Avalie as fontes e as condições de acúmulo, não a siderúrgica inteira

Uma instalação siderúrgica reúne equipamentos de alta temperatura, gases combustíveis, gases redutores, gases de proteção de soldagem e vários tipos de espaços confinados. Por isso, não é correto aplicar um critério uniforme como “por ser uma siderúrgica, adiciona-se o CO₂ como quinto gás”. Os pontos onde o canal de CO₂ deve ser acrescentado são definidos verificando, nesta ordem, se o CO₂ é realmente gerado ou fornecido pelo processo, se uma eventual fuga pode alcançar pessoas e se o gás pode se acumular quando a ventilação para.

O CO₂ é incolor, inodoro e não inflamável. Como limites recomendados de exposição ocupacional, o NIOSH apresenta média ponderada de 8 horas de 5.000 ppm, limite de curta duração de 30.000 ppm e concentração imediatamente perigosa à vida e à saúde (IDLH) de 40.000 ppm. Esses valores são norte-americanos e não substituem os limites legais coreanos, mas mostram que o CO₂ não deve ser tratado apenas como indicador de qualidade do ar interno ou como medida indireta do deslocamento de oxigênio. Como pode provocar dor de cabeça, tontura, dificuldade respiratória, perda de consciência e convulsões, é necessário medi-lo diretamente nos trabalhos em que sua presença seja possível.

Há duas condições principais que elevam a prioridade de um canal de CO₂ na siderurgia. A primeira é existir uma fonte clara, como gás de alto-forno ou de conversor, gases de combustão, gás de proteção, agente extintor ou gelo seco. A segunda é haver entrada ou permanência de pessoas em locais onde o gás possa ficar retido, como poços, dutos, tanques, interior de fornos, subsolos e barreiras acústicas ou contra poeira temporárias. Quanto mais essas condições se sobrepõem, mais necessário é avaliar em conjunto o monitoramento fixo, a medição remota antes da entrada e a medição pessoal durante o trabalho.

1. Alto-forno, conversor e sistemas de gases de processo

A siderurgia integrada lida efetivamente com correntes gasosas de alta concentração de CO₂. Material da World Steel Association sobre captura de carbono indica aproximadamente 20~25 mol% de CO₂ no gás de alto-forno, 15~20 mol% no gás de conversor, 15~30 mol% nas estufas de alto-forno e 10~20 mol% nos canais de fumaça dos fornos de coque. Isso não significa que o ar do local de trabalho tenha tais concentrações, mas que os gases de processo dentro de tubulações, dutos, gasômetros e sistemas de coleta e recuperação podem constituir uma grande fonte de liberação em caso de fuga.

Contudo, é especialmente perigoso observar apenas o CO₂ nessas áreas. Uma antiga investigação do NIOSH em alto-forno informou que o gás de alto-forno podia conter 27~30% de CO e que, durante a investigação, detectores diretos de CO em vários pontos ultrapassaram sua faixa de medição acima de 100 ppm. As condições de processo e os equipamentos variam por estabelecimento, mas não há fundamento para acrescentar apenas CO₂ e excluir o canal de CO da avaliação do risco agudo nos sistemas de gás de alto-forno e conversor. Se houver componentes inflamáveis conforme a composição do gás e as condições operacionais, também é necessário monitoramento de LEL separado.

Assim, os candidatos à adição de CO₂ não são o interior de tubulações onde o gás fica normalmente confinado, mas as rotas de exposição dos trabalhadores. Devem ser avaliados prioritariamente gasômetros, salas de compressores e sopradores, estações de válvulas, salas de analisadores, pontos de drenagem, poços de condensado, portas de inspeção de dutos, áreas em torno de coletores de pó, instalações de captura e compressão de carbono e o entorno de fornos e recipientes abertos para manutenção. É preciso considerar conjuntamente o histórico de fugas recorrentes, as rotas de purga e blowdown, o modelo de dispersão com exaustores parados e o fluxo real do ar.

2. Áreas de combustão, como fornos de aquecimento, fornos de tratamento térmico e caldeiras

A combustão completa de combustível com carbono e oxigênio suficiente produz CO₂; a combustão incompleta pode aumentar o CO. Entre os principais pontos de análise estão fornos de reaquecimento de placas, fornos de tratamento térmico, secadores, caldeiras, queimadores, geradores de emergência e equipamentos com motor de combustão interna. A descarga normal de CO₂ pela chaminé durante a operação não implica, por si só, necessidade de monitoramento no local de trabalho. Deve existir um cenário em que gases de combustão alcancem a área de trabalho, como fuga no canal de fumaça, refluxo, anomalia no queimador, falha do damper, parada do exaustor, perda de pressão negativa ou fechamento de acessos no inverno.

Nesse caso, CO₂ e CO respondem a perguntas distintas. A elevação de CO₂ pode indicar entrada de produtos de combustão e ventilação insuficiente, enquanto o CO representa diretamente o risco tóxico da combustão incompleta. Um CO₂ baixo não significa ausência de CO, nem um CO baixo significa pouca exposição a CO₂. Fuga de combustível e possibilidade de explosão são, por sua vez, atribuições do canal de LEL. Mesmo com a adição de CO₂ em torno da câmara de combustão, não se devem substituir o monitoramento de CO e LEL, os intertravamentos dos queimadores, o controle de combustão e a ventilação local e geral.

Uma única leitura de CO₂ no centro de uma ampla laminação aberta pode ter baixa representatividade. Em contrapartida, uma sala subterrânea de utilidades, um poço de inspeção, a parte inferior de um forno, o ar que entra na cabine de uma ponte rolante, uma tenda temporária de manutenção ou um enclosure acústico podem converter uma pequena fuga em concentração acumulada. Para decidir se o monitoramento fixo contínuo é necessário, devem-se medir separadamente as condições de operação normal, partida, parada, parada de emergência e manutenção.

3. Soldagem com proteção de CO₂ e trabalhos de corte

Na fabricação e no reparo de aço, CO₂ puro ou uma mistura de argônio e CO₂ pode ser utilizada como gás de proteção na soldagem a arco com gás. A orientação da OSHA sobre soldagem relaciona argônio, hélio, nitrogênio e CO₂ como gases de proteção e explica que CO e CO₂ também podem ser gerados durante o processo. Em espaços confinados ou semicerrados, esses gases podem deslocar o ar e criar risco de asfixia.

O simples fato de se executar pouca soldagem em um galpão aberto não exige sensores de CO₂ para todos os trabalhadores. A situação é diferente, porém, no interior de tanques, dutos, tubulações e fornos, em poços de inspeção de veículos, blocos de navios, vigas-caixão de grandes estruturas, pontos de soldagem cercados por barreiras contra vento e células robotizadas com pouca ventilação. Fuga no cilindro ou na mangueira do manifold, válvula deixada aberta após o trabalho, uso simultâneo de várias tochas e parada da exaustão local podem fazer o CO₂ se acumular rapidamente.

Nesses casos, utilizam-se conjuntamente a medição direta de CO₂ e a medição de O₂, além de se avaliar o CO que pode ser gerado pela soldagem. Fumos metálicos e outros gases nocivos provenientes de tintas, revestimentos, produtos de limpeza ou do metal-base não são todos resolvidos pelos quatro ou cinco canais de um detector multigás. A exaustão local deve ficar próxima da fonte, enquanto a permissão de trabalho e a avaliação de higiene ocupacional específica para cada substância precisam ser conduzidas separadamente.

4. Inertização, purga e sistemas de extinção

Instalações siderúrgicas podem usar gases inertes, como nitrogênio ou argônio, para prevenir incêndio e explosão, limitar a oxidação, conservar equipamentos ou preparar uma manutenção. Primeiro é preciso confirmar qual substância é realmente introduzida. Se o sistema for purgado com nitrogênio ou argônio, acrescentar um sensor de CO₂ não detectará diretamente a fuga desses gases. O canal principal, nesse caso, é O₂, acompanhado por bloqueio do fornecimento, isolamento, ventilação e controle de entrada.

Por outro lado, em áreas onde o próprio CO₂ é usado para purga, inertização ou como agente de um sistema fixo de extinção, o canal de CO₂ tem função direta. As rotas de fuga a analisar incluem a sala de cilindros, o manifold, o entorno dos bicos de descarga, as entradas da área protegida, os pontos baixos adjacentes e as passagens entre o subsolo de cabos e a sala de controle. O alarme deve ser projetado em conjunto com o atraso antes da descarga e o sinal de evacuação, a retomada da ventilação, o bloqueio de acessos e a indicação do estado do sistema. Como o instrumento não impede a descarga nem resgata automaticamente uma pessoa, são necessários procedimentos de emergência e meios independentes de evacuação.

5. Trabalhos que utilizam limpeza com gelo seco

O jateamento com gelo seco pode ser escolhido para remover contaminantes de moldes, rolos, equipamentos elétricos e superfícies de máquinas de produção sem água nem resíduo de abrasivo. Nem toda siderúrgica utiliza esse método, portanto, primeiro devem ser verificados os itens adquiridos e as técnicas usadas por prestadores de manutenção. A orientação técnica da OSHA explica a vantagem de os pellets de gelo seco sublimarem após o impacto, gerando pouco resíduo adicional de material de jateamento, mas adverte para a grande possibilidade de criar uma atmosfera deficiente em oxigênio em espaços confinados.

O gelo seco na quantidade de 1 kg não permanece sólido: transforma-se integralmente em CO₂ gasoso. Portanto, deve-se calcular a pior condição a partir da quantidade utilizada, do tempo de trabalho, do volume do espaço, da vazão de ventilação mecânica e da posição de descarga, e confirmar o resultado por medição real. É razoável monitorar continuamente O₂ e CO₂ ao mesmo tempo no interior de fornos e tanques, em poços subterrâneos, dentro de barreiras contra poeira e em cabines fechadas de limpeza. Tinta, carepa e poeira que se desprendam da superfície limpa também exigem avaliação de exposição separada.

Não confunda concentração de fundo com alarme de segurança ocupacional

O ar externo limpo contém aproximadamente 0,04% de CO₂, e a respiração eleva sua concentração em escritórios ocupados. O HSE informa que o CO₂ pode ser usado como indicador amplo da ventilação em espaços comuns ocupados, mas deixa claro que esse uso não é apropriado ou tem representatividade limitada em áreas onde processos geram CO₂ ou em grandes galpões de produção com mistura incompleta do ar. Por isso, valores de gestão da ventilação de escritórios, como 1.000–1.500 ppm, não devem ser usados sem alteração como limites de alarme por exposição tóxica em uma siderúrgica.

A linha de base local é criada registrando conjuntamente as concentrações no ar externo limpo e em vários pontos durante a operação normal. Também se observam as variações por turno, estação, abertura de portas, funcionamento dos ventiladores e taxa de produção. Depois, os valores de alarme são definidos com base na legislação aplicável na Coreia, nos limites de exposição do estabelecimento, no objetivo da resposta de emergência e na faixa e no erro dos sensores. Uma concentração um pouco acima do fundo pode ajudar a localizar a fonte, mas não equivale por si só a um alarme de risco à saúde. Inversamente, uma média baixa pode ocultar uma liberação breve e intensa, como um blowdown ou a fuga de um cilindro.

Por que apenas O₂ não substitui a medição de CO₂

O CO₂ desloca o ar, mas um alarme de O₂ não alerta cedo o suficiente para a toxicidade própria do CO₂. Em um cálculo meramente ilustrativo, se 4% de CO₂ puro forem misturados ao ar fresco e deslocarem o mesmo volume de ar, o oxigênio ficará em aproximadamente 20,1%. Esse valor pode estar acima de um limite comum de deficiência de oxigênio de 19,5%, embora 4% de CO₂ correspondam ao IDLH de 40.000 ppm do NIOSH. Mesmo que a mistura real em campo seja mais complexa por efeito de temperatura, pressão, correntes de ar e reações, permanece a conclusão de que os dois sensores não medem a mesma coisa.

CO e LEL também não substituem CO₂. O sensor de CO observa o risco tóxico da combustão incompleta e dos gases de processo que contêm CO. O sensor de LEL verifica se os gases inflamáveis se aproximam da faixa em que podem inflamar. Como o CO₂ não é inflamável, não aparece na leitura de LEL. As funções dos quatro parâmetros podem ser distinguidas assim:

  • O₂: verifica deslocamento do ar, consumo ou enriquecimento de oxigênio e as condições de leitura de alguns sensores.

  • CO: verifica o risco de intoxicação por combustão incompleta e por gases de processo que contêm CO.

  • LEL: verifica a possibilidade de incêndio e explosão causada por gases combustíveis e componentes inflamáveis.

  • CO₂: verifica diretamente a fuga e o acúmulo de CO₂ e o nível de exposição.

Assim, o CO₂ não é um sensor substituto que elimina O₂, CO e LEL já instalados, mas um sensor complementar que preenche uma lacuna identificada na avaliação de riscos. Se forem previstos outros perigos, como H₂S, SO₂, NO₂, amônia, vapores de solventes ou fumos metálicos, também são necessárias medições específicas.

A localização do sensor não se resume a “é pesado, então fica no piso”

A densidade relativa do CO₂ é maior que a do ar, portanto é razoável examinar seu acúmulo em poços e pontos baixos. No entanto, gases de combustão quentes podem subir, e jatos de vazamento de alta pressão, ventilação forçada, abertura de portas, convecção térmica e sucção de dutos alteram a distribuição da concentração. Instalar todos os sensores em linha apenas junto ao piso pode deixar de captar o fluxo real da fuga ou a zona de respiração dos trabalhadores.

A posição dos sensores fixos é definida combinando a fonte provável de fuga, o caminho até as pessoas, os pontos baixos onde pode haver acúmulo, as zonas mortas de ventilação e os locais de circulação e permanência. Em uma sala de compressores de gás, examinam-se selos e flanges e o percurso de entrada; em uma célula de soldagem, a tocha, o manifold de gás e a posição do trabalhador; em uma cabine de gelo seco, a alimentação, a descarga e a área de espera para recolhimento. Um ponto diretamente diante da insuflação pode mostrar o risco excessivamente diluído, enquanto outro ao lado de uma exaustão forte pode indicar um valor maior ou menor que a média do espaço; por isso, o objetivo da instalação deve ser explícito.

Antes de entrar em um espaço confinado, usa-se medição remota por bomba para examinar separadamente as partes superior, intermediária e inferior e a rota de avanço. O procedimento da OSHA para testes atmosféricos em espaços confinados também determina que, quando houver possibilidade de estratificação, a direção de avanço e o entorno sejam testados por etapas e que se respeite em cada ponto o tempo mínimo de resposta definido pelo fabricante. Ao usar uma mangueira longa, soma-se o tempo de transporte da amostra. Se o processo puder mudar após a entrada, o trabalhador deve usar um monitor pessoal na zona de respiração ou manter monitoramento contínuo.

O método e a faixa do sensor são tão importantes quanto sua localização. O método infravermelho não dispersivo, NDIR, é amplamente utilizado para CO₂, mas isso não significa que um instrumento de baixa concentração para qualidade do ar interno seja apropriado para alarmes industriais de alta concentração. Devem ser verificados a pior concentração prevista, a resolução, o limite superior, o tempo de resposta, os efeitos da temperatura, umidade e pressão, a adequação para atmosfera explosiva e os métodos de calibração e teste funcional. Após uma exposição que ultrapasse a faixa, o estado do instrumento deve ser verificado conforme o procedimento do fabricante antes de reutilizá-lo.

Sequência de verificação em campo para decidir pela adição

Para acrescentar um canal de CO₂ com segurança, é melhor começar pelos dados do processo, e não pelo catálogo de instrumentos. A sequência abaixo ajuda a reduzir tanto instalações excessivas quanto pontos cegos.

  1. Listar as substâncias e composições gasosas dos processos de alto-forno, conversor, fornos de aquecimento, caldeiras, soldagem, purga, extinção e limpeza.

  2. Separar as quantidades e rotas de liberação durante operação normal, partida e parada, blowdown, limpeza, manutenção e falha da ventilação.

  3. Relacionar poços, dutos, tanques, interior de fornos, subsolos, enclosures temporários e zonas de respiração dos trabalhadores com desenhos, testes de fumaça em campo ou confirmação da direção do vento.

  4. Identificar, entre O₂, CO, LEL e gases tóxicos específicos, o que os equipamentos existentes não conseguem detectar.

  5. Distinguir os objetivos de monitoramento fixo e portátil, medição prévia por bomba, medição pessoal e amostragem de higiene ocupacional.

  6. Testar os procedimentos de evacuação, bloqueio do fornecimento, ventilação forçada, autorização de reentrada e resgate após um alarme.

  7. Incorporar aos procedimentos operacionais o bump test, a calibração, a vida útil dos sensores, a análise dos dados e as ações corretivas para alarmes recorrentes.

Em última análise, o ponto onde o CO₂ deve ser acrescentado em uma siderúrgica não é apenas “onde provavelmente há CO₂”, mas aquele em que se demonstra uma rota pela qual o CO₂ pode ser liberado e expor pessoas. Sistemas de gás de processo, áreas confinadas de combustão, soldagem protegida por CO₂, purga e extinção com CO₂ e limpeza com gelo seco são candidatos representativos; em cada um deles, O₂, CO, LEL e outros agentes nocivos devem ser considerados em conjunto. Acrescentar um sensor é útil, mas a segurança efetiva surge quando isolamento da fonte, ventilação, permissão de trabalho, posição de medição e resposta ao alarme funcionam como um único sistema.

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