ANÁLISE
DAS
CONSEQUÊNCIAS
EM
POSSÍVEIS
CENÁRIOS DE VAZAMENTO ENVOLVENDO O SULFETO
DE HIDROGÊNIO EM REFINARIAS DE PETRÓLEO
A. H. da SILVA JÚNIOR1, N. L. dos SANTOS1, A. da SILVA1, T. J. LOPES1
1Universidade Federal do Rio Grande, Escola de Química e Alimentos, Campus de
Santo Antônio da Patrulha E-mail para contato: tjlopes@furg.br
RESUMO – Os acidentes com vazamento de gás sulfídrico podem expor os trabalhadores das refinarias de petróleo e a comunidade envolta, provocando desde sintomas leves até a morte dependendo do tempo de exposição. Este trabalho apresenta o resultado de situações hipotéticas de simulações de cenários de vazamento e suas respectivas análises de consequências. Sendo desenvolvidas com a modelagem da dispersão de nuvens de gás pelo software ALOHA. Os resultados tornaram possíveis conclusões sobre as consequências de exposição dos trabalhadores e a comunidade envolta em eventuais vazamentos, além do estudo que pode auxiliar em ações preventivas com esse agente tóxico.
1. INTRODUÇÃO
Os acidentes com gás sulfídrico nas refinarias de petróleo estão diretamente ligados à sua ação tóxica nos seres humanos. Que por outro lado a maioria dos acidentes é ocasionada pela sua reação química nos metais. A corrosão associada ao H2S pode ser
definida como a deterioração total, parcial, superficial ou estrutural dos materiais, provocando a ruptura de equipamentos industriais, resultando em vazamentos. Que acaba por envolver intoxicações, explosões e por última consequência, morte de operários (MAINIER, SANDRES e TAVARES, 2007;JONES, 2014;BUNDSCHUH e MAITY, 2015).
Considerando a alta periculosidade do gás sulfídrico, o Órgão de Segurança Pública dos Estados Unidos – OSHA (Occupational Safety and Health Administration) registrou, no período de 1984 – 1994, 1480 menções sobre contaminações diretas ou indiretas com H2S no mundo. Isso mostra a devida preocupação com todos os ramos
industriais que envolvem o mesmo. Sendo necessário um gerenciamento aplicado nessas situações. Caracterizando assim, suas consequências e possíveis cenários de acidentes (MAINIER e VIOLA, 2005).
Considerando o exposto acima, o presente trabalho avaliou a aplicação do método de análise de consequências em vazamento, em que foi utilizado o software de modelagem de fluxo de gases Areal Locations of Hazardous Atmospheres - ALOHA, que resultou na avaliação de possíveis cenários de vazamentos em pontos críticos das
instalações e as consequências da vazão do sulfeto de hidrogênio, junto a seus efeitos sobre as áreas atingidas, onde estão expostos trabalhadores e a comunidade.
2.METODOLOGIA
A pesquisa foi realizada seguindo um caráter exploratório, pretendendo contextualizar um problema nas indústrias de refino de petróleo, a partir do desenvolvimento de um estudo de caso.
2.1 Classificação de Risco das Simulações
A classificação do risco das simulações foi realizada conforme o método do manual de estudo de análise de risco da FEPAM (2001), a classificação da simulação permitirá em primeira análise categorizar o risco a qual estão expostas as áreas vulneráveis.
2.2 Análise de Consequências
A análise de consequências tratou da avaliação dos efeitos de acidentes com vazamento de sulfeto de hidrogênio, realizados a partir de cenários hipotéticos. A avaliação foi realizada através dos resultados obtidos na modelagem dos vazamentos fornecidos pelo software ALOHA. O objetivo desta análise foi identificar a que distância e os impactos das nuvens de sulfeto de hidrogênio atingiram áreas vulneráveis no caso de vazamento.
2.3 Método Utilizado para Análise de Dispersão da Substância
Química
O vazamento foi modelado no estado estacionário. O modelo utilizado para descrever a dispersão de cada nuvem baseia-se num modelo de dispersão Gaussiano desenvolvido por Palazzi (PALAZZI et al., 1982) que descreve o comportamento de liberação do estado estacionário de curta duração. Este modelo é descrito na Equação 1:
) ( 2 2 ) ( 2 ) ( 2 2 2 , , , t t U x erf t t U x erf t t U x erf x erf t z y x C r x t x r r x t x (1)Onde: x ,y e z são parâmetros de dispersão; tr é o tempo de duração do vazamento; U
variável relacionada com o vento.
O termo χ representa uma distribuição de Gauss a partir de uma fonte pontual bem conhecida e em estado estacionário, visto na Equação 2 (HANNA et al., 1982),
,
,
,
(
)
g
(
x
,
y
)
gx
(
x
,
y
)
U
t
Q
t
z
y
x
y
(2)Sendo gy calculado pela a Equação 3. 2 ) ( 2 1 exp ) ( 2 1 ) , ( x y x y x g y y y (3)
e gz é calculado pela Equação 4.
2 2 ) ( 2 1 exp ) ( 2 1 exp ) ( 2 1 ) , ( x h z x h z x z x g z s z s z z (4)
onde hs é a altura do lançamento.
3. AVALIAÇÃO DE RISCO DAS SIMULAÇÕES COM SULFETO
DE HIDROGÊNIO
3.1 C
enários hipotéticos de acidentes avaliados
Na avaliação dos cenários hipotéticos foram considerados quatro cenários, em que todos estão com a substância estudada na fase líquida. Sendo que no vazamento há a mistura com o mesmo na fase gasosa. Suas massas variam conforme os diferentes percentuais da substância no recipiente. Em que a posição do orifício de vazamento encontra-se na parte líquida no tanque. A Tabela 1 apresenta os principais dados de entrada para os respectivos cenários.
Tabela 1: Dados de entrada por cenários de vazamentos no software ALOHA Cenário 01 Cenário 02 Cenário 03 Cenário 04 Agente Químico
vazado Sulfeto de Hidrogênio
Velocidade do vento 5,0 m/s 5,0 m/s 7,5 m/s 7,5 m/s Temperatura do
ambiente e umidade relativa do ar
23ºC e 80%
Condições climáticas Tempo bom com poucas nuvens Dimensões do recipiente de sulfeto de hidrogênio na horizontal 3,15 m x 11,14 m Percentual de substância no recipiente 30% 30% 70% 70% Diâmetro do orifício e fase da substância no recipiente 0,010 m. Fase líquida do H2S. 0,015 m. Fase líquida do H2S. 0,010 m. Fase líquida do H2S. 0,015 m. Fase líquida do H2S. Altura do orifício de 0,1 m
vazamento
O método de cálculo de dispersão utilizada pelo ALOHA é o modelo Gaussiano. O ALOHA usa o modelo de Gauss para prever como os gases que são mais dinâmicos do que ar se dispersam na atmosfera. Segundo este modelo, o vento e as turbulências atmosféricas são as forças que movem as moléculas do gás liberado durante o vazamento. Em seguida serão apresentados os gráficos de dispersão radial e vazão mássica de cada cenário (Figuras 1 a 6).
Figura 1 – Gráfico radial do cenário 01 Figura 2 – Gráfico radial do cenário 02
Figura 3 – Gráfico radial do cenário 03 Figura 4 – Gráfico radial do cenário 04
Figura 5 – Gráfico de vazão mássica do cenário 01 e 02
Gráfico do cenário 01 Gráfico do cenário 02 Figura 6 – Gráfico de vazão mássica do cenário 03 e 04
Gráfico do cenário 03 Gráfico do cenário 04
4. ANÁLISE E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS
Considerando os quatro cenários obtidos, verifica-se que a área representada pela linha amarela indica que o valor de referência para o gás sulfídrico com tempo de exposição de 60 minutos para AEGL-1 é de 0.51 ppm (0.71 mg/m3), concentração
acima da qual prevê que a população em geral, incluindo indivíduos susceptíveis, pode experimentar irritação, sem que haja efeitos sérios ou irreversíveis a longo prazo. A área delimitada pela linha laranja indica que o valor de referência para o gás sulfídrico com tempo de exposição de 60 minutos para AEGL-2 é de 27 ppm (39 mg/m3), sendo que
acima dessa concentração se prevê que a população em geral, pode experimentar efeitos sérios a longo prazo ou irreversíveis com o impedimento da sua capacidade de fuga. Para a área representada pela linha vermelha indica que o valor de referência para o gás sulfídrico com tempo de exposição de 60 minutos para AEGL-3 é de 50 ppm (71 mg/m3), sendo que acima dessa concentração se prevê que a população em geral,
incluindo indivíduos susceptíveis pode experimentar efeitos ameaçadores para a vida. Assim, com o desenvolvimento de simulações hipotéticas em vários cenários com o gás sulfídrico. O método usado para calcular seus índices de riscos foi baseado no manual de estudo de análise de risco da FEPAM. Em que foi analisado que todos os cenários estão enquadrados na categoria de risco 4, que corresponde àquelas atividades que podem causar danos significativos em distâncias superiores a 500 m do local. Os vazamentos ocorridos foram limitados pelo software com duração de uma hora. Logo, em seu escoamento houve a mistura de duas fases, o qual nos cenários 01 e 03 a taxa de substância liberada foi de 153 kg/min e nos cenários 02 e 04 teve uma taxa de vazão de 343 kg/min. As simulações mostraram que os cenários mais críticos para os circunvizinhos conjugam os que tiveram menor velocidade de vento, junto ao tamanho do orifício de vazamento.
5. CONCLUSÃO
O objetivo geral deste artigo foi desenvolver um estudo de análise de consequência em vazamentos envolvendo o sulfeto de hidrogênio no refino do petróleo. Substância tóxica que em contato com o homem leva a morte em questão de minutos. Com isso, se mostra de extrema importância do esclarecimento sobre a toxidez do H2S
nos processos industriais e suas consequências à saúde humana em eventuais vazamentos.
Assim, conclui-se que o software ALOHA é uma ferramenta adequada para avaliar os riscos associados às instalações dos recipientes de armazenamento de sulfeto
de hidrogênio em refinarias, pois são instalações que podem estar inseridas próximas ao meio urbano o que representam muitas áreas vulneráveis. A partir dos resultados obtidos pelo ALOHA, foi analisado que o cenário 02 apresenta maior risco, por causa do alcance da nuvem tóxica em relação às outras simulações, em que atinge no AEGL-1 um alcance maior que dez quilômetros, no AEGL-2 um quilômetro e no AEGL-3 728 metros, mostrando um grande perigo para circunvizinhos e operários na indústria.
6. AGRADECIMENTOS
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnológico (CNPq) pelo auxilio financeiro através da bolsa do Programa Institucional de Bolsas de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação/PIBITI.
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BUNDSCHUH, J.; MAITY, J. P. Geothermal arsenic: Occurrence, mobility and environmental implications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 42, p. 1214–1222, fev. 2015.
FEPAM. Manual de Análise de Riscos Industriais. Projeto de Manual de Análise de Risco Março, 2001.
HANNA, S. R., GARY, A. B., RAYFORD. P. H., United States. Dept. of Energy. Office of Energy Research., and United States. Dept. of Energy.Office of Health and Environmental Research. 1982. Handbook on atmospheric diffusion: prepared for the Office of Health and Environmental Research, Office of Energy Research, U.S. Department of Energy. [Oak Ridge, TN]: Technical Information Center, U.S. Dept. of Energy.
JONES, K. Case studies of hydrogen sulphide occupational exposure incidents in the UK. Toxicology letters, v. 231, n. 3, p. 374–7, 15 dez. 2014.
MAINIER, F. B.; SANDRES, G. C; TAVARES, S. S. M. Corrosão por sulfeto de hidrogênio (H2S) e suas implicações no meio ambiente e na segurança
industrial. In: CONGRESSO IBEROAMERICANO DE ENGENHARIA MECÂNICA, 8., 2007, Cusco.
MAINIER, F. B.; VIOLA, E. D. M. O sulfeto de hidrogênio (H2S) e o meio ambiente.
In: SIMPÓSIO DE EXCELÊNCIA EM GESTÃO E TECNOLOGIA, 2., 2005, Resende - Rio de Janeiro.
PALAZZI, E., M. Defaveri, G. Fumarola, and G. Ferraiolo. 1982. "Diffusion from a Steady Source of Short Duration." Atmospheric Environment no. 16 (12):2785-2790.
