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NTP 630: Riesgo de incendio y explosin en atmsferas sobreoxigenadas

Fecha de Publicación: 19/1/2010

NTP 630: Riesgo de incendio y explosin en atmsferas sobreoxigenadas

Vigencia Actualizada por NTP Observaciones
Vlida
ANLISIS
Criterios legales
Criterios tcnicos
Derogados: Vigentes: Desfasados: Operativos: S

Redactor: Francisco Alonso Valle Ingeniero de Minas
CENTRO NACIONAL DE NUEVAS TECNOLOGAS

El oxgeno es un elemento comburente, y como tal, en su presencia tiene lugar la combustin, cuyas condiciones para su iniciacin y mantenimiento estn determinadas por el denominado tringulo del fuego.El oxgeno se encuentra en la atmsfera en una proporcin, en volumen, del 21 %, y con dicho porcentaje, si las condiciones son adecuadas, se puede iniciar y mantener la combustin de muchos materiales. Ahora bien, a medida que la concentracin de oxgeno va aumentando, la situacin se vuelve ms crtica, y a partir de concentraciones en el aire superiores al 25%, la mayora de los materiales pueden arder, incluso con carcter explosivo.

Fuente: Ministerio de Trabajo y Asuntos Sociales de Espaa


Objetivo


El objetivo que se plantea es sensibilizar sobre la incidencia que la formacin de atmsferas sobreoxigenadas tiene sobre el riesgo de incendio y explosin, teniendo en cuenta que el oxgeno, en forma de gas comprimido o licuado, se utiliza ampliamente en la industria y con fines medicinales.

As mismo, trata de establecer las medidas preventivas que se deben considerar para evitar dichas atmsferas y la actuacin en el caso de que se hayan producido.


Caractersticas fsicas, usos, contenedores utilizados y cdigo de colores de las botellas de oxgeno

En la tabla 1 se indican las principales caractersticas del oxgeno, usos y recipientes utilizados para contenerlo.

Tabla 1

OXGENO (O 2)

CARACTERSTICAS FSICAS DEL GAS

  • Temperatura crtica: -118,4 C
  • Presin crtica: 50,1 atm
  • Equivalente lquido/gas: 1 litro de lquido se transforma en 854 litros de gas (a 15 C, 1 bar)

USOS DEL GAS:
Soldadura autgena y oxicorte, temple superficial, decapado, metalizacin, afino de acero y fundicin, afino de metales no frreos, sntesis del cido actico, cido frmico, metanol y oxidacin de olefinas.
Hornos de fusin y coccin en industria cermica y del vidrio.
Blanqueo de pasta de papel, tratamiento de aguas residuales y oxigenacin en piscifactoras.
Como oxgeno puro, en microelectrnica, industria de fibra ptica, instrumentacin analtica y depuracin de aguas residuales.
Preparacin de atmsferas respirables y oxigenoterapia, etc.

COLOR BOTELLAS:

  • Cuerpo: Negro
  • Ojiva: Blanco
  • Franja: Blanco

CONTENEDORES UTILIZADOS:

  • Gas comprimido: Botellas de 5 a 50 litros y presin de 150 a 250 kg/cm2
  • Gas licuado: Recipientes criognicos y depsitos criognicos.


Caractersticas que definen la peligrosidad del oxgeno en el riesgo de incendio y explosin

  • El oxgeno es un gas incoloro, inodoro e inspido, por lo que la presencia de una atmsfera sobreoxigenada no es detectable por los sentidos, adems de no producir efectos fisiolgicos que puedan delatar su presencia, a la presin atmosfrica.
  • El oxgeno es ms pesado que el aire, lo que le hace susceptible de acumularse en stanos, fosos, salas bajo nivel, etc., en el caso de producirse vertidos o escapes.
  • El oxgeno, como gas comburente, mantiene y aviva la combustin de muchos materiales cuando su concentracin en el aire es del 21 %. Ahora bien, a medida que dicha concentracin va aumentando, los materiales arden ms intensamente, de forma que por encima del 25%, la situacin se vuelve peligrosa, pudiendo alcanzar la reaccin de combustin carcter explosivo.
  • Los lmites inferiores de inflamabilidad en atmsfera rica en oxgeno son aproximadamente iguales que en el aire ya que el contenido de oxgeno en el aire est en exceso para la combustin a la concentracin del lmite inferior de inflamabilidad. En cambio los lmites superiores se incrementan segn la expresin: L.S.I.= O2 a L.S.I. + 70 (log 10 %O 2 - 1,321); siendo %O 2 un valor comprendido entre el 20,95 y el 100% y L.S.I. el lmite superior de inflamabilidad en el aire (20,95% O 2 ). En consecuencia el campo de inflamabilidad se amplia considerablemente. A ttulo de ejemplo el propano pasa de un lmite superior de inflamabilidad 9,5% en aire a 55% en una atmsfera al 100% de oxgeno.
  • A medida que aumenta la concentracin de oxgeno, se necesita menor temperatura para iniciar la combustin, y la temperatura alcanzada por la llama es mayor, aumentando as el poder destructivo.
  • En presencia de una atmsfera sobreoxigenada pueden arder, incluso enrgicamente si la concentracin de oxgeno es la adecuada, materiales que no arden en una atmsfera normal e incluso materiales clasificados como ignfugos.
  • Cuando el oxgeno se encuentra a presin, el riesgo se acrecienta, ya que la misma juega un papel importante al reducir la temperatura necesaria para la autoinflamacin o autoignicin y aumentar la velocidad de la reaccin de combustin.
  • El aceite, las grasas y en general los materiales orgnicos, son materias a considerar con especial atencin en atmsferas sobreoxigenadas, debido a su tendencia a arder con carcter explosivo, an con un ligero golpe.
  • La vaporizacin de un litro de oxgeno-lquido, produce 854 litros de oxgeno-gas, a una temperatura de 15 C y 1 bar de presin.
  • El oxgeno puede impregnar las ropas de los trabajadores sin que exista seal fsica de ello.
  • Ante la presencia de xido de hierro, el oxgeno lquido vuelve espontneamente explosivos materiales como el carbn de madera. Otros materiales que pueden explotar son la madera, el papel, el cartn ondulado, los tejidos y las materias plsticas porosas.
  • Entre los cuerpos extraos que aumentan la sensibilidad de explosin con oxgeno lquido hay que tener en cuenta los fragmentos de slice.
  • Como riesgo asociado, el oxgeno en estado lquido, que se mantiene a -183 C puede, en el caso de escape, producir quemaduras criognicas y fragilizar materiales como el acero y el hormign.


Situaciones en las que se puede presentar riesgo de incendio y explosin por atmsferas sobreoxigenadas

Se indica a continuacin una serie de situaciones en las que puede aparecer dicho riesgo:

  • Fugas en conducciones de oxgeno. Situacin que puede ser extremadamente peligrosa, si ocurre en lugares mal ventilados, cerrados o semicerrados, fosos, zanjas, etc.
  • Utilizacin de oxgeno en procesos metalrgicos, como se observa en la figura 1. Es corriente utilizar cantidades de oxgeno superiores a la necesaria, con lo que el excedente puede enriquecer la atmsfera del lugar a niveles peligrosos.

Figura 1

  • Procesos de soldadura y corte oxiacetilnico; la purga de conducciones flexibles, el retardo en el encendido de los sopletes, empleo de boquillas inadecuadas, fugas en grifos, etc., hacen posible el enriquecimiento local en oxgeno, lo que tiene particular importancia si se trata de locales cerrados o semicerrados con mala ventilacin. As mismo, las conducciones flexibles usadas en soldadura oxiacetilnica, al estar por el suelo, pueden sufrir, cortes y abrasiones que pueden dar lugar a escapes, as como caer sobre ellas chispas que produzcan quemaduras y las deterioren.
  • Vertidos de oxgeno lquido: Un vertido, al evaporarse, forma una nube densa de aire enriquecido en oxgeno que puede impregnar los vestidos de las personas que se encuentren en la proximidad, y ante cualquier foco de ignicin, salir ardiendo instantneamente.Por otra parte, si el suelo donde se ha producido el vertido, est constituido por material orgnico, como madera, asfalto, etc., la impregnacin de los mismos con oxgeno, puede ocasionar una explosin por un simple golpe.
    Particular importancia se debe de dar a aquellos materiales que son capaces de absorber oxgeno, como gel de slice, tamices moleculares, etc., y que se encuentren a baja temperatura. Una vez alcanzada la temperatura ambiente, se pueden desprender importantes cantidades de oxgeno.
  • Utilizacin de gases criognicos a temperatura inferior a la de licuefaccin del oxgeno, como nitrgeno, helio, etc., en cuyo caso se pueden producir atmsferas sobreoxigenadas al condensarse el aire ambiente sobre equipos que utilicen dichos gases, siempre que no estn aislados. Este problema se puede plantear tambin en aquellas tuberas que estn calorifugadas con aislamiento del tipo espuma.
    El aire lquido que se forma en esas circunstancias puede llegar a contener hasta un 50% de oxgeno, y si cae en forma de gotas, puede en parte evaporarse, llegando a contener el lquido que resta, hasta un 80% de oxgeno, con el consiguiente riesgo.
  • Venteos de oxgeno en instalaciones industriales que necesitan puestas al aire, pudiendo dar lugar a zonas peligrosas en los lugares donde se produce.
  • Usos inadecuados del oxgeno, entre los que hay que destacar las puestas a presin y purgas con el mismo, renovacin y refrigeracin del aire de un espacio cerrado. Adems de emplearlo para prcticas tales, como eliminar el polvo de bancos de trabajo, mquinas y vestidos, refrigeracin directa de personas, etc.
  • Uso inadecuado de manorreductores. Es una prctica frecuente, no poner los mismos en la posicin de cerrado, cuando se interrumpe un trabajo, como por ejemplo, el de soldadura oxiacetilnica. Ello comporta, que cuando el soplete se vuelva a utilizar, el oxgeno salga a una gran velocidad. Independientemente de ello, los sopletes pueden dar lugar a escapes.
  • Mal mantenimiento en el que caben infinidad de actuaciones, como son una intervencin incorrecta en un sistema de oxgeno a presin, venteos en espacios cerrados o semicerrados, mala limpieza de equipos y, en particular, los equipos porttiles que utilizan oxgeno, como son los sopletes, en los que la suciedad tiene fcil acceso, mal estado de conducciones, etc.
  • Utilizacin de materiales inadecuados. Aunque los materiales en s no tienen ninguna influencia en la aparicin de una atmsfera sobreoxigenada, su comportamiento cuando sta est presente o estn en contacto con oxgeno, s incide en el riesgo de incendio y explosin. Tngase en cuenta que en la prctica, casi todos los materiales son combustibles con el oxgeno, slo depende de la concentracin del mismo, y con algunos, la reaccin de combustin tiene carcter explosivo.
  • Rotura de sistemas de oxgeno a presin, ya que la liberacin puede acabar formando un chorro de oxgeno relativamente largo y se puede formar una llama en forma de antorcha.
  • Manipulacin de oxgeno en locales con suelos tales como asfalto, madera o bitmenes.


Focos de ignicin en atmsferas sobreoxigenadas u oxgeno

Aunque cualquier foco tradicional, como llama desnuda, soldadura, chispas de mquinas elctricas, partculas incandescentes, etc., puede ser el foco desencadenante, hay que destacar otros focos, que al no ser tan tangibles, no son tenidos muchas veces en cuenta:

  • Compresin adiabtica. Esta compresin, que tiene lugar sin intercambio de calor con el exterior, puede dar lugar a incendios y explosiones en conducciones de oxgeno, al elevar la temperatura. Se puede presentar en escapes de gas a travs de orificios y en la apertura rpida de grifos y la subsiguiente compresin, como p. ej. en un manorreductor cerrado, vlvula cerrada o soplete obturado.
  • Friccin. Si el gas escapa a elevada velocidad, la friccin, y el consiguiente calentamiento que se puede producir en los puntos de salida, puede ser el desencadenante de la combustin, pudindose producir esta situacin con la apertura rpida de grifos.
  • Choques de partculas. Si el gas escapa a elevada velocidad, y en su camino encuentra partculas, de suciedad por ejemplo, stas sern arrastradas a velocidades elevadas, pudindose producir la ignicin, por desprendimiento de chispas al chocar entre s, o bien por calentamiento debido a fricciones.
  • Choque mecnico. La energa desprendida en un choque puede ser el origen de la ignicin en materiales impregnados con oxgeno, como por ejemplo la madera.
  • Electricidad esttica, es el origen de muchos incendios en los que aparentemente no ha habido un foco de ignicin desencadenante.
  • Uso de llamas desnudas, o equipos que puedan producir chispas en la proximidad de recipientes que contengan oxgeno lquido.


Medidas tcnicas de prevencin

Se indican a continuacin una serie de medidas a tener en cuenta, con objeto de evitar la aparicin de atmsferas sobreoxigenadas y el incendio de las mismas:

  • Control de fugas. En instalaciones y equipos de nuevo montaje, y peridicamente en los mismos, se realizarn pruebas para determinar la posible existencia de fugas, as como que las canalizaciones mantienen las caractersticas resistentes adecuadas. Para determinar la existencia de fugas se emplear nitrgeno o aire a presin y se medir la cada de presin durante un tiempo determinado.
  • Si se tratase de puntos especficos, como por ejemplo bocas de botellas, se emplear para detectar posibles fugas, una solucin jabonosa que al formar burbujas, delatara su existencia.Jams utilizar una llama para detectar una fuga.
  • Conducciones de oxgeno. Cuando las conducciones deben de transcurrir por el interior de edificios, por ejemplo hospitales, se dispondr una vlvula de corte de suministro en el exterior del mismo. Esta vlvula ser bien visible, estar perfectamente identificada y tendr fcil acceso para maniobra.Cuando esas conducciones deban ser puestas fuera de uso y abandonarse, se separarn totalmente de la red y se obturarn.Si las conducciones deben transcurrir enterradas, se tendr en cuenta en su tendido, la distancia entre la superficie superior del tubo y la superficie del suelo, la cual ser la adecuada para proteger la conduccin de los esfuerzos mecnicos exteriores, debidos a la carga del terreno y la circulacin rodada.
  • En operaciones de soldadura oxiacetilnica se revisar antes de comenzar la operacin, el estado de las mangueras, sustituyndolas por otras cuando su estado as lo aconseje. Por otra parte, la unin de las mangueras a los racores y soplete, se efectuar con los elementos recomendados por el suministrador del gas, no empleando nunca alambres que pueden llegar a cortar la manguera al apretarlos.
  • Ventilacin adecuada. En aquellos locales donde se puedan producir atmsferas sobreoxigenadas, tales como estaciones de acondicionamiento de botellas, locales donde se manipulen o almacenen botellas, locales donde se utilice oxgeno, como por ejemplo en salas de oxigenoterapia, etc., la ventilacin deber ser la adecuada para que la concentracin de oxgeno sea siempre inferior al 22%.
    En el caso concreto de almacenes de botellas, y tal como establece la Instruccin Tcnica Complementaria MIE-APQ-5, del Reglamento de Almacenamiento de Productos Qumicos, se dispondrn de orificios de ventilacin, convenientemente distribuidos en zonas altas y bajas, de modo que la superficie total de dichos orificios, no sea inferior a 1/18 de la superficie total del suelo del rea de almacenamiento.
  • Particular atencin se prestar a puntos bajos, como fosos, stanos, etc., en los que se suprimir toda comunicacin entre ellos y las zonas de utilizacin, almacenamiento y descarga de gas.
  • Cuando el aislamiento previsto en el anterior apartado no pueda realizarse o para penetrar en recipientes que han contenido oxgeno, y en lugares cerrados o confinados, donde sea presumible la sobre oxigenacin, se establecer como obligatorio la existencia de un Permiso de Trabajo que contemple entre otras cosas, la desconexin previa de las conducciones del depsito, en su caso, una ventilacin enrgica y posterior medicin del contenido en oxgeno, volvindose a repetir la operacin de ventilado, hasta que la concentracin de oxgeno est comprendida entre el 20 y el 22%.As mismo, las personas que penetren en dichos espacios debern llevar un analizador de oxgeno automtico, de funcionamiento continuo, que advierta de cualquier variacin local o temporal de la concentracin de oxgeno.
  • No se emplearn aceites o grasas hidrocarbonadas para lubricar equipos que trabajen con oxgeno. Para casos muy especiales, existe un nmero limitado de lubricantes que pueden ser utilizados, siendo el suministrador del gas, el que establezca el dictamen, antes de emplearlo.
  • Se efectuar un mantenimiento adecuado, destacndose lo siguiente:
    - Los materiales y piezas de recambio utilizados tendrn las mismas caractersticas que los originales, atendiendo en todo caso a las recomendaciones del suministrador del gas.
    - No se repondrn juntas de racores de unin, fabricadas por uno mismo y de materiales que pueden ser incompatibles con el oxgeno. La sustitucin de juntas por otras de aspecto similar es un peligro, ya que existen juntas tricas y planas de aspecto similar, as como centenares de tipos de elastmeros de los que la mayor parte son incompatibles con el oxgeno.
    - Se mantendrn los equipos en buenas condiciones de limpieza, cerciorndose de ello, antes de su puesta en servicio. En particular, se prestar atencin adecuada a equipos porttiles, como por ejemplo sopletes, en los que debido a sus caractersticas y uso, son mucho ms susceptibles de que penetre en ellos la suciedad.m
    - Cuando se trate de realizar trabajos de mantenimiento en las proximidades de equipos con servicio de oxgeno o en una zona donde se presuma puede existir o formarse una sobreoxigenacin, y dichos trabajos puedan producir puntos calientes, como son perforado, soldadura, amolado, etc., ser obligatorio la existencia de un Permiso de Trabajo.
  • Sealizacin adecuada de las zonas donde exista o pueda formarse una atmsfera sobreoxigenada.
  • Ropas de trabajo. Existen numerosos tejidos supuestamente ininflamables que arden espontneamente en atmsferas
    sobreoxigenadas. As mismo las ropas ignifugadas pueden perder su propiedad con los sucesivos lavados.De forma genrica, es bastante difcil evitar el incendio de una ropa de trabajo si se ha impregnado de oxgeno, siendo en todo caso aconsejable el empleo de prendas de algodn, ya que en el caso de incendiarse, se apagan rpidamente, cuando se devuelven a atmsferas con tasa de oxgeno normal.El empleo de ropas de material sinttico no se permitir, ya que en el caso de incendiarse, se funden, adhirindose a la piel y provocando graves quemaduras.
  • Las ropas debern ser relativamente ajustadas y podrn quitarse con facilidad. Se utilizarn ropas sin bolsillos ni vueltas en los pantalones, disponiendo adems los trabajadores de calzado desengrasado y casco y visera especficos para oxgeno.
  • Los suelos de los locales donde se maneje oxgeno sern de material no poroso y debern en todo momento estar limpios de aceites y grasas.


Mtodos de deteccin de oxgeno

  • El mtodo que se emplee deber ser completamente fiable y de sensibilidad adecuada para proporcionar la alarma antes de que se alcancen niveles peligrosos. Hay que tener en cuenta que dichos instrumentos no son un elemento de proteccin sino dispositivos de aviso y debern emitir una seal sonora o visual y su funcionamiento podr ser intermitente o continuo, segn se decida en la evaluacin de riesgos. Se situaran en las proximidades del operario o colgados de su ropa, y se seguirn las instrucciones de uso indicadas por el fabricante.
  • Se establecer unos periodos de calibracin y mantenimiento de los aparatos para asegurar su correcto funcionamiento, segn indique el fabricante.
  • Para detectar fugas en racores de botellas se podr utilizar una solucin de agua jabonosa, como se ha indicado anteriormente.
  • Para la deteccin de oxgeno mezclado con otros componentes se podrn utilizar otros detectores como el detector de Orset, analizadores basados en el paramagnetismo de oxgeno, analizadores electroqumicos, etc.


Formacin e informacin de los trabajadores

Toda persona que trabaje con oxgeno deber ser formada e informada acerca de los riesgos que el mismo comporta y las medidas preventivas que ha de tener en cuenta. As mismo deber disponer de la ficha de datos de seguridad y las informaciones que entrega el suministrador del gas.

Todos los trabajos de mantenimiento y de reparacin debern ser ejecutados por personas experimentadas y con formacin especifica.

Las personas que trabajen en zonas en las que es posible una sobreoxigenacion de la atmsfera recibirn las instrucciones apropiadas, debiendo resaltar la naturaleza insidiosa de dichos riesgos en relacin a la rapidez de sus efectos.

Se sealar la importancia que tiene identificar las fuentes de sobreoxigenacion y aislarlas.

As mismo, debern saber que si ha estado expuesto a una atmsfera sobreoxigenada, no deber fumar, aproximarse a puntos calientes, emisores de chispas, etc., sin antes haber ventilado adecuadamente su indumentaria, en una atmsfera de contenido normal de oxgeno, al menos durante 15 minutos. La operacin deber efectuarse con la ropa desabrochada y moviendo brazos y piernas.

Actuacin en el caso de incendio por oxgeno

  • La manera ms efectiva de enfrentarse a un incendio en que est presente el oxgeno, es eliminar la alimentacin del mismo. Como medios auxiliares para su extincin, se emplear un elemento extintor acorde al tipo de fuego.
  • Si una persona arde en presencia de una atmsfera sobreoxigenada, no podr ser auxiliada penetrando en dicha zona, debido al riesgo de que la persona que penetre, empiece a su vez a arder espontneamente.Se recomienda en ese caso rociarlo con el agua proveniente de una manguera o de cubos, situndose a una distancia de seguridad.
  • Se dispondr de duchas y baos de seguridad. Envolver el cuerpo de una persona que arde con mantas o elementos similares parece no dar buen resultado.

Compatibilidad de algunos materiales con el oxgeno

Como se indica en la tabla nmero 2, se muestra la incompatibilidad de determinados materiales metlicos y plsticos con el oxgeno.

Tabla 2

MATERIALES METLICOS

MATERIAL

ESTADO OXGENO
COMPATIBILIDAD
ACERO ORDINARIO LQUIDO NO ACONSEJABLE
ACERO DBILMENTE ALEADO LQUIDO NO ACONSEJABLE
ALEACIN DE Ag DEBAJO PUNTO DE FUSIN GAS / LQUIDO NO ACONSEJABLE
ALEACIONES DE MAGNESIO GAS / LQUIDO NO ACONSEJABLE
ALEACIONES Pb 90%, Ag 10% LQUIDO NO ACONSEJABLE
ALEACIONES Pb 50%, ESTAO 50% LQUIDO NO ACONSEJABLE
ALEACIONES DE TITANIO GAS / LQUIDO I NO ACONSEJABLE

MATERIALES PLSTICOS


MATERIAL
COMPATIBILIDAD
POLIURETANO COMPATIBILIDAD
RESINA EPOXY NO ACONSEJABLE
RESINAACRLICA NO ACONSEJABLE
RESINA DE POLICARBONATO NO ACONSEJABLE
POLYAMIDA NO ACONSEJABLE
FILM DE POLISTER NO ACONSEJABLE
CLORURO DE POLIVINILO NO ACONSEJABLE
POLIETILENO NO ACONSEJABLE
CLOROPRENO NO ACONSEJABLE
POLIESTIRENO NO ACONSEJABLE