Turvallisuus prosessien suunnittelussa ja käyttöönotossa. Moduuli 2 Turvallisuus prosessilaitoksen suunnittelussa

Transkriptio

1 Turvallisuus prosessien suunnittelussa ja käyttöönotossa Moduuli 2 Turvallisuus prosessilaitoksen suunnittelussa

2 Moduuli 2: Turvallisuus prosessilaitoksen suunnittelussa Yksinkertainen prosessikaavio ja sen perusteella tehtävä turvallisuustarkastelu Luento 6

3 1. Luennon aiheesta yleistä 2. Riskin käsite ja varautumistasot 3. Prosessin tarkastelutasot 4. Turvallisuus ja perussuunnittelu

4 Prosessisuunnitteluvaiheet Prosessisuunnitteluvaiheet Reaktiotie Prosessikehitys Esisuunnittelu Lohkokaavio Ohjaus& säätö Virtauskaavio PI-kaavio Perussuunnittelu ja mitoitus (Basic) Laitteet& Lay-out Instrumentointi Laite- ja laitossuunnittelu (Detail) - Hankinta Käyttöohjeet, Koulutus Investointipäätös Rakentaminen Käyttö Luvanhaku Käyttöönotto AIKA

5 Turvallisuustarkastelu suunnittelun aikana - Tarkoitus Tunnistaa prosessissa esiintyvät merkittävät vaaratekijät. Poistaa vaaratekijät mahdollisuuksien mukaan jo suunnitteluvaiheessa. Määritellä toimenpiteet turvallisuuskriteerien täyttämiseksi.

6 Turvallisuustarkastelun toteutus suunnittelun aikana Merkittävien vaarojen tunnistaminen. Tunnistamisessa käytetään ylhäältä alas - lähestymistapaa. Päätapahtuma voi olla tulipalo räjähdys myrkyllinen vuoto jne.

7 Laitosjärjestelmän riski Parametrit Prosessi Kemikaalit Reaktio Luparajojen ylitys Valvonta pettää Virtaus Paine Sekoitus Pinta Lämpötila Korroosio Virhetoiminto Suljettu venttiili Seuraukset Laiterikko Isku Räjähdys Välittömät syyt Myrkkypäästö Toimintatavat Turvalaitteet Laitevaurio Detektorit Tulipalo Keskeytys Siirto Suunnittelu Koulutus Tarkastukset Testaus Koulutus Vuodon rajaaminen Muutokset Uudet laitteet Pelastustoimet Hälytykset Kahdentaminen Kustannuksia Viranomaistoimet Toimintaohjeet Ympäristövahinko Markkinoiden menetys Turvatoimet Toimenpiteet Kuolonuhreja Menetetty tuotanto Yleisöreaktiot

8 Vastuut vahinkotapahtuman etenemisen estämisestä ESTEET V A A R A T UHKA VASTATOIMET S E U R A U K S E T

9 1. Luennon aiheesta yleistä 2. Riskin käsite ja varautumistasot 3. Prosessin tarkastelutasot 4. Turvallisuus ja perussuunnittelu

10 Riskin määritelmästä Riski: Määrätyn vaarallisen tapahtuman esiintymistaajuuden - tai todennäköisyyden - ja seurauksen yhdistelmä (SFS-IEC ). Kyseessä olevaan vaaraan liittyvä riski on kyseessä olevan vaaran mahdollisesti aiheuttaman vahingon vakavuuden ja kyseisen vahingon esiintymistaajuuden funktio (SFS-EN 1050).

11 Riskien luokittelu seurausten mukaan henkilöriski yksilöön kohdistuva riski ammatillinen riski yhteiskunnallinen riski omaisuusvahinko ja taloudelliset menetykset esim. liiketoiminnan keskeytykset ympäristöriski vaikutus maahan, ilmaan, veteen, kasvustoon ja kulttuuriperintöön

12 Riskianalyysin kolme kysymystä Mikä voi mennä väärin? Vaarojen tunnistaminen Miten todennäköisesti tämä voi tapahtua? Taajuusanalyysi Mitkä ovat seuraukset? Seurausanalyysi

13 Muita termejä Vahinko: Fyysinen vamma tai terveyshaitta tai omaisuus- tai ympäristövahinko (SFS-IEC ). Vaara: Mahdollinen vahingon lähde tai vahingon mahdollistava tilanne (SFS-IEC ). Vaarallinen tapahtuma: Tapahtuma, joka voi aiheuttaa vahingon (SFS-IEC ). Turvallisuus: Koneen kyky suorittaa toimintonsa ilman, että se aiheuttaa vammaa tai haittaa terveydelle (SFS-EN 1070), (R. Kuivanen, Nonexistence of risk, 1995, VTT Publications 219).

14 Riskienhallinnan päävaiheet Vaarojen tunnistaminen ja ja riskien arviointi Riskien torjunnan suunnittelu ja ja toimenpiteet Varautuminen onnettomuustilanteiden varalta Tilanteen seuranta ja ja vahingoista oppiminen

15 Riskienhallinnan päävaiheet (1) 1. Vaarojen tunnistaminen ja riskien arviointi Mitä kaikkea voi sattua? Miksi näin voi sattua? Mitä siitä voi seurata? Miten suuri on aiheutuva riski? Mitkä riskit ovat suurimmat?

16 Riskienhallinnan päävaiheet (2) 2. Riskien torjunnan suunnittelu ja toimenpiteet Miten vahingot voidaan välttää? Miten niiden seurauksia voidaan vähentää? Mitä toimenpiteitä tarvitaan riskien vähentämiseksi?

17 Riskienhallinnan päävaiheet (3) 3. Varautuminen onnettomuustilanteiden varalta Miten toimitaan vahingon sattuessa? Miten vahingoista toivutaan?

18 Riskienhallinnan päävaiheet (4) 4. Tilanteen seuranta ja vahingoista oppiminen Miten asiat todellisuudessa sujuvat? Mitä tietoa tarvitaan, miten mitataan, miten tietoa kootaan ja käsitellään? Miten seurataan tapahtuvia muutoksia ja arvioidaan vaikutuksia riskeihin? Vastaako toimintamme tämän hetken ja lähitulevaisuuden haasteita?

19 Riskien arvioinnin päävaiheet Arvioinnin suunnittelu Vaarojen tunnistaminen 3. Riskin suuruuden arviointi Vahingon esiintymistaajuus Vahingon seuraukset Päätökset riskin riskin hyväksyttävyydestä ja ja mahdollista toimenpiteistä

20 Riskien arvioinnin vaiheet (1) 1. Arvioinnin suunnittelu Mikä on arvioinnin kohde? Mikä on arvioinnin tavoite? Miten paljon resursseja on käytettävissä/ tarvitaan? Milloin ja millä aikataululla tehdään? Kuka vetää, ketkä muut osallistuvat? Mitä tietoja kootaan etukäteen? Miten tiedotetaan? Miten dokumentoidaan, raportoidaan?

21 Riskien arvioinnin vaiheet (2) 2. Vaarojen tunnistaminen kattava ja järjestelmällinen tarkastelu yleiskuva vaaroista ja niiden syistä vaaralle altistuvien tunnistaminen seurausten tunnistaminen usein jotain yleisesti käytettyä menettelytapaa tai välinettä käyttäen useimmiten ryhmätyötä: yhteinen ymmärrys, erilaiset näkökulmat

22 Riskien arvioinnin vaiheet (3) 3. Riskin suuruuden arviointi Riskin suuruuteen vaikuttaa: vahingon esiintymistaajuus (todennäköisyys) vahingon seuraukset. Selvitettävä: Mitä vahingosta normaalisti aiheutuu? Mitä seuraa pahimmassa tapauksessa? Mihin kaikkeen vaikuttaa, millaisia välillisiä seurauksia?

23 Riskien arvioinnin vaiheet (4) 4. Päätökset riskin hyväksyttävyydestä ja tarvittavista toimenpiteistä Voidaanko vaara poistaa, voidaanko riskiä pienentää esimerkiksi korvaamalla vaarallinen työvaihe tai tilanne, vaarallinen aine, tms. vaarattomalla vaihtoehdolla? suunnittelun keinot: laitteet, välineet, työjärjestelyt jne. turvallisuustekniikan keinot: suojukset, aktiiviset turvalaitteet varoitukset: käyttöönottokoulutus, käyttöohjeet, tiedotteet, varoitusmerkinnät

24 Prosessiteollisuuden riskien arviointi Prosessiteollisuuden riskit voivat liittyä suuronnettomuusvaaroihin. Tarkastelun kohteena voi olla koko laitos (tehdas) tai jokin sen osa (osasto, osaprosessi). Tarkasteltavana saattaa olla kemiallinen prosessi ja siihen liittyvät laitteet ihmisen toiminta prosessissa työn organisointi ja johtaminen. Riskejä voidaan arvioida sekä kvalitatiivisesti että kvantitatiivisesti.

25 Prosessin jakaminen osiin ennen analyysin aloittamista Esimerkkinä paperinvalmistus: 1. mäntysellun käsittely 2.koivusellun käsittely 3. hylyn käsittely ja kuidutus 5. massan käsittely 7. rainanmuodostus 8. radan kuivaus ja käsittely 9. paperin loppukäsittely 4. massan lisäaineiden valmistus 6. vesijärjestelmä 10. pastan ja pintaliiman valmistus

26 Esimerkkinä etikkahappoprosessi MeOH 3 CO water CO Acetic acid Heavy ends Virtauskaavio: 1) reaktori, 2) erotuskolonni, 3) kaasupesuri, 4) kevyiden jakeiden erotus, 5) kuivaustorni, 6) tuotteen talteenotto, 7) tuotteen viimeistely

27 Onnettomuusvaaran arviointi Tarkoituksena on arvioida, voiko kemikaali olla osallisena sellaisessa äkillisessä tapahtumassa, että prosessiturvallisuus voi vaarantua. Arviointi voidaan tehdä arviointiryhmässä, jossa on sekä työnantajan että työntekijöiden edustus. Jos laitoksessa voi esiintyä tilanteita, joiden vaarallisuutta ei ryhmässä kyetä arvioimaan, on apuna käytettävä ryhmän ulkopuolisia asiantuntijoita.

28 Riskin vakavuuden luokittelu, esimerkki A B Merkityksetön C Kohtalainen D Kriittinen E Katastrofi Ei haitallisia seurauksia. Ei vaikuta toimintaan merkittävästi, merkityksettömät henkilövahingot eikä haittaa ympäristölle. Lievä tapaturma tai sairaus, pieni toiminnan viivytys tai haitta, pieni ympäristöhaitta. Vakava tapaturma tai sairaus, pitkäaikainen toiminnan keskeytys, pitkäaikainen haitta ympäristölle. Toimintaedellytysten menetys, kuolema, palautumaton haitta ympäristölle.

29 Riskin todennäköisyyden luokittelu, esimerkki 1 Mahdoton 2 Erittäin harvinainen 3 Harvinainen 4 Odotettavissa oleva 5 Toistuva Ei tapahdu koskaan. Oletetaan, että ei tapahdu tarkasteltavan kohteen toiminnan aikana, ei kuitenkaan täysin mahdoton. Saattaa tapahtua kerran tarkasteltavan kohteen toiminnan aikana. Oletetaan tapahtuvan muutamia kertoja toiminnan aikana. Oletetaan tapahtuvan useasti tarkasteltavan kohteen toiminnan aikana.

30 Riskimatriisi, esimerkki 1a 5 Toistuva A B Merkitykse -tön C Kohtalainen D Kriittinen E Katastrofi 4 Odotettavissa oleva 3 Harvinainen 2 Erittäin harvinainen 1 Mahdoton

31 Riskimatriisi, esimerkki 1b Riskimatriisi voidaan jakaa riskiluokkiin: Merkittävä riski: Kaikki vaaratilanteet tulisi saada hallintaan mahdollisimman pian. Kohtalainen riski: Kaikki vaaratilanteet tulisi saada hallintaan lähivuosien aikana. Vähäinen riski: Näitä riskejä pienennetään muiden toimenpiteiden yhteydessä. 5 Toistuva 4 Odotettavissa oleva 3 Harvinainen 2 Erittäin harvinainen 1 Mahdoton A B Merkityksetön C Kohtalainen D Kriittinen E Katastrofi

32 Riskimatriisi, esimerkki 2 Riskitasojen luokittelu Hyvin epätodennäköinen Lievästi haitallinen VÄHÄINEN RISKI Haitallinen SIEDETTÄVÄ RISKI Erittäin haitallinen KOHTALAINEN RISKI Epätodennäköinen SIEDETTÄVÄ RISKI KOHTALAINEN RISKI MERKITTÄVÄ RISKI Todennäköinen KOHTALAINEN RISKI MERKITTÄVÄ RISKI SIETÄMÄTÖN RISKI Lähde: BS 8800

33 Suojautumistasot onnettomuuksien varalle Kunnalliset pelastussuunnitelmat Laitoksen turvallisuussuunnitelmat Rakenteellinen suojaus (suoja-altaat, ojitukset) Rakenteellinen suojaus (mekaanisesti toimivat) Automaattiset turvalukitukset (suojaukset) Kunnalliset väestönsuojelusuunnitelm at Kriittiset hälytykset, kriittisten toimintojen valvonta, manuaalinen ohjaus Prosessin ohjaus, hälytykset ja valvonta Prosessisuunnittelu

34 1. Luennon aiheesta yleistä 2. Riskin käsite ja varautumistasot 3. Prosessin tarkastelutasot 4. Turvallisuus ja perussuunnittelu

35 Prosessin tarkastelutasot = prosessi 1 = osaprosessi 2 = yksikköprosessi 3 = lisäjärjestelmä 4 = laite 5 = yksityiskohta

36 Hierarkkisen riskianalyysin periaatekaavio Laitostiedot Laitostason riskien analysointi Laitostason riskien analysointi Kriittiset osajärjestelmät Järjestelmätiedot Kriittisten Kriittisten osajärjestelmien osajärjestelmien tarkastelu tarkastelu Kriittiset komponentit Kriittisten Kriittisten komponenttien komponenttien tarkastelu tarkastelu Kriittiset vioittumistavat Komponenttitiedot Osakomponenttitiedot Kriittisten Kriittisten vioittumismekanismien tarkastelu tarkastelu Arvio vikataajuudesta Kestoikäarviot

37 1. Luennon aiheesta yleistä 2. Riskin käsite ja varautumistasot 3. Prosessin tarkastelutasot 4. Turvallisuus ja perussuunnittelu

38 Perussuunnittelu Kun prosessivaihtoehto on valittu, siirrytään prosessin perussuunnitteluun. Perussuunnittelun aikana määrittyvät: lopullinen virtauskaavio putkisto- ja instrumentointi kaavio laitteiden, putkistojen ja instrumentoinnin mitoitukseen tarvittavat prosessitiedot käytön, käynnistyksen sekä ylös- ja alasajon toimintatavat alustava layout

39 Mallinnus ja optimointi Taseista muodostuu yhtälöryhmä, jonka avulla prosessia ja sen parametrien muutoksia voidaan mallintaa ja optimoida matemaattisesti. Optimoitavia suureita ovat esimerkiksi: tuotantomäärä tuotteen laatu ja koostumus läpimenoaika laitteiden mitoitus välisäiliöiden tarpeellisuus kriittiset toimintarajat

40 Luontaisesti turvallisemmat prosessit Tavoiteltavin tapa poistaa vaaroja tai vähentää riskiä on muuttaa aineita, kemiaa tai prosessimuuttujia niin, että pienempi vaara on uusille olosuhteille ominaista. Prosessia, jonka vaaraa henkilöille ja ympäristölle on pienennetty, voidaan nimittää luontaisesti turvallisemmaksi prosessiksi. Käytetyssä terminologiassa tunnustetaan, ettei ole olemassa riskitöntä kemiallista prosessia. Sen sijaan kaikki prosessit voidaan tehdä turvallisemmiksi.

41 Energiatalous Prosessiteollisuudessa pyritään energiatalouden optimointiin. Tämä tarkoittaa mm. energiaintensiivisempien prosessivaihtoehtojen kehittämistä ja käyttöönottoa sekä prosessissa syntyvän ja liikkuvan energian hyödyntämistä. Toisaalta esimerkiksi prosessivirtojen käyttö lämmittämään tai jäähdyttämään toisia prosessivirtoja asettaa lisävaatimuksia mm. kunnossapidettävyydelle lämmönsiirtolaitteita valittaessa.

42 Esimerkki: Syötön lämmitys NOT RECOMMENDED RECOMMENDED HPS HPS MPS FEED FEED MPS PRODUCT PRODUCT

43 Prosessin perussuunnittelusta Reaktorien suunnittelu on erityisen kriittistä, koska reaktoreissa tapahtuu kemiallisia muutoksia ja näissä kemiallisissa muutoksissa voi vapautua huomattavan suuria energiamääriä. Suunnittelijan tulee selvittää prosessikehityksestä prosessin kemikaalien ja reaktioiden kriittiset rajat ja niiden merkitykset.

44 Räjähdys kemiallisella tehtaalla erikoiskemikaaleja valmistava monituotetehdas Räjähdys tapahtui alipainetislaimessa, jota käytettiin EMDA -nimisen intermediaatin puhdistamiseen. Kondensaatiossa muodostuneesta vesihöyrystä syntynyt paineaalto kaatoi tislaamotilan seinät ja tuhosi kaikki laitteet - vahinkojen suuruus oli yli 3,4 milj. + tuotannon pitkäaikaisesta keskeytyksestä aiheutuneet menetykset. Kaksi tilasta jo ulos ehtinyttä työntekijää sai lieviä vammoja.

45 Räjähdyksen taustaa Tuotetta (aromaattinen typpiyhdiste) valmistettiin ensimmäistä kertaa tehdasmittakaavassa. Valmistus tapahtui panoksittain lopputislausta vaille valmiiksi. Tuotteen puhdistaminen tapahtui alipainetislaimessa ja korkeassa lämpötilassa. Lopputislaukseen oli kerätty 4 panosta viikon ajalta, mutta tislausta ei voitu aloittaa aikataulussa kierrätyspumpun vian vuoksi. Tislaimen panos n. 4-6 m 3 seisoi lämpimänä tislaimen kiehuttimessa. Lämpötila nousi tunnissa ja 45 min. 190 o C 250 o C.

46 Räjähdyksen syistä (1) Onnettomuustapahtumat viittaavat kemiallisen reaktion eksotermiseen karkaamiseen. Oletetaan, että lämpötilan ja paineen nousu on seurausta eksotermisestä polymerisoitumisreaktiosta, joka on käynnistynyt tislauspanoksen seistessä riittävän korkeassa lämpötilassa. Tuote- ja prosessikehityksen tai pilotkokeiden aikana ei viitteitä eksotermisestä polymerisoitumisesta havaittu.

47 Räjähdyksen syistä (2) Pilot-kokeista poiketen ensimmäinen valmistuserä oli 3 vrk 150 o C lämmössä, kun siihen samalla lisättiin uusia valmistuseriä ja näistä tislattiin vesi ja liuottimena ollut alkoholi pois. Koska tuote oletettiin stabiiliksi, laitteita ei ollut mitoitettu ja varustettu eksotermisen reaktion varalle.

48 Tekijänoikeudet Tämä aineisto on kaikkien vapaasti käytettävissä opetustarkoituksiin.tekijät toivovat materiaalia käytettäessä noudatettavan hyvää viittaustapaa. Jos materiaaliin tehdään muutoksia, ei ole suotavaa käyttää ALARP-logoa. Aineistossa esitetyt tulkinnat ovat tekijöiden omia näkemyksiä, ellei toisin ole mainittu. Tekijät eivät vastaa aineiston käytöstä mahdollisesti aiheutuvista vahingoista. Palaute Otamme mielellämme vastaan palautetta tästä materiaalista. Kysymyksiin vastaavat Anna-Mari Heikkilä ja Yngve Malmén. VTT Tuotteet ja tuotanto, Tampere Kiitos!