Teknisten järjestelmien riskin arviointi teemapäivä Turvallisuusjaos (ASAF) / STUK Sovellusesimerkkejä / KATTILALAITOKSET Mika Kaijanen Special Adviser /Automation Tel. +358 9 4691 238 GSM +358 400 607 969 E-mail: mika.kaijanen@poyry.fi Electrowatt-Ekono Oy P.O. Box 93 (Tekniikantie 4 A) FIN-02151 Espoo Finland Tel. +358 9 469 11 ; Fax +358 9 469 1981
VAATIMUKSET JA OHJEET Tarkastustoimintaa ohjeistavat standardit (SFS, IEC ) ja toimintaa kansainvälisestikin yhtenäistävät normit (EN). Kansallisella tasolla on kehitetty lisäohjeita jotka ovat minimi vaatimuksena laitteistojen käyttämiselle ja esimerkiksi vakuuttamisessa (KLTK-ohjeet, TUKESsuositukset. ). Painelaitteista olevat asetukset (http://www.tukes.fi/) : Painelaitelaki (869/1999) Asetus painelaitelaissa tarkoitetuista tarkastuslaitoksista (890/1999) Asetus kattilalaitosten käytön valvojien pätevyyskirjoista (891/1999) KTMp painelaitteista (938/1999) KTMp yksinkertaisista painesäiliöistä (917/1999) KTMp painelaiteturvallisuudesta (953/1999) Automaation hankinta ohjeiden ja standardien mukaisesti (SFS 5712, 5713, KLTK-ohjeet -> IEC 61508. ) (KLTK http://www.teollisuusvakuutus.fi/)
Painelaitesäädöksissä tarkoitetaan : painelaitteella säiliöitä, putkistoja, varolaitteita ja paineenalaisia lisälaitteita; painelaitteiden osiksi luetaan tarvittaessa myös paineenalaisiin osiin kiinnitetyt osat kuten laipat, yhteet, liittimet, nostokorvakkeet jne.; varolaitteella laitetta, jonka tarkoituksena on suojata painelaitteita sallittujen rajaarvojen ylittymiseltä; varolaitteita ovat: a) painetta suoraan rajoittavat laitteet kuten varoventtiilit, murtokalvot, nurjahdustangot, ohjatut varolaitteet; b) rajoitinlaitteet, jotka joko aktivoivat korjaavan toimen tai aiheuttavat katkaisun ja lukituksen, kuten paine-, lämpötila- tai pintakytkimet sekä turvallisuuteen liittyvät mittaus-, valvonta- ja säätölaitteet; käyttöturvallisuuteen vaikuttavilla laitteilla ja laitejärjestelmillä turvallisen käytön kannalta tarpeellisia teknisiä kokonaisuuksia, jotka suorittavat valvonta-, säätö-, ohjaus-, suojaus- tai lukitustoimintoja; kattilalaitoksella yhden tai useamman höyry- tai kuumavesikattilan ja niihin liittyvien putkistojen, painesäiliöiden, tukirakenteiden, polttoaineen ja syöttöveden syöttöjärjestelmien sekä rakennusten muodostamaa yhtenäistä kokonaisuutta;
Painelaitteen omistajan ja haltijan on huolehdittava laitoksensa turvallisuudesta ja mahdollisesti esimerkiksi arvioinnein osoitettava laitteistojen toiminnallisuus. Painelaite säädösten edellyttämä arviointi (10 ) Painelaitteen omistajan ja haltijan on: 1) huolehdittava siitä, että painelaite sijoitetaan sekä sitä käytetään, tarkastetaan ja valvotaan säädösten mukaisesti; 2) huolehdittava tarvittaessa vaaran arvioinnilla ja vaaratilanteisiin varautumalla siitä (20 ), että painelaite on turvallinen käyttöönoton jälkeen; (11 ) määräaikaistarkastuksessa ja käyttötarkastuksessa...... c) paineastiaa voidaan turvallisesti käyttää ja se voi toimia turvallisesti siinä järjestelmässä, johon se on liitetty;......... e) paineastiassa on riittävät käyttöturvallisuuteen vaikuttavat laitteet ja laitejärjestelmät, ja että ne toimivat asianmukaisesti; samalla on todettava, että mahdollisen elektronisen tai ohjelmoitavan, suojaus- ja lukitustoiminnot sisältävän automaatiojärjestelmän ja sen laitoskohtaisen toteutuksen asianmukaisuus on arvioitu ellei se ole sisältynyt vaatimustenmukaisuuden arviointimenettelyyn.
Tarkastuslaitosten tehtäviä 11 Ensimmäinen määräaikaistarkastus. 5) tarkastettava, että a) painelaitteen merkinnät sekä käyttöohjeet ja muut asiakirjat ovat asianmukaiset; b) painelaitteen sijoitus on 6 :ssä säädetyn mukainen; c) painelaitetta voidaan turvallisesti käyttää ja se voi toimia turvallisesti siinä järjestelmässä, johon se on liitetty; d) käytön valvojalla on riittävä pätevyys ja asiantuntemus; e) painelaitteessa on riittävät käyttöturvallisuuteen vaikuttavat laitteet ja laitejärjestelmät, ja että ne toimivat asianmukaisesti; samalla on arvioitava mahdollisen elektronisen tai ohjelmoitavan, suojaus- ja lukitustoiminnot sisältävän automaatiojärjestelmän ja sen laitoskohtaisen toteutuksen asianmukaisuus ellei arviointi ole sisältynyt vaatimustenmukaisuuden arviointimenettelyyn. Ulkoilman lämpötilassa käytettävästä painelaitteesta on tarkastettava 1 momentissa säädetyn lisäksi, kuinka huolehditaan painelaitteen käyttölämpötilan pysymisestä käytön aikana painelaitteelle sallituissa lämpötilarajoissa. Kattilalaitoksen osalta on 1 momentissa säädetyn lisäksi tarkastettava, että 1) kattilalaitoksen yleiset järjestelyt ovat sellaiset, että kattilan turvalliseen käyttöön on asianmukaiset edellytykset; 2) 20 :ssä säädetty vaaran arviointi on tehty asianmukaisesti; 3) höyry- ja kuumavesikattilan varustelu ja käytön valvonta täyttävät 26¾28 :ssä säädetyt vaatimukset; 4) käyttöhäiriötilanteissa laitteisto ohjautuu tai on ohjattavissa turvalliseen tilaan; 5) käyttöhäiriötilanteissa muodostuva paineenpurkaus aiheuttaa mahdollisimman vähän vahinkoa.
Vaaratilanteiden tunnistaminen ja sovelluksen asianmukaisuuden, riittävän varautumisen sekä vaatimusten täyttymisen riittävä osoittaminen (20 ) Vaaran arviointi ja hallinta Tunnistaminen: 1) kattilalaitoksen käyttöön liittyvät vaaratilanteet ja olosuhteet, joissa onnettomuus on mahdollinen; 2) kattilalaitoksen käyttötekniikasta, esimerkiksi erilaisista käyttötavoista, aiheutuvat vaaratilanteet; 3) kuvaus tyypillisistä ja suurimmista mahdollisista vaaratilanteista sekä niihin johtavista käyttövirheistä, virhetoiminnoista, laitteiden vikaantumisista ja vaurioista ja muista syistä. Varautuminen: 1) vaaratilanteiden ehkäisemiseen varautuminen normaalikäytön ja korjausja huoltotöiden sekä erilaisten häiriötilanteiden yhteydessä; 2) toimenpiteisiin tehtyjen selvitysten johdosta 3) millaisia suojausjärjestelmiä, mitä järjestelmien toiminnoilta ja luotettavuudelta vaaditaan ja miten näiden vaatimusten täyttyminen varmistettu.
Kattilalaitoksen omistaja ja haltija Tarkastuslaitokset Vaaran arviointi, sekä siihen liittyvät laitteistojen ja toimintojen luotettavuuksien osoitukset Laitoskohtaisen järjestelmän riittävyyden osoitus Henkilöstön pätevyyden hallinta Toimintaohjeet normaali- ja poikkeustilanteisiin
Riskit ja niihin varautuminen Ympäristö Laitos/prosessi Perusautomaatio sallittu/haluttu taso 2) Vaara- ja turvallisuusarvioinnit Riskien ja vaaratekijöiden summa 1) Varautumiskeinot : Ulkoiset riskin vähennyskeinot ja muut teknologiat rajoittimet, suojavallit/-seinät, murtolevyt ja heikot kohdat, varoventtiilit ja pikasulut, henkilökohtaiset suojaimet... sekä ohjeet ja turvallinen / laadukas toiminta 2) Turvallisuuteen liittyvä (ohjaus) järjestelmä [TLJ] 1)
Menetelmiä vaarojen arviointiin ja hallintaan Laitokseen liittyvät vaaratilanteet ja olosuhteet on saatava hallintaan Vaarojen arvioimiseen on olemassa monia eri menetelmiä, mutta kuitenkin lähes kaikki menetelmät sisältävät samoja perusasioita. 1. Vaarat on tunnistettava 2. Tunnistetut vaarat on luokiteltava / priorisoitava 3. On varauduttava sekä hallittava vaarat siten ettei synny henkilövahinkoja KATTILALAITOKSEN VAARATILANTEET JA RISKIT Kattilalaitoksen merkittävimpiä riskejä ovat: tulipesäräjähdykset, pöly- tai kaasuräjähdykset muualla kuin tulipesässä, paineastiaräjähdykset, kattilan kuiviinkiehuminen, suuret höyry- ja vesivuodot sekä tulipalot. (kts. KLTK-ohjeet) Soodakattiloissa lisäksi ns. sula-vesi räjähdys.
Arviointiin on saatava riittävä asiantuntemus Laitos ja laite tuntemus käyttöpäällikkö tai mestari, vuoromestari, vuorossa työskenteleviä henkilöitä valvomon hoitaja, lämmittäjä tms Sähkö-, automaatio- ja konekunnossapidosta vastaavia henkilöitä... Vaatimukset Kokemusta vastaavista laitoksista Käsittelyssä tarvittavia dokumentteja : Laitoksen toimintakuvaukset ja kaaviot ( kulkukaaviot jne) Laitoskohtaiset (yksityiskohtaiset) käyttöohjeet Turvallisuusohjeistus Asemapiirros, layout- ja sijoituspiirustukset PI-kaaviot Laitteistotiedot (Dokumenttien on oltava ajan tasalla olevia!)
Vaarojen tunnistus ja hallinta etenee vaiheittain ja sitä on uusittava tietyin väliajoin. Toiminta vaarojen tunnistamiseen päivittäiseksi toiminnaksi! Käyttöhenkilöstöllä on oltava keskeinen rooli vaarojen tunnistamisessa, sillä ulkopuoliset eivät voi tuntea käyttöominaisuuksia Kaikki vaarojen tunnistamiseen käytettävät vaiheet edellyttävät : - asiantuntemusta ja näkemystä vaaroista - tietoa toimintaympäristöstä - dokumentointia Tavoitteena on että laitoksen oma henkilöstö pystyy tarvittaessa ylläpitämään menetelmää, mutta jollei laitoksella itsellään ole resursseja varsinkin aloituksessa saattaa olla tarpeen käyttää myös ulkopuolisia asiantuntijoita.
Vaaran arvioinnin vaiheet 1. Tarkastelun kohteen ja rajausten määrittely 2. Vaarojen tunnistaminen, nykyisen varautumisen selvittäminen ja toimenpideehdotusten kehittäminen 3. Vaarojen merkittävyyden arviointi (riskin arviointi) 4. Vaarojen hyväksyttävyydestä ja parannustoimenpiteistä päättäminen 5. Vaaran arviointi -selvityksen kokoaminen D o k u m e n t o i n t i 6. Seuranta ja päivitys
Vaarojen tunnistaminen: Toimintovirheet, häiriöt, poikkeamat, laite vikaantumiset ja muut vaaratilanteiden syntyyn vaikuttavat tekijät,... Vaarojen luokittelu: Seurausten kuvaus, Vakavuus, Esiintymistodennäköisyys... Vaaratilanteisiin varautuminen: Vaaratilanteiden estäminen, seurauksien rajoittaminen,... Toimintatavat, ohjeet, varolaitteet ja muut käyttöturvallisuuteen liittyvät järjestelmät (automaatio yms). Suojausjärjestelmien toiminnoilta ja luotettavuudelta edellytetyt vaatimukset sekä vaatimusten täyttymisen varmistaminen Vaarojen vähentämiseksi toimenpide-ehdotukset: Olemassaolevien keinojen riittävyyden arvioiminen sekä niiden saattaminen vaatimusten mukaisiksi. Tunistettujen vaarojen ja riskien hyväksyttävyydestä päättäminen ja parannustoimenpiteistä sopiminen.
Vaarat ja varautuminen kattilalaitoksella Tyypillisiä vaaratilanteita : Paineastia- tai tulipesäräjähdys Höyry-, vesi-, öljy- tai kaasupurkaukset Myrkytysvaara (kaasut, kemikaalit jne) Pöly- tai kaasuräjähdykset Tulipalot Laitehäiriö Vahinkokäynnistys Puristuminen (kuljettimet) Putoaminen (henkilö tai esine) Sähköturvallisuus Kulkuteillä olevat esteet...... Varautuminen : Mittaukset, kattilarakenne ja mitoitus Rakenne ja sijoitus, ohjeet Sijoitus, pitoisuuksien mittaus Pitoisuuksien mittaus ennakko hälytykset Palovaroittimet, sammuttimet, toimintaohjeet Ennakkohuolto, testaus, yllä- ja kunnossapito Työohjeet, rajoitukset Estolaitteet, ilmaisimet Esteet, kaiteet... Toimintaohjeet, pätevyyksien seuranta Yleinen siisteys......
Vaarojen luokittelu: Seurausten kuvaus ja luokittelu huomioiden riskin/vaaran vakavuus sekä esiintymistodennäköisyys... Riski = vaaran suuruus = onnettomuuden arvioitu esiintymistaajuus ja todennäköisyys sekä seurausten vakavuus C A X 1 W 3 W 2 W 1 a --- --- Riskin vähennysestimaatin aloituskohta C B F A F B P A P B P A X 2 X 3 1 2 a 1 --- a Yleinen kaavio (käytännön toteutuksissa voi riskigraafi olla ko. sovelluksille spesifinen) C C C D F A F B F A F B P B P A PB PA P B X 4 X 5 X 6 3 4 b 2 3 4 1 2 3 C = Seuraus F = Oleskelu taajuus ja alttiinaolon aika P = Vaaran välttämistodennäköisyys W = Ei-toivotun tapahtuman todennäköisyys --- = Ei turvallisuusvaatimuksia a = Ei erityisiä turvallisuusvaatimuksia b = Yksittäinen TLJ ei ole riittävä 1, 2, 3, 4 =Turvallisuuden eheydeyden taso
Esimerkki kalibroinnista riskigraafiin : Seuraus (C) vaarallisen tapahtuman seuraus (henkilövahingot); 1-4 1=pieni henkilövahinko, 2=vakava vamma yhdelle tai useammalle /yksi kuolee, 3= kaksi kuolee, 4= useita kuolee Oleskelu (F) F a = Harvinainen tai harvemmin tapahtuva oleskelu vaarallisella alueella. Suhteellinen oleskelu alle 0.1 (relative stay time under 0.1) F b = Usein toistuva tai jatkuva altistus vaarallisella alueella (often recurrent or continuous staying on danger area) Normaalisti valittava F b, jollei perusteluja muulle (KLTK suosittaa F b :n valintaa) Todennäköisyys (P) vaarallisen tapahtuman välttämiseen, jos TLJ ei toimi. P a = 0.9 P b = 0 P A pitäisi valita vain, kun kaikki seuraava toteutuu: laitteita on käytettävissä varoittamaan operaattoria jos TLJ on epäkunnossa riippumattomia laitteita on käytössä alasajoon niin, että vaara voidaan välttää tai jotka sallivat henkilöiden paeta turvalliselle alueelle aika operaattorin varoittamisen ja vaarallisen tapahtuman välillä ylittää 1:n tunnin (/ riittävästi aikaa) Vaadetaajuus (W) kun ei ole suojausjärjestelmää W 1 = Vaadetaajuus alle 0,03 vuodessa (1 / 30 a) W 2 = Vaadetaajuus 0.3-0.03 vuodessa (1 / 3 a) W 3 = Vaadetaajuus 3-0.3 vuodessa (yli 1 / 3 a) Normaalisti valittava W 2, jollei perusteluja muulle (KLTK suosittaa F b :n valintaa)
KLTK Automaatio ja instrumentointi TLJ:n turvatoimintojen määritys (kpl 2.3) Vaara- ja riskianalyysi Henkilö-, ympäristö-, omaisuus-, tuotannonmenetys- ym riskit Turvatoiminnat Turvatoimintojen TET:n määritys Ohjeen taul.2 Riskigraafit.. Ohjeen kattavuus kattaa osittain Turvatoiminnan toteutus Good practice Standardit, esim. IEC 61508.. Muut turvatoiminnat N kpl TLJ:llä toteutettavat turvatoiminnat Turvatoiminta A Turvatoiminnan A eheystasovaatimus TET, esim TET2 Turvatoiminnan A toteutus Esimerkkejä TLJ:llä toteutettavista turvatoiminnoista: - tulipesän ylipainesuojaus, -kuivakeittosuoja -... Turvatoiminta B... Turvatoiminta X Turvatoiminnan B eheystasovaatimus TET, esim TET1 Turvatoiminnan X eheystasovaatimus TET, esim TET3 Turvatoiminnan B toteutus Turvatoiminnan X toteutus
Vaaratilanteisiin on varauduttava Varautuminen voi tapahtua monella eri tavalla, kuten esim. ohjeistamalla toimintaa turvalliseksi, rajoittamalla liikkumista vaarallisilla alueilla tai suojalaitteilla jotka pyrkivät ohjaamaan prosessia turvalliseen tilaan. Painelaitteessa on oltava riittävät käyttöturvallisuuteen vaikuttavat laitteet ja laitejärjestelmät ja niiden on toimittava asianmukaisesti. Automaatiojärjestelmään ja sen laitoskohtaisen toteutuksen asianmukaisuus on arvioitava.
Tunnistettujen vaarojen poistaminen: Valitessaan tarkoituksenmukaisimpia menettelytapoja valmistajan on noudatettava seuraavia periaatteita annetussa järjestyksessä: vaarat poistetaan tai niitä pienennetään siinä määrin kuin kohtuudella on mahdollista, tarvittavia suojatoimenpiteitä sovelletaan sellaisten vaarojen varalta, joita ei voida poistaa, käyttäjille tiedotetaan tarvittaessa jäljelle jääneistä vaaroista ja ilmoitetaan, onko tarpeen toteuttaa asianmukaisia erityistoimenpiteitä, joiden tarkoituksena on pienentää vaaraa asennuksen ja/tai käytön aikana.
Tunnistamisen aikana löydetyt korjaavat toimenpiteet: annettava tiettyjen vastuuhenkilöiden hoidettavaksi useimmiten niiden toteutumista on seurattava edellyttävät usein laitehankintoja, joten on varauduttava myös taloudellisiin sijoituksiin Vaaran arvioinnin ja vaaratilanteiden tunnistamisen riittävyyttä varmistetaan: käyttämällä riittävää asiantuntemusta perustellaan tehdyt valinnat.