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ISEC RISCOS TECNOLGICOS

1

Exploso de uma nuvem de ciclo-hexano em

Flixborough no Reino Unido (1974)

Lisboa, 5 de Outubro de 2012

COSTA, Jos Firmino (2 Ano EPC)


2

Prembulo ................................................................................................................................3

O Estabelecimento Industrial ....................................................................................................4

a. Contexto econmico .....................................................................................................5

b. Recursos Humanos ........................................................................................................5

c. A Seco fabril 25A ........................................................................................................5

O Percurso para a Catstrofe ....................................................................................................6

a. Sequncia dos acontecimentos e aes que conduziram ao evento ...............................8

b. As duas hipteses de causa consideradas no inqurito ................................................ 10

c. A terceira hiptese (2004) ........................................................................................... 13

d. A variante de Venart (2001) ......................................................................................... 14

Consequncias ........................................................................................................................ 16

a. Matrias perigosas libertadas ...................................................................................... 16

b. Impactos Humanos e Sociais........................................................................................ 16

c. Impactos Ambientais ................................................................................................... 17

d. Impactos Econmicos .................................................................................................. 17

Concluses e Lies ................................................................................................................ 18

a. Anlise de erro e causas do acidente ........................................................................... 18

b. Lies retiradas do acidente ........................................................................................ 19

Bibliografia ............................................................................................................................. 20


3

PREMBULO

o sbado, 1 de Junho de 1974, s 16.53 horas, uma exploso destruiu a Fbrica de

Caprolactama da firma NYPRO (UK) Ltd localizada numa zona rural perto de

Flixborough, no Lincolnshire no Reino Unido.

Em 1974 a fbrica empregava 550 pessoas e ocupava uma parcela de 24 hectares no corao

das terras agrcolas de Flixborough, 260 km a norte de Londres. As povoaes mais prximas,

Flixborough e Amscott, ficavam a 800 m da unidade e as

cidades de Burton e Scunthorpe localizadas a 3,5 e a 5 km.

O sinistro, resultante de um derrame de ciclo-hexano, destruiu

na totalidade a instalao fabril, destruiu todas as construes

num raio de 600m, provocou danos em 2450 casas nas

povoaes vizinhas causando 28 vtimas mortais e 89 feridos

graves, 36 dos quais trabalhadores da fbrica e os restantes 53

entre a populao.

A exploso que foi ouvida num raio de 50 km, originou

incndios em diversos setores da unidade com chamas

atingindo de 70 a 100m de altura e o aumento

instantneo de presso no epicentro causou

um aumento de presso local, estimado em 2

bar, que destruiu as instalaes fixas de

combate a incndio, dificultando a

interveno. Os incndios s foram extintos

2,5 dias mais tarde.

A violncia do evento e a possibilidade de

muito maiores impactos caso tivesse ocorrido

em dia de semana ou a unidade se situasse

mais prxima de reas urbanas, levaram

criao de um Inqurito Pblico que investigou e concluiu sobre causas, responsabilidades e

lies a tirar. Esta catstrofe est classificada como 4616, segundo a escala europeia.

N

Ilustrao 1 - Localizao de Flixborough

Ilustrao 2 - Mapa da envolvente


4

O ESTABELECIMENTO INDUSTRIAL

Construda em 1938 para produzir fertilizantes, a unidade muda de mos em 1964 para

produzir caprolactama, utilizada no fabrico de nylon. A primeira unidade de 20 000 t por ano,

produzindo caprolactama por hidrogenao de fenol arranca em agosto de 1967. Em 1972, a

capacidade de produo de caprolactama aumentada para 70 000 t/ano, aps a construo de

uma nova unidade usando um processo de oxidao de ciclo-hexano. Esta unidade de oxidao

ter a designao de seco 25A.

Ilustrao 3 - Diagrama do processo fabril aps a expanso de 1972. A seco 25A representada pelo bloco Oxidao

Ilustrao 4 - A fbrica da NYPRO (UK) LTD antes da Exploso. Vista area de sudeste. Fonte HSE


5

a. CONTEXTO ECONMICO

Desde a sua construo, a unidade passou por vrias dificuldades que impediram a produo de

alcanar o seu objetivo, fixado em 70.000 toneladas de caprolactama por ano.

Em novembro de 1973, a situao foi agravada pela greve dos mineiros, que levou o governo

britnico a declarar o estado de emergncia e restringir o fornecimento de eletricidade

indstria em apenas 3 dias por semana. A fbrica de Flixborough, de laborao contnua, no

podia cingir-se a este modo de operao e ativou os seus geradores eltricos de emergncia para

manter em funcionamento os equipamentos essenciais atividade de produo 24 sobre 24

horas. No sendo considerados essenciais, os agitadores dos reatores da seco 25A foram

desativados. Em janeiro de 1974, a greve dos mineiros terminou e a produo voltou ao normal,

mas o agitador no reator n 4 da unidade de caprolactama, que, por um motivo no identificado

se tinha deteriorado, no foi colocado em operao.

No incio de 1974, a fbrica operava a um ritmo de produo de 47.000 toneladas/ano,

originando grandes perdas financeiras sociedade proprietria.

No momento da catstrofe a fbrica est sob uma forte presso econmica e comercial.

b. RECURSOS HUMANOS

Em junho de 1974, o cargo de engenheiro de manuteno da fbrica, vago desde o incio do

ano, ainda no tinha sido preenchido. Nenhum dos outros engenheiros da fbrica possua

qualquer competncia especfica em engenharia mecnica.

As responsabilidades do engenheiro de manuteno, especialmente a coordenao, foram

entregues a um encarregado que era possuidor de certificado de aptido profissional e

completara a sua formao. Este tcnico possua 10 anos de experincia na rea de distribuio

pblica de eletricidade e apenas 4 anos em manuteno. Apesar de ter tido formao, as suas

qualificaes eram insuficientes para o trabalho que lhe fora atribudo e tambm insuficientes

para detetar anomalias na conceo de importantes modificaes nos equipamentos.

Alm disso, ao nvel da fbrica, a estrutura de competncia em engenharia fraca, sendo tanto o

diretor como o diretor tcnico, engenheiros qumicos sem formao nem qualificao em

mecnica.

c. A SECO FABRIL 25A

Construda em 1972, a unidade de caprolactama (seo 25A) executa a oxidao de ciclo-

hexano num conjunto de 6 reatores em cascata.

Cada reator, com uma capacidade de 45 m (5 m de altura e dimetro de 3,5 m), tem o corpo em

ao carbono com 13 mm de espessura, forrado interiormente por ao inoxidvel de 3 mm e


6

equipado com um agitador central. A oxidao realiza-se na presena de um catalisador, por

injeo de ar utilizando um tubo perfurado no interior de reatores carregados com 25 m de

ciclo-hexano a 155 C e a 8,8 bar

de presso.

Esta configurao permitia a

obteno de ciclohexanona e

ciclohexanol, com um rendimento

baixo, o que exigia a utilizao de

grandes quantidades de ciclo-

hexano, bem como um circuito de

recirculao.

Um caudal lquido de 250 a 300

m/h circulava nos reatores atravs

de tubos de 28 polegadas de

dimetro (711 mm) com

compensadores de dilatao em fole de ao inoxidvel. Para melhorar a segurana, as

instalaes eram inertizadas com a utilizao de nitrognio e alm disso existiam vlvulas de

alvio de sobrepresso reguladas para 11 bar.

Com a nova unidade de produo de caprolactama operando em capacidade total somente desde

o incio de 1974 devido a problemas tcnicos e sociais, dificuldades adicionais surgiram no final

de maro do mesmo ano, prejudicando a produtividade da unidade.

O PERCURSO PARA A CATSTROFE

No dia 27 de maro, observou-se uma fuga de ciclo-hexano no reator n 5 devida a uma fissura

vertical na parede do corpo. O operador da instalao decidiu realizar uma inspeo completa

do reator durante a paragem programada seguinte da unidade.

No dia seguinte, a fissura detetada j atingia um total de 2 metros de comprimento. A instalao

foi parada e o reator n 5 removido para inspeo. Com o objetivo de retomar a produo

rapidamente, foi decidido construir um bypass entre os reatores 4 e 6 e, em seguida,

implementar a configurao modificada sem qualquer estudo de engenharia de detalhe

especfico, utilizando unicamente um croquis produzido em campo.

No dia 1 de abril, aps um teste de estanquicidade, a unidade retomou a produo com uma

tubuladura de 20 (508mm) fazendo um pescoo de cavalo a ligar com flanges os

compensadores de 28 polegadas de dimetro aos reatores 4 e 6. Esta montagem, era suportada

por andaimes colocados de forma a no interferir com o movimento do tubo.

Ilustrao 5 - A seco 25A antes da exploso


7

At 29 de maio, esta instalao de recurso operou normalmente sem nenhum problema especial.

A 29 de maio, a instalao foi encerrada depois de ser detetada uma fuga de ciclo-hexano.

Aps reparaes e testes, a unidade arrancou durante as primeiras horas da madrugada de

sbado 1 de junho. s 04:00, detetou-se uma nova fuga de ciclo-hexano, seguida de outras. A

laborao foi interrompida mais uma vez e reativada uma hora depois, considerando-se que as

fugas se tinham autorreparado. Mas pouco tempo depois, outra fuga foi detetada forando o

operador a parar a produo, j que as ferramentas de reparao especfica necessrias no

estavam disponveis no local.

s 07:00 de 1 de junho, a unidade foi colocada novamente em servio, apesar de uma nova srie

de dificuldades detetadas, com o equipamento a aquecer e falta de controle sobre temperaturas e

presses dentro da instalao.

s 16:53 a fbrica explodiu.

Ilustrao 6 - Esquema da montagem do bypass de 20"

Ilustrao 7 - A Fbrica de Flixborough em chamas


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a. SEQUNCIA DOS ACONTECIMENTOS E AES QUE CONDUZIRAM AO EVENTO

Janeiro de 1974 A fbrica retoma a produo capacidade mxima.

O agitador do reator 4 est danificado e no entra em operao.

O cargo de Engenheiro da Manuteno ainda no foi preenchido.

27 maro de 1974 Detetada fuga de ciclo-hexano no reator 5.

28 maro de 1974 O reator 5 apresenta uma fissura com 2 m de comprido.

decidido retirar o reator 5 de servio e desmont-lo para inspeo

e reparao.

decidido instalar um bypass entre os reatores 4 e 6 para permitir

retomar a produo.

29 a 31 maro de 1974 Os reatores 1, 2, 3, 4 e 6 no so inspecionados

instalado um bypass de 20 em ao inox.

No so efetuados clculos de flexibilidade para o bypass.

No produzido qualquer desenho tcnico da soluo.

No so instalados suportes no bypass que fica apoiado num

andaime.

No so efetuados ensaios de presso.

Nenhum engenheiro mecnico acompanha a conceo e execuo do

bypass.

29 de maio de 1974 detetada uma fuga. A fbrica para e so feitas reparaes.

Uma flange da tubagem de 8 est mal apertada.

1 junho de 1974 A seco 25A retoma operao primeira hora.

04:00 detetada uma fuga de ciclo-hexano. Seguem-se outras, o fabrico

interrompido.

05.00 A seco 25A arranca, uma nova fuga detetada. necessria uma

ferramenta especial. O fabrico novamente parado.

07:00 A seco 25A arranca novamente e trabalha normalmente at s

15:00.

15:00 Comeam a existir problemas no controlo de presso e temperatura

na seco 25. O nvel de nitrognio insuficiente.

A partir deste momento os registos de processo foram destrudos

pela exploso.

16:53 Exploso

Ilustrao 8 - Desenho explicativo do colapso do pescoo de cavalo e fotos aps a detonao


9

No existem registos de processo que permitam conhecer em detalhe o que se passou, no

entanto houve sobreviventes que puderam testemunhar sobre a sua experincia e sobraram

destroos que puderam ser analisados.

Os testemunhos indicam uma sequncia de acontecimentos no perodo que conduziu

catstrofe;

Os testemunhos no foram naturalmente uniformes podendo organizar-se pela seguinte tabela;

Estrondo Gases Exploso Fogo Estrondo: descarga de

vlvulas de segurana. Pequena exploso Bang Dois estrondos

Gases Gases brancos Nuvem branca Neblina quente Cintilao Brilho e sensao de

opresso

Exploso Fogo Brilho alaranjado Fumo negro

Apesar de no referido nos primeiros relatos concluiu-se que o sistema de alarme fora ativado,

os testemunhos que indicam dois estrondos so relevantes pois apoiam uma das hipteses para o

sinistro.

Estrondo Gases Exploso Fogo

Ilustrao 9 - Posio e movimento das testemunhas


10

Tendo em conta o desencadear do sistema de alarme a sequncia final de acontecimentos seria a

indicada no diagrama seguinte, de notar a existncia de testemunhos que indicam a presena de

fogo antes da grande exploso. Um indica uma coluna de fogo numa localizao concordante

com a hiptese de explicao b) (ver abaixo).

b. AS DUAS HIPTESES DE CAUSA CONSIDERADAS NO INQURITO

No existindo dvidas que o derrame de ciclo-hexano que serviu de combustvel exploso se

deveu ao colapso da tubagem de 20 do bypass, o inqurito analisou 2 hipteses para causa

desse colapso.

A hiptese a) proposta por vrios tcnicos indicava como causa a rotura dos compensadores

devida a esforos transversais provocados pelo aumento de presso.

A hiptese b) proposta pelo Eng. Cox considerava que uma pequena exploso inicial numa

tubagem de 8 em que parafusos de uma flange estavam desapertados, projetou detritos sobre o

bypass causando o seu colapso.

Ilustrao 10 - Sequncia de acontecimentos no minuto da exploso

Ilustrao 11 - A exploso inicial segundo a Hiptese b)


11

A sequncia de acontecimentos na produo para as 2 hipteses mostrada na ilustrao 9

retirada do site do Eng. Cox. Os argumentos a favor da hiptese b so essencialmente os

testemunhos que indicam uma exploso anterior principal e a existncia de elementos

metlicos estranhos capturados pela dobra do bypass e portanto existente no momento do seu

colapso e antes da exploso.

O inqurito validou a hiptese a) e excluiu a b) considerando que a probabilidade de

simultaneidade de eventos era to baixa que no podia ser considerada. No entanto a hiptese a)

no totalmente satisfatria no explicando como a instalao pode trabalhar vrios meses sem

problemas no bypass e os ensaios efetuados durante o inqurito no conseguiram reproduzir o

colapso do bypass, embora conseguissem comprovar a possibilidade de falha dos

compensadores.

Ilustrao 12 - Falha de compensador na simulao do inqurito


12

Ilustrao 13 - Diagramas das hipteses a) e b)


13

c. A TERCEIRA HIPTESE (2004)

A terceira hiptese desenvolvida e apresentada pelo Eng. Wittingham examinou os efeitos de

no funcionar o agitador do reator 4 durante o arranque caso existisse gua presente no sistema,

ficou conhecida como a teoria da gua.

Ciclo-hexano e gua so lquidos normalmente imiscveis. A teoria da gua constatou que na

interface entre estas duas camadas, se forma um lquido conhecido como azetropo. Esse

azetropo tem um ponto de ebulio mais baixo do que gua ou ciclo-hexano. Assim, se se

permitir a formao de uma camada de gua abaixo de uma camada de ciclohexano quente nos

reatores, uma camada intermdia instvel pode formar-se e, sob certas condies, pode ferver e

explodir violentamente ejetando o

ciclo-hexano e a gua sobreaquecida

do reator.

Sob condies normais de operao

impossvel a formao de uma

camada de gua devido ao efeito da

distribuio de ar na parte inferior do

reator que dispersa quaisquer

gotculas de gua. Durante o

arranque, no entanto, o ar para os

reatores desligado at que a

temperatura do ciclo-hexano se

aproxime da temperatura de

operao. Se o agitador trabalhar

durante o arranque, a gua no pode

formar uma camada. No entanto o

misturador de n 4 estava parado em

1 de junho e uma camada de gua

poderia formar-se, juntamente com o

azetropo instvel.

medida que a temperatura do reator aumenta durante o arranque, o ponto de ebulio do

azetropo alcanado possibilitando uma repentina erupo violenta no reator. Esta erupo

acompanhada de ejeo de massas de reagente lquido. Essas massas poderiam exercer elevadas

foras mecnicas no conjunto do bypass, s ligeiramente apoiado em andaimes. Essas foras

poderiam provocar a dobra e consequente colapso da tubagem de 20 sem que existisse um

aumento significativo de presso esttica nos reatores.

Ilustrao 14 - Diagrama de processo da seco 25A depois de instalado o bypass


14

d. A VARIANTE DE VENART (2001)

Num estudo efetuado com a utilizao de software de elementos finitos e CFD, J.E. Venart

props uma nova interpretao, explicando o colapso do bypass por fadiga metlica do

compensador do reator 4, devida tenso introduzida pela diferena de cargas nas duas pontas

do tubo e pelas diferenas de presso e consequente movimento dos compensadores.

O clculo indica que a solicitao continuada do compensador do 4 (B4) provocaria o seu

colapso por fadiga metlica, qualquer fissura originaria uma reduo de presso local com a

consequente destruio do compensador, e em seguida a sbita expanso do compensador B6. A

imagem seguinte ilustra a sequncia fsica do colapso do bypass.

Ilustrao 15 - Planta e alado de reator mostrando o interior

Ilustrao 16 - A circulao de ciclo-hexano entre os reatores.


15

Ilustrao 17 - Sequncia do colapso do bypass.


16

CONSEQUNCIAS

a. MATRIAS PERIGOSAS LIBERTADAS

Dada a quantidade de ciclo-hexano presente na unidade no momento do acidente, provvel

que pelo menos cem toneladas de ciclo-hexano tenham contribudo para o incidente (exploso +

fogo), o que representa 50% do limite Seveso da substncia.

A exploso foi causada pela ignio de uma nuvem de 40-50 toneladas de ciclo-hexano, um

produto altamente inflamvel facilmente miscvel com o ar. Foi ouvido a uma distncia de 50

km, devastou os 24 hectares do complexo fabril. Sendo as comparaes do efeito da exploso

difceis de estabelecer, considera-se esta como equivalente a 16 (+ /-2) toneladas de TNT.

b. IMPACTOS HUMANOS E SOCIAIS

Entre os 72 indivduos presentes dentro da fbrica no momento da exploso,

8 28 morreram, incluindo os 19 trabalhadores na sala de comando, 8 36 ficaram feridos.

Fora da instalao, 53 feridos foram declarados, no entanto centenas de outras pessoas que

sofreram leses mais leves no foram oficialmente contadas.

Considerados os riscos causados por fumos de combusto de solventes e substncias qumicas,

quase 3.000 moradores de localidades vizinhas foram evacuados e passaram a noite de sbado

para domingo em abrigos improvisados, criados pelo exrcito britnico. Voltariam para suas

casas domingo tarde.

Ilustrao 18 - A Fbrica de Flixborough depois da exploso e incndio. Vista area de sudeste


17

Este registo do acidente, terrvel como , teria sido de uma ordem de magnitude completamente

diferente se o acidente ocorresse durante a semana, com a presena no local de todos os

funcionrios da unidade (550), j que os edifcios administrativos, escritrios tcnicos, sala de

comando, oficinas de manuteno e laboratrios ficaram totalmente devastados.

c. IMPACTOS AMBIENTAIS

O Rio Trent que corre prximo do local de Flixborough foi fechado a todas as atividades de

pesca.

d. IMPACTOS ECONMICOS

Os danos materiais causados pela exploso cobriram uma vasta zona. Todos os edifcios

situados num raio de 600 metros ao redor do epicentro da exploso foram destrudos;

1.820 Habitaes e 167 estabelecimentos comerciais nas proximidades foram danificados em

graus variveis. Esta destruio inclui 72 das 79 casas de Flixborough, 73 das 77 casas em

Amscott e 644 das 756 casas em Burton. A projeo de detritos, como msseis, devido

exploso foi considervel. Um grande pedao de equipamento seria encontrado a 6 km da

fbrica e detritos menores foram encontrados em Anlaby, a 32 km de distncia.

Estimativas do custo deste desastre variam enormemente conforme a fonte. No entanto,

bastante provvel que o custo tenha superado os 200 milhes de euros (a valores atuais).

Ilustrao 19-A seco 25A aps a detonao


18

CONCLUSES E LIES

a. ANLISE DE ERRO E CAUSAS DO ACIDENTE

Causa Descrio Tipo de causa

Causa imediata Colapso de tubagem de 20 provocando a libertao massiva de ciclo-hexano gasoso para a

atmosfera.

Erro humano

Causa primria No investigao de avarias em equipamentos de processo

Erro de Gesto As causas da avaria no agitador do reator 4 e da fissura no reator 5 no foram investigadas. Este

estudo poderia ter constatado as consequncias do no funcionamento do agitador.

Soluo de bypass entre os reatores

4 e 5 mal concebida

Erro de Conceo

A soluo no foi calculada por

um engenheiro qualificado, no foi feita a verificao de flexibilidade, a suportagem no foi dimensionada.

Erro de Gesto A soluo no foi executada de acordo com as normas e regras tcnicas vigentes.

M execuo do fecho da flange do

tubo de 8 possibilitando uma fuga de ciclo-hexano

Erro Humano O operrio no apertou 2

parafusos da flange, a superviso no verificou o trabalho.

Causa coadjuvante Inexistncia de engenheiro mecnico

qualificado na manuteno

Erro de Gesto Mudanas ao processo fabril

devem ser autorizadas por pessoa qualificada.

Falha de compreenso dos riscos do processo.

Erro de Gesto O melhor entendimento do processo teria evitado a adoo

da soluo de bypass que criou o perigo de fuga volumosa de ciclo-hexano gasoso

Armazenamento de sustncias

perigosas em quantidade superior autorizada

Erro de Gesto 1,5 milhes de litros de Ciclo-

hexano (no autorizado) 9.300 litros de nafta (1.000 litros autorizados) 50.000 litros de tolueno (no

autorizado) 120.000 litros de benzeno (no autorizado) 2.000 litros de gasolina (7.000

autorizados) Edifcio de Comando pouco

resistente Erro de Conceo O Projeto fabril no incluiu uma

anlise de risco apropriada que teria concludo da necessidade

de o edifcio ser resistente a uma detonao.


19

b. LIES RETIRADAS DO ACIDENTE

Este acidente, alm das concluses expressas no relatrio da comisso de inqurito, provocou

um debate em instncias europeias, estatais e tcnicas, na sequncia do qual diversas

modificaes legislativas e normativas foram tomadas em diversos pases.

As mais relevantes so as Diretivas Europeias Seveso e Equipamentos sob Presso.

Sendo a totalidade deste universo muito extensa vamos limitar-nos s recomendaes do

inqurito;

Instalaes Fabris

a) Qualquer modificao deve ser projetada, construda, testada e mantida com os mesmos padres da instalao inicial.

b) Toda a instalao sob presso contendo substncias perigosas, alvo de alterao significativa, deve ser inspecionada e testada por pessoa com a apropriada competncia e autoridade, antes da sua entrada em servio.

c) A regulamentao relativa a caldeiras deve ser estendida a todas as instalaes sob presso contendo substncias perigosas.

d) A norma sobre presso de teste de tubagem deve ser clarificada. e) A norma para testes hidrulicos deve ser tornada obrigatria. f) Diversas recomendaes tcnicas sobre os perigos de contaminao de tubagens em ao

inoxidvel por contaminao de zinco.

Conceo das Instalaes Fabris

a) O projeto de instalaes industriais utilizando substncias perigosas deve prever a possibilidade de acidente grave nos locais em que estas so utilizadas ou armazenadas.

b) Os edifcios crticos de utilizao permanente (Ex: sala de controlo) devem ser concebidos para resistir a um acidente grave.

Gesto Fabril

a) Quando uma posio importante est vaga, decises, que normalmente envolvem a pessoa qualificada que ocupa essa posio, devem ser tomadas com um cuidado especial e envolver um especialista.

b) A formao dos engenheiros deve ser alargada para terem conhecimentos bsicos de outras especialidades alm da sua.

c) As substncias necessrias segurana fabril (ex: nitrognio) devem possuir reservas adequadas a uma emergncia e devem existir sistemas de fornecimento alternativo caso o normal falhe.

Global

a) Para unidades industriais utilizando substncias perigosas devem existir planos externos de emergncia, que possibilite a coordenao dos diversos servios de emergncia e socorro.

b) As autoridades apropriadas devem verificar o respeito pelos limites de armazenamento de substncias perigosas autorizado.

c) A localizao de unidades fabris utilizando substncias perigosas deve ter em conta a localizao de zonas urbanas e a possibilidade de um acidente grave as afetar.


20

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