Copyright 2012, Instituto Brasileiro de Petróleo, Gás e Biocombustíveis - IBP Este Trabalho Técnico foi preparado para apresentação na 4th Latin American Conference on Process Safety, realizada no período de 03 a 05 de julho de 2012, no Rio de Janeiro. Este Trabalho Técnico foi selecionado para apresentação pelo Comitê Técnico do evento, seguindo as informações contidas na sinopse submetida pelo(s) autor(es). O conteúdo do Trabalho Técnico, como apresentado, não foi revisado pelo IBP. Os organizadores não irão traduzir ou corrigir os textos recebidos. O material conforme, apresentado, não necessariamente reflete as opiniões do Instituto Brasileiro de Petróleo, Gás e Biocombustíveis, seus Associados e Representantes. É de conhecimento e aprovação do(s) autor(es) que este Trabalho Técnico seja publicado nos Anais da 4th Latin American Conference on Process Safety.

______________________________ 1 Tecnólogo Mecânico, com Especialização em Engenharia de Automação e Controle Industrial – ASELCO

IBP314_12 AUMENTO DA SEGURANÇA PELO USO DE

INTERTRAVAMENTO MECÂNICO EM VÁLVULAS DE OPERAÇÃO MANUAL

Eduardo de Oliveira1

Resumo:

Este artigo apresenta como podemos aumentar a segurança com a utilização de intertravamento mecânico em válvulas operadas manualmente assegurando que os procedimentos de trabalho nos quais é obrigatório que os operadores sigam uma sequência predeterminada para garantir a segurança da planta das demais pessoas. Serão mostrados alguns exemplos de casos normalmente encontrados na indústria de petróleo e gás, tais como sistemas de lançadores e recebedores de PIG, sistemas de by-pass, entre outros.

Abstract This paper presents how we can enhanced the security with the use of mechanical interlocking on manually operated valves are ensuring that the working procedures in which it is essential that with a predetermined sequence of operations to ensuring the safety of the plant and operators. Will be show some examples from cases normally founded in oil and gas industry, such as systems for launchers and receivers of PIG's, by-pass systems, and othher.

1. Introdução

Como premissa inicial podemos dizer que qualquer válvula que esteja dentro de qualquer processo na indústria de óleo e gás pode causar problemas quando operada de forma indevida ou incorretamente. Em processos onde um seqüenciamento predeterminado deve ser seguido, uma válvula na posição incorreta pode causar sérios danos às empresas e até mesmo aos operadores. A indústria de óleo e gás vem ao longo dos anos, disciplinando suas práticas de concepção de projetos, regidas por normas internacionais que são aplicadas por entidades reguladoras e autoridades certificadoras. “Embora a boa prática comece com um bom projeto, tanto um como outros são reféns do “fator humano”. Estatísticas mundiais informam que em média, 70% dos acidentes relatados na indústria petrolífera são atribuíveis a erro humano, sejam eles desde ausência de uma cultura de segurança na organização, procedimentos insuficientes ou obscuros, desobediência aos procedimentos pré determinados, problemas na manutenção, treinamento insuficiente aos operadores e supervisão inadequada. Esses 70% dos acidentes, refletem em 90% das perdas financeiras para a indústria.

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2. O que são sistemas de intertravamento mecânicos chaveados? Muitos procedimentos operacionais na indústria de óleo e gás são potencialmente perigosos se executados incorretamente ou em condições inseguras, com a possibilidade de lesões e / ou danos que aumentam significativamente quando altas temperaturas, pressões ou produtos tóxicos / inflamáveis estão presentes. 2.1. 2.1. Operação e recomendações Sistemas de intertravamento chaveados são dispositivos de travamento mecânico operados por uma chave de transferência que será utilizada no controle do procedimento do equipamento a ser operado. Este tipo de dispositivo é hoje aceito mundialmente como uma ferramenta para o gerenciamento da segurança e estão sendo adotadas pela maioria das grandes operadoras mundiais de petróleo, gás e produtos químicos. Intertravamentos também são recomendados em uma série de normas internacionalmente reconhecidas processo específico para aplicações, incluindo:

• API RP 14E - Design & Installation of Offshore Production Platform Piping Systems (Para. 5.8.b2) Relief Device Piping.

• API RP 520 - Pressure Relieving Systems for Refinery Services (Part II: Section 4 - Isolation Valve Requirements).

• NFPA 12 - National Fire Protection Association (USA) - Carbon Dioxide Extinguishing Systems - 1993 Edition.

• BS 5306 - British Standard - Part 4 1986 - Specification for Carbon Dioxide Systems. • BS 8010 - Code of Practice for Pipelines (Part 2 1992 - Sect. 2.8). • BS 8010 - Code of Practice for Pipelines (Part 3 1993 - Sect. 6.6). • 1996 No. 825 - (UK) The Pipelines Safety Regulations (Section 6 - Para. 37 of Guidance on Regulations -

published by UK Health & Safety Executive). Os primeiros registros de utilização de sistemas de intertravamento chaveados datam de remontam a 1890's, pelo sistema ferroviário francês para controlar pista manobras. Já os sistemas modernos de chaves de intertravamento para sistemas de óleo e gás, processamento químico e sistemas de oleodutos não surgir até o início da década de 1980. Desde então, o reconhecimento de sua eficácia, levou ao aumento dos níveis de uso e recomendações crescentes dentro das normas internacionais e códigos de prática. O hardware é relativamente simples e baseia-se em num dispositivo mecânico especialmente concebido para ser simplesmente adicionado ao equipamento principal. Normalmente são aplicados a válvulas, tampas, interruptores ou qualquer tipo de equipamento que possa ser operado pela intervenção humana. O status de 'aberto' ou 'fechado' na operação de válvula, ou o status 'on' ou 'off' de um interruptor que use tal dispositivo só pode ser alterado mediante a inserção de uma única chave codificada; inserir a chave destranca o mecanismo de funcionamento (por exemplo, um volante ou um botão de pressão) que permite a liberação do funcionamento da válvula ou do interruptor. A operação do equipamento é desbloqueada imediatamente após a inserção de uma chave codificada e, quando a operação estiver concluída, uma segunda chave (que já estava presa dentro do dispositivo pode então ser liberada, assim, bloquendo o equipamento na nova posição. Esta chave secundária será codificada também com o próximo dispositivo de bloqueio na seqüência. Por este princípio simples de transferência de uma chave codificada, cria-se um sistema de 'mecânica lógica', que nega qualquer possibilidade de erro operador. Embora cadeados e correntes forneçam uma capacidade de travamento do equipamento em uma determinada posição, eles não fornecem qualquer tipo de controle sobre a seqüência das operações, nem garantem ou confirmam o estado em que os equipamentos estão fixados. Então, a retirada de uma chave de um cadeado não garante que o equipamento está bloqueado, nem que esteja na posição "aberto / fechado" ou “on / off”. Enquanto um cadeado e uma corrente podem até ser adequados e suficientemente robustos em aplicações de baixo risco, não possuem praticamente nenhuma integridade mecânica e é uma solução que oferece no mínimo (na melhor das hipóteses) uma restrição visual restrição contra a operação não autorizada. Os sistemas que empregam o uso de dispositivos de intertravamento mecânicos são idéias para serem utilizados em conjunto com os procedimentos que requerem permissão de trabalho (PT), com efeito, o Relatório Cullen Relatório sobre o inquérito público do desastre na plataforma offshore Piper Alpha (1990) recomenda grandemente o uso de sistemas intertravamento integrados aos procedimentos PT, sobretudo quando os procedimentos rotina não podem ser realizados em escala de tempo dentro de um único turno de trabalho.

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Nesta mesma linha de vigilância, a indústria química no Reino Unido pela Health & Safety Executive (HSE) revelou que um terço de todos os acidentes na indústria química foram relacionados a manutenção – e o fator mais importante é a ausência de, ou a insuficiência de, sistemas que identificassem a emissão da PT. Para além das normas referidas anteriormente, a Orientação Técnica (publicada pelo HSE) o apoio a interpretação dos regulamentos de segurança do Reino Unido Pipeline (1996) Act [PSR 1996] preconizam os sistemas de intertravamento mecânica chaveados como o mais adequado sistema de segurança na operação de lançadores e recebedores de PIG. 2.2 Sistemas de segurança primário e secundário Quer um gasoduto ou uma parte do processo é projetado de forma simples com funções básicas controladas por válvulas manualmente operadas, ou de concepção complexa controlado por sofisticados mainframes e Sistemas de Controle Distribuídos (SCD), os dispositivos de intertravamento mecânico chaveados podem fornecer uma garantia mecânica totalmente confiável nas práticas de operação onde a margem de erro humana é eliminada. Na verdade, dentro dos sistemas SDC, estão invariavelmente incorporados os interbloqueamentos elétricos, que estes são normalmente limitados a apenas regularem o funcionamento das válvulas motorizadas de alta criticidade. Associados a válvulas de diversos serviços (por exemplo, para ventilação) tais válvulas também podem ser operadas manualmente e, por conseguinte, não serem reconhecidas pelos sistemas de gestão do SDC. O correto funcionamento destas válvulas podem ainda ser crítico ou semi crítico e dependente exclusivamente das instruções deixadas para o próximo operador. Em sistemas SDC geridos, os dispositivos de intertravamento podem formar uma ligação vital entre as válvulas gerenciadas e as não gerenciadas. Nestas circunstâncias, os sistemas de dispositivos de intertravamento mecânicos chaveados não se destinam a ser o principal sistema de segurança, mas um sistema secundário de back-up para o primário sistema. Desenhos ou modelos têm sido desenvolvidos nos últimos anos para proporcionar soluções de intertravamento que ofereçam uma única forma de interdependência total do controle sobre o funcionamento dos atuadores e válvulas de comando manual num sistema totalmente integrado. Quando aplicado a válvulas motorizadas, interligadas o sistema de intertravamento mecânico chaveado garante que a função de falha segura (failsafe) da válvula não será comprometida. Em sistemas onde o processo válvulas e / ou controle de todos os componentes são operados manualmente (ou seja, não controlado DLC), os dispositivos de intertravamento tornam-se o principal sistema de segurança. Eles são especialmente adequados como o principal sistema de segurança para locais remotos onde o acesso é difícil. Quer seja adotado como um sistema de segurança primário ou secundário, os sistemas de intertravamento chaveados podem ser personalizados para interconexão com sistemas inteligentes. Este ajuste é feito em chave que possuirá um ID chip e que será lido no painel da sala de controle. O sistema com um painel padrão para guarda e identificação das chaves pode ser interfaceado com o SDC por uma conexão simples a 2 fios.

3. Sistemas com operações seqüenciadas A indústria de petróleo e gás possui em meio aos seus processos usuais de trabalho no dia-a-dia- uma série de situações onde rígidos procedimentos de operação devem ser seguidos passo a passo. Porém apesar de sabermos que existem procedimentos de operação e de segurança, formulários para autorização de trabalho, normas internas das empresas, entre outros, como podemos garantir que cada passo do procedimento será seguido durante sua execução? Simplesmente não podemos, exceto pelo uso de sistemas de intertravamento, que nos casos de válvulas operadas manualmente, deverão ser do tipo mecânico. Pois sabemos que não é possível, nem viável automatizar-se todas as válvulas de uma planta. As operações de válvulas manuais, por exemplo, nos mostram um caso típico onde uma válvula, em meio a uma operação seqüenciada pode estar numa posição incorreta, sem que toda a equipe de operação de uma planta tenha conhecimento, ocasionando um acidente. Entre vários tipos possíveis de operações, darei exemplos de algumas a seguir que são comumente usadas e como os sistemas de intertravamento mecânicos podem torná-las mais seguras.

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3.1. Operação de partida de bomba com válvula de bloqueio Esta é uma muito simples e onde é fácil ver que a aplicação de sistemas de intertravamento mecânico pode ser utilizada para o aumento da segurança. A premissa básica a ser seguida para a total segurança na operação deste caso é que a válvula de bloqueio a jusante da bomba esteja sempre aberta antes do início da operação de bombeio. Pois caso a operação de bombeio se inicie com válvula na posição fechada, no mínimo um problema com a bomba ocorrerá. Na Figura 1 a seguir podemos ver como a adição dos dispositivos de intertravamento pode garantir que a sequencia descrita acima, ou seja:

1 – Verificação na sala de controle do status da bomba (desligada). Operador sai da sala de controle com a primeira chave que permitirá a abertura da válvula.

2 - Abrir a válvula. Com a válvula aberta será liberada a segunda chave que permitirá a liberação do botão para ligar a bomba

3 – Ligar a bomba. A chave fica travada no dispositivo e o painel na sala de controle, sem chave indicará que a bomba está em operação.

4 – Indicação na sala de controle do status da bomba (ligada).

Figura 1. Sistema de intertravamento mecânico entre bomba e válvula de bloqueio. 3.2. Operação de PSV’s Geminadas Esta é uma aplicação muito comum usada em refinarias, pois neste caso normalmente uma das PSV’s estará em operação e a outra em stand-by ou manutenção. Neste caso, para total isolação da PSV que deverá ser desmontada para manutenção, devemos garantir que ambas as válvulas de bloqueio, a montante e a jusante da mesma esteja na posição fechada, garantindo desta forma a completa isolação da PSV a ser desmontada do processo. Devemos lembrar ainda que a condição maior de segurança é que ambas as PSV’s nunca podem estar bloqueadas ao mesmo tempo.

VAZÃO / FLOW

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1 – Verificação na sala de controle, por exemplo que a PSV A está em operação pela visualização da chave no painel e a PSV B está isolada do processo. O Operador sai da sala de controle com a primeira chave que permitirá a abertura da válvula 4 que isolava a PSV B.

2 - Abrir a válvula. O dispositivo somente permitirá a operação da válvula com duas chaves inseridas. Com a

válvula aberta será liberada a segunda chave que permitirá a operação da válvula V1. A primeira chave fica travada dentro do dispositivo da válvula V4.

3 – Com a segunda chave inserida na válvula V1 permite-se a operação da mesma e a liberação da chave de comutação (amarela) que irá para o próximo passo. A segunda chave fica travada no dispositivo e desta forma ambas as PSV’s estarão alinhadas com o processo.

4 – Com a chave de comutação inserida no terceiro dispositivo inicia-se o bloqueio da outra PSV que estava anteriormente em operação, fechando a Válvula V2. A chave de comutação ficará presa no dispositivo ao final da operação da válvula e permitirá a liberação da quarta chave para o fechamento da válvula V2 de bloqueio a jusante da PSV.

5 - A chave que estava presa na válvula V2 é liberada para que possamos inserí-la na válvula V3 e executar a operação de fechamento desta.

6 - Com ambas as válvulas bloqueadas e isolando a PSV a ultima chave é liberada apara que operador a leve até o painel da sala de controle, sua identificação informará que a PSV’ estará bloqueada e qual estará em operação pela plaqueta de identificação em seu corpo.

Desta forma garantimos a total segurança tanto operacional da planta, pois ambas as PSV’s nunca serão fechadas ao mesmo tempo e também a segurança da equipe de manutenção que encontrará a PSV que deverá ser submetida à manutenção totalmente isolada do processo e claramente identificada.

Figura 2. Sistema de intertravamento mecânico em PSV’s geminadas.

3.3 Operação Lançadores e recebedores de PIG Vimos anteriormente 02 operações que devem ter seus procedimentos seqüenciais seguidos para evitarmos problemas e danos a equipamentos da planta que podem se transformar em acidentes graves. Nossa próxima aplicação nos mostrará como podemos aumentar a segurança numa operação de lançadores/recebedores de PIG, onde a seqüência a ser seguida deve ser obedecida sem ressalvas, pois há risco de vidas humanas. Caso o operador abra a porta antes de ventilar ou

Chave verde (Green key): Sistema em operação System in oepration. Chave vermelha (Red Key) Indica PSV em manutenção. PSV in maintenance Chave amarela (Yellow key): Comutação Switch over

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despressurizar o vaso no caso de recebimento do PIG ele poderá ser atingido por jatos de pressão, ou poderá inalar gases tóxicos que virão diretamente ao seu encontro. Usando os dispositivos de intertravamento mecânicos instalados juntos às válvulas poderemos garantir que todas as operações serão realizadas seguindo cada passo, em sua ordem para a conclusão do processo com segurança. Pois para este sistema as seguintes premissas básicas deverão ser seguidas:

Porta nunca pode ser aberta com o vaso pressurizado; Operador não pode ter contato direto com os gases no interior do vaso; Não se pode abrir a porta com o vaso conectado ao processo; O lançamento e o recebimento devem ser feitos com a porta fechada!

O sistema de intertravamento utilizando os dispositivos de intertravamento mecânico para permitir que todas as operações sejam executadas com o correto seqüenciamento para garantir que o operador somente conseguirá abrir a porta do lançador ou do recebedor quando o mesmo estiver numa posição segura, despressurizado, drenado e isolado do processo. Assim a segurança do operador e até mesmo da planta estará garantida. Operação simplificada de um modelo simples de lançador/recebedor de PIG na operação de lançamento.

Dreno: Usa-se uma chave A para fechamento da válvula de bloqueio da PSV que libera a chave B para abrir a válvula de dreno (vermelha). Vent e abertura da porta: Fechar a válvula de dreno vermelha e libera-se a chave B. Ela vai para a válvula de vent que é aberta, liberando a chave C. Somente a chave C abre a porta do lançador para inserir o PIG. Lançamento: Fecha-se a porta e a chave C é liberada. A chave C retorna à válvula de vent que é fechada. A chave B volta a ser lançada para abrir a válvula de bloqueio da PSV. A chave A é novamente liberada. A válvula ”Kicker” é aberta lentamente. Após isso a chave D é lançada para abertura da válvula principal (Main). A chave E é lançada que vai para a válvula Throttle para fechá-la lentamente. Após a sinalização da passagem do PIG, a seqüência poderá ser feita em modo reverso.

Nas figuras a seguir poderemos acompanhar o trajeto das chaves através das linhas pontilhadas:

Figura 3. Sistema de intertravamento operação de dreno do lançador de PIG.

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Figura 4. Sistema de intertravamento operação de vent e abertura da porta do lançador de PIG.

Figura 5. Sistema de intertravamento operação de lançamento de PIG.

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4. Conclusão Apesar de todas as novas instalações industriais serem projetadas com a mais alta precisão e usando todos os recursos tecnológicos atuais disponíveis; depois do início do funcionamento ainda encontramos com bastante freqüência brechas na segurança e na operabilidade. Pequenos erros humanos poderiam causar uma catástrofe enorme. E providenciar alterações nos processos de uma planta inteira neste momento para melhorias é, normalmente, algo muito complicado e caro.

Entretanto, os dispositivos de intertravamento mecânico chaveados podem contribuir na melhoria da segurança e

operabilidade de maneira simples e sem interromper os processos de produção, e sem necessidade da parada dos equipamentos, pois são projetados para serem apenas adicionados às válvulas e demais equipamentos sem alteração das características dos mesmos. Os sistemas de intertravamento compõe uma solução que pode ser montada a todos os dispositivos imagináveis, mesmo nos controlados por sistemas SDC. Não havendo limites para a complexidade das seqüências operacionais propostas. Desta forma, concluímos que esta é uma excelente solução para uso em situações críticas e onde devemos ter a certeza de que todos os passos de cada procedimento especial de trabalho foram seguidos rigorosamente sem comprometer a segurança de equipamentos e desta forma preservando vidas.

5. Referências CONTEC PETROBRAS. Norma N-505 – Lançador e recebedor de PIG para duto, rev. E, Jul 2003,. BP GROUP ENGINEERING TECHNICAL PRACTICES, I. E. Erro! Fonte de referência não encontrada. Guidance on

Practice for Pigging, Pig Launchers, and Receivers, Apr 2006. NETHERLOCKS. Company website avaiable [http://www.netherlocks.com] consulted Apr. 2009 Chemical processes

structures and information flows, Butterworth Publishers, 1990. BUSCHGENS, A. Quality- and HSE Policy, June 2005.