Turvallisuus prosessien suunnittelussa ja käyttöönotossa Moduuli 2 Turvallisuus prosessilaitoksen suunnittelussa 1. Luennon aiheesta yleistä 2. Riskin käsite ja varautumistasot. Prosessin tarkastelutasot. Turvallisuus ja perussuunnittelu Moduuli 2: Turvallisuus prosessilaitoksen suunnittelussa Prosessisuunnitteluvaiheet Yksinkertainen prosessikaavio ja sen perusteella tehtävä turvallisuustarkastelu Prosessisuunnitteluvaiheet Reaktiotie Lohkokaavio Ohjaus& säätö Virtauskaavio PI-kaavio Prosessikehitys Laitteet& Lay-out Instrumentointi Esisuunnittelu Käyttöohjeet, Perussuunnittelu ja Koulutus mitoitus (Basic) Laite- ja laitossuunnittelu (Detail) - Hankinta Investointipäätös Rakentaminen Käyttö Luento 6 Luvanhaku Käyttöönotto IK
Turvallisuustarkastelu suunnittelun aikana - Tarkoitus Tunnistaa prosessissa esiintyvät merkittävät vaaratekijät. Poistaa vaaratekijät mahdollisuuksien mukaan jo suunnitteluvaiheessa. Määritellä toimenpiteet turvallisuuskriteerien täyttämiseksi. Parametrit Prosessi Laitosjärjestelmän riski Toimenpiteet Toimintatavat Siirto Luparajojen ylitys Detektorit Koulutus Seuraukset Vuodon Kustannuksia Valvonta pettää rajaaminen Suljettu Tarkastukset Räjähdys Muutokset Kuolonuhreja venttiili Virtaus Paine Sekoitus Kemikaalit Pinta Lämpötila Laiterikko Isku Välittömät syyt Tulipalo Testaus Keskeytys Koulutus Uudet laitteet Pelastustoimet Turvatoimet Menetetty Reaktio tuotanto Korroosio Laitevaurio Hälytykset Kahdentaminen Yleisöreaktiot Virhetoiminto Myrkkypäästö Suunnittelu Viranomaistoimet Toimintaohjeet Ympäristövahinko Turvalaitteet Markkinoiden menetys http://www.eqe.co.uk Turvallisuustarkastelun toteutus suunnittelun aikana Vastuut vahinkotapahtuman etenemisen estämisestä Merkittävien vaarojen tunnistaminen. Tunnistamisessa käytetään ylhäältä alas - lähestymistapaa. Päätapahtuma voi olla tulipalo räjähdys myrkyllinen vuoto jne. V R T UHK ESTEET VSTTOIMET S E U R U K S E T
Riskien luokittelu seurausten mukaan 1. Luennon aiheesta yleistä 2. Riskin käsite ja varautumistasot. Prosessin tarkastelutasot. Turvallisuus ja perussuunnittelu henkilöriski yksilöön kohdistuva riski ammatillinen riski yhteiskunnallinen riski omaisuusvahinko ja taloudelliset menetykset esim. liiketoiminnan keskeytykset ympäristöriski vaikutus maahan, ilmaan, veteen, kasvustoon ja kulttuuriperintöön Riskin määritelmästä Riskianalyysin kolme kysymystä Riski: Määrätyn vaarallisen tapahtuman esiintymistaajuuden - tai todennäköisyyden - ja seurauksen yhdistelmä (SFS-IEC 6000--9). Kyseessä olevaan vaaraan liittyvä riski on kyseessä olevan vaaran mahdollisesti aiheuttaman vahingon vakavuuden ja kyseisen vahingon esiintymistaajuuden funktio (SFS-EN 1050). Mikä voi mennä väärin? Vaarojen tunnistaminen Miten todennäköisesti tämä voi tapahtua? Taajuusanalyysi Mitkä ovat seuraukset? Seurausanalyysi
Muita termejä Vahinko: Fyysinen vamma tai terveyshaitta tai omaisuus- tai ympäristövahinko (SFS-IEC 6000--9). Vaara: Mahdollinen vahingon lähde tai vahingon mahdollistava tilanne (SFS-IEC 6000--9). Vaarallinen tapahtuma: Tapahtuma, joka voi aiheuttaa vahingon (SFS-IEC 6000--9). 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). 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? Riskienhallinnan päävaiheet Riskienhallinnan päävaiheet (2) 1. 1. Vaarojen tunnistaminen ja ja riskien arviointi 2. 2. Riskien torjunnan suunnittelu ja ja toimenpiteet.. Varautuminen onnettomuustilanteiden varalta.. Tilanteen seuranta ja ja vahingoista oppiminen 2. Riskien torjunnan suunnittelu ja toimenpiteet Miten vahingot voidaan välttää? Miten niiden seurauksia voidaan vähentää? Mitä toimenpiteitä tarvitaan riskien vähentämiseksi?
Riskienhallinnan päävaiheet () Riskien arvioinnin päävaiheet 1. 1. rvioinnin suunnittelu. Varautuminen onnettomuustilanteiden varalta Miten toimitaan vahingon sattuessa? Miten vahingoista toivutaan? Vahingon esiintymistaajuus 2. 2. Vaarojen tunnistaminen. Riskin suuruuden arviointi Vahingon seuraukset.. Päätökset riskin riskin hyväksyttävyydestä ja ja mahdollista toimenpiteistä Riskienhallinnan päävaiheet (). 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? Riskien arvioinnin vaiheet (1) 1. rvioinnin 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?
Riskien arvioinnin vaiheet (2) Riskien arvioinnin vaiheet () 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. 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 Riskien arvioinnin vaiheet (). 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? 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.
Prosessin jakaminen osiin ennen analyysin aloittamista Esimerkkinä paperinvalmistus: 1. mäntysellun käsittely 2.koivusellun käsittely. hylyn käsittely ja kuidutus. massan lisäaineiden valmistus 5. massan käsittely 6. vesijärjestelmä 7. rainanmuodostus 10. pastan ja pintaliiman valmistus 8. radan kuivaus ja käsittely 9. paperin loppukäsittely Onnettomuusvaaran arviointi Tarkoituksena on arvioida, voiko kemikaali olla osallisena sellaisessa äkillisessä tapahtumassa, että prosessiturvallisuus voi vaarantua. rviointi 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. Esimerkkinä etikkahappoprosessi MeOH CO 1 2 CO water 5 6 7 cetic acid Heavy ends Virtauskaavio: 1) reaktori, 2) erotuskolonni, ) kaasupesuri, ) kevyiden jakeiden erotus, 5) kuivaustorni, 6) tuotteen talteenotto, 7) tuotteen viimeistely Riskin vakavuuden luokittelu, esimerkki Ei haitallisia seurauksia. B Ei vaikuta toimintaan merkittävästi, Merkityksetön merkityksettömät henkilövahingot eikä haittaa ympäristölle. C Kohtalainen D Kriittinen E Katastrofi 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.
Riskin todennäköisyyden luokittelu, esimerkki 1 Mahdoton 2 Erittäin harvinainen Harvinainen 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. 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 Odotettavissa oleva Harvinainen 2 Erittäin harvinainen 1 Mahdoton B Merkityksetön C Kohtalainen D Kriittinen E Katastrofi Riskimatriisi, esimerkki 1a Riskimatriisi, esimerkki 2 5 Toistuva Odotettavissa oleva Harvinainen 2 Erittäin harvinainen 1 Mahdoton B Merkitykse -tön C Kohtalainen D Kriittinen E Katastrofi Riskitasojen luokittelu Hyvin epätodennäköinen Epätodennäköinen Todennäköinen Lievästi haitallinen VÄHÄINEN SIEDETTÄVÄ KOHTLINEN Haitallinen SIEDETTÄVÄ KOHTLINEN MERKITTÄVÄ Erittäin haitallinen KOHTLINEN MERKITTÄVÄ SIETÄMÄTÖN Lähde: BS 8800
Suojautumistasot onnettomuuksien varalle Kunnalliset pelastussuunnitelmat Laitoksen turvallisuussuunnitelmat Rakenteellinen suojaus (suoja-altaat, ojitukset) Rakenteellinen suojaus (mekaanisesti toimivat) utom aattiset turvalukitukset (suo jaukset) Kunnalliset väestönsuojelusuunnitelm at Kriittiset hälytykset, kriittisten toimintojen valvonta, manuaalinen ohjaus Prosessin ohjaus, hälytykset ja valvonta Prosessisuunnittelu Prosessin tarkastelutasot 2 2 1 1 0 0 = prosessi 1 = osaprosessi 2 = yksikköprosessi 5 = lisäjärjestelmä = laite 5 = yksityiskohta Hierarkkisen riskianalyysin periaatekaavio 1. Luennon aiheesta yleistä 2. Riskin käsite ja varautumistasot. Prosessin tarkastelutasot. Turvallisuus ja perussuunnittelu Laitostiedot Järjestelmätiedot Komponenttitiedot Osakomponenttitiedot Laitostason riskien analysointi Laitostason riskien analysointi Kriittisten Kriittisten osajärjestelmien tarkastelu tarkastelu Kriittisten Kriittisten komponenttien tarkastelu tarkastelu Kriittisten Kriittisten vioittumismekanismien tarkastelu tarkastelu Kriittiset osajärjestelmät Kriittiset komponentit Kriittiset vioittumistavat rvio vikataajuudesta Kestoikäarviot
Mallinnus ja optimointi 1. Luennon aiheesta yleistä 2. Riskin käsite ja varautumistasot. Prosessin tarkastelutasot. Turvallisuus ja perussuunnittelu 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 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 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.
Energiatalous Prosessin perussuunnittelusta 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. 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. HPS Esimerkki: Syötön lämmitys NOT RECOMMENDED FEED PRODUCT HPS MPS FEED RECOMMENDED MPS PRODUCT Räjähdys kemiallisella tehtaalla erikoiskemikaaleja valmistava monituotetehdas Räjähdys tapahtui alipainetislaimessa, jota käytettiin EMD -nimisen intermediaatin puhdistamiseen. Kondensaatiossa muodostuneesta vesihöyrystä syntynyt paineaalto kaatoi tislaamotilan seinät ja tuhosi kaikki laitteet - vahinkojen suuruus oli yli, milj. + tuotannon pitkäaikaisesta keskeytyksestä aiheutuneet menetykset. Kaksi tilasta jo ulos ehtinyttä työntekijää sai lieviä vammoja.
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 panosta viikon ajalta, mutta tislausta ei voitu aloittaa aikataulussa kierrätyspumpun vian vuoksi. Tislaimen panos n. -6 m seisoi lämpimänä tislaimen kiehuttimessa. Lämpötila nousi tunnissa ja 5 min. 190 o C 250 o C. Räjähdyksen syistä (2) Pilot-kokeista poiketen ensimmäinen valmistuserä oli 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. 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. Tekijänoikeudet Tämä aineisto on kaikkien vapaasti käytettävissä opetustarkoituksiin.tekijät toivovat materiaalia käytettäessä noudatettavan hyvää viittaustapaa. Jos materiaaliin tehdään muutoksia, ei ole suotavaa käyttää LRP-logoa. ineistossa 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 nna-mari Heikkilä ja Yngve Malmén. VTT Tuotteet ja tuotanto, Tampere nna-mari.heikkila@vtt.fi Yngve.Malmen@vtt.fi Kiitos!