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DISEÑO DE INTERLOCKS EN PLANTAS DE SUPERFICIE DE HIDROCARBUROS

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GUÍA TÉCNICA PARA EVALUACIÓN DE INTERLOCKS (MÉTODO AIB)

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TABLA DE CONTENIDO

Página

1. OBJETO ..................................................................................................................................................................... 3

2. ALCANCE .................................................................................................................................................................. 3

3. GLOSARIO ................................................................................................................................................................. 3

4. DOCUMENTOS DEROGADOS ................................................................................................................................. 5

5. REFERENCIAS NORMATIVAS ................................................................................................................................. 5

6. CONDICIONES GENERALES ................................................................................................................................... 5

7. DESARROLLO ........................................................................................................................................................... 6

7.1. SECUENCIAS DE PASOS Y DESARROLLO .......................................................................................................... 7

7.1.1. Identificar los eventos que involucran interlocks ............................................................................................. 7

7.1.2. Determinar la Clasificación inicial de los Eventos (A, C o E) ........................................................................... 7

7.1.3. Identificar todos los AIB para los eventos considerados ................................................................................. 7

7.1.4. Determinar la clasificación final (A, B, C, D, o E) del evento............................................................................ 8

7.1.5. Documentar la evaluación del Interlock ........................................................................................................... 11

8. REGISTROS ............................................................................................................................................................ 11

9. CONTINGENCIAS .................................................................................................................................................... 11

10. BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................................................ 12

11. ANEXOS ................................................................................................................................................................... 12

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1. OBJETO Establecer la metodología AIB para la Evaluación de los Interlocks existentes o recomendados de los análisis de riesgos de una unidad operativa, de acuerdo con el Elemento 8 “Análisis de Riesgos de Proceso” de la Guía de Administración de Seguridad de Procesos (ECP-DHS-G-019), con el fin de clasificarlos y determinar el nivel de integridad de seguridad requerido (SIL). Esta metodología asume que se han hecho esfuerzos para proporcionar diseños inherentemente más seguros y capas de protección aprobados no instrumentadas antes de recurrir a los interlocks para evitar el evento peligroso.

2. ALCANCE Este método puede ser usado para la Evaluación de Interlocks (funciones seguridad) de una Unidad operativa, como parte del proceso de revisión cíclica de Análisis de Riesgos de Procesos de las Unidades Operativas de COPETROL S.A., o cuando se realicen modificaciones en los procesos y operaciones existentes, de acuerdo con la guía ECP-VST-O-PRO-GT-001 “Guía de Análisis de Riesgos de Procesos”.

3. GLOSARIO

Definiciones

ANÁLISIS DE PELIGROS DE PROCESO (PHA): la aplicación de enfoques organizados, metódicos para identificar los eventos peligrosos relacionados con instalaciones de procesos y determinar las líneas de defensa apropiadas para prevenir esos eventos.

CAPAS DE PROTECCIÓN INDEPENDIENTE (IPL): Sistemas de protección que generalmente involucran diseños especiales, equipo de proceso, sistema de control básico de proceso, procedimientos administrativos, y/o respuestas planeadas para protección contra un riesgo inminente, independientemente del evento iniciador o de cualquier otra capa de protección asociada con dicho escenario. La efectividad y la independencia de la IPL deben ser auditables.

CONTROLES ADMINISTRATIVOS: Uso de los procedimientos operativos, respuesta del operador a alarmas, procedimientos de emergencia, y otros enfoques de gestión para la prevención de incidentes, o para minimizar los efectos de un incidente, por ejemplo, procedimientos, y permisos de trabajo en caliente.

ELEMENTOS APROBADOS INDEPENDIENTES DE RESPALDO (AIB): capa de seguridad la cual protege contra el peligro si el BPCS y/o SIS falla. No pueden ser controles administrativos y deben tener características de seguridad no eléctricas / ni instrumentada. Estos elementos deben cumplir con los criterios de una IPL.

NIVEL DE INTEGRIDAD DE LA SEGURIDAD (SIL): Es un medida del desempeño de la función (IPF) o del sistema de seguridad que expresa la probabilidad que un sistema realice satisfactoriamente las funciones de seguridad requeridas bajo todas las condiciones establecidas en un período de tiempo dado.

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Tabla 1. Nivel de Integridad de la Seguridad.

NIVEL SIL PFD

(Probabilidad de Falla en Demanda)

FRR

(Factor de Reducción de

Riesgo)

0 > 0.1 < 10

1 0.1 – 0.01 10 a 100

2 0.01 – 0.001 100 a 1000

3 0.001 – 0.0001 1000 a 10000

4 0.0001 – 0.00001 10000 a 100000

PELIGRO (“HAZARD”): es cualquier cosa que pueda causar daño, como productos químicos, la electricidad, el trabajo en escaleras, caja abierta y otros. Propiedad inherente de una sustancia o una fuente de energía con el potencial de causar daño.

RIESGO: es la posibilidad, alta o baja, que alguien pudiera ser perjudicado por algún peligro, junto con una indicación de qué tan grave podría ser el daño.

SISTEMA INSTRUMENTADO DE SEGURIDAD (SIS): sistema compuesto de sensores, “logic solver” (controlador lógico) y elementos de control finales con el propósito de llevar el proceso y/o equipo a un estado seguro cuando condiciones predeterminadas son violadas,buscando proteger las personas, el medio ambiente, los equipamientos y la producción. Otros términos usados comúnmente incluyen los Sistemas de Parada de Emergencia (ESD) y los Sistemas de Inter-bloqueo de Seguridad.

EVENTO INICIADOR: una acción que puede conducir a un evento peligroso (por ejemplo, la falla de una válvula de control BPCS).

INTERLOCK DE PROCESO: sistema o función que detecta una condición fuera de los límites (anormal) o una secuencia incorrecta y, o bien para la acción o toma una acción correctiva. Un interlock de proceso opera de forma automática, sin intervención del operador. Se compone de una función de detección, una función de control, y un elemento de control final. Un interlock de proceso es generalmente parte de los BPCS y se lleva a cabo con el mismo equipo y el mismo nivel de seguridad como las secuencias normales y otros funciones de arranque / parada en el BPCS. El interlock de proceso es sinónimo de interlock de no- seguridad. La falla de un interlock de proceso no resulta en lesiones graves para el personal o tener un impacto ambiental significativo. Véase la definición de interlock de seguridad. Si un interlock de proceso es proporcionado para la mitigación de eventos clase C, D o E, requiere pruebas periódicas con la frecuencia adecuada a la reducción de los riesgos requeridos, para garantizar que la confiabilidad se mantiene.

INTERLOCK DE SEGURIDAD: sistema o función conformada por una combinación de sensores, solucionador de la lógica y elementos finales, con un nivel especificado de integridad de seguridad (SIL), que puede detectar una condición fuera de límites (anormal) y lleva el proceso a un estado funcionalmente seguro. La función de control del interlock de seguridad (solucionador de la lógica) debe estar separado del solucionador de la lógica ejecutando las funciones de control del BPCS. Un interlock de seguridad se encarga de solo eventos Clase A y B. Una IPF es funcionalmente independiente del BCPS. Otros términos usados para denominar Interlock de Seguridad son Funciones Instrumentadas de Seguridad (IPF/SIF).

LOPA (ANÁLISIS DE CAPAS DE PROTECCIÓN): es un estudio semi-cuantitativo de evaluación de riesgos. Ofrece un estimado global en orden de magnitud de la frecuencia de los escenarios específicos de eventos peligrosos usando estimaciones de la frecuencia del evento iniciador y la probabilidad de fallos de las capas independientes de protección pertinentes. La severidad de las consecuencias de los eventos es establecida y categorizada acorde a su impacto, de manera que las frecuencias objetivos (tolerables) de los niveles de

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severidad (consecuencia) estén separados por un orden de magnitud. Si las consecuencias son catastróficas, el valor final tolerable podría ser tan bajo como 10

-5, aun considerándose una pareja C-C. (causa - consecuencia)

Abreviaciones

AIB: Approved Independent Backup.

ALARP: As Low As Reasonably Practicable.

ARP: Análisis de Riesgo de Procesos.

BPCS: Sistema de Control Básico de Proceso.

CCPS: Center for Chemical Process Safety.

EI: Evaluación de Interlocks.

FTA: Fault Tree Analysis.

IPF: Funciones Instrumentadas de Seguridad.

LOPA: Layer of Protection Analysis.

PHA: Process Hazards Analysis.

SIF: Función Instrumentada de Seguridad.

4. DOCUMENTOS DEROGADOS

No aplica.

5. REFERENCIAS NORMATIVAS

La Política Integral de ECOPETROL S.A.

ECP-DHS-G-019 Guía de Administración de Seguridad de Procesos de ECOPETROL S.A.

ECP-VST-O-PRO-GT-001 Guía de Análisis de Riesgos de Procesos.

OSHA 28 CFR -1910.119 Process safety management of highly hazardous chemical, explosives and blasting agents, 1992.

ANSI/ISA S91.00.01 Identification of Emergency Shutdown Systems and Controls That Are Critical to Maintaining Safety in Process Industries, 1995.

ANSI/ISA – 84.00.01 Part 1-3 - 2004 (IEC 61511-1 Mod.), Functional Safety: Safety Instrumented Systems for the Process Industry Sector, 2004.

6. CONDICIONES GENERALES

La Evaluación de Interlocks es uno de los componentes del elemento de Análisis de riesgos de procesos (ARP) y aplica tanto para proyectos nuevos como plantas existentes y su propósito principal es establecer y documentar la categoría del interlock (seguridad o proceso) y el nivel de integridad y seguridad, objetivo para cualquier interlock que sea considerado una línea de defensa. (Interlocks de seguridad). Para el, se deben usar el método AIB y/o los métodos basados en el riesgo (LOPA y FTA), ya que ambos proporcionan soluciones seguras y prácticas para la mayoría de las aplicaciones que se encuentran en la industria de procesos. Sin importar el método empleado, un nivel de integridad de seguridad, objetivo que debe ser establecido por cada interlock de seguridad.

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La metodología AIB es un procedimiento más directo integrado con el proceso de PHA (orientada al proceso), que se basa en la credibilidad del evento peligroso en cuestión y la efectividad del AIB para así determinar los requerimientos de integridad de seguridad de los interlocks; esta metodología es la recomendada para iniciar la evaluación de interlocks existentes en una planta existente, exceptuando los casos en que la metodología misma, requiere del uso del método basado en riesgos. La metodología AIB está diseñada para ser conservadora desde el punto de vista de seguridad, lo que implica que la clasificación de interlocks bajo esta metodología puede ser más exigente que la clasificación determinada por el método basado en el riesgo. El método AIB también puede utilizarse para determinar los requerimientos de integridad de interlocks para eventos peligrosos Clase C o Clase D así como para daños de equipos. Las metodologías basadas en riesgo (FTA y/o LOPA), se recomienda típicamente para situaciones de alto riesgo (ej., eventos de severidad de consecuencia “5” con múltiples fatalidades), cuando el uso del método AIB resulta ser de alta dificultad (por ejemplo., integridad y/o identificación del AIB), cuando el número resultante de clase de eventos "A" identificados en la instalación es inapropiadamente alto (10 o más) y para proyectos e instalaciones nuevas en ECOPETROL S.A. Estas metodologías dado su complejidad requieren de más recurso humano especializado. Sin embargo, los métodos basados en riesgo con análisis cuantitativo de frecuencias pueden aplicarse al análisis de cualesquier evento peligroso donde se permita usar el método AIB, por lo que su utilización es una decisión del equipo de ARP. Los métodos basados en riesgos no hacen parte de este alcance. Una vez clasificado y determinado el nivel de integridad de los interlocks de seguridad, el paso siguiente es continuar con el resto de actividades del modelo de Ciclo de Vida de la Seguridad (SLC) de ANSI/ISA S84.00.01-2004 (diseño, instalación, operación, mantenimiento); si esto no es hecho, el estándar claramente establece que el interlock no cumpliría con los requerimientos SIL. Estas actividades corresponden al desarrollo de las especificaciones de requerimientos de seguridad (SRS), diseño, instalación, operación y mantenimiento de los interlocks de seguridad y otras necesidades especiales del SLC no hacen parte de este alcance. Para las IPF existentes, su SIL (o PFD) calculado debe compararse con la meta de SIL y la PFD documentada. Sí el nivel SIL o PDF calculadas no cumplen o excede el valor de la meta, se debe recomendar su “actualización” para reducir el riesgo a un nivel aceptable. Por ejemplo la recomendación podría reducir la PFD, mejorando el diseño físico (su arquitectura), mejorando los componentes de la función IPF y aumentando la frecuencia de prueba o adicionando o mejorando otra capa independiente de protección independiente.

7. DESARROLLO

En las secciones siguientes se describen los pasos principales de la metodología AIB, y el conjunto de criterios y reglas relacionadas que se deben tener en cuenta en el proceso de EI. (Ver figura 1)

Figura 1. Pasos del Proceso de Evaluación de Interlocks.

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7.1. SECUENCIAS DE PASOS Y DESARROLLO

Para documentar los pasos siguientes utilice la tabla de clasificación de Interlocks de la Figura 3.

7.1.1. Identificar los eventos que involucran interlocks

Identifique todos los eventos peligrosos que involucran lesiones, impactos ambientales y pérdidas económicas donde un interlock este presente o esté siendo considerado su uso (estudio PHA), como línea de defensa contra los eventos peligrosos identificados. Eventos con interlocks asociados que solo involucren pérdidas financieros que no sean catastróficas (C1 a C4), pueden ser clasificados en esta evaluación o delegados a otro equipo de trabajo para un análisis y clasificación final posterior. Cualquier interlocks existente no relacionado con un evento peligroso de proceso puede indicar la necesidad de una revisión del PHA. Los interlocks que no mitiguen eventos peligrosos deberían ser considerados interlocks de proceso.

NOTA: Los interlocks de seguridad solo deberían ser considerados en ausencia de métodos más efectivos como diseños inherentemente más seguros (ISD) y AIBs. (Ver GRB-CTC-G-002 “Estándar para diseño seguro de proceso”).

7.1.2. Determinar la Clasificación inicial de los Eventos (A, C o E)

Determine la clasificación inicial de eventos (A, C o E) utilizando los criterios de consecuencias significativas a la seguridad, medio ambiente y económicos de la matriz RAM (peor caso) y asumiendo que ninguna barrera de protección existe, como se explica a continuación:

Evento clase A: Evento peligroso que tiene la posibilidad de lesiones graves al personal y/o impacto ambiental significativo y/o daño catastrófico de la propiedad, y a juicio del equipo de clasificación no es confiablemente prevenido por un AIB. Son eventos con consecuencia 4 o 5 por Seguridad o Medio Ambiente (MA) o consecuencia 5 para cualquiera de las otras categorías de la RAM (económica, imagen y clientes).

Evento clase C: Evento peligroso que resulta en daño significativo a equipo y/o pérdida importante en producción. Que no implica lesiones serias al personal; ni tiene impacto ambiental significativo. A juicio del equipo clasificador el evento NO es prevenido por un AIB. Son eventos de consecuencia 3 por Seguridad o Medio Ambiente o consecuencia 4 para cualquiera del resto de categorías de la RAM.

Evento Clase E: corresponde a los eventos de consecuencia 0, 1 y 2 por seguridad o Medio Ambiente y consecuencia 0, 1, 2 y 3 para cualquiera del resto de categorías de la RAM.

Evento peligroso clasificado como bajo riesgo al personal y al ambiente a juicio del equipo clasificador. Evento que representa bajo riesgo de pérdida financiera.

Un Evento A o C el cual a juicio del equipo clasificador está adecuadamente prevenido por 2 o más AIB.

Eventos Clase E son mitigados por prácticas existentes en diseño Eléctrico y de Instrumentos que son

agregadas o parte del Sistema Básico de Control de Proceso (BPCS).

7.1.3. Identificar todos los AIB para los eventos considerados

Para cada uno de los eventos peligrosos con un interlock involucrado se debe identificar los AIB instalados. Los AIB (Elementos Aprobados Independientes de Respaldo) son sistemas o equipos secundarios, no eléctricos que evitan que resulte el evento peligroso y no son una capa de protección de instrumentos ni controles administrativos. (Ver figura 2, modelo de capas de protección).

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Figura 2. Capas de Protección.

Para que un dispositivo sea considerado un AIB deben cumplir con las siguientes características principales:

UNICOS: Específicos para el evento. Está diseñado para prevenir o mitigar las consecuencias de un evento potencialmente peligroso. No deberá tener otras funciones en la operación normal del proceso.

INDEPENDIENTES: No necesitan otros soportes para operar. Su buen funcionamiento no depende de la operación exitosa de otros sistemas.

CONFIABLES: Disponibles (más que 99% del tiempo) y confiables, no necesitando acción humana o de instrumentos.

AUDITABLES: Pueden ser inspeccionadas y probadas periódicamente. Algunos ejemplos de AIB son: Válvulas de alivio, barreras, diques de contención, equipos diseñados para una presión más alta, instalaciones y/o paredes “resistentes a explosión”, vertederos, revestimiento contra incendios, separación entre equipos e instalaciones, lavadores de gases, válvulas cheques (en especial para procesos limpios).

7.1.4. Determinar la clasificación final (A, B, C, D, o E) del evento

Clasifique nuevamente el evento peligroso en consideración, teniendo en cuenta la existencia de los AIB identificados en el paso anterior, de acuerdo con:

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Evento clase A: Evento peligroso que tiene la posibilidad de lesiones graves al personal y/o impacto ambiental significativo y/o daño catastrófico de la propiedad, y a juicio del equipo de clasificación no es confiablemente prevenido por un AIB. Son eventos con consecuencia 4 o 5 por Seguridad y Medio Ambiente o consecuencia 5 para cualquiera de las otras categorías de consecuencias de la RAM (económica, imagen y clientes). Normalmente, esto requiere un interlock de seguridad SIL 3. Para eventos clase A (consecuencias muy serias) considere el uso de un método basado en el riesgo (LOPA, FTA) para determinar el SIL requerido del interlock.

Evento clase B: Evento del mismo tipo que el A, excepto que a juicio del equipo clasificador el evento esta prevenido por un AIB y requiere un interlock de seguridad de menor protección que Clase A. Éste evento típicamente requiere un Interlock de seguridad SIL 1 o 2.

Evento clase C: Evento peligroso que resulta en daño significativo a equipo y/o pérdida importante en producción. Que no implica lesiones serias al personal; ni tiene impacto ambiental significativo. A juicio del equipo clasificador el evento NO es prevenido por un AIB. Son eventos de consecuencia 3 por Seguridad y/o Medio Ambiente y consecuencia 4 para cualquiera de las otras categorías de la RAM. Los interlocks existentes o recomendados deberían tener la categoría de proceso.

Evento Clase D: Evento peligroso igual al clase C, excepto que a juicio del equipo clasificador el evento SI es prevenido por un AIB y requiere menos protección de interlocks que un evento C.

Evento Clase E: corresponde a los eventos de consecuencia 0, 1 y 2 por Seguridad o MA y consecuencia 0, 1, 2 y 3 para cualquiera del resto de categorías de la RAM.

Evento peligroso clasificado como bajo riesgo al personal y al ambiente a juicio del equipo clasificador Evento que representa bajo riesgo de pérdida financiera. Un Evento A o C el cual a juicio del equipo clasificador está adecuadamente prevenido por 2 o más AIB. Eventos Clase E son mitigados por prácticas existentes en diseño Eléctrico y de Instrumentos que son

agregadas o parte del Sistema Básico de Control de Proceso (BPCS). Los interlocks existentes o recomendados deberían tener la categoría de proceso.

En el siguiente cuadro se resume la clasificación final de los eventos con base en los AIB identificados. (Ver tabla número 2)

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Tabla 2. Cuadro Clasificación Final de los Eventos con Base en los AIB Identificados.

Clase de

Evento # de AIB’s

Clase de

Interlock Comentarios

A Ninguno A

Requiere una explicación sobre por qué no se instalaron AIB, incluido su costo. (si aplica) Requiere un interlock de seguridad SIL 3 independiente del BPCS de la planta. Para eventos clase A (consecuencias muy serias) considere el uso de un método basado en el riesgo (LOPA, FTA) para determinar para determinar la aceptabilidad de las medidas de mitigación del diseño.

A Uno B

Requiere un interlock de seguridad independiente del BPCS de la planta, típicamente SIL 1 o 2. Considerar la evaluación de la probabilidad del evento en la matriz RAM para definir el SIL (SIL 1 si el riesgo es M o menos), asumiendo que todas las salvaguardas existen excepto el interlock siendo revisado.

A Dos E Requiere un interlock de proceso que puede estar en el BPCS de la planta.

E --- E Requiere un interlock de proceso que puede estar en el BPCS de la planta.

C Ninguno C Requiere una explicación sobre por qué no se instalaron AIB, incluido su costo. (Si aplica). Típicamente requiere dos interlocks de proceso independientes de que pueden utilizar el BPCS de la planta.

C Uno D Requiere un interlock de proceso que puede estar en el BPCS de la planta.

C Dos E Requiere un interlock de proceso que puede estar en el BPCS de la planta.

E --- E Requiere un interlock de proceso que puede estar en el BPCS de la planta.

Otras consideraciones que deben tenerse en cuenta para de la clasificación de interlocks, son: a. Si el mismo interlock es identificado como salvaguarda contra varios eventos, el evento de mayor impacto

determina la categoría del Interlock y el SIL objetivo. b. El método AIB no deberá ser usado en los siguientes casos: (1) Cuando el interlock en cuestión va a ser retado

con alta demanda u opera continuamente. (2) Cuando el BPCS y SIS comparten un componente común que pudiera fallar en estado peligroso de manera que ambos pudieran iniciar el evento peligroso y simultáneamente deshabiliten al interlock. Usar un método basado en riesgo (ejemplo, FTA o LOPA).

En la tabla número 3, se visualiza una comparación solo para efecto ilustrativo, entre los niveles de desempeño por clase de eventos peligrosos y nivel SIL requerido.

Tabla 3. Tabla de Comparación de Niveles de Desempeño.

ANSI/ISA S84.00.01 METODOLOGIA AIB

SIL PDF Clase de

Evento PDF

1 10-1

a 10-2

B 10-1

a 10-2

2 10-2

a 10-3

B* 10-2

a 10-3

3 10-3

a 10-4

A 10-3 a 10-4

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*Los eventos de alta integridad clase B (peligros potenciales muy altos) pueden evaluarse usando métodos basados en riesgos; el método AIB no distingue entre eventos clase B, y de presentarse este caso debe seleccionarse el nivel de seguridad más alto, si usamos este método.

7.1.5. Documentar la evaluación del Interlock

El reporte de EI, deberá incluir la siguiente información, entre otros:

La tabla de clasificación de Interlocks (ver figura 3, con formato recomendado).

El número IPF (Interlock de seguridad).

Las variables de proceso o condiciones a ser detectadas, con la identificación del instrumento o equipo asociado.

El método usado para evaluación del interlock. (AIB o LOPA).

El SIL objetivo y/o la probabilidad de falla en demanda (PDF).

Información adicional tal como: Punto de disparo, tolerancia, tiempo de respuesta, otros requisitos especiales (calentamiento, otros).

Figura 3. Tabla de Clasificación de Interlocks.

8. REGISTROS

No aplica.

9. CONTINGENCIAS

No aplica.

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10. BIBLIOGRAFÍA

Formación de Especialistas en Auditorías de Seguridad de los Procesos – PSM, Módulo 2-Análisis de Riesgos en los Procesos/ Evaluación de Interlocks, Dupont, 2011.

AICHE/CCPS Center for Chemical Process Safety Publication, “Guideline for Safe Automation of Chemical Processes”, 1993.

11. ANEXOS

No aplica.

Para mayor información sobre este documento dirigirse a:

Líder Corporativo de Normas y Estándares Reynaldo Prada Graterón - [email protected] Teléfono: ++ 57 – 1 – 2344473, South América Dependencia: ICP – UGC