INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNIDAD PROFESIONAL ZACATENCO “ADOLFO LÓPEZ MATEOS”

SECCIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO E INVESTIGACIÓN PROGRAMA DE POSGRADO EN INGENIERÍA DE SISTEMAS

MAESTRÍA EN CIENCIAS EN INGENIERÍA DE SISTEMAS

“ANÁLISIS DEL RIESGO INDIVIDUAL: CASO DE EXPLOSIÓN DE UN DUCTO DE

GAS NATURAL”

T E S I S

QUE PARA OBTENER EL GRADO M A E S T R O E N C I E N C I A S EN INGENIERÍA DE SISTEMAS P R E S E N T A

I N G. G A L D I N O C A R D E N A L S A N T O S R E Y E S

DIRECTOR DE TESIS DR. JAIME REYNALDO SANTOS REYES

2010

Agradecimientos

Finalizada esta Tesis, deseo manifestar mi más sincero agradecimiento a todas aquellas personas que, de

una u otra forma, han colaborado en su elaboración.

En primer lugar, quiero expresar mi eterna gratitud al Dr. Jaime R Santos Reyes, director de esta Tesis.

Por su constante voluntad y exigencia y porque no sólo ha sabido orientar y dirigir esta investigación

sino que, a menudo, se ha convertido en compañero de trabajo discutiendo algunas cuestiones polémicas

y trabajando incansablemente hasta lograr el resultado deseado.

Un lugar destacado en este apartado de agradecimientos lo ocupa mi familia, en especial mis padres

Telésforo y María así como de todos mis hermanos, que me han ayudado en mis continuos naufragios,

demostrando una paciencia digna de admiración. Gracias por soportarme. No podría olvidarme del Dr.

Daniel Santos Reyes, al que debo agradecer tanto la ayuda que me ha prestado facilitándome datos e

ideas, como el ánimo recibido durante todo este tiempo.

Por último, un reconocimiento especial a Jaime, Daniel, Blanca y a Rosa Mara, por su incansable labor

de apoyo y estímulo que de ellos siempre he recibido.

A Cecilia mi esposa, por soportar mis malos momentos, por animarme, por los buenos consejos, por

sacar lo mejor de mí, por tantas cosas a las que las palabras nunca harían justicia. Gracias, mi pequeña.

Página

Contenido Resumen .......................................................................................................................... (iii) Abstract ............................................................................................................................ (iv) Objetivos............................................................................................................................ (v) Presentación de la Tesis .................................................................................................. (vi) Índice de Figuras y Tablas............................................................................................... (vii) Glosario de Términos y Figuras........................................................................................ (ix) Abreviaturas ................................................................................................................... (xiv) Capítulo Uno: Antecedentes y Justificación .............................................. 1 1.1 La industria del petróleo y gas y su contexto............................................................ 2 1.1.1 Reservas mundiales de petróleo ..................................................................................4 1.1.2 Reservas mundiales de gas natural .............................................................................5 1.2 La industria del petróleo y gas natural nacional........................................................ 5 1.2.1 PEMEX......................................................................................................................... 5 1.2.1.1 Crudo................................................................................................................................ 6 1.2.1.2 Gas................................................................................................................................... 6 1.3 Estadísticas de accidentes en la industria del gas .................................................. 8 1.3.1 Algunas estadísticas de accidentes a nivel mundial ....................................................8 1.3.2 Algunas estadísticas de accidentes a nivel nacional..................................................10 1.4 Justificación del proyecto de tesis ......................................................................... 14 1.5 Conclusiones del capítulo...................................................................................... 14 Capítulo Dos: Marco Teórico ..................................................................... 15 2.1 Marco teórico.......................................................................................................... 15 2.2 Ciencia de sistemas................................................................................................ 16 2.2.1 Clases de sistemas ....................................................................................................17 2.2.1.1 Sistemas naturales.........................................................................................................17 2.2.1.2 Sistemas físicos diseñados............................................................................................17 2.2.1.3 Sistemas abstractos diseñados .....................................................................................17 2.2.1.4 Sistemas de actividad humana ......................................................................................17 2.2.2 Recursividad...............................................................................................................17 2.2.3 Metodologías de sistemas "suaves" y "duros"............................................................19 2.2.4 Metodologías de sistemas "duros" .............................................................................20 2.2.5 La MARI en relación al espectro de sistemas "suaves" y "duros" ..............................20 2.3 Teoría de análisis de riesgos .................................................................................. 21 2.3.1 Tolerabilidad del riesgo ..............................................................................................21 2.3.2 Riesgo y peligro..........................................................................................................23 2.3.3 Prevención y protección .............................................................................................24 2.3.4 Árbol de fallas y eventos ............................................................................................25 2.4 Explosiones e incendios en la Industria del Gas y del Petróleo.............................. 26 2.4.1 Explosión ....................................................................................................................26 2.4.1.1 Explosiones de nube de gas o vapor .............................................................................27 2.4.2 Deflagración de nubes................................................................................................27 2.4.3 Estallido de ductos o recipientes ................................................................................27 2.4.4 Incendios ....................................................................................................................28 2.5 Definición matemática de la dosis de radiación térmica (DRT) .............................. 29 2.5.1 Quemaduras de primer grado .....................................................................................29 2.5.2 Quemaduras de segundo grado..................................................................................30

2.5.3 Quemaduras de tercer grado ......................................................................................31 2.6 Conclusiones del capítulo....................................................................................... 31

Capítulo Tres: Descripción de la MARI ..................................................... 32 3.1 Metodología MARI.................................................................................................. 32 3.1.1 Identificación de peligros...........................................................................................................33 3.1.2 Análisis de frecuencias..............................................................................................................33 3.1.3 Análisis de consecuencias ........................................................................................................34 3.1.4 Estimación del riesgo individual ................................................................................................36 3.1.5 Eliminación o reducción del riesgo............................................................................................36 3.1.6 Entrada al proceso de toma de decisiones ...............................................................................38 3.2 Conclusiones del capítulo....................................................................................... 38 Capítulo Cuatro: Análisis del RI para el Caso de Estudio ....................... 39 4.1 Descripción del caso de estudio ............................................................................. 39 4.2 Aplicación de la MARI al caso de estudio............................................................... 40 4.2.1 Identificación de peligros...........................................................................................................41 4.2.2 Análisis de frecuencias..............................................................................................................41 4.2.3 Análisis de consecuencias ........................................................................................................43 4.2.4 Estimación del riesgo individual ................................................................................................46 4.3 Conclusiones del capítulo....................................................................................... 49

Capítulo Cinco: Discusión, Conclusiones y Futuro Trabajo................... 50 5.1 Discusión ................................................................................................................ 50 5.2 Conclusión.............................................................................................................. 54 5.2.1 Conclusiones acerca de los objetivos planteados ....................................................................54 5.2.2 Conclusiones acerca de la MARI ..............................................................................................54 5.3 Futuro trabajo ......................................................................................................... 54 5.3.1 Mejoramiento de la MARI..........................................................................................................54 5.3.2 Investigación de los pasos 6 y 7 de la MARI............................................................... 55 Referencias .................................................................................................. 56

Anexos ......................................................................................................... 60 Anexo-A Marco Jurídico Relativo al GN ........................................................................... 60 Anexo-B Definición y Clasificación de Reservas .............................................................. 69 Anexo-C Hojas de datos de Seguridad para Sustancias Químicas - Gas Natural............ 74 Anexo-D Modelos matemáticos del cálculo de la intensidad y de la DRT ........................ 86 Anexo-E Producto del Proyecto de Investigación ............................................................. 93

ii

Resumen En México, el Estado a través de la industria paraestatal Petróleos Mexicanos (PEMEX), realiza las actividades

estratégicas de exploración, explotación, y refinación, del petróleo crudo, la elaboración de productos petrolíferos

y derivados, el procesamiento del gas natural y los petroquímicos, así como el transporte, almacenamiento y

comercialización de los mismos. Refiriéndonos específicamente a la cadena de valor del Gas Natural (Producción,

Procesamiento, Transporte y Distribución), las corrientes de gas natural provenientes de los campos de

producción, son tratadas en las unidades de separación y de remoción de gases ácidos para eliminar CO2, H2S y

partículas suspendidas. Una vez tratadas las corrientes de gas natural, éstas son enviadas a las plantas de

procesamiento para separar los líquidos del gas (etano, gas licuado de petróleo, gasolinas naturales, y condensado)

y para preparar el gas natural seco. La mayor parte de la producción del gas seco, es transportada por tuberías de

alta presión y gran diámetro desde los campos de producción, plantas de procesamiento, e instalaciones de

almacenamiento hasta las estaciones de compuerta, y por tuberías de baja presión y diámetro pequeño para su

distribución en ciudades y pueblos. La infraestructura involucrada en el sistema de transmisión del gas natural

seco incluye tubería enterrada, varias instalaciones de apoyo en tierra como son las estaciones de medición,

instalaciones para mantenimiento, y estaciones de compresión ubicadas a lo largo de la ruta de la tubería.

Por otro lado existe un alto riesgo de explosión e incendio en este tipo de sistemas si no se tiene una gestión

adecuada de dichos riesgos. Por ejemplo, en los últimos años un número de incidentes y accidentes han ocurrido

en el sistema de ductos ocasionando fatalidades e impactos negativos al medio ambiente. (Donde, el 22 de abril de

1992 ocurrieron explosiones debido a la presencia de gasolina en la red de alcantarillado en Guadalajara; el

accidente causó la muerte de 190 personas, 1,470 lesionados y cuantiosos daños materiales). Recientemente, el 8

de julio del 2005 hubo una fuga en gasoducto de 48” de diámetro en Dos Bocas, Tabasco con graves

consecuencias, tales como: cinco personas muertas, diez lesionados con quemaduras de gravedad, 20 vehículos

calcinados (12 de PEMEX, camión de contra incendio y 7 de protección civil y particulares), entre muchos otros.

Este trabajo de tesis presenta los resultados de un análisis de riesgo individual para el caso de una explosión de un

ducto de alta presión que conduce gas natural. Finalmente, se presentan una serie de consideraciones finales que

se deben de tener para mitigar el impacto de dichos eventos y así evitar fatalidades tanto del trabajador como el

público en general.

iii

Abstract In Mexico, PEMEX carries out the activities related to the explorations, production, and refinement of the oil and

gas. Moreover, it processes the natural gas as well as all the activities involved in the transportation, storage and

marketing. In relation to the natural gas industry (i.e. productions, processing, Transport and distribution), the gas

coming from the oil/gas production fields are possessed so that CO2, H2S and other substances are removed. Once

the separation process has been achieved, the remaining gas is sent to another separation facility in order to

remove other substances from the mixture (e.g. ethane, liquefied petroleum gas, natural gasoline and condensate)

and to obtain dry natural gas. Usually, the dry gas is being transported by high pressure pipelines from the

production fields, processing facilities, to the storage facilities. On the other hand, the low pressure pipelines with

smaller diameter are used to distribute gas to cities. Overall, the gas transport facilities include underground

pipelines, meter stations, maintenance, and pumping stations through out the route of the pipelines.

However, there is a high risk of fire and explosion in this industry, if there is not an adequate management of

risks. A number of accidents related to gas pipelines have occurred in recent years causing fatalities and negative

impacts to the environment. For instance, on 22 April 1992, a series of explosions occurred in Guadalajara; it is

believed that 190 people were killed, and 1,470 injured. More recently, on the 8 July 2005, there was a gas leak

from a gas pipeline (48”) in Dos, Bocas, Tabasco with devastating consequences such as: 5 fatalities, 10 people

were injured with severe burnings, 20 vehicles were burnt due to the fires, etc.

This research Project presents the results of the individual risk assessment to the case o fan explosion of a natural

gas pipeline. Some conclusions are presented and some considerations are given in order to prevent fatalities of

both workers and public.

iv

Objetivos

Objetivos Generales Llevar a cabo un análisis de riesgo individual (RI) para el caso de una explosión de un ducto que conduce gas

natural.

Objetivos específicos 1. Llevar a cabo una revisión y análisis crítico de toda la información relacionada con:

{a}Estadísticas de incidentes/accidentes de gasoductos que transportan gas natural (GN) a nivel internacional y

nacional;

{b} Teoría del análisis de riesgos.

2. Formular una metodología para el análisis de riesgo individual (RI)

3. Llevar a cabo el análisis de riesgo individual para el caso de estudio.

4. Documentar los resultados del proyecto de investigación.

v

Presentación de la Tesis

En la presente tesis para cumplir con los objetivos mencionados en la sección anterior se llevaron a cabo las

siguientes etapas:

Etapa 1: Revisión bibliográfica El objetivo primordial de esta etapa es la recopilación y análisis de la información relacionada con:

{a} la industria del petróleo y gas a nivel internacional y nacional;

{b} estadísticas de incidentes y accidentes en ductos a nivel internacional y nacional;

{c} información relacionada con el caso de estudio;

{d} teoría de análisis de riesgos; y

{e} entre otros.

Lo anterior ayudó a justificar y establecer el marco teórico del presente trabajo de tesis.

En los Capítulos 1, 2, 3 y Anexos-A, B, C, D y E se presentan la información anterior en el contexto de la tesis.

Etapa 2: Análisis del riesgo individual para el caso de estudio El objetivo de esta etapa es llevar a cabo el análisis de riesgo individual para el caso de estudio.

El Capítulo 4 presenta los resultados del análisis.

Finalmente, en el Capítulo 5 se presentan las conclusiones de la tesis y futuro trabajo.

El Anexo-E presenta un producto de investigación de este proyecto de tesis.

vi

Índice de Figuras y Tablas

Índice de Figuras Fig. 1.1 Reservas mundiales de petróleo (SRWE, 2008) ........................................................................ 1 Fig. 1.2 Reservas de petróleo probadas (SRWE, 2008).......................................................................... 2 Fig. 1.3 % distribución de reservas probadas (SRWE, 2008).................................................................. 3 Fig. 1.4 Producción por regiones (SRWE, 2008)..................................................................................... 3 Fig. 1.5 Reservas de gas probadas (SRWE, 2008)................................................................................. 4 Fig. 1.6 % distribución de reservas probadas (SRWE, 2008).................................................................. 4 Fig. 1.7 Producción de gas por regiones (SRWE, 2008) ......................................................................... 5 Fig. 1.8 Producción de crudo miles de barriles diarios (PEMEX, 2008) .................................................. 6 Fig. 1.9 Producción de gas natural (PEMEX, 2008) ................................................................................ 7 Fig. 1.10 Producción de gas natural (PEMEX, 2006) .............................................................................. 7 Fig. 1.11 Accidentes en ductos (Bolt, 2006) ............................................................................................ 8 Fig. 1.12 No. de Fatalidades (Bolt, 2006) ................................................................................................ 9 Fig. 1.13 Personas lesionadas causadas por accidentes en ductos (Bolt, 2006).................................... 9 Fig. 1.14 Incidentes de ductos en Europa de 1970-2007 (EGIG, 2008)................................................ 10 Fig. 1.15 Fatalidades-accidentes en ductos (PEMEX, 2007) ................................................................ 11 Fig. 1.16 Intoxicados-accidentes en ductos (PEMEX, 2007)................................................................. 11 Fig. 1.17 Lesionados-accidentes en ductos (PEMEX, 2007)................................................................. 12 Fig. 1.18 Evacuados-accidentes en ductos (PEMEX, 2007) ................................................................. 12 Fig. 1.19 “Índice de frecuencia” –PEMEX (PEMEX, 2008).................................................................... 13 Fig. 2.1 Modelo del Capítulo Dos........................................................................................................... 15 Fig. 2.2 Clases de Sistemas (Adaptado de Checkland, 1995) .............................................................. 16 Fig. 2.3 Recursividad – Sistema “Industria Gas Natural”....................................................................... 18 Fig. 2.4 Recursividad – Subsistema “Transporte”.................................................................................. 18 Fig. 2.5 Recursividad – Sistema “Transporte Terrestre”........................................................................ 19 Fig. 2.6 Recursividad – Sistema de interés “Gasoducto-Alta Presión” .................................................. 19 Fig. 2.7 Espectro de metodologías de sistemas “suaves” y “duros” ...................................................... 20 Fig. 2.8 MARI en el contexto de metodologías “suaves” y “duros” ........................................................ 21 Fig. 2.9 Tolerancia del riesgo................................................................................................................. 22 Fig. 2.10 Representación esquemática de un evento crucial ................................................................ 24 Fig. 2.11 Prevención y protección en relación a un evento crucial........................................................ 25 Fig. 2.12 Reacción química del fuego.................................................................................................... 28 Fig. 3.1 Metodología para el análisis del riesgo individual (MARI) ........................................................ 32 Fig. 3.2 Máximo Riesgo Aceptable (adaptado de Santos-Reyes & Beard, 2005) ................................. 37 Fig. 4.1 Escenario de evento: explosión de ducto de 20” de Gas natural ............................................. 39 Fig. 4.2 Metodología de análisis de riesgo individual ............................................................................ 40 Fig. 4.3 Árbol de fallas em La fuga de gas natural ................................................................................ 41 Fig. 4.4 Árbol de eventos de fuga de gas natural .................................................................................. 43 Fig. 4.5 Gráfica del riesgo individual-empleados de oficina................................................................... 46 Fig. 4.6 Gráfica del riesgo individual-operadores de válvula de seccionamiento .................................. 47 Fig. 4.7 Gráfica del riesgo individual-residentes de viviendas ............................................................... 48 Fig. 5.1 MRA y criterio de RI para el caso de Holanda (adaptado de Santos-Reyes & Beard, 2005)... 51 Fig. 5.2 RI para el caso de los trabajadores de oficina.......................................................................... 52 Fig. 5.3 RI para el caso de los operadores de la válvula de seccionamiento ........................................ 53 Fig. 5.4 RI para los residentes ............................................................................................................... 53 Fig. 5.5 MARI-Etapas 6 y 7.................................................................................................................... 55

vii

Índice de Tablas Tabla 2.1 Distribución de incendios y explosiones en industrias que utilizan o procesan Hidrocarburos (Garrison, 1988)............................................................................................. 26 Tabla 2.2 Incendios y explosiones en la industria del proceso.............................................................. 26 Tabla 3.1 Propiedades físicas de las sustancias relevantes al proyecto de tesis ................................. 34 Tabla 3.2 Criterios de evaluación del efecto del fuego en seres humanos ........................................... 35 Tabla 3.3 Valores de la intensidad de la radiación ................................................................................ 35 Tabla 3.4 Descripción de estabilidad de clase de Pasquill .................................................................... 35 Tabla 3.5 Características de las clases de estabilidad de Pasquill, considerando la velocidad Del viento .............................................................................................................................. 36 Tabla 3.6 probabilidad de ignición por tipo de fuga en el ducto............................................................. 36 Tabla 3.7 Probabilidad de ignición por tipo de ruptura en el ducto........................................................ 36 Tabla 3.8 Ejemplos de criterios de aceptabilidad del riesgo (Santos-Reyes & Beard, 2005)................ 37 Tabla 4.1 Algunas características de la instalación ............................................................................... 40 Tabla 4.2 Identificación de peligros para el caso de estudio ................................................................. 41 Tabla 4.3 Probabilidades de categoría consideradas para el caso de estudio...................................... 42 Tabla 4.4 Frecuencia de categoría consideradas para el caso de estudio............................................ 42 Tabla 4.5 Escala de probabilidad considerada para el caso de estudio ............................................... 42 Tabla 4.6 Grupos de población de interés (ver Fig. 4.2)........................................................................ 43 Tabla 4.7 Estimación de la frecuencia de los resultados de los eventos para el caso de estudio ........ 44 Tabla 4.8 Estimación de las consecuencias de los eventos para el caso de estudio............................ 44 Tabla 4.9 Impacto en los grupos de interés mostrados en la Tabla 4.5 para el caso de estudio .......... 45 Tabla 4.10 Resultados del RI para el caso de estudio .......................................................................... 48

viii

Glosario de Términos y Definiciones

Accidente. Cualquier evento anormal que involucre a fuentes de radiación.

Auto tanque: Transporte utilizado y acondicionado para transportar productos petrolíferos o petroquímicos. Es el

medio de transporte más flexible con que se cuenta, ya que su velocidad de respuesta a la presentación de

requerimientos es la mayor, y prácticamente no requiere de infraestructura previa para su utilización. Por otra

parte, es el de mayor costo unitario.

Barril de petróleo crudo equivalente (bpce). Es el volumen de gas (u otros energéticos) expresado en barriles de

petróleo crudo y que equivalen a la misma cantidad de energía (equivalencia energética) obtenida del crudo.

Este término es utilizado frecuentemente para comparar el gas natural en unidades de volumen de petróleo

crudo para proveer una medida común para diferentes calidades energéticas de gas.

Barriles diarios (bd): En producción, el número de barriles de hidrocarburos producidos en un periodo de 24

horas. Normalmente es una cifra promedio de un periodo de tiempo más grande. Se calcula dividiendo el

número de barriles durante el año entre 365 o 366 días, según sea el caso.

Batería de separación: Una serie de plantas o equipos de producción trabajando como una unidad. Se emplea

para separar los componentes líquidos de los gaseosos en un sistema de recolección. Los separadores pueden

ser verticales, horizontales y esféricos. La separación se lleva a cabo principalmente por acción de la gravedad,

esto es, los líquidos más pesados caen al fondo y el gas se eleva.

BTU: Unidad Térmica Británica. La cantidad de calor que se requiere para incrementar en un grado Fahrenheit la

temperatura de una libra de agua pura bajo condiciones normales de presión y temperatura.

Butanos: Hidrocarburos de la familia de los alcanos formados por cuatro átomos de carbono y diez de hidrógeno

y que se producen principalmente en asociación con el proceso del gas natural y ciertas operaciones de

refinería como la descomposición y la reformación catalítica. El término butano abarca dos isómeros

estructurales, el N-butano y el isobutano. Mezclado con propano, da lugar al gas licuado del petróleo.

Combustión: Reacción química rápida entre sustancias combustibles y un comburente, generalmente oxígeno que

usualmente es acompañada por calor y luz en forma de flama. El proceso de combustión es comúnmente

iniciado por factores como calor, luz o chispas, que permiten que los materiales combustibles alcancen la

temperatura de ignición específica correspondiente.

Complejo: Término utilizado en la industria petrolera para referirse a la serie de campos o plantas que comparten

instalaciones superficiales comunes.

ix

Consumo energético: Consumo de producto tales como gasolinas, gas natural, diesel, gas licuado, electricidad,

combustóleo, querosenos, etc. que tienen como fin generar calor o energía, para uso en transporte, industrial o

doméstico.

Distribución: Conjunto de actividades destinadas primordialmente al transporte de hidrocarburos y sus derivados,

hacia distintos lugares, ya sea de proceso, almacenamiento o venta, a través de ductos, barcos, auto tanques o

carro tanques.

Ducto. Tuberías conectadas, generalmente enterradas o colocadas en el lecho marino, que se emplean para

transportar petróleo crudo, gas natural, productos petrolíferos o petroquímicos utilizando como fuerza motriz

elementos mecánicos, aire a presión, vacío o gravedad; exteriormente se protegen contra la corrosión con

alquitrán de hulla, fibra de vidrio y felpa de asbesto, variando su espesor entre 2 y 48 pulgadas de diámetro

según su uso y clase de terreno que atraviesen. Es el medio de transporte que ofrece máxima economía de

operación y máxima vida útil, pero es también el que requiere el máximo de inversión y presenta el mínimo de

flexibilidad.

Endulzadora: Planta en la que se separan los gases ácidos del gas natural amargo o de condensados.

Estación de compresión: Estación localizada cada 60 km. u 80 km. a lo largo de un gasoducto y su operación

consiste en recomprimir el gas para mantener su presión y flujos especificados.

Evento crucial. Es un evento el cual puede conducir a un daño.

Factor peligroso. Es un factor dentro de un sistema peligroso.

Fluido: Sustancia que cede inmediatamente a cualquier fuerza tendiente a alterar su forma, con lo que se desplaza

y se adapta a la forma del recipiente. Los fluidos pueden ser líquidos o gases.

Gas amargo: Gas natural que contiene hidrocarburos, ácido sulfhídrico y dióxido de carbono (estos últimos en

concentraciones mayores a 50 ppm).

Gas asociado: Es el gas natural que se encuentra en contacto y/o disuelto en el petróleo crudo del yacimiento.

Este puede ser clasificado como gas de casquete (libre) o gas en solución (disuelto).

Gas de formación: Innato al estrato, asociado o no asociado. Gas que proviene de los yacimientos.

Gas dulce: Es el gas natural que contiene hidrocarburos y bajas cantidades de ácido sulfhídrico y dióxido de

carbono.

Gas húmedo: Es el gas natural que contiene más de 3 gal/Mpc de hidrocarburos líquidos.

Gas natural: Es una mezcla de hidrocarburos parafínicos ligeros, con el metano como su principal constituyente

con pequeñas cantidades de etano y propano; con proporciones variables de gases no orgánicos, nitrógeno,

dióxido de carbono y ácido sulfhídrico. El gas natural puede encontrarse asociado con el petróleo crudo o

x

encontrarse independientemente en pozos de gas no asociado o gas seco. Para su utilización debe cubrir ciertas

especificaciones de calidad como: contenido de licuables 0.1 l/m3 máximo; humedad máxima de 6.9 lb/MMpc;

poder calorífico mínimo de 1184 Btu/pc; azufre total 200 ppm máximo; contenido máximo de CO2 + N2 de

3% en volumen. Es utilizado para uso doméstico en industrias y generación de electricidad.

Gas no asociado: Gas natural que se encuentra en reservas que no contienen petróleo crudo.

Gas residual: Gas obtenido como subproducto durante el proceso de desintegración (cracking) y está compuesto

principalmente por metano.

Gas seco: Gas natural libre de hidrocarburos condensables (básicamente metano).

Gasoducto: Sistema de tuberías para transportar y distribuir el gas natural.

Hidrocarburos: Grupo de compuestos orgánicos que contienen principalmente carbono e hidrógeno. Son los

compuestos orgánicos más simples y pueden ser considerados como las substancias principales de las que se

derivan todos los demás compuestos orgánicos. Los hidrocarburos más simples son gaseosos a la temperatura

ambiente, a medida que aumenta su peso molecular se vuelven líquidos y finalmente sólidos, sus tres estados

físicos están representados por el gas natural, el petróleo crudo y el asfalto. Los hidrocarburos pueden ser de

cadena abierta (alifáticos) y enlaces simples los cuales forman el grupo de los (alcanos y parafinas) como el

propano, butano o el hexano. En caso de tener cadena abierta y enlaces dobles forman el grupo de los alquenos

u olefinas como el etileno o el propileno. Los alquinos contienen enlaces triples y son muy reactivos, por

ejemplo el acetileno. Tanto los alquenos como los alquinos, ambos compuestos insaturados, son producidos

principalmente en las refinerías en especial en el proceso de desintegración (cracking). Los compuestos de

cadena cerrada o cíclica pueden ser tanto saturados (ciclo alcanos) como el ciclohexano o insaturados. El grupo

más importante de hidrocarburos cíclicos insaturados es el de los aromáticos, que tienen como base un anillo

de 6 carbonos y tres enlaces dobles. Entre los compuestos aromáticos más representativos se encuentran el

benceno, el tolueno, el antroceno y el naftaleno.

Mercaptanos: Hidrocarburos fuertemente olorosos que contienen en su cadena azufre. Se encuentran

frecuentemente tanto en el gas como en el crudo. En algunas ocasiones se adicionan al gas natural y al gas

licuado para agregarle olor por razones de seguridad.

Metano (CH4): Es un hidrocarburo parafínico gaseoso, inflamable. Es el principal constituyente del gas natural y

es usado como combustible y materia prima para la producción de amoniaco y metanol.

Oleoducto: Ducto usado para el transporte de crudo.

Petróleo: El petróleo es una mezcla que, se presenta en la naturaleza compuesta predominantemente de

hidrocarburos en fase sólida, líquida o gaseosa; denominando al estado sólido betún natural, al líquido petróleo

crudo y al gaseoso gas natural, esto a condiciones atmosféricas. Existen dos teorías sobre el origen del

petróleo: la inorgánica, que explica la formación del petróleo como resultado de reacciones geoquímicas entre

xi

el agua y el dióxido de carbono y varias substancias inorgánicas, tales como carburos y carbonatos de los

metales y, la orgánica que asume que el petróleo es producto de una descomposición de los organismos

vegetales y animales que existieron dentro de ciertos periodos de tiempo geológico.

PGPB: Siglas con las que se conoce al organismo PEMEX Gas y Petroquímica Básica, el cual forma parte del

Grupo PEMEX. Su objetivo principal es procesar gas natural y líquidos del gas natural, transportar, distribuir y

comercializar gas natural y gas licuado en el territorio nacional, y producir y comercializar petroquímicos

básicos para la industria petroquímica.

Poliducto: Ducto usado para el transporte de productos petrolíferos y petroquímicos.

PPQ: Siglas con las que se conoce al Organismo PEMEX Petroquímica, el cual forma parte del Grupo PEMEX.

Su objetivo principal es elaborar y comercializar diversos productos petroquímicos que sirven de base para la

industria manufacturera y química.

PR: Siglas con las que se conoce al organismo PEMEX Refinación, el cual forma parte del Grupo PEMEX. Su

objetivo principal es transformar el petróleo crudo en productos petrolíferos que cumplan con las mas estrictas

normas ecológicas y satisfacer la creciente demanda interna a través de su compleja red de distribución.

Peligro. Se refiere al potencial del daño dentro de un sistema.

Prevención. Todas aquellas medidas preventivas que reducen la probabilidad de la ocurrencia de un evento

crucial.

Protección. Todas aquellas medidas concernientes a la minimización de las consecuencias después de la

ocurrencia de un evento crucial.

Proceso: El conjunto de actividades físicas o químicas relativas a la producción, obtención, acondicionamiento,

envasado, manejo y embalado de productos intermedios o finales.

Reservas: Es la porción factible de recuperar del volumen total de hidrocarburos existentes en las rocas del

subsuelo.

Reserva original: Es el volumen de hidrocarburos a condiciones atmosféricas, que se espera recuperar

económicamente con los métodos y sistemas de explotación aplicables a una fecha específica. También se

puede decir que es la fracción del recurso que podrá obtenerse al final de la explotación del yacimiento.

Reservas posibles: Es la cantidad de hidrocarburos estimada a una fecha específica en trampas no perforadas,

definidas por métodos geológicos y geofísicos, localizadas en áreas alejadas de las productoras, pero dentro de

la misma provincia geológica productora, con posibilidades de obtener técnica y económicamente producción

de hidrocarburos, al mismo nivel estratigráfico en donde existan reservas probadas.

Reservas probables: Es la cantidad de hidrocarburos estimada a una fecha específica, en trampas perforadas y no

perforadas, definidas por métodos geológicos y geofísicos, localizadas en áreas adyacentes a yacimientos

xii

productores en donde se considera que existen probabilidades de obtener técnica y económicamente

producción de hidrocarburos, al mismo nivel estratigráfico donde existan reservas probadas.

Reservas probadas: Es el volumen de hidrocarburos medido a condiciones atmosféricas, que se puede producir

económicamente con los métodos y sistemas de explotación aplicables en el momento de la evaluación, tanto

primaria como secundaria.

Reserva remanente: Es el volumen de hidrocarburos medido a condiciones atmosféricas, que queda por

producirse económicamente de un yacimiento a determinada fecha, con las técnicas de explotación aplicables.

En otra forma, es la diferencia entre la reserva original y la producción acumulada de hidrocarburos en una

fecha específica.

Revestimiento: Nombre que reciben los diferentes tramos de tubería que se cementan dentro del pozo. Estas

tuberías de revestimiento varían su diámetro y número de acuerdo a las diferentes áreas perforadas, las

profundidades y las características productoras del pozo. Generalmente se revisten tres tuberías en un pozo; a

la de mayor diámetro se le llama tubería superficial y de control, a la siguiente intermedia y a la de menor

diámetro y mayor profundidad, tubería de explotación.

Riesgo. Puede ser definido como la probabilidad de un tipo particular de daño, por ejemplo, una fatalidad como

resultado de un evento crucial.

Sistema peligroso. Es un sistema el cual tiene la potencialidad de conducir a un evento crucial.

Temperatura de auto ignición (combustión espontánea): La temperatura mínima a la cual los vapores del

derivado del petróleo mezclados con aire se inflaman sin fuente externa alguna de ignición. El trabajo de los

motores Diesel de combustión interna se basa precisamente en esta propiedad de los derivados del petróleo. La

temperatura de auto ignición es varios centenares de grados superior a la de inflamación.

Temperatura de ignición: La temperatura mínima a la cual los vapores del producto analizado, al introducir una

fuente externa de inflamación, forma una llama estable que no se extingue. La temperatura de ignición siempre

es más alta que la de inflamación y con frecuencia la diferencia es de varias decenas de grados.

Terminal de Almacenamiento y Distribución: Conjunto de instalaciones destinadas al recibo, almacenamiento,

entrega y distribución de productos derivados del petróleo, que generalmente abastece a su zona , sin embargo,

también puede apoyar a abastecer otras zonas, dependiendo del tamaño de la instalación. Existen varias

terminales localizadas a lo largo del país y éstas pueden ser marítimas o terrestres. Las TAD se localizan en

puntos estratégicamente seleccionados, por razones de demanda, configuración geográfica y vías de

comunicación.

xiii

Abreviaturas

MMB Miles de Millones de Barriles

PEMEX Petróleos Mexicanos

MPCD Miles de Pies Cúbicos Diarios

GN Gas Natural

LPG Gas Líquido de Petróleo

MARI Metodología de Análisis de Riesgo Individual

RAE Real Academia Española

PGPB PEMEX gas y Petroquímica básica

D Dosis (kW/m2)4/3s

I Intensidad de Radiación (kW/m2)

t Tiempo de exposición (s)

DI Dosis de Radiación por quemaduras de primer grado (kW/m2)4/3s

DII Dosis de Radiación por quemaduras de segundo grado (kW/m2)4/3s

DIII Dosis de Radiación por quemaduras de tercer grado (kW/m2)4/3s

P Función PROBIT

RI Riesgo Individual (Fatalidades/año)

Jet Fire Dardo de Fuego (kW/m2)

Pool Fire Alberca de Fuego (kW/m2)

Flash Fire Incendio Flash (LFL)

Fire Ball Bola de fuego (tdu)

VCE Explosión de nube de vapor (Unidades de presión, kPa, Bar)

RTIR Región totalmente inaceptable del riesgo

MRA Máximo riesgo aceptable

RAR Región aceptable del riesgo

LFL Límite inferior de flamabilidad

BP British Petroleum

SSM Metodología de Sistemas Suaves

NFPA National Fire Protection Assotiation

xiv

1

Capítulo Uno

Antecedentes y Justificación

En resumen, este capítulo presenta la justificación de la necesidad de estimar el riesgo individual de trabajadores

que en la industria del petróleo y gas natural, que es el tema de este proyecto de tesis. El capítulo comienza con

una descripción del contexto de la industria del petróleo y gas a nivel nacional e internacional y se presenta en la

sección 1.1. La sección 1.2 contiene una breve descripción de la industria del petróleo y gas a nivel nacional. En la

sección 1.3 se describen algunas estadísticas de incidentes/accidentes ocurridos en la industria del gas a nivel

nacional e internacional. La justificación del tema de investigación se expone en la sección 1.4. Finalmente,

conclusiones del capítulo se presentan en la sección 1.5.

1.1 La industria del Petróleo y Gas y su contexto

El petróleo y gas son las fuentes de energía más importantes del mundo moderno. El gas y petróleo proporcionan

fuerza, calor y luz; del petróleo, por ejemplo, se fabrica una gran variedad de productos químicos. Éstos minerales

son recursos no renovables que aportan el mayor porcentaje del total de la energía que se consume en todo el

mundo.

Fig. 1.1 Reservas mundiales de petróleo (SRWE, 2008)

2

Por otro lado, la alta dependencia que el mundo tiene del petróleo, la inestabilidad que caracteriza al mercado

internacional y las fluctuaciones de los precios de este producto, han llevado a que se investiguen energías

alternativas, aunque hasta ahora no se ha logrado una opción que realmente lo sustituya. El petróleo y su gama

casi infinita de productos derivados le convierten en uno de los factores más importantes del desarrollo económico

y social en todo el mundo. Además, el petróleo (y gas) y las decisiones estratégicas que sobre él se toman por los

países productores influyen en casi todos los componentes de coste de una gran parte de los productos que

consumimos. Cuando sube el precio del petróleo se produce una subida de los costos, de forma más o menos

inmediata, en casi todos los sectores productivos y, en consecuencia, se nota en los precios de los bienes de

consumo.

1.1.1 Reservas mundiales de petróleo La Fig. 1.1 muestra las regiones de los países productores de petróleo y gas. Las regiones consideradas son las

siguientes: Asia-Pacífico, América del Norte, Sur y Centroamérica, África, Europa y Eurasia, y Oriente Medio. De

acuerdo a las estadísticas de la BP (SRWE, 2008), a finales de 2007, las reservas mundiales probadas de petróleo

ascendían a 168,600 millones de toneladas, equivalentes a 1.23 billones de barriles.

0100200300400500600700800

Ásia

Pac

ífico

Ámer

ica

del

Nor

te

Sur

&C

entro

amér

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Áfri

ca

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sia

Ori

ente

Med

io

Mile

s M

illon

es B

arril

es

Fig. 1.2 Reservas de petróleo probadas (SRWE, 2008)

http://elpetroleo.aop.es/Tema10/Index4.asp##

3

Oriente Medio, (61%)

Ásia Pacífico, (3.3%)

Ámerica delNorte, (5.6%)

Sur &Centroamérica, (9%)

África, (9.5%)

Europa &Euroásia,

(11.6%)

Fig. 1.3 % distribución de reservas probadas (SRWE, 2008)

0

15

30

45

60

75

90

Nort

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mér

ica

Cent

roam

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pa &

Eur

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Med

io

Afric

a

Así

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acífi

co

Mile

s M

illon

es B

arri

les

Fig. 1.4 Producción por regiones (SRWE, 2008)

Las Figs. 1.2 – 1.4 presentan algunas estadísticas de las reservas probadas de petróleo en todo el mundo. Por

ejemplo, la Fig. 1.2 muestra que el oriente Medio es la región que más reservas probadas tiene de todo el mundo;

esto es, 155,300 millones de barriles que representa un 61% (ver Fig. 1.3) de las reservas totales del mundo. De

manera similar, el oriente Medio encabeza la producción de petróleo con un total de 82,500 millones de barriles,

seguidos de Centroamérica, África y Europa y Eurasia como se muestra en la Fig. 1.4.

4

1.1.2 Reservas mundiales de gas natural A finales de 2007, las reservas mundiales probadas de gas natural ascienden a 177.36 trillones de metros cúbicos

(SRWE, 2008). El Oriente Medio es la región que más reservas de gas probadas tiene de todo el mundo, 73.2

Trillones de metros cúbicos equivalentes al 42% del total mundial (ver Figs. 1.5 y 1.6). La región Europa &

Eurasia ocupa el segundo lugar con reservas de 59.4 trillones de metros cúbicos de gas natural. Cabe destacar que

la Federación de Rusia es la que mayores reservas tiene de todo el mundo, con un total de 44.65 trillones de

metros cúbicos. Como es de esperarse, la producción de gas por regiones la encabeza la región Europa y Eurasia

con un total de 1,075 Billones de metros cúbicos de gas; seguidos de Asia Pacífico, África, America del Norte y

finalmente Sur y Centroamérica. (Ver Fig. 1.7).

01020304050607080

S. &

Cent

roam

éric

a

Amér

ica

del

Norte

Asía

Pac

ífico

Afric

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Euro

asia

Ori

ente

Med

io

Fig. 1.5 Reservas de gas probadas (SRWE, 2008)

Europa & Euroasia

34%

Oriente Medio42%

S. & Centroamérica

4%América del

Norte4% Asía Pacífico

8%

Africa8%

Fig. 1.6 % distribución de reservas probadas (SRWE, 2008)

Tri

llone

s de

m3

5

0

200

400

600

800

1000

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Amér

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S &

Cent

roam

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Eur

opa

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ia

Ori

ente

Med

io

Afri

ca

Asi

a

Fig. 1.7 Producción de gas por regiones (SRWE, 2008)

1.2 La industria del Petróleo y Gas Nacional

1.2.1 PEMEX Petróleos Mexicanos (Pemex) es un organismo público descentralizado, responsable de realizar, de manera

exclusiva, las actividades estratégicas en materia de hidrocarburos, reservadas en la Constitución para el Estado

Mexicano. Debido a que es una empresa integrada, participa en toda la cadena de valor de la industria petrolera.

Por tanto, es responsable de la exploración y producción de hidrocarburos en territorio nacional, de la refinación

de crudo, del procesamiento de gas y petroquímicos básicos, así como de la producción de algunos petroquímicos

secundarios. Petróleos Mexicanos es pieza clave en el suministro de los combustibles que requiere la economía

nacional. En 2007, cubrió 100% de la demanda de combustibles automotrices, con producción propia e

importaciones, así como 85% de la de combustibles industriales. Pemex es la empresa más importante del país y la

onceava más importante del mundo. En 2007, generó ingresos por $1,134 miles de millones de pesos (104.5 miles

de millones de dólares). Sus exportaciones representaron 15% de los ingresos de la cuenta corriente. Es la

principal generadora de ingresos presupuestarios del sector público (cerca de 40%), (Reporte, PEMEX).

1.2.1.1 Crudo

La producción máxima de crudo de PEMEX se alcanzó en 2004 con 3,383 miles de barriles diarios. A partir de

ese momento, se ha registrado una constante disminución.

Bill

ones

de

m3

6

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

Mile

s de

Bar

riles

Pesado Ligero

Fig. 1.8 Producción de crudo miles de barriles diarios (PEMEX, 2008)

A partir de 2005 inició su proceso de declinación natural a tasas crecientes, como ocurre en todos los yacimientos

a nivel mundial, una vez que alcanzan su etapa de madurez. Entre 2006 y 2007 dicha declinación fue de 15%,

alcanzando en este último año una producción de 1,470 miles de barriles diarios (ver Fig. 1.8). Durante la última

década la producción de crudo también se caracterizó por una mayor participación de crudos pesados. Mientras

que en 1997 los crudos pesados representaban 52%, en 2007 representaron 66%, lo que requirió, por un lado,

adecuar la infraestructura para su manejo y procesamiento doméstico.

1.2.1.2 Gas

Este hidrocarburo es insumo fundamental para el sector industrial, así como para los pequeños y medianos

consumidores. Además, tiene una relevancia particular en la generación de electricidad, ya que la conversión a

ciclo combinado (Tecnología que utiliza gas natural como combustible para generar energía eléctrica.) con base en

gas natural ha contribuido de manera destacada al incremento de la demanda de este hidrocarburo en el país.

Entre 2000 y 2007 la producción total de gas natural aumentó 29%, de 4,679 millones de pies cúbicos diarios, a

6,058 millones de pies cúbicos diarios.

7

Fig. 1.9 Producción de gas natural (PEMEX, 2008)

La Fig. 1.9 muestra que la mayor parte del crecimiento que se observó entre 2004 y 2007 (70%) se explica por la

producción de gas no asociado, en la cual ha tenido un papel relevante la utilización de contratos con terceros.

Estos contratos han contribuido a mejorar el desempeño de PEMEX y actualmente aportan el 13% de la

producción en dicha área. Asimismo, han contribuido a disminuir los costos totales de perforación, ya que han

permitido reducir los tiempos de perforación, factor principal para determinar el costo de un pozo. El incremento

de la producción de gas natural observado durante los últimos años (29% durante 2000-2007) ha sido insuficiente

para satisfacer el aumento de la demanda (38% en el mismo lapso), lo que repercutió en un aumento significativo

de las importaciones de ese hidrocarburo, situación que continuará en el futuro previsible. Por otro lado, prevalece

la problemática de un excesivo venteo de dicho energético, principalmente en las regiones marinas. El

aprovechamiento del gas natural en estas zonas es muy inferior al estándar internacional (97%).

Por otro lado, de acuerdo a los datos de PEMEX (2006) cuenta con 22,920 Km de longitud de ductos instalados

para el transporte de GN, LPG y Petroquímicos básicos (ver Fig. 1.10).

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

GN LPG PetroquímicosBásicos

Long

itud

(Km

)

Fig. 1.10 Longitud de ductos instalados para transporte de GN, LPG, y petroquímicos (PEMEX, 2006)

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

ones

de

pies

cúb

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diar

ios

Asociado No asociado

8

1.3 Estadísticas de accidentes en la industria del gas

Esta sección presenta una breve descripción de algunas estadísticas relevantes a accidentes que han ocurrido en el

trasporte de hidrocarburos a nivel mundial (Estados Unidos y Europa) y nacional.

1.3.1 Algunas estadísticas de accidentes a nivel mundial

Las Fig. 1-11 – 1.13 muestran las estadísticas de accidentes en ductos de transporte de hidrocarburos y

consecuencias ocurridos en los Estados Unidos de Norteamérica de 1986 al 2003. La Fig. 1.11 muestra el número

de accidentes que han ocurrido por año durante este periodo (1986-2003). De la Figura se puede observar una

media de 200 accidentes por año; además, se observa que de 1986 a 1995 hubo una tendencia de aumento del

número de accidentes siendo el año 1994 cuando se registró el mayor número (245 accidentes). De 1995 al 2003

se observa una tendencia a la baja del número de accidentes.

0

50

100

150

200

250

300

1986

1988

1990

1992

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1996

1998

2000

2002

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Fig. 1.11 Accidentes en ductos (Bolt, 2006)

9

0

1

2

3

4

5

6

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

Fata

lidad

es

Fig. 1.12 No. de Fatalidades (Bolt, 2006)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

Lesi

onad

os

Fig. 1.13 Personas lesionadas causadas por accidentes en ductos (Bolt, 2006)

Por otro lado, la Fig. 1.12 muestra las consecuencias de dichos accidentes con una media de 1.9 fatalidades por

año. Se observa también una tendencia a la baja del número de fatalidades. De manera similar, la Fig. 1.13

muestra el número de lesionados con una media de 10 por año, lo cual tiene una tendencia ala baja por el mismo

periodo (1986-2003). Los años más críticos han sido en 1986 con 32 lesionados; 1989 y 1992 ambos con 38

accidentes y finalmente el año 1999 con 20 lesionados.

Por otro lado, la Fig. 1.14 muestra las estadísticas de incidentes que han ocurrido en ductos de transporte de

hidrocarburos en Europa (EGIG, 2008).

10

0

10

20

30

40

50

60

1970

1972

1974

1976

1978

1980

1982

1984

1986

1988

1990

1992

1994

1996

1998

2000

2002

2004

2006

No.

Acc

iden

tes

Fig. 1.14 Incidentes de ductos en Europa de 1970-2007 (EGIG, 2008)

La Fig. 1.14 muestra datos de accidentes que han ocurrido por un periodo de 37 años, es decir de 1970 al 2007. El

número de accidentes que han ocurrido tiene una media de 100 por año. De la Figura se puede observar que de

1970 a 1985 hubo un aumento del número de accidentes, alcanzando la cifra más alta en el año de 1985. Sin

embargo, a partir de este año hasta el 2007 el número de accidentes ha ido a la baja, siendo el año 2007 el más

bajo con un total de 14 accidentes. (EGIG, 2008).

1.3.2 Algunas estadísticas de accidentes a nivel nacional

Esta sección describe estadísticas de incidentes y accidentes que han ocurrido en la industria del transporte por

medio de ductos de hidrocarburos a nivel nacional. Cabe mencionar que los datos mostrados en las Figs. 1.15 –

1.18 han sido recopiladas de diferentes medios de información principalmente periódicos de circulación nacional.

Por otro lado, la Fig. 1.19 muestra las estadísticas de PEMEX en relación a la “frecuencia de accidentes” entre

1996 y 2007.

11

0

20

40

60

80

100

120

140

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2002

2002

2003

2004

2005

No.

Fat

alid

ades

Fig. 1.15 Fatalidades-accidentes en ductos (PEMEX, 2007)

La Fig. 1.15 muestra el número de fatalidades debidas a accidentes de ductos que han ocurrido entre 1993 al

2005. El número de fatalidades por año es de 100. Siendo los años 1999 y 2005 los más críticos ya que hubo

un total de 132 y 107 fatalidades respectivamente. Por otro lado, la Fig. 1.16 muestra el número de personas

que han sido intoxicadas por estos eventos; siendo el año de 1996 el más crítico con 1336.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2002

2002

2003

2004

2005

No.

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xica

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Fig. 1.16 Intoxicados-accidentes en ductos (PEMEX, 2007)

12

050

100150200250300350400450500

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

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2002

2002

2003

2004

2005

No.

Les

iona

dos

Fig. 1.17 Lesionados-accidentes en ductos (PEMEX, 2007)

0

5000

10000

15000

20000

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30000

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2002

2002

2003

2004

2005

No.

Eva

cuad

os

Fig. 1.18 Evacuados-accidentes en ductos (PEMEX, 2007)

La Fig. 1.17 muestra el número de personas que han sido lesionadas (Ej., quemaduras, entre otros) con una media

de 200 por año. El número de personas que han sido evacuadas de sus hogares o centros de labores debidos a

accidentes de ductos se muestra en la Fig. 2.18. Se puede observar que los años más críticos han sido el 2004 y

2005; con cifras de 22,978 y 24,111 evacuados respectivamente.

13

La Fig. 1.19 muestra las estadísticas de PEMEX en relación al “Número de lesiones incapacitantes por cada

millón de horas hombre”. Los datos mostrados no muestran explícitamente los incidentes o accidentes ocurridos

en ductos.

0

1

2

3

4

5

6

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

Indi

ce d

e Fr

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ncia

Fig. 1.19 “Índice de frecuencia” –PEMEX (PEMEX, 2008)

La Fig. 1.19 muestra que, el índice de frecuencia de accidentes tiene mejoras entre 1996 y 2001 de manera

consistente, según Pemex, “llegó a ubicarse incluso por debajo de las referencias internacionales”. Sin embargo,

dicho índice repuntó en 2004. Por otro lado, el índice de frecuencia para personal de Petróleos Mexicanos en 2007

se ubicó en 0.59, comparado con 0.67 durante 2006. Dicho índice repuntó en octubre, al alcanzar 1.14, debido

principalmente a tres accidentes en las actividades de exploración y producción (una intoxicación en la plataforma

Ixtal-A, una reparación de fugas en el ducto Potrero-Naranjos, y la colisión de la plataforma Usumacinta). Otras

áreas, como Pemex Gas y Petroquímica Básica, Pemex Refinación y Pemex Petroquímica mantuvieron índices

decrecientes respecto a otros años. Lamentablemente, en 2007 fallecieron dieciocho trabajadores de Pemex.

14

1.4 Justificación del Proyecto de Tesis

La industria del petróleo y gas indudablemente representa una de las fuentes de energía más importantes de la

sociedad moderna. En la actualidad se están investigando energías alternativas; sin embargo hasta ahora no se ha

logrado una opción que realmente lo sustituya (ver sección 1.1). Por otro lado, accidentes ocurren con frecuencia

en los ductos de transporte de hidrocarburos y con graves consecuencias en términos de pérdidas de vidas

humanas, lesiones graves, interrupción de las operaciones, etc., (ver sección 1.4).

Las secciones anteriores han demostrado que existe el problema de este tipo de eventos y es necesario prevenirlos

y mantener los riesgos a las personas y a la sociedad en general dentro de niveles aceptables. Esto quiere decir que

existe la necesidad de llevar acabo análisis de riesgos y así poder diseñar mecanismos de control para la

prevención de este tipo de eventos.

1.5 Conclusiones del Capítulo

Este capítulo presentó la justificación del proyecto de tesis. En particular se concluyó que es imperativo llevar a

cabo un análisis de riesgos para identificar el nivel de riesgo individual y de la población y así poder diseñar

mecanismos de control y prevenir fatalidades y lesiones debidas a accidentes en ductos en el futuro. Los aspectos

teóricos en la cual se basa este proyecto de investigación se describe en el Capítulo 2.

15

Capítulo Dos

Marco Teórico

Este capitulo presenta las áreas del conocimiento que forman la base teórica para el desarrollo de este proyecto de

investigación. El capítulo comienza con un mapa mental del marco teórico y esto se presenta en la sección 2.1. En

la sección 2.2 se presenta la teoría de ciencia de sistemas. Mientras que en la sección 2.3 discute y desarrolla

conceptos importantes de la teoría del análisis de riesgos. La sección 2.4 presenta una revisión de teoría de

Explosiones e incendios enfocado a la Industria Química y del Petróleo. Finalmente, se presentan conclusiones del

capítulo en la sección 2.5.

2.1 Marco Teórico

La Fig. 2.1 muestra las áreas del conocimiento que se han usado para el desarrollo de la tesis. En las subsecuentes

secciones se describen brevemente cada una de ellas.

Fig. 2.1 Modelo del Capítulo Dos.

Aná

lisis

del

R

iesg

o In

divi

dual

pa

ra e

l cas

o de

un

a ex

plos

ión

de

un g

asod

ucto

Teoría sobre DRT

Definición Matemática

Teoría de Análisis

Metodología

Prevención y Protección

Niveles de Riesgos

Teoría de Explosión e

Incendio

Explosión

Incendio

Ciencia de Sistemas

Clases de sistemas

Recursividad

Sistemas “duros” y “suaves”

16

2.2 Ciencia de sistemas

La palabra “sistema” esta de moda y hablamos sobre sistemas sociales, ecosistemas, sistemas de control, sistemas

informáticos, sistema solar, sistemas filosóficos, sistemas biológicos, entre otros. El hecho de que la palabra se usa

en muy diferentes contextos indica la complejidad del concepto mismo. Pero sin que nos involucremos en

lingüística o semántica se puede afirmar que un sistema es un conjunto de elementos (partes) interrelacionados

entre sí con un propósito. Para detalles de los orígenes, conceptos y desarrollo de la ciencia de sistemas, ver por

ejemplo, Emery (1981), Bertalanffy (1981), Forrester (1961) Kim (1993), Flood (2001), Checkland (1981),

Checkland y Scholes (1990). Para empezar hay que aclarar la diferencia que hace Checkland entre método y

metodología: La distinción entre método y metodología es importantísima para entender la Metodología de

Sistemas Blandos. Un método es algo más cercano a una técnica, es una secuencia de pasos que lleva a un

resultado especifico (Checkland; 2000), y la metodología, es el estudio del método, se puede decir que la

diferencia fundamental es la flexibilidad, un método es rígido, y aplicable a casos con ciertas características

específicas, que representará un conjunto menor de las que podrían ser tratadas en una metodología.

Fig. 2.2 Clases de Sistemas (Adaptado de Checkland, 1995)

17

2.2.1 Clases de sistemas

Checkland (1995) ha propuesto cuatro clases de sistemas necesarias para describir el “todo” del mundo real: (1)

sistemas naturales, (2) sistemas físicos diseñados; (3) sistemas abstractos diseñados; y (4) sistemas de actividad

humana, tal como se muestra en Fig. 2.2.

2.2.1.1 Sistemas naturales

Son aquellos cuyos orígenes se encuentran en el “origen del universo”, Checkland (1995).

2.2.1.2 Sistemas físicos diseñados

Son los que están diseñados como el resultado de algún propósito humano, Checkland (1995).

2.2.1.3 Sistemas abstractos diseñados

Estos sistemas representan el “producto consciente” ordenado de la mente humana, Checkland (1995).

2.2.1.4 Sistemas de actividad humana

Estos son sistemas menos tangibles que los sistemas naturales y diseñados. Checkland (1995) argumenta que en el

mundo se puede observar claramente innumerables grupos de actividades humanas más o menos ordenadas, como

resultado de algún propósito o misión fundamental.

2.2.2 Recursividad

Es el hecho de que un sistema esté compuesto de partes con características tales que son a su vez objetos

sinérgicos, formando subsistemas-sistemas y suprasistemas. La recursividad es que cada objeto, no importando su

tamaño, tiene propiedades que lo convierten en una totalidad, es decir, en un elemento independiente. Se requiere

que cada parte del todo posea, a su vez, las características principales del todo, o sea podemos entender por

recursividad el hecho de que un objeto sinergético (un sistema), esté compuesto de partes con características tales

que son a su vez objetos sinergéticos (sistemas) según Gigch (2003). Un Subsistema es un sistema alterno al

sistema principal (o que es el objeto de estudio y/o enfoque) que se desarrolla en segundo término tomando en

cuenta el intercambio de cualquier forma o procedimiento. Un suprasistema es aquel que comprende una jerarquía

mayor a la de un sistema principal determinado, enlazando diferentes tipos de comunicación interna y externa.

Recursividad se aplica a sistemas dentro de sistemas mayores. La reducción (o ampliación) no consiste el sumar

partes aisladas, sino, en integrar elementos que en si son una totalidad dentro de una totalidad mayor.

Recursividad se presenta en torno a ciertas características particulares de diferentes elementos o totalidades de

diferentes grados de complejidad. Entonces, el problema consiste en definir de alguna manera las fronteras del

sistema (que será un subsistema dentro de un supersistema mayor, de acuerdo con el concepto de recursividad).

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Principio de Recursividad: Lo que este principio argumenta es que cualesquier actividad que es aplicable al

sistema lo es para el suprasistema y el subsistema. También se observa analizando que todos sus componentes

producen algo que a su vez retroalimentan a otro u otros componentes, la base de los objetos del sistema es la

investigación y esta produce una información que es utilizada por los otros componentes.

Por ejemplo, en relación a nuestro caso de estudio podemos considerar como suprasistema o sistema a “Industria

Gas Natural”; esto es a la cadena de valor de la industria del gas natural y esto se ilustra en la Fig. 2.3.

Fig. 2.3 Recursividad – Sistema “Industria Gas Natural”

Fig. 2.4 Recursividad – Subsistema “Transporte”

Marítimo Terrestre

Sistema “Transporte”

Ambiente

Producción Comercialización

Distribución

Transporte

Sistema “Industria Gas Natural”

Ambiente

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Fig. 2.5 Recursividad – Sistema “Transporte Terrestre”

Fig. 2.6 Recursividad – Sistema de interés “Gasoducto-Alta Presión”

Así por el principio de recursividad, el subsistema “Transporte” tiene propiedades que lo convierte en una

totalidad (ver Fig. 2.4). Aplicando el principio de recursividad se obtienen “sistemas dentro de sistemas” (ver Figs.

2.5 -2.6) hasta obtener nuestro sistema de interés; esto es “Sistema Gasoducto-Alta presión” (ver Fig. 2.6).

2.2.3 Metodologías de sistemas “suaves” La Metodología de Sistema Suaves o Blando (SSM) fue introducido por primera vez por Checkland en 1981 en su

libro, “systems thinking, systems practice” (Checkland, 1981). SSM ha estado agrupado acerca del “Suave (soft)”

contra el “Duro (hard)”. Esta es una metodología de análisis y modelación. El Duro (Hard) se define como un

sistema complejo (hard systems) y el Sistema Blando como un Sistema Humano (Human Soft Systems), el cual es

más tarde definido por Checkland como un Sistema de Actividad Humana (HAS). Estos sistemas son diferentes

de uno natural o un sistema designado (el cual puede ser físico o abstracto). Un HAS esta definido como una

colección de actividades, en donde la gente esta resuelta a ser empleado, y las relaciones entre estas actividades.

Checkland propone que los mismos métodos sean usados para ingenierías.

Ferrocarriles Carretero

Sistema “Transporte-Terrestre”

Gasoducto

Ambiente

Alta Presión

Baja Presión

Sistema “Gasoducto”

Ambiente

20

2.2.4 Metodologías de sistemas “duros” Chekland (1990) sugiere que las metodologías de sistemas duros están basadas en el paradigma de la

optimización, mientras que el SSM está basado en el paradigma del aprendizaje. Los métodos de sistemas duros

están relacionados con el logro de objetivos, y hacen posible la construcción de sus modelos con base en el

método científico proporcionando un conocimiento generalizable sobre ocurrencias estructuradas. Así se asume,

que el mundo está compuesto de sistemas que pueden ser optimizados siguiendo procedimientos sistemáticos. En

el enfoque de Chekland (1990). Los sistemas duros dependen de los objetivos y propósitos asumidos o impuestos.

Usando una terminología diferente, Checkland, P., 1990 argumenta que los métodos de sistemas duros persiguen

unos modelos de búsqueda de objetivos, mientras que la SSM refleja un modelo de comportamiento humano

orientado al mantenimiento de relaciones.

“Esto se demuestra en el pensamiento duro en la discusión sobre el como deben lograrse objetivos conocidos,

con predicción, control y optimización. En pensamiento sistémico suave, el énfasis es sobre que debemos hacer y

sobre la participación y el aprendizaje.”

En la Fig. 2.7 se muestra el espectro de sistemas “suaves” y sistemas “duros”.

Fig. 2.7 Espectro de metodologías de sistemas “suaves” y “duros”, se muestran como los extremos opuestos.

Adaptado de Beard, et al. 2005.

2.2.5 La MARI en relación al espectro de sistemas “suaves” y “duras”

Y para el caso de la metodología empleada para el análisis de riesgo individual (MARI), se muestra dentro del

espectro de metodologías, ver Fig. 2.8.

“Suaves” (Ejemplo, SSM)

“Duros” (Ejemplo, OR)

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Fig. 2.8 MARI en el contexto de metodologías “Suaves” y “Duras”

2.3 Teoría del Análisis de Riesgos

Se puede argumentar que el análisis de riesgos es una condición necesaria para llevar a cabo tareas y operaciones

en forma más segura (Weisz, 2003). El análisis de riesgo de un sistema consiste en la utilización de la información

disponible para estimar el riesgo de personas o procesos. En general, se trata en esencia de identificar, evaluar y

controlar los riesgos en forma sistemática y económica. A pesar de los esfuerzos de los especialistas de diferentes

disciplinas para estimar o valorar el riesgo, cualquiera que sea el enfoque de concepción del riesgo que se tenga,

es necesario tener un referente para efectos de estimar cuándo unas consecuencias ambientales, económicas o

sociales pueden considerarse graves, importantes o insignificantes y si son o no aceptables por quien tiene la

posibilidad de sufrirlas o afrontarlas. A continuación se presentan algunos conceptos importantes para el

desarrollo de la tesis.

2.3.1 Tolerabilidad del riesgo

Antes de que se pueda determinar si un sistema es seguro o no, primero es necesario determinar qué es un nivel de

riesgo aceptable para el sistema. Lo cual los riesgos a menudo se expresan como probabilidades; sin embargo, el

concepto de riesgo supone mucho más que probabilidades. La evaluación de la aceptabilidad de un riesgo dado

con relación a un peligro en particular siempre debe tener en cuenta dos aspectos: a) la probabilidad de que el

hecho peligroso se produzca, y b) la gravedad de sus posibles consecuencias. La Fig. 2.9 muestra las tres

categorías de los niveles de riesgo. (Ver capítulo 4 y 5 para más detalles de niveles de aceptabilidad).

MARI

Cualitativo Subjetivo Relativo

Criticable

Cuantitativo Objetivo Absoluto Analítico

“Suaves “Duros”

22

Fig. 2.9 Tolerancia del riesgo

a) Riesgos que son tan elevados que son inaceptables (Zona inaceptable);

b) Riesgos que son tan bajos que son aceptables (Zona aceptable), y

c) Riesgos que están entre las zonas a) y b), es decir, los Tolerables (Zona Tolerable ALARP) por lo que es

necesario considerar las formas en que se compensan recíprocamente los riesgos y los beneficios. (ALARP, “as

low as reasonably practicable”).

Si el riesgo no satisface los criterios de aceptabilidad predeterminados, siempre se puede procurar reducirlo a un

nivel que sea aceptable empleando procedimientos apropiados para mitigarlo. Si el riesgo no se puede reducir para

llevarlo a un nivel aceptable o más bajo, se podrá considerar que es tolerable si:

a) El riesgo es menor que el límite inaceptable predeterminado;

b) El riesgo ha sido reducido al nivel más bajo prácticamente posible; y

c) Los beneficios del sistema o de los cambios propuestos son suficientes como para justificar que se acepte el

riesgo.

Nota: Antes de clasificar un riesgo como tolerable, deben satisfacerse los tres criterios anteriores.

Zona Tolerable ALARP

Riesgo Despreciable

Zona Aceptable

Zona Inaceptable

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El acrónimo ALARP (as low as reasonably practicable) se emplea para describir un riesgo que se ha reducido a un

nivel que es el más bajo prácticamente posible. Para determinar qué es “prácticamente posible” en este contexto,

deben tenerse en cuenta si es técnicamente posible reducir más el riesgo de fatalidades y en consecuencia, reducir

más el costo; esto podría incluir un estudio de costos y beneficios.

Demostrar que el riesgo en un sistema es ALARP significa que toda nueva reducción del riesgo es impracticable o

bien que su costo es excesivo. No obstante, se debe tener presente que cuando un individuo o una sociedad

“acepta” un riesgo, esto no significa que el riesgo queda eliminado. Algún nivel de riesgo sigue existiendo; sin

embargo, el individuo o la sociedad ha aceptado que el riesgo residual es lo suficientemente bajo como para que

las ventajas excedan a ese riesgo.

Finalmente, debe mencionarse que aún cuando el riesgo se clasifique como aceptable (tolerable), sí se encuentran

medidas que podrían dar como resultado una mayor reducción del riesgo, y la aplicación de estas medidas requiere

poco esfuerzo o pocos recursos, deberían aplicarse.

2.3.2 Riesgo y peligro

El concepto de riesgo está presente en la práctica, en la totalidad de las actividades que realiza el ser humano,

y es importante aclarar el alcance y significado del mismo para poder llevar a cabo un estudio adecuado y

consistente de su tratamiento en explosión de gasoducto. En muchos casos se confunden los conceptos de

peligro y riesgo.

El Peligro, se refiere al potencial de daño dentro de un sistema. Por lo consiguiente puede haber varios tipos de

peligros, por ejemplo, “peligro de incendio”, hay que considerarlo como riesgo potencial dentro de un sistema.

Por otro lado, un evento crucial, puede conducir a un daño, ver representación del evento crucial en la Fig. 2.10.

24

Fig. 2.10 Representación esquemática de un Evento Crucial (Beard & Santos-Reyes, 2005).

El riesgo puede ser definido como la probabilidad de un tipo particular de daño, por ejemplo, una fatalidad

como resultado de un evento crucial.

Por otro lado, según el Diccionario de la Real Academia Española define los mismos como (RAE, 2007):

Riesgo: contingencia o proximidad de un daño.

Peligro: contingencia inminente de que suceda algún mal.

Por consiguiente la diferencia esencial entre los dos términos es la inminencia de ocurrencia. Se puede por

tanto aseverar que el concepto de riesgo implica dos aspectos: La probabilidad de ocurrencia, ya que el

hecho no es inminente, cuando se habla de riesgo hay que ligarlo a un concepto estadístico que concrete de

manera alguna las posibilidades de ocurrencia. La consecuencia, que podrá ser en uno u otro sentido

(pérdidas de vidas humanas, instalaciones, económicas, entre otros).

2.3.3 Prevención y Protección Prevención y Protección pueden ser vistos en relación al concepto de un Evento Crucial. Todas las medidas

relacionadas a la prevención pueden ser consideradas como todas aquellas que reducen la probabilidad de un

evento crucial. Por otro lado, todas aquellas medidas relacionadas con la protección pueden ser consideradas

como aquellas concernientes a las consecuencias después de un evento crucial. Protección incluye “protección

total” (no ocurre ningún daño), o “mitigación” (“protección parcial”, algún daño puede ocurrir). La Fig. 2.11

muestra la prevención y protección en relación a un evento crucial.

Evento

Crucial

Fact

ores

Cau

sale

s

Con

secu

enci

as

25

Fig. 2.11 Prevención y protección en relación a un Evento Crucial (Beard & Santos-Reyes, 2005).

2.3.4 Árbol de fallas y eventos

Existe una variedad de herramientas que pueden ayudar a la identificación y cuantificación de posibles accidentes

e incidentes (DARTS, 2002). Por ejemplo, un “Checklist” ayuda a evaluar equipamientos, materiales o

procedimientos. Los resultados facilitan e identifican áreas que requieren un estudio más detallado.

Los árboles de falla se usan para determinar el porque un sistema falló de un modo particular de falla. Este árbol

usa la información sobre la manera en la que opera un sistema, y no nada más la manera en la que fallaron sus

componentes, y también considera las “Amenazas del Ambiente” y el “error humano” (Schneider, 1997). El árbol

de fallas es un ejemplo de lo que se conoce como el método de “no-causa directa” (es decir, no determina la causa

directa del fallo de un sistema). La probabilidad del fallo de un sistema llamada el evento principal (Top Event) se

determina de los eventos primarios los que identifican los modos de fallos específicos.

El método análisis de árbol de eventos o sucesos, es una herramienta de análisis cualitativo y cuantitativo de

riesgos que permite estudiar procesos secuenciales, de hipotéticos accidentes a partir de sucesos iniciales

indeseados, verificando así la efectividad de las medidas preventivas existentes. (McGrath, 1990). Un árbol de

sucesos identifica posibles sucesos subsiguientes partiendo de un suceso inicial. Cada camino consiste en una

secuencia de sucesos y finaliza en un nivel de consecuencia. El objetivo en el análisis de un árbol de sucesos es

identificar las posibles consecuencias de un suceso inicial y calcular las probabilidades de que acontezcan las

consecuencias correspondientes a diferentes secuencias de sucesos.

Peligro A

Peligro B

Peligro C

Consecuencia mayor (fatalidad)

Consecuencia mediana (lesión grave)

Consecuencia menor (lesión menor)

ANDEvento Crucial

Prevención Protección

26

2.4 Explosiones e Incendios en la industria del gas y del petróleo

2.4.1 Explosión Una explosión puede definirse como la generación de una onda de presión en el aire como consecuencia de la

liberación de energía extremadamente rápida. Dentro de esta definición tan amplia tienen cabida diversos

fenómenos físicos y químicos que, con cierta probabilidad, pueden presentarse en la industria que procesa o utiliza

sustancias peligrosas (IChemE, 1994). En estas industrias las explosiones representan, junto con los incendios, los

accidentes más frecuentes y destructivos (Cosham, 2000), destacando las dedicadas a la fabricación de explosivos

o materiales pirotécnicos, las que utilizan gases inflamables o las Instalaciones que, sin haber sustancias capaces

de provocar una explosión por sí mismas, disponen de recipientes donde pueden generarse elevadas presiones que

al provocar su estallido liberan la energía contenida de forma violenta.

Las Tablas 2.1 y 2.2 proporcionan una visión general de la importancia de las explosiones en las industrias

mencionadas.

Tabla 2.1 Distribución de incendios y explosiones en industrias que utilizan o procesan hidrocarburos

(Garrison, 1988)

Accidente Proporción %

Incendios 35

Explosiones de Nube 42

Otras explosiones 22

Otros 1

Tabla 2.2 Incendios y explosiones en la industria del proceso

Tipología Porcentaje (%)

Incendios 32

Explosiones dentro de equipos por entrada de aire 11

Explosiones dentro de equipos por reacción fuera de control, o descomposición explosiva

23

Explosiones fuera de equipos, pero en el interior de edificios 24

Explosiones en exteriores 3

Explosiones de recipientes (debidas a corrosión, daño de terceros, sobrecalentamiento o sobrepresión)

7

27

2.4.1.1 Explosiones de nube de gas o vapor

Las instalaciones que almacenan, producen o utilizan combustibles gaseosos (como PGPB) son más

numerosas que las que utilizan sustancias explosivas. Por otro lado, hay que destacar la mayor facilidad con

la que las nubes gaseosas pueden encontrar puntos de ignición que originen la combustión de las mismas,

fuera incluso de la propia instalación donde se ha generado.