante más económico se aplicaría en aquellas partes con riesgo de fuga bajo, como pueden ser los tramos de tuberías horizontales.

Nuevamente, queremos destacar la importancia de un diseño adecuado y un mantenimiento constante de la instalación para prevenir posibles riesgos. Sea cual sea la opción escogida, las revisiones de aislamiento han de ser frecuentes cuando el sistema de aceite térmico esté operativo. De esta forma se podrá comprobar si se está filtrando fluido térmico en el material aislante y actuar en consecuencia.
Si se detecta humo o algún olor relacionado con el fluido térmico, se debe llevar a cabo una revisión exhaustiva para comprobar que no haya alguna fuga en el circuito. Como ya se ha comentado, una opción preventiva antes una supuesta fuga es perforar el revestimiento con orificios de drenaje, de modo que el líquido filtrado se pueda drenar fácilmente.

Si se observa un oscurecimiento en el color del material aislante o revestimiento, es muy posible que estemos ante una fuga de líquido. En este caso, el aislamiento impregnado de fluido térmico debe retirarse con mucha cautela porque cualquier aumento espontáneo en el nivel de oxígeno puede causar la autoignición del aislamiento.