Contribución al análisis de riesgos en el transporte de materiales peligrosos por tubería
Authors:   , Ramírez Camacho Jaime Giovanni 
Published: September 2023

The highly complex and interconnected today's societies require a continuous flow of materials and energy from one geographical area to another. In particular, huge amounts of often-hazardous materials, mainly liquids or gases, are transported from production/extraction sites, through processing plants, to the final consumption areas.
The transportation can be performed by different modes: road, rail, ship (sea/river) or pipeline. Most of these modes have a strong interaction with the landscape, as often the transport takes place over long distances, crossing both rural and urban areas.
Pipeline transport is one of the most commonly used modalities for the transport of fluids and is commonly regarded as a safer alternative compared to other transportation modes, based on the low accident frequency and the generally limited number of fatalities historically registered. Nonetheless, due to the continually increasing extension of their network, pipelines often cross highly populated and industrialized areas, so that in case of a loss of containment involving a hazardous substance, significant damages can affect a large number of people. At the same time, given the close interaction between pipelines and human activities, the frequency of occurrence of failures can become significant. On the other hand, when crossing rural areas or with high biological diversity, a serious environmental impact can result. In some of these accidents, the scale of the event and the severity of its consequences have increased due to the so-called domino effect.
Consequently, an increasing attention has been devoted in recent years to the quantification of the risk associated with this transportation mode based on the well-known techniques of Quantitative Risk Analysis (QRA). This methodology consists in a step-wise procedure where the following main phases are carried out: identification of the accident scenarios, estimation of their frequency of occurrence, calculation of their consequences in terms of damaged areas and people involved and, finally, quantification of the overall risk.
On the basis of the above considerations, and with the aim of improving the knowledge of the data required to carry out a QRA, in this paper a statistical analysis of historical data on accidents involving onshore pipelines occurred all over the world has been carried out, to illustrate the risk associated to these systems. Detailed event trees have been developed for the different substance categories identified, and the conditional probabilities for each specific release sequence have been calculated.
The historical study of accidents in buried natural gas pipelines that have involved the formation of a crater has allowed the assessment of the influence of the pipeline parameters on the dimensions of the crater resulting from the rupture of the pipeline. Mathematical expressions have been obtained to represent the proportionality relationships found.
Finally, a mathematical model, based on a historical survey of pipeline accidents, is proposed to estimate the probability of domino effect in parallel pipelines, aerial or buried, associated to a jet of fluid and to the resulting erosion or thermal effects.
The results obtained represent a useful and needed starting point in QRA of hazardous materials transportation via pipelines.
Las altamente complejas e interconectadas actividades industriales actuales requieren un flujo continuo de materiales y energía de una zona geográfica a otra. En particular, las enormes cantidades de materiales (principalmente líquidos y gases), a menudo peligrosos, son transportadas desde los sitios de producción/extracción hacia las plantas de procesamiento, y desde éstas a las zonas de consumo final. El transporte puede realizarse por diferentes modalidades: carretera, ferrocarril, barco (mar/río) o tubería. La mayoría de estas modalidades tienen una fuerte interacción con el territorio, como sucede muchas veces en el transporte a grandes distancias, atravesando zonas rurales y urbanas. El transporte por tuberías es una de las modalidades más utilizadas para el transporte de fluidos y se considera comúnmente como una alternativa más segura en comparación con otros modos de transporte, con base en la baja frecuencia de accidentes y el número generalmente limitado de víctimas históricamente registradas. Sin embargo, debido a la creciente extensión de su red, las tuberías atraviesan con frecuencia áreas altamente pobladas e industrializadas, por lo que en caso de una pérdida de contención accidental que involucre una sustancia peligrosa, los daños significativos pueden afectar a un gran número de personas. Al mismo tiempo, dada la estrecha interacción entre las tuberías y las actividades humanas, la frecuencia de ocurrencia de fallos puede llegar a ser significativa. Por otra parte, al cruzar zonas rurales o de alta variedad biológica, puede conllevar un grave impacto ambiental. En algunos de estos accidentes, la escala del evento y la gravedad de sus consecuencias se han incrementado debido al llamado efecto dominó. En consecuencia, se ha dedicado una creciente atención en los últimos años a la cuantificación del riesgo asociado a esta modalidad de transporte basada en técnicas muy conocidas del Análisis Cuantitativo del Riesgo (ACR). Esta metodología consiste en un procedimiento escalonado en el que se realizan las siguientes fases principales: identificación de los escenarios accidentales, estimación de su frecuencia de ocurrencia, cálculo de sus consecuencias en términos de personas involucradas y áreas dañadas y, finalmente, cuantificación del riesgo general. Con base en las consideraciones anteriores y con el fin de mejorar el conocimiento de los datos requeridos para llevar a cabo un ACR, en este trabajo se ha realizado un análisis estadístico de datos históricos de accidentes de tuberías terrestres en todo el mundo para ilustrar el riesgo asociado a estos sistemas. Se han desarrollado árboles de eventos detallados para las diferentes categorías de sustancias identificadas y se han calculado las probabilidades condicionales para cada secuencia de pérdida de contención específica. El análisis histórico de accidentes en tuberías enterradas de gas natural que han involucrado la formación de un cráter, ha permitido evaluar la influencia de los parámetros de la tubería sobre las dimensiones del cráter resultante de la rotura de la misma. Se han obtenido expresiones matemáticas que representan las relaciones de proporcionalidad directa encontradas. Por último, se propone un modelo matemático, basado en un estudio histórico de accidentes, para estimar la probabilidad de efecto dominó en tuberías paralelas, aéreas o enterradas, asociada a un chorro de fluido y a los efectos térmicos o de erosión resultantes. Los resultados obtenidos representan un punto de partida útil y necesario para el ACR en el transporte de materiales peligrosos por tubería.