Especificar aires acondicionados a prueba de explosiones para buques LNG

Especificar aires acondicionados a prueba de explosiones para la acomodación de buques LNG es una decisión que afecta la seguridad de la tripulación, el cumplimiento con la sociedad de clasificación y la fiabilidad operativa durante toda la vida útil del buque. Estas unidades deben mantener la refrigeración en rutas marítimas tropicales, resistir la corrosión por agua salada y prevenir que cualquier fuente de ignición interna alcance la atmósfera externa, todo ello mientras obtienen la aprobación de la sociedad de clasificación que certifica el buque. En más de treinta años de ingeniería de sistemas a prueba de explosiones para proyectos marinos e industriales, he visto demasiados equipos de proyectos tratar la climatización de alojamiento como un ítem de adquisición en etapas tardías, solo para enfrentarse a retrabajos cuando la unidad seleccionada no pasa la revisión de certificación. Obtener la especificación correcta desde el principio evita esos retrasos.

Requisitos para Áreas Peligrosas en Aires Acondicionados a Prueba de Explosiones en Buques LNG

Un buque LNG no es una embarcación uniformemente peligrosa. El sistema de contención de carga, las salas de compresores de gas, las áreas de mástiles de ventilación y las estaciones de bunkering tienen clasificaciones de Zona 1 o Zona 2 bajo el Código IGC, pero los bloques de alojamiento suelen ubicarse en popa y diseñarse para estar fuera de las zonas clasificadas. La complicación es la proximidad. Cuando las entradas de aire del alojamiento se colocan a menos de tres metros de un límite de Zona 1 o Zona 2, o cuando la estructura del alojamiento adyacente a un área peligrosa, el equipo de HVAC que sirve esos espacios hereda la clasificación del área.

Para los buques LNG que manejan metano como carga principal, el grupo de gases es IIA y la temperatura de autoignición de aproximadamente 595°C lo sitúa dentro de la Clase de Temperatura T1. En la práctica, la mayoría de los aires acondicionados a prueba de explosiones suministrados para estos buques llevan una clase de temperatura T4 o T5 porque el mismo equipo se despliega en múltiples proyectos de buques de carga con diferentes cargas, y el coste adicional de construir con un límite de temperatura más estricto es pequeño. Recomiendo especificar un mínimo de T4 independientemente de la adecuación teórica de T1. Esto mantiene la flexibilidad en caso de que el buque transporte cargas con temperaturas de autoignición más bajas, como GLP o amoníaco.

El método de protección contra explosiones importa. Para los aires acondicionados de alojamiento en buques LNG, los recintos a prueba de llamas Ex d siguen siendo el enfoque dominante para compresores y secciones de condensadores. El diseño a prueba de llamas contiene cualquier explosión interna dentro de la carcasa y enfría los gases que escapan por debajo de la temperatura de ignición de la atmósfera circundante mediante caminos controlados de llama. Los diseños de mayor seguridad Ex e aparecen en armarios terminales y cámaras de conexión, pero los componentes principales del circuito de refrigeración casi siempre son Ex d. Una unidad empaquetada que combina secciones Ex d y Ex e en un solo conjunto certificado es lo que la mayoría de las sociedades de clasificación esperan ver.

El suministro eléctrico que alimenta estos aires acondicionados pasa por la misma ruta de cables en áreas peligrosas que otros servicios esenciales. La protección a prueba de explosiones glándulas de cable con certificación adecuada de caminos de llama debe terminar en los puntos de entrada de cada unidad. Hemos encontrado proyectos donde el aire acondicionado en sí estaba correctamente especificado, pero las bridas de cables se adquirieron por separado a un proveedor no marino sin aprobación de tipo de la sociedad de clasificación. La falla de la brida se convirtió en la falla de la unidad durante la inspección. Cada componente en la cadena de suministro eléctrica de un aire acondicionado a prueba de explosiones en un buque LNG necesita su propia trazabilidad de certificación.

Certificación de la Sociedad de Clasificación para HVAC Marino a Prueba de Explosiones

Un certificado ATEX o IECEx por sí solo no autoriza la instalación de un aire acondicionado a prueba de explosiones en un buque LNG. Las sociedades de clasificación, incluyendo CCS, BV, DNV, ABS y Lloyd’s Register, mantienen sus propios procesos de aprobación de tipo que superponen la certificación de área peligrosa del producto con requisitos adicionales específicos marinos. La sociedad quiere ver pruebas de vibración, pruebas de inclinación, datos de corrosión por niebla salina y, a veces, documentación de resistencia al fuego para los recintos eléctricos.

El orden de los pasos importa. Un fabricante que obtiene la aprobación de tipo de la sociedad de clasificación después de completar la certificación ATEX/IECEx generalmente necesitará de seis a doce meses, dependiendo de la cola de revisión de la sociedad y si el producto requiere pruebas presenciales. Iniciar el proceso de aprobación de tipo marino junto con las pruebas ATEX acorta ese plazo. He visto proyectos donde el aire acondicionado se seleccionó solo con base en un certificado IECEx, asumiendo que la aprobación de la sociedad de clasificación seguiría como una formalidad. Cuando la sociedad solicitó datos adicionales de pruebas de niebla salina que el fabricante no había preparado, el retraso resultante retrasó la entrega del equipo más allá de la ventana de puesta en marcha del buque.

El paquete de documentación que un comprador debe solicitar antes de la compra incluye el Certificado de Examen de Tipo de la UE ATEX o el Certificado de Conformidad IECEx, el certificado de aprobación de tipo de la sociedad de clasificación, la Declaración de Conformidad del fabricante, certificados de materiales para el recinto y componentes internos críticos, y un dibujo dimensional certificado que muestre las dimensiones del camino de llama y las ubicaciones de entrada de cables. No acepte un resumen del informe de pruebas en lugar del certificado completo. Los inspectores de la sociedad de clasificación verificarán toda la documentación durante la inspección inicial del buque, y cualquier brecha en esa etapa significa retrabajo o una condición de clase, ninguna de las cuales un equipo de proyecto quiere explicar al armador.

Cálculos de Capacidad de Refrigeración para la Acomodación en Buques LNG

Dimensionar un aire acondicionado a prueba de explosiones para alojamiento comienza con el mismo cálculo de carga de refrigeración utilizado para cualquier sistema HVAC marino: ocupación de la tripulación, ganancia de calor del equipo eléctrico, radiación solar a través de ventanas y mamparos, y entalpía del aire de ventilación. La diferencia es que la construcción a prueba de explosiones reduce la eficiencia de rechazo de calor. Un recinto a prueba de llamas alrededor del serpentín del condensador restringe el flujo de aire más que una carcasa estándar resistente a las inclemencias del tiempo, y la masa térmica adicional de las paredes más gruesas del recinto cambia la dinámica de transferencia de calor.

Una unidad que entrega 18,000 BTU por hora en una carcasa industrial estándar puede perder entre un 8 y un 12 por ciento de esa capacidad una vez que el mismo compresor y conjunto de serpentines se instalan dentro de una carcasa Ex d con deflectores de camino de llama. El factor de corrección varía según el fabricante y el diseño del recinto, por lo que una afirmación de capacidad impresa en un catálogo sin referencia a la configuración específica a prueba de explosiones no es confiable. Solicite una curva de rendimiento certificada que muestre la salida de refrigeración a la temperatura ambiente nominal con la carcasa a prueba de llamas en su lugar.

Las suposiciones de temperatura ambiente requieren atención cuidadosa para los buques LNG que operan en el Medio Oriente, el sudeste asiático o el norte de Australia. Las temperaturas ambiente a nivel de cubierta superan regularmente los 45°C durante las operaciones de carga en verano, y el condensador del aire acondicionado debe rechazar calor en ese entorno. Especificar una unidad con clasificación para 35°C de temperatura ambiente cuando el buque pasará meses cada año a 45°C o más produce un bloque de alojamiento que no puede mantener las temperaturas objetivo durante la parte más calurosa del día. La tripulación lo notará, y también los inspectores del armador que revisan las condiciones de habitabilidad durante una inspección de vetting.

Si el servicio previsto de la embarcación incluye llamadas regulares a puertos en regiones donde las temperaturas ambientales superan los 48°C, vale la pena confirmar la temperatura ambiente máxima de funcionamiento con el fabricante del aire acondicionado antes de finalizar la especificación. Contacta en gm*@***om.com con el perfil de ruta de tu embarcación y el esquema general de alojamiento. Podemos realizar los cálculos de derating con datos de rendimiento probados en lugar de números de catálogo genéricos.

Selección de Material del Recinto para Aire Acondicionado Marino a Prueba de Explosiones

La decisión sobre el material del recinto para un aire acondicionado a prueba de explosiones en un buque de GNL es primero un problema de corrosión y en segundo lugar un problema de protección contra explosiones. La resistencia mecánica del recinto a prueba de llamas, las tolerancias en la separación de la trayectoria de la llama y la integridad de los sujetadores están definidos por el diseño certificado. Si la corrosión compromete alguna de estas características, la protección contra explosiones falla independientemente del rendimiento térmico de la unidad.

El acero inoxidable 316L es el material de referencia para instalaciones en cubierta abierta y cualquier ubicación sometida a rociado directo de sal o agua de ola. Ofrece resistencia a la formación de picaduras en ambientes con cloruro mucho más allá de lo que proporciona el aluminio recubierto, y no depende de un tratamiento superficial que pueda ser rayado o abrasado durante la instalación y el mantenimiento. La penalización en peso es real, una carcasa de 316L puede añadir entre un 40 y un 60 por ciento a la masa de la unidad en comparación con un equivalente de aluminio, pero en un buque de GNL las unidades de HVAC de alojamiento no se levantan repetidamente y la diferencia de peso rara vez afecta la escora o estabilidad de la embarcación de manera medible.

La aleación de aluminio libre de cobre con un recubrimiento en polvo de grado marino sigue siendo una opción práctica para unidades instaladas dentro del bloque de alojamiento o en recovecos protegidos donde la exposición directa a rociado de sal es limitada. La aleación de aluminio especificada para recintos a prueba de explosiones generalmente contiene menos del 0,4 por ciento de cobre para evitar la corrosión galvánica cuando está en contacto con metales disímiles en presencia de humedad salina. El recubrimiento en polvo debe ser probado durante al menos 1,000 horas de rociado de sal según ASTM B117 sin formación de ampollas ni corrosión bajo la película. En WAROM, nuestro recubrimiento estándar para recintos marinos productos a prueba de explosiones se prueba más allá de las 2,000 horas porque hemos visto qué sucede con los recintos con recubrimiento insuficiente después de dos años en el Golfo Arábigo.

Los recintos de fibra de vidrio (GRP) aparecen ocasionalmente en cajas terminales de aire acondicionado y cámaras de conexión, particularmente en proyectos donde la reducción de peso y chemical la resistencia son prioridades. El GRP no puede tener una clasificación a prueba de llamas para el recinto del compresor principal o del condensador porque el material carece de la resistencia mecánica para soportar una prueba de presión interna de explosión. Su función se limita a cámaras de seguridad aumentada Ex e donde no hay una fuente de ignición interna.

El material de los sujetadores merece su propia línea en la especificación. Todos los sujetadores externos en un aire acondicionado marino a prueba de explosiones deben ser de acero inoxidable 316, incluidos los arandelas. Hemos atendido unidades en buques de gas donde el cuerpo del recinto estaba correctamente especificado en 316L pero los pernos del soporte de montaje eran de acero zincado estándar. Después de dieciocho meses, los sujetadores del soporte se habían corroído hasta el punto de que quitar la unidad para mantenimiento requería cortar los pernos. La especificación que detecta esto es simple: “Todos los sujetadores externos, incluido el hardware de montaje, deberán ser de acero inoxidable A4-316.”

Calificación de proveedores y gestión de tiempos de entrega para proyectos de buques de GNL

Un aire acondicionado a prueba de explosiones para un buque de GNL es un ítem de proyecto, no una selección de catálogo. La unidad debe construirse con la capacidad de refrigeración específica, material del recinto y paquete de certificación que coincidan con la sociedad de clasificación y el perfil operativo del buque. Elegir un proveedor implica calificar su capacidad de ingeniería y su proceso de gestión de certificaciones, no solo su gama de productos.

La auditoría en fábrica es la herramienta de calificación más confiable. Visite la planta de producción del fabricante y busque: mecanizado CNC interno de superficies de trayectoria de llama con registros de medición calibrados, una cámara de prueba de rociado de sal que esté ejecutando muestras con resultados registrados, una estación de prueba de presión para verificar la integridad del recinto y un sistema de control de documentos que vincule el número de serie de cada unidad con sus certificados de material, informes de prueba y archivos de certificación. Un fabricante que subcontrata el mecanizado de trayectoria de llama a un taller externo sin mantener trazabilidad en las dimensiones mecanizadas representa un riesgo para un proyecto de buque de GNL donde el inspector de la sociedad de clasificación querrá ver los registros de medición de la separación de la trayectoria de llama de cada unidad.

Los plazos típicos para un aire acondicionado marino a prueba de explosiones personalizado oscilan entre veinte y treinta semanas, dependiendo de la capacidad de refrigeración y la complejidad del paquete de certificación. El mayor factor que afecta la variabilidad en los plazos es la necesidad de pruebas con testigos de la sociedad de clasificación. Si el modelo de aire acondicionado no ha sido previamente aprobado por la sociedad de clasificación específica mencionada en la especificación del buque, el fabricante debe programar pruebas con testigos en la conveniencia de la sociedad, y esto por sí solo puede añadir de ocho a diez semanas al calendario de entrega. Siempre pregunte al proveedor si el modelo propuesto ya cuenta con la aprobación de tipo de la sociedad de clasificación relevante antes de aceptar un plazo de entrega cotizado.

Solicitar el paquete completo de certificaciones en la etapa de cotización, en lugar de en la orden de compra, revela qué proveedores entienden la entrega en proyectos marinos y cuáles ven la certificación como una consideración secundaria. Un proveedor que no puede presentar un certificado de aprobación de tipo de muestra y una lista de referencias de proyectos de buques de GNL o gas en unos pocos días desde la solicitud probablemente no esté estructurado para apoyar un proyecto de construcción de buque nuevo. En WAROM, mantenemos una biblioteca de documentación que nos permite responder a dichas solicitudes en cuarenta y ocho horas porque sabemos que los equipos de compras necesitan cerrar sus evaluaciones técnicas a tiempo.

Inspecciones de instalación, puesta en marcha y de la sociedad de clasificación

Instalar un aire acondicionado a prueba de explosiones en un buque de GNL no es lo mismo que atornillar una unidad de aire acondicionado marina estándar en una plataforma. Cada entrada de cable, cada terminación de prensaestopas y cada conexión a tierra forma parte del sistema de protección contra explosiones y será inspeccionada en consecuencia.

Las prensaestopas deben coincidir con el tipo de rosca de entrada especificado en el dibujo certificado de la unidad. Las entradas métricas M25 y M20 son estándar en equipos IEC, pero proyectos con herencia de especificaciones de EE. UU. o Medio Oriente a veces requieren roscas NPT. Los dos no son intercambiables, y colocar una prensaestopas NPT en una entrada métrica, o viceversa, crea una trayectoria de llama no conforme que será rechazada durante la inspección. Confirme el estándar de rosca en la etapa de cotización y especifíquelo explícitamente en la orden de compra.

Cada aire acondicionado requiere un conductor de puesta a tierra dedicado conectado tanto a los terminales internos como a los externos. El punto de conexión a tierra externo en un recinto marino a prueba de explosiones debe ser un perno o remache de acero inoxidable con una arandela de seguridad, y la conexión debe permanecer accesible para inspección sin abrir el recinto a prueba de llamas. Los inspectores verificarán la continuidad a tierra desde la unidad hasta el sistema de puesta a tierra principal del buque, y buscarán pintura o corrosión entre la etiqueta de tierra y el cuerpo del recinto.

Las pruebas de puesta en marcha para aires acondicionados a prueba de explosiones en buques de GNL incluyen medición de resistencia de aislamiento de las bobinas del compresor y del motor del ventilador, verificación de continuidad a tierra, prueba funcional del interbloqueo de detección de gases si la unidad está conectada al sistema de detección de gases del buque, y una prueba de rendimiento de refrigeración en carga completa con el sistema de ventilación del alojamiento operando en condiciones de diseño. El inspector de la sociedad de clasificación generalmente presenciará las pruebas de resistencia de aislamiento y continuidad a tierra y revisará los resultados restantes como parte del paquete de documentación presentado.

Un problema recurrente que he encontrado en proyectos de puesta en marcha de buques de gas es la accesibilidad insuficiente alrededor del aire acondicionado para la inspección de trayectoria de llama. El inspector necesita abrir el recinto a prueba de llamas, examinar las superficies de trayectoria de llama en busca de daños o corrosión, y medir las separaciones con galgas de espesores. Si la unidad está instalada en una esquina estrecha contra una mampara con espacio insuficiente para abrir completamente la puerta del recinto, la inspección no puede completarse. Una separación mínima de 600 milímetros en todos los lados que requieran acceso es una regla práctica que va más allá de lo que especifican la mayoría de los planos de instalación.

Tomando la decisión final de especificación

Elegir un aire acondicionado a prueba de explosiones para un buque de GNL significa comprometerse con un equipo que debe realizar tres funciones distintas sin compromiso: debe enfriar la acomodación de manera confiable en algunas de las rutas marítimas más calurosas del planeta, debe contener cualquier fallo eléctrico interno dentro de un recinto a prueba de llamas certificado durante toda la vida útil del buque, y debe portar la documentación que convenza a un inspector de la sociedad de clasificación de que ambas primeras funciones se están realizando correctamente.

Las decisiones de especificación que más importan son las que se toman más temprano. Seleccionar la clase de temperatura, el material del recinto y el paquete de certificación antes de que se emita la orden de compra determina si la puesta en marcha se realiza según lo programado o se detiene mientras se busca documentación faltante en diferentes zonas horarias. Si el cronograma de su proyecto no deja espacio para sorpresas en la certificación, comparta sus requisitos de especificación y detalles de la sociedad de clasificación con nosotros en gm*@***om.com o llame al +34 86 39977076. Confirmaremos qué productos marinos a prueba de explosiones ya poseen las aprobaciones de tipo que su proyecto necesita y proporcionaremos un plazo de entrega que tenga en cuenta cualquier prueba adicional de testigos. Una revisión de especificaciones al principio no cuesta nada. Reemplazar equipos no conformes en la etapa de puesta en marcha cuesta tiempo y una reputación con el armador que es difícil de reparar.

Preguntas frecuentes sobre HVAC a prueba de explosiones para buques de GNL

¿Cuál es la diferencia entre los aires acondicionados a prueba de explosiones de Zona 1 y Zona 2?

El equipo de Zona 1 está diseñado para áreas donde es probable que ocurra una atmósfera de gas explosivo en operación normal, y lleva un nivel de protección superior, típicamente Ex d o Ex e con salvaguardas adicionales. El equipo de Zona 2 está diseñado para áreas donde no es probable que ocurra una atmósfera explosiva en operación normal y, si ocurre, solo persistirá por un corto período. Para la acomodación del buque de GNL, la mayoría de las unidades cercanas al perímetro del bloque de acomodación están especificadas para Zona 2 porque la propia acomodación se encuentra fuera de las zonas peligrosas principales. Si el aire acondicionado sirve a un espacio que colinda directamente con un área de Zona 1, como un límite de sala de compresores de gas, se requiere certificación de Zona 1. Los recintos parecen similares, pero la unidad de Zona 1 tiene tolerancias más estrictas en la trayectoria de llama y pruebas de tipo más extensas. Instalar una unidad de Zona 2 donde se requiere Zona 1 resultará en una inspección fallida por parte de la sociedad de clasificación.

¿Cuánto tiempo tarda la aprobación de la sociedad de clasificación para un nuevo modelo de aire acondicionado a prueba de explosiones?

Para un fabricante que ya posee certificación ATEX y IECEx para el producto base, obtener una aprobación adicional de tipo por parte de la sociedad de clasificación CCS, BV o DNV generalmente toma de seis a doce meses. El plazo depende de si la sociedad requiere pruebas presenciales de las características de protección contra explosiones, lo cual la mayoría hace en una revisión inicial del modelo. Si el modelo de aire acondicionado ya ha sido aprobado por una sociedad de clasificación y el proyecto requiere aprobación de otra, la segunda aprobación suele ser más rápida, a menudo de cuatro a seis meses, porque el paquete de datos de prueba ya está compilado y solo necesita repetirse el proceso de revisión. Los proyectos con cronogramas ajustados en astilleros deben seleccionar modelos de equipos que ya tengan aprobación de tipo de la sociedad de clasificación relevante en lugar de asumir que se puede obtener una nueva aprobación dentro del plazo de adquisición.

¿Se puede convertir un aire acondicionado marino estándar para su uso en áreas peligrosas de un buque de GNL?

No. La conversión de un aire acondicionado marino estándar a construcción a prueba de explosiones no es aceptada por ninguna sociedad de clasificación. La certificación a prueba de explosiones está vinculada al conjunto completo tal como se diseña y prueba, incluyendo el recinto, el compresor, la disposición del serpentín del condensador, la caja terminal, las entradas de cable y el esquema de puesta a tierra. Modificar una unidad estándar con componentes a prueba de llamas de posventa crea un conjunto no certificado que será rechazado durante la inspección de la sociedad de clasificación. La única vía para cumplir con los requisitos es comprar una unidad que haya sido diseñada, fabricada y certificada como un conjunto completo a prueba de explosiones desde el principio.

¿Qué mantenimiento necesitan los aires acondicionados a prueba de explosiones durante las operaciones del buque de GNL?

El programa de mantenimiento para un aire acondicionado marino a prueba de explosiones incluye las mismas verificaciones del circuito de refrigeración que cualquier unidad HVAC marina, verificación de carga de refrigerante, limpieza de serpentines, reemplazo de filtros y análisis de aceite del compresor, además de tres tareas específicas de protección contra explosiones. Primero, inspección del espacio de trayectoria de llama: las brechas entre el cuerpo del recinto y la tapa deben medirse con calibradores de espesores y compararse con las tolerancias del dibujo certificado en cada intervalo de mantenimiento. Segundo, integridad de los sujetadores: todas las tuercas de la tapa del espacio de trayectoria de llama deben verificarse para asegurar el par correcto y buscar signos de corrosión o daño en la rosca. Tercero, inspección de la gland de cable: el cuerpo de la gland, el sello y el sistema de sujeción del blindaje deben examinarse en busca de corrosión, grietas o aflojamiento. Cualquier superficie de trayectoria de llama que muestre picaduras, daño mecánico o corrosión más allá de los límites especificados en el manual de mantenimiento requiere reemplazo del recinto, no reparación. Si su equipo de mantenimiento no tiene acceso a los datos de dimensiones de trayectoria de llama del fabricante, solicítelos ahora en lugar de esperar al próximo dique seco. Comparta los números de serie de sus unidades con nosotros en gm*@***om.com y proporcionaremos los registros de trayectoria de llama tal como se construyeron y los límites de inspección recomendados para su equipo específico.

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Con más de una década de experiencia, es un Ingeniero Eléctrico a prueba de explosiones con experiencia en el diseño y fabricación de productos de seguridad y a prueba de explosiones. Posee una experiencia profunda en áreas clave que incluyen sistemas a prueba de explosiones, iluminación nuclear, seguridad marina, protección contra incendios y sistemas de control inteligente. En Warom Technology Incorporated Company, ocupa roles de liderazgo dual como Subgerente de Ingeniería para Negocios Internacionales y Jefe del Departamento Internacional de I+D, donde supervisa iniciativas de I+D y garantiza la entrega precisa de la documentación de diseño para proyectos internacionales. Comprometido con avanzar la seguridad industrial global, se enfoca en traducir tecnologías complejas en soluciones prácticas, ayudando a los clientes a implementar sistemas de control más seguros, más inteligentes y fiables en todo el mundo.

Qi Lingyi