Reacción química fuera de control y explosión de nube de vapor

CASO DE ESTUDIO

Reacción química fuera de control y explosión de nube de vapor.

Este estudio de caso describe una reacción química desbocada y la subsiguiente explosión de una nube de vapor e incendios que mataron a un trabajador e hirieron a 14 (dos de gravedad). La explosión destruyó las instalaciones y dañó estructuras en la comunidad cercana. El incidente ocurrió en las instalaciones de Synthron, LLC en Morganton, Carolina del Norte, el 31 de enero de 2006.

El CSB emite este estudio de caso para enfatizar la importancia de implementar prácticas integrales de gestión de seguridad para controlar los peligros reactivos.

1.0 Resumen del incidente

Este incidente ocurrió en las instalaciones de Synthron, LLC en Morganton, Carolina del Norte. La empresa fabricó una variedad de recubrimientos en polvo y aditivos para pinturas mediante la polimerización de monómeros acrílicos en un reactor de 1500 galones.

La empresa había recibido un pedido de un poco más de un aditivo de lo que produciría la receta de tamaño normal. Los gerentes de planta ampliaron la receta para producir la mayor cantidad requerida de polímero y agregaron todo el monómero adicional necesario en la carga inicial del reactor. Esto duplicó con creces la tasa de liberación de energía en el reactor, excediendo la capacidad de enfriamiento del condensador del reactor y provocando una reacción desbocada.

La presión del reactor aumentó rápidamente. Los vapores de solventes se ventilaron desde la boca de acceso del reactor, formando una nube inflamable dentro del edificio. Los vapores encontraron una fuente de ignición y la explosión resultante mató a un trabajador e hirió a 14. La explosión destruyó la instalación (Figura 1) y dañó las estructuras externas.

La Junta de Seguridad Química (CSB, por sus siglas en inglés) de EE. UU. descubrió que el reactor carecía de medidas de seguridad básicas para prevenir, detectar y mitigar las reacciones fuera de control, y que no se habían implementado prácticas esenciales de gestión de la seguridad.

1.1 El incidente

El departamento de producción comenzó a preparar un lote de polímero acrílico de 6080 libras el día anterior al incidente, aproximadamente un 12 por ciento más de material del que normalmente se produciría en un solo lote. El superintendente de planta determinó las cantidades de solvente, monómero e iniciador necesarias para el lote.1 Los operadores del turno de día luego mezclaron los solventes y usaron parte de la mezcla para preparar la solución de iniciador. Agregaron el resto al reactor de 1,500 galones. Los operadores del segundo turno, de acuerdo con las instrucciones escritas, añadieron parte del monómero al reactor y retuvieron el resto para usarlo más tarde en la secuencia de reacción.

El turno de día llegó en la mañana del 31 de enero y agregó vapor a la camisa del reactor (Figura 2) para calentar el reactor a la temperatura especificada en la hoja de lote, luego apagó el vapor.

El operador principal dio el paso final para iniciar la reacción al bombear la solución iniciadora al reactor. Luego revisó visualmente el flujo de solvente condensado a través de la mirilla del condensador para monitorear la velocidad de reacción. Mientras que la reacción inicialmente no procedía tan vigorosamente como él esperaba, el flujo de solvente condensado aumentó más tarde y pareció estar en el rango normal.

Varios minutos después, el operador principal escuchó un fuerte silbido y vio vapor saliendo de la boca de acceso del reactor. El irritante vapor lo obligó a salir del edificio.

Otros tres empleados también se vieron obligados a abandonar el edificio por la liberación. Acompañados por el superintendente de planta y el gerente de planta, los empleados se reunieron afuera de una puerta del nivel superior (Figura 3). El operador principal volvió a ingresar al edificio con un respirador y pudo iniciar el flujo de agua de enfriamiento de emergencia a la camisa del reactor. Sin embargo, el edificio explotó menos de 30 segundos después de que salió.

*1 Consulte la sección 2.2 para obtener una explicación de la química involucrada.*

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La explosión derribó al personal reunido fuera de la puerta. Todos resultaron heridos y uno requirió transporte en helicóptero al hospital. El personal administrativo que trabajaba en un remolque en el sitio también sufrió heridas leves.

El supervisor de mantenimiento estaba cerca del laboratorio en el nivel inferior cuando ocurrió la explosión (Figura 3). Sufrió quemaduras graves en la mayor parte de su cuerpo y fue transportado en helicóptero a un centro regional de quemados, donde murió cinco días después.

La explosión dañó estructuras en la comunidad cercana. Se condenaron dos edificios de iglesias y una casa, y se rompieron vidrios a un tercio de milla del sitio. Dos ciudadanos que conducían por el sitio resultaron levemente heridos.

La Agencia de Protección Ambiental (EPA, por sus siglas en inglés) federalizó el sitio bajo la regulación CERCLA (Superfund), rehabilitó el sitio y finalmente arrasó las estructuras gravemente dañadas en las instalaciones de Synthron.

1.2 Respuesta de emergencia comunitaria

El Departamento de Seguridad Pública de Morganton respondió rápidamente y solicitó ayuda mutua del condado de Burke y los municipios cercanos. Empleados y oficiales de Seguridad Pública ayudaron a los empleados lesionados.

Los incendios que siguieron a la explosión generaron humo denso y se pidió a los residentes locales que se refugiaran en el lugar durante varias horas.2 Los incendios se extinguieron al día siguiente.

*2 El refugio en el lugar puede proteger a las personas en emergencias al reducir su exposición a sustancias tóxicas. Las personas deben refugiarse en una pequeña habitación interior, cerrar las ventanas, sellar las aberturas y apagar los sistemas de calefacción y aire acondicionado.*

2.0 Operaciones de Synthron

2.1 Resumen de la empresa

Protex International posee una participación mayoritaria en Synthron desde 1972, y el presidente de Protex también es presidente de Synthron. Protex, con sede en París, Francia, es una empresa privada con más de 100 millones de dólares al año en ventas y operaciones en Europa, Asia y América del Norte y del Sur. Además de las instalaciones de Synthron, Protex opera negocios relacionados con productos químicos en Massachusetts, Nueva Jersey y Florida.

La única instalación estadounidense de Synthron estaba ubicada en Morganton, Carolina del Norte, aproximadamente a 70 millas al noroeste de Charlotte. Los 17 empleados de Morganton incluían al vicepresidente de la compañía, quien era responsable de las operaciones diarias. Synthron tuvo ventas en 2004 de aproximadamente $ 3 millones.

Luego de la explosión, Synthron, LLC se declaró en bancarrota bajo el Capítulo 7 de las leyes de bancarrota.

2.2 Descripción general de la reacción

Synthron producía polímeros acrílicos,3 principalmente aditivos para las industrias de recubrimientos en polvo y pinturas.4 Los polímeros se producían mediante la polimerización por radicales libres de monómeros acrílicos en varios solventes inflamables.5 Synthron convertía muchos de sus productos líquidos en polvos de flujo libre mediante la adsorción sobre sílice.

El producto que se fabricaba el día del incidente, Modarez MFP-BH, era un polímero acrílico líquido. Fue producido utilizando monómero acrílico comprado a través de un distribuidor químico nacional. El lote estaba destinado a cumplir un pedido de un importante fabricante de productos químicos diversificados.

La polimerización se llevó a cabo en un reactor de 1500 galones, clasificado a una presión operativa máxima de 75 psig y designado como reactor “M1” (Figura 2). El reactor estaba ubicado en un área de fabricación adyacente al almacén (Figura 3).

En una secuencia de reacción típica, los operadores agregaron una mezcla de solventes y monómeros al reactor. Luego inyectaron vapor en la camisa del reactor para calentar la mezcla de reacción a una temperatura específica, generalmente el punto de ebullición esperado de la mezcla. Se apagó el vapor y se dosificó la solución de iniciador en el reactor para iniciar la polimerización.

El calor emitido por la reacción hizo hervir la mezcla de disolvente y monómero, lo que provocó que los vapores calientes fluyeran hacia un intercambiador de calor enfriado por agua en la parte superior donde se condensaron por completo.

*3 Los polímeros acrílicos se producen a partir de monómeros a base de ácido acrílico o ésteres relacionados, conocidos como acrilatos. Synthron usó una variedad de monómeros acrílicos para producir aditivos de resina polimérica para fabricantes de pinturas y recubrimientos en polvo. 4 Los recubrimientos en polvo son mezclas de resinas y pigmentos que se aplican a productos, como electrodomésticos, y luego se hornean a alta temperatura para fusionar el polvo en una superficie polimérica lisa. 5 La polimerización por radicales libres utiliza iniciadores térmicamente inestables, generalmente peróxidos, persulfatos o compuestos azoicos, para promover la polimerización controlada y obtener las propiedades deseadas del producto. Los fabricantes pueden personalizar las propiedades del producto seleccionando monómeros e iniciadores adecuados y controlando las condiciones de reacción, como la concentración de monómeros y la temperatura. A diferencia de los catalizadores, que promueven las reacciones pero no son consumidos ni modificados por ellas, los iniciadores se consumen en la reacción de polimerización.*

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