Determinación de Zonas de Alta consecuencia para sistemas de transporte de hidrocarburos de PEP

Determinación de Zonas de Alta consecuencia para sistemas s istemas de transporte de hidrocarburos de PEP

LUIS ENRIQUE CÓRDOVA DÍAZ

18+983.6 km 18+203.4 km

780.2 m

Determinación de Zonas de Alta consecuencia para sistemas de transporte de hidrocarburos de PEP Resumen Como parte de una estrategia de Protección ambiental y seguridad las industrias petroleras han generado planes de administración de integridad en los sistemas de transporte de hidrocarburos. Un punto en común de estos planes es la identificación aquellas áreas pobladas o ecológicamente sensibles a lo largo de la ruta del ducto que, en caso de una fuga pueden ser afectadas, teniendo graves consecuencias para la seguridad y del medio ambiente. A estas áreas se les conoce como zonas de alta consecuencia (ZAC). En México, Pemex Exploración y Producción desarrolló el Plan de  Administración de Integridad de Ductos en el cual se establecen los dos criterios para la identificación de Zonas de Alta Consecuencia según el servicio del ducto: Hidrocarburos líquidos, tales como Aceite crudo, Diesel, Gasolinas, etc. Hidrocarburos Gaseosos, tales como gas amargo, gas dulce, etano, etc. Para poder identificar los segmentos de ductos que afectan una ZAC, se requiere apoyarse en cartografía y análisis con modelos matemáticos donde se consideran los efectos de volatilidad del hidrocarburo transportado para las consecuencias de: incendio del derrame, fuego de la nube de vapor, explosión de la nube de vapor, nube de vapor tóxico asfixiante. En la actualidad existen diferentes herramientas computacionales dependiendo del modelo matemático usado; una vez determinado el círculo del impacto potencial domínate, se delimita el segmento del ducto que afecta una Zona de Alta Consecuencia. En los derechos de vía de Pemex existe una gran diversidad de tipos y usos de suelo, climas, orografía, asentamientos humanos, compartimientos entre

subsidiarias, etc. Con estas variaciones el establecer segmentos de ductos que afectan una o varias ZAC resulta un reto. Es pues, el objetivo de este trabajo, mostrar los criterios y consideraciones hechas para trabajar la segmentación de diversos ductos y derechos de vía de PEP.

Introducción Las Zonas de Alta Consecuencia (ZAC): Son aquellas áreas pobladas o ecológicamente sensibles a lo largo de la ruta del Ducto que, en caso de una fuga pueden ser afectadas, teniendo graves consecuencias para la seguridad del público y del medio ambiente. Los planes de administración desarrollados para preservar la integridad de los sistemas de transporte por ductos desarrollados por Instituto Americano del Petróleo (API), Asociación Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME), Pemex Exploración y Producción (PEP), entre otros, comienzan por dividir el sistema de ductos en secciones lógicas más pequeñas que les permita tener  un control sobre los dos elementos principales del riesgo, la probabilidad de falla y las consecuencias. Dichos códigos y documentos normativos, proporcionan los criterios básicos a los operadores de ductos para realizar fácilmente estas actividades anteriores al estudio de riesgo del ducto, recopilando la información necesaria para las amenazas y peligros que mas afecten al ducto.

 Antecedentes Una entrega segura y confiable de hidrocarburos, la cual no tenga efectos adversos en los empleados, los clientes, la sociedad o el medio ambiente, es el objetivo principal de los responsables de la operación y mantenimiento de un sistema de transporte de hidrocarburos por Ducto. Para ello las empresas petroleras desarrollan Planes para la administración de la integridad de sus sistemas de ductos, PEP no es la excepción, ya que ha

desarrollado durante el año 2006 y esta implantando en el 2007 su Plan de  Administración de Integridad de Ductos (PAID) en el cual establece una operación libre de incidentes. Dentro del Plan de Administración de Integridad de Ductos de PEP, el cual inicia con la actividad de segmentación y delimitación de las Zonas de Alta Consecuencias (ZAC), dichas zonas son áreas que en caso de un incidente se tendrían graves consecuencias para la seguridad del público y del medio ambiente; además, nos permiten dividir el ducto en segmentos constantes con el fin de acumular información con el paso del tiempo en los puntos de interés.

Objetivo El objetivo principal de este trabajo es establecer los criterios mínimos para la delimitación de los segmentos de ductos que afectan Zonas de Alta Consecuencias (ZAC) para ductos que transportan hidrocarburos líquidos y gaseosos en PEP.

Desarrollo del Tema El Plan de Administración de Integridad de Ductos (PAID), establece que el objetivo de la segmentación es dividir un ducto de tal forma que se disponga de información detallada para lograr lo siguiente: 

Dividir el sistema de ductos en secciones lógicas más pequeñas, que tengan diferentes probabilidades de falla, diferentes consecuencias ó ambas, respecto a otros segmentos dentro del mismo sistema



Evaluar los riesgos de cada segmento en relación con los otros segmentos



Identificar aquellos segmentos que estén en Zonas de Alta Consecuencia (ZAC)



Priorizar con base en riesgo para las evaluaciones de integridad así como para la implementación de medidas de prevención y mitigación en los segmentos identificados como resultado de la evaluación de riesgos



Administrar los atributos de cada segmento de ducto.

Las Zonas de Alta Consecuencia (ZAC): Son aquellas áreas pobladas o ecológicamente sensibles a lo largo de la ruta del Ducto que, en caso de una fuga pueden ser afectadas, teniendo graves consecuencias para la seguridad del público y del medio ambiente. Debe tenerse en cuenta que el método para determinar los segmentos que afectan ZAC, está basado en el círculo de impacto potencial calculado por la herramienta institucional para análisis de riesgo PIRAMID, ésta considera los efectos de volatilidad del hidrocarburo líquido o gaseoso transportado para consecuencias de incendio del derrame, fuego de la nube de vapor, explosión de la nube de vapor, nube de vapor tóxico asfixiante. Existen dos criterios para delimitar secciones de ductos en Zonas de Alta Consecuencia, primero: para ductos que transportan hidrocarburos líquidos y, segundo: para ductos que transportan hidrocarburos gaseosos.

Criterios de ZAC para ductos que transportan hidrocarburos Líquidos Ríos Todos aquellos ríos identificados en la cartografía nacional emitida por el Instituto Nacional de Estadística Geografía e Informática (INEGI) y que se

encuentra disponible en la herramienta de Administración de Datos e Información Técnica de Pemex Exploración y Producción (@ditep). La extensión del segmento que atraviesa la ZAC a lo largo del ducto debe fijarse considerando el círculo de impacto potencial del peligro dominante para el caso más extenso, esto es, la distancia de afectación mayor. Por lo tanto, la longitud total del segmento contenido en la ZAC se debe calcular de acuerdo con lo siguiente: 

Ducto que cruza perpendicularmente un río: La longitud del segmento contenido en la ZAC, debe ser el ancho del río en la zona de cruce, más la longitud correspondiente a un círculo cuyo radio es la distancia de afectación del peligro dominante para el caso más extenso a partir  de ambas márgenes.



Ducto que cruza diagonalmente un río: La longitud del segmento contenido en la ZAC, debe ser la distancia comprendida entre los puntos de contacto más alejados de las márgenes del río con la zona de afectación, más la longitud correspondiente a un círculo cuyo radio es la distancia de afectación del peligro dominante para el caso más extenso a partir de ambos puntos de contacto.



Ducto que está paralelo a un río: La longitud del segmento contenido en la ZAC, debe ser la distancia comprendida entre los puntos de contacto más alejados de la margen del río con la zona de afectación, más la longitud correspondiente a un círculo cuyo radio es la distancia de afectación del peligro dominante para el caso más extenso a partir  de ambos puntos de contacto.

Zonas pobladas Se deben considerar todas las poblaciones identificadas por el INEGI y que se encuentran disponibles en @ditep.

La extensión del segmento contenido en la ZAC, se debe fijar considerando la distancia del peligro dominante para el caso más extenso, esto es, la distancia de afectación mayor. Por lo tanto, la longitud total del segmento contenido en la ZAC debe ser la distancia entre la última construcción de la zona poblada en ambos extremos, más la longitud correspondiente a un círculo cuyo radio es la distancia de afectación del peligro dominante para el caso más extenso a partir  de cada extremo.

Zonas extremadamente sensibles (ZES) Son zonas que contienen agua potable y/o recursos ecológicos que son más susceptibles a daños irreversibles o de larga duración. Se deben considerar  todos los cuerpos de agua y acuíferos identificados por el INEGI y la Comisión Nacional del Agua (CNA), incluyendo el censo de Sistemas de Agua para el consumo humano, así como la lista de áreas naturales protegidas que emite la SEMARNAT, que se encuentran disponibles y están identificadas en @ditep como cuerpos de agua y zonas ecológicas. La extensión del segmento contenido en la ZAC, se debe fijar considerando la distancia del peligro dominante para el caso más extenso, esto es, la distancia de afectación mayor. La longitud del segmento afectando la ZAC será la distancia comprendida entre los puntos de contacto más alejados de la Zona extremadamente Sensible con la zona de afectación, más la longitud correspondiente a un círculo cuyo radio es la distancia de afectación del peligro dominante para el caso más extenso a partir de ambos puntos de contacto. En caso de que se cuente con un estudio más detallado en donde se conside re el perfil del terreno y que debido a la topografía, el escurrimiento del líquido tenga el potencial de transportar el derrame hasta una zona ecológicamente sensible, ésta debe ser considerada como zona de alta consecuencia.

Criterios de ZACs para ductos que transportan hidrocarburos gaseosos. Cualquier área identificada como clase de localización 3 ó 4 Localización Clase 3: Se consideran Localizaciones Clase 3 las siguientes: 

Cualquier localización unitaria que tenga 46 ó más edificaciones destinadas para la ocupación humana



Un área donde el ducto pasa a menos de 91 metros de una edificación o área exterior bien definida, que sea ocupada por 20 ó más personas al menos 5 días a la semana, durante 10 semanas en un periodo cualquiera de 12 meses, por ejemplo: Campos de juego, áreas recreativas, teatros al aire libre, u otros lugares de reunión pública (no se requiere que los días y las semanas sean consecutivos) Localización Clase 4: Se consideran Localizaciones Clase 4 las

siguientes: 

Cualquier localización unitaria donde prevalecen edificaciones de 4 ó más niveles sobre la superficie.

Cualquier área identificada como clase de localización 1 ó 2 . Donde un círculo de impacto potencial del peligro dominante para el caso más extenso, esto es, la distancia de afectación mayor, calculada por la herramienta institucional para el análisis de riesgo PIRAMID que contenga 20 ó más edificaciones destinadas para la ocupación. La longitud de la ZAC será la distancia que abarca las 20 ó más edificaciones destinadas para la ocupación humana que caen dentro de este criterio, más la longitud correspondiente a un círculo cuyo radio es la distancia de afectación del peligro dominante para el caso más extenso a partir de ambos extremos.

Definición del problema / Exposición de la Teoría El documento marco del Plan de Administración de Integridad de Ductos de PEP, establece los criterios básicos para la segmentación y delimitación de los segmentos de ductos en zonas de alta consecuencias (ZAC), pero no limita al operador del ducto; se han encontrado casos en que ponen en dificultades a los operadores para realizar la segmentación, por ejemplo: 

Ductos de diferentes servicios en un mismo derecho de vía (DDV) los cuales pueden ser propio o compartido con otra subsidiaria.



Gasoductos con círculos de impacto potencial (CIP) muy extenso los cuales abarcan asentamientos humanos muy lejanos entre sí.



Abundancia de cuerpos de aguas y zonas pantanosas sobre el DDV.



Asentamientos humanos que ameritan una cambio en la clase de localización del ducto por el crecimiento de manchas urbanas o bien crecimiento de zonas rurales.



Ductos que por su localización están dentro de una Zona De Alta Consecuencia.



Unión y/o traslape entre Zonas de Alta Consecuencia.

Solución y Procedimientos / Equipos y Procesos  A continuación describimos los criterios para la delimitación de las zonas de alta consecuencias para ductos que transportan hidrocarburos líquidos y ductos que transporten hidrocarburos gaseosos.

Ductos que transportan hidrocarburos líquidos; ducto que cruza perpendicularmente un río Ejemplo: 

Círculo de Impacto calculado por PIRAMID para el caso más extenso; DA = 150 m



Ancho del río en la zona de cruce = 180 m



Longitud del segmento afectando ZAC = 300+180+300 = 780 m

Ductos que transportan hidrocarburos líquidos; ducto que cruza diagonalmente un río Ejemplo: 

Los puntos de contacto más alejados de la zona de afectación con las márgenes del río, se encuentran en cada margen del río.



Distancia de afectación calculada por PIRAMID para el caso más extenso; DA = 150 m



Longitud afectada del río = 800 m



Longitud del segmento afectando ZAC = 300+800+300 = 1,400 m

Ductos que transportan hidrocarburos líquidos; ducto que está paralelo a un río Ejemplo: 

Distancia de afectación calculada por PIRAMID para el caso más extenso; DA = 150 m



Longitud afectada del río = 600 m



Longitud del segmento afectando ZAC = 300+600+300 = 1,200 m

Ductos que transportan hidrocarburos líquidos; Zonas pobladas Ejemplo: 

Zona poblada a lo largo del ducto con una extensión de 600 m



Distancia de afectación calculada por PIRAMID para el caso más extenso; DA = 150 m



Longitud del segmento afectando ZAC = 300+600+300 = 1,200 m

Ductos

que

transportan

hidrocarburos

líquidos;

Zonas

Extremadamente Sensibles Ejemplo: 

Zona Extremadamente Sensible cuyos límites en la parte sur caen dentro de la Zona de afectación de un ducto



Distancia de afectación calculada por PIRAMID para el caso más extenso; DA = 120 m



Longitud de la zona afectada = 680 m



Longitud del segmento afectando ZAC = 240+680+240 = 1,160 m

Ductos para transporte de hidrocarburos gaseosos; Localizaciones Clase 3 ó 4 Ejemplo: Localización Clase 3 ó 4

Ductos para transporte de hidrocarburos gaseosos; ducto en Localización Clase 1 ó 2; Con 20 edificios ó más destinados para la ocupación humana dentro del círculo de afectación Ejemplo: 

Localización clase 1



Distancia de afectación calculada por PIRAMID para el caso más extenso; DA = 300 m



20 edificios destinados para la ocupación humana dentro de un círculo con un radio igual a la distancia de afectación calculada por PIRAMID para el caso más extenso.



La distancia entre los edificios afectados más alejados en cada extremo es de 500 m



Longitud de la ZAC = 600+500+600 = 1,700 m

Discusión e interpretación de los resultados / datos El documentó marco del PAID indica claramente las herramienta institucionales para la delimitación de las ZAC, se debe tener en cuenta que si el operador no cuenta con el trazo del ducto en una herramienta GIS como el (@ditep) que se apoyado con imágenes de satélite y ortofoto para visualizar los rios, cuerpos de agua, asentamientos humanos o cualquier otro lugar de interés, puede hacer  uso de la información proporcionada por los celajes y planos de construcción, mas el circulo de impacto potencial calculado por la Herramienta PIRAMID.  A continuación enumeraremos los casos más comunes durante la segmentación de los ductos y las soluciones que hemos dado: Gasoductos cuyos círculos de impacto potencial (CIP) son muy extenso y abarcan asentamientos humanos muy lejanos ó líneas de descarga que se encuentren en su totalidad dentro de una ZAC, aplicamos unicamente el criterio de segmentación de acuerdo a las necesidades del operador, si este así lo ve conveniente. Para casos en los que delimitando las ZAC, se crucen entre sí por la distancia del CIP obtenido del PIRAMID, sumamos ambas ZAC, por ejemplo, la ZAC del cruce de un río más la ZAC de una zona poblada, dos zonas pobladas no muy lejanas unidas por el CIP, entre otras. Ductos de diferentes servicios en un mismo derecho de vía (DDV) los cuales pueden ser propios o compartidos con otras subsidiarias; segmentamos en base a DDV tomando como referencia la distancia del peligro dominante para el caso más extenso, esto es, la distancia de afectación mayor y aplica para liquido o para gas.

DDV con abundancia de cuerpos de aguas y zonas de pantanos, se toman los cuerpos de agua más representativos por su tamaño, o bien a consideración del operador. Para las concentraciones humanas desarrolladas sobre una carretera que es atravesada perpendicularmente por el ducto, la ZAC es definida por la concentración de casas habitación, siempre que en CIP la abarque.

Conclusiones La visión vanguardista de PEP, reflejada en el desarrollo de sus herramientas institucionales como son: @ditep.- Para el posicionamiento sus ductos PIRAMID.- Para la evaluación de riesgo, y SPADA.- Para el almacenamiento y custodia de la información de ductos Se han convertido en base fundamental para la delimitación de los ductos que atraviesan las ZAC. Actualmente se cuenta con más del 30% de los ductos estratégicos Con estos logros obtenidos, estamos en condiciones de poder cumplir los objetivos estratégicos del PAID y mejorar la calidad de la información recopilada para los analistas de riesgo, de manera que se generen los datos precisos de los atributos que evaluarán las amenazas más relevantes.

Nomenclatura @Ditep: .Administración de Datos e Información Técnica de Pemex Exploración y Producción

 ATRIBUTO: Característica que describe los elementos de la estructura para que se presente una causa de falla. CIP: Círculo de impacto potencial PIRAMID: PIPELINE RISK ANALYSIS FOR MAINTENANCE & INSPECTION DECISIONS (Software para realizar analisis de riesgo) PAID: Plan de Administración de Integridad de Ductos SPADA: Sistema de Publicación y Administración de Archivos ZAC: Zonas de Alta Consecuencia.

Referencias  ASME B318S: Managing system integrity of gas pipelines  API 1160: Managing system integrity for hazardous liquid pipelines DOT: Department of Transportation (USA) CFR 192: Comisión Federal de Regulación, parte 192 (USA) CFR 195: Comisión Federal de Regulación, parte 195 (USA)