Turvallisuus prosessien suunnittelussa ja käyttöönotossa Moduuli 2 Turvallisuus prosessilaitoksen suunnittelussa
Moduuli 2: Turvallisuus prosessilaitoksen suunnittelussa Turvallisuusaspektit laite- ja layout- suunnittelussa Luento 8
1. Luennon aiheesta yleistä 2. Laitos- ja laitesuunnittelu 3. Kriittiset tekijät 4. Layout ja turvallisuus 5. Ohjeistuksen merkitys 6. Suunnitteluprojektin hallinta osana kokonaisturvallisuutta
Turvallisuustarkastelu suunnitellusta prosessista Tarkoituksena on lopullisen suunnitelman turvallisuuden arviointi tunnistamalla kaikki vaarat, joita poikkeamat suunnitelmasta voivat aiheuttaa, määrittämällä tunnistettujen vaarojen aiheuttamat seuraukset, käynnistämällä tarvittavat toimenpiteet vaaratilanteiden ehkäisemiseksi ja seurausten minimoimiseksi, tarkastelemalla käyttöön ja kunnossapitoon liittyviä ongelmatilanteita kuten kemikaalialtistuksia ja huonoa työskentelyergonomiaa. Lähde: J. T. Illidge, ICI, 1994
Suunnitellun prosessin turvallisuustarkastelun toteutus Poikkeamatarkastelulla (HAZOP) tunnistetaan vaarallisen prosessin (vaaraa aiheuttavat) tilamuutokset. Tarkasteluun sisältyvät myös käynnistys, alasajot ja kunnossapito. Poikkeamatarkastelussa käytetään avainsanoja: ei (ei mitään), enemmän, vähemmän, osaksi, päinvastoin, muuta. Lähde: J. T. Illidge, ICI, 1994
1. Luennon aiheesta yleistä 2. Laitos- ja laitesuunnittelu 3. Kriittiset tekijät 4. Layout ja turvallisuus 5. Ohjeistuksen merkitys 6. Suunnitteluprojektin hallinta osana kokonaisturvallisuutta
Detaljisuunnittelu eli laite- ja laitossuunnittelu Laite- ja laitossuunnittelussa mitoitetaan ja suunnitellaan prosessi ja sen oheisjärjestelmät perussuunnittelun vaatimusten mukaisesti. Laite- ja laitossuunnittelun tuloksena ovat: laite-, putkisto- ja instrumentointispesifikaatiot ohjausjärjestelmän rakenne ja kaaviot sähkösuunnitelmat ja -kaaviot rakennemäärittelyt lopullinen layout
Laitesuunnittelu Yksikköoperaatiot muodostuvat prosessilaitteista ja niiden oheislaitteista ja -järjestelmistä kuten venttiilit, pumput, instrumentointi ja turvalaitteet. Laitesuunnittelua ohjaavat mm. paras käyttökelpoinen tekniikka (BAT) standardit painelaitelaki hyvä suunnittelutapa
Ihmisen toiminta Laite- ja laitossuunnittelussa tulee huomioida laitoksen ja sen osien: käytettävyys havainnollisuus saavutettavuus ergonomia meluvaatimukset hygieniavaatimukset ohjeistus.
Lisäksi tulee suunnitella kunnossapito- ja huoltojärjestelmät turvallisuusjärjestelmät prosessin käyttö- ja ajo-ohjeet käyttöönoton suunnittelu ja ohjeistus alas- ja ylösajojen ohjeistus ohjeet poikkeus- ja häiriötilanteiden varalle
1. Luennon aiheet yleistä 2. Laitos- ja laitesuunnittelu 3. Kriittiset tekijät 4. Layout ja turvallisuus 5. Ohjeistuksen merkitys 6. Suunnitteluprojektin hallinta osana kokonaisturvallisuutta
Turvallisuuden kannalta kriittisiä tekijöitä (kemia) virtausmäärien ja -suuntien muutokset lämpötilan muutokset paineen muutokset eksoterminen reaktio endoterminen reaktio nopea / hidas reaktio panos-, puolipanos- tai jatkuvatoiminen prosessi korroosio ja eroosio
Turvallisuuden kannalta kriittisiä tekijöitä (tekniset) sekoituksen loppuminen ja muuttaminen lämmityksen loppuminen tai väheneminen jäähdytyksen loppuminen tai muuttuminen syöttösuhteiden muutokset eroosio sähkökatkokset vuodot rakennemateriaalien vanheneminen
Kriittisten tekijöiden huomioiminen ja niihin varautuminen prosessien ohjaus ja säätö Fail safe -periaatteet varoventtiilit, hälyttimet, kaasuilmaisimet, murtolevyt varoaltaat, tyhjennyssäiliöt turvaetäisyydet sammutuskalusto ja pelastussuunnitelma
Kemikaalisäiliöille asetetut vaatimukset KTM:n päätös (313/85) palavista nesteistä määrää noudatettavaksi tiettyjä säiliöiden rakennestandardeja. Ympäristölle tai terveydelle vaarallisten kemikaalien säiliöiden rakenteesta ei ole olemassa em. kaltaisia yksityiskohtaisia määräyksiä. TUKES:in ohjeissa K1-97 ja K1-98 on esitetty ratkaisuja, joiden on katsottu vastaavan lainsäädännön vaatimustasoa.
Suunnittele yksinkertaista Suunnittele laite kestämään pahin mahdollinen ylipaine. Älä korjaa suunnitteluvirhettä instrumentoinnilla. Käytä materiaaleja, jotka kestävät prosessiolosuhteet ja -kemikaalit. Käytä mahdollisimman yksinkertaisia instrumentointiratkaisuja. Lähde: Trevor Kletz (1984)
Suunnittelun toinen mahdollisuus Jos vaara- tai häiriömahdollisuutta ei voida poistaa, siihen voidaan varautua tehdaslayoutilla painejärjestelmän suunnittelulla rakennemateriaalien valinnalla eristämällä hälyttimillä ja hätäkatkaisimilla käyttö- ja kunnossapitotoimenpiteillä.
Painopistealueita mittaus- ja valvontalaitteet ohjaus- ja suojausjärjestelmät päivitetyt piirustukset päästöjen valvonta ohjeet, koulutus ja suojaus päivitetty huolto- ja kunnossapitosuunnitelma tarkastukset
Harjoitusesimerkki: Miten pidät eksotermisen reaktion oheisessa reaktorissa?
Säätöehdotus
1. Luennon aiheesta yleistä 2. Laitos- ja laitesuunnittelu 3. Kriittiset tekijät 4. Layout ja turvallisuus 5. Ohjeistuksen merkitys 6. Suunnitteluprojektin hallinta osana kokonaisturvallisuutta
Layout Laitosten layoutissa pyritään alueen optimaaliseen käyttöön sekä putkisto- ja instrumentointilinjojen pituuden minimoimiseen turvaetäisyydet huomioiden. Samalla tulee varmistaa kaikkien laitteiden ja säiliöiden saavutettavuus huolto- ja kunnossapitotöitä sekä pelastuskalustoa varten. Esimerkiksi kuvan keskimmäiset säiliöt eivät ole sammutusyksiköiden saavutettavissa.
Turvaetäisyyksistä Turvaetäisyyksiä tarvitaan mm. riskialttiiden yksikköoperaatioiden erottamiseen muista yksikköoperaatioista yksikköoperaatioiden erottamiseen varastosäiliöistä ja varastoalueista palavia aineita sisältävien varastojen erottamiseen toisistaan prosessiyksiköiden erottamiseen ohjaus- ja toimistorakennuksista, syttymislähteistä ja tehdasalueen rajoista.
KTM:n päätös nestekaasu- asetuksen soveltamisesta (344/1997) 45 : Räjähdysvaarallinen tila on huone, sen osa tai muu rajoitettu tila (myös ulkona), jossa syttyvä kaasuseos voi esiintyä. Nestekaasun käyttö- ja käsittelylaitokselle sekä varastolle tulee laatia selvitys räjähdysvaarallisista tiloista eli tilaluokitus.
Räjähdysvaarallisten tilojen luokitus Tilaluokat 0 ja 20: räjähdyskelpoinen ilmaseos esiintyy jatkuvasti, pitkäaikaisesti tai usein. Tilaluokat 1 ja 21: räjähdyskelpoinen ilmaseos todennäköisesti esiintyy normaalitoiminnassa satunnaisesti. Tilaluokat 2 ja 22: räjähdyskelpoisen ilmaseoksen esiintyminen on normaalitoiminnassa epätodennäköistä ja se kestää esiintyessään vain lyhyen ajan.
1. Luennon aiheesta yleistä 2. Laitos- ja laitesuunnittelu 3. Kriittiset tekijät 4. Layout ja turvallisuus 5. Ohjeistuksen merkitys 6. Suunnitteluprojektin hallinta osana kokonaisturvallisuutta
Terveydelle ja ympäristölle vaarallisten kemikaalien varastoinnista annetussa ohjeessa (TUKES K1-97) käsitellään mm.: säiliörakennetta ja säiliöiden varustusta säiliöiden tarkastuksia vallitiloja ja säiliöiden keskinäistä etäisyyttä säiliöiden perustuksia täyttö- ja tyhjennyspaikkoja astiavarastoja ja putkistoja käyttöönottotarkastuksia varautumista onnettomuuksiin ja ohjeistusta
Ohjeistus vaarallisia kemikaaleja varastoivilla ja käsittelevillä laitoksilla kirjalliset ohjeet työskentelystä alueella kirjallinen työlupamenettely tulitöitä ja muita vastaavia töitä varten ohjeet vuotojen torjuntakaluston ja suojavarustuksen kunnossapidosta ja huollosta koulutusta ja harjoituksia työntekijöille onnettomuuksien varalle ohjeet onnettomuustilanteiden varalta
Ohjeistuksen merkityksestä Reaktorin sekoittaja pysähtyi käyttäjän yrittäessä siirtää ohjausta vanhalta uudelle käyttöönottovaiheessa olleelle prosessitietokoneelle. Ajoa jatkettiin lisäämällä prosessiin katalyyttiä. Sekoittajan pysähtymistä ei huomattu, reaktorin sisältö joutui epähomogeeniseen tilaan. Jäähdytys piti alaosaa alle 65 C lämpötilassa, yläosan lämpötilan kohotessa vapaasti (eksoterminen reaktio). Lopulta reaktio karkasi, paine nousi äkillisesti, eivätkä varolaitteet ehtineet purkaa painetta. Sekoittaja lensi katon läpi ulos ja reaktiovoima löi reaktorin lattiaan. Purkautuneesta seoksesta vapautui fenoli- ja formaldehydihöyryjä, jotka räjähtivät tehdashallissa. Kattoon tulleen aukon läpi purkautui 20-25 tn fenolihartsia.
Mikä meni vikaan ja miten se olisi voitu estää Ohjaus siirrettiin käynnin aikana vanhalta tietokoneelta uudelle käyttö- ja kunnossapito-ohjeet siirto seisokissa Sekoittajan pysähtymistä ei huomattu suojausjärjestelmä, joka toimii automaattisesti Varolaitteet eivät ehtineet purkaa painetta väärä mitoitus varoilla suorituskykyvaatimukset
1. Luennon aiheesta yleistä 2. Laitos- ja laitesuunnittelu 3. Kriittiset tekijät 4. Layout ja turvallisuus 5. Ohjeistuksen merkitys 6. Suunnitteluprojektin hallinta osana koko- naisturvallisuutta
Prosessisuunnitteluprojektista Prosessien kehitys- ja suunnittelutyö voidaan tehdä kokonaan itse yrityksen omalla T&K ja suunnitteluosastoilla ostaa osittain oman yrityksen ulkopuolelta ostaa kokonaan yrityksen ulkopuolelta (avaimet käteen -periaate) Kuka vastaa ja mistä vastaa? Entä turvallisuus?
Tiedon siirtyminen prosessisuunnitteluprojektissa Prosessisuunnittelussa tulee varmistaa tiedonsiirtyminen tilaajalta suunnittelijalle, suunnittelijalta suunnittelijalle sekä käytöstä suunnittelijalle ja päinvastoin. Toimintoja ulkoistettaessa ja suunnitteluprojekteja pilkottaessa eri toimittajille tiedonsiirron varmistaminen vaikeutuu. Investointiprojektien aikataulujen kiristymisen takia eri suunnitteluvaiheita tehdään samanaikaisesti, jolloin oikeaa tietoa ei aina ole saatavissa.
Dokumentointi Prosessisuunnitelmat ja niihin tehdyt muutokset tulee dokumentoida kattavasti. Tilaajalle tulee toimittaa lopulliset dokumentit laitoksesta as-built. Prosessidokumentit tulee pitää ajan tasalla myös tehtäessä muutoksia käyvällä laitoksella. Tulevaisuudessa sähköinen dokumentointi helpottaa tietojen ylläpitoa ja hyödyntämistä, myös turvallisuusmielessä.
Prosessin muuttaminen Käytännössä myös jo olemassa olevia teollisuusprosesseja joudutaan muuttamaan. Teollisuuskemikaaliasetuksen (59/1999) mukaan ns. turvallisuusselvityslaitoksilla on oltava kirjallinen turvallisuusjohtamisjärjestelmä. Sen osa-alueita ovat mm. Muutosten hallinta ja Suuronnettomuusvaarojen tunnistaminen ja arviointi.
Esimerkki 1 UK 1974 50 tonnia kuumaa sykloheksaania räjähti sekoittuessaan ilman kanssa 28 kuoli, tehdasalue tuhoutui Kuuden reaktorin sarjasta viides oli poistettu ja korvattu väliaikaisesti putkella, jossa oli kaksi mutkaa (ja palkeet) Palkeet pettivät paineenvaihtelusta johtuneen vääntöliikkeen seurauksena Puutteellinen suunnittelu
Flixborough,, UK 1974 1 2 3 4 6 20 inch by-pass
Mikä meni vikaan ja miten se olisi voitu estää Reaktorin mahdollista käytöstäpoistoa ei oltu huomioitu suunnitteluvaiheessa (elinkaariajattelu) mahdollinen painemittaus, sulkuventtiilit (vuodon erottaminen), suojausautomatiikka, hälytykset (kameravalvonta, pitoisuusmittaus) Puutteellinen suunnittelu muutostyölle suunnitteluarvot ja marginaalit eivät tiedossa virtausnopeus, paine, rakenteiden lujuus Varaosa nopeaa vaihtoa varten lyhyt seisokki Oleskelulla ja suojavälineillä ei ollut merkitystä tässä tapauksessa (tehdasalue tuhoutui)
Esimerkki 2 Tuoteliemestä poistettiin helposti haihtuva komponentti höyrystrippauksella. Tuoteliemi valuu stripperissä ylösnousevassa höyryssä, jolloin helposti haihtuva komponentti erottuu ja kulkeutuu höyryn mukana pois stripperistä. Strippausta säädettiin tuoteliemen lämpötilan mukaan. Kun tuoteliemestä oli haihtuva komponentti erottunut, nousi liemen lämpötila nopeasti, koska haihtumiseen ei enää kulunut lämpöä. Kerran stripattiin normaalia pienempää tuote-erää. Kaikki sujui hyvin kunnes huomattiin, että tuoteliemi oli polymeroitunut stripperissä. Lämpötila ei noussut eikä muitakaan erikoisia havaintoja tehty sen lisäksi, että tuoteliemen kiertopumppaus pysähtyi. Polymeroitunut liemi oli lopulta lapioitava ulos stripperistä.
Mikä meni vikaan ja miten se olisi voitu estää Väärät lähtötiedot suunnittelulle. Haihtuminen vaatii lämpöä. Kun haihtuminen loppuu, lämpötila nousee. vaatimusmäärittely prosessikuvaus ajotapakeskustelu Pintamittaus väärässä paikassa laitteen sijoittelu suunnittelukatselmukset Tuote-erä meni mämmiksi ja lapioitiin pois
Mitä maksaa turvallisuus? Turvallisuuskustannuksia on pyritty arvioimaan mm. turvajärjestelmien investointikustannuksilla, henkilöstön koulutuskustannuksilla ja turvallisuuden arviointiin käytetyillä henkilökustannuksilla. Turvallisuuden kokonaiskustannuksia investoinnille on kuitenkin vaikea arvioida, sillä lopullisessa prosessisuunnitelmassa on paljon sisäänrakennettuja, turvallisuutta lisääviä ratkaisuja. Vertailulukuina käytetään mm. onnettomuuksista ja häiriöistä aiheutuneita kustannuksia.
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 Anna-Mari.Heikkila@vtt.fi Yngve.Malmen@vtt.fi Kiitos!