Bezpečnostní inženýrství - HAZOP, FTA, FMEA - M. Jahoda
Hodnocení rizik 2 HAZOP Hazard and Operability studies - vyvinula společnost ICI-Petrochemicals Division, UK - představuje standard při posuzování nebezpečí a zjišťování bezpečnosti složitých chemických zařízení - v ČR norma ČSN IEC 61882 studie nebezpečí a provozuschopnosti Použití u provozů projektovaných stávajících rekonstruovaných HAZOP = zaměřený na systém - analýza HAZOP naznačí, která výkonost konkrétního objektu je kritická nutnosti prozkoumat do hloubky s užitím dalších metod (FMEA, FTA)
Hodnocení rizik -HAZOP 3 Princip - kritické posouzení projektu (provozu) provádí tým odborníků - každý úsek je posuzován systematicky při vyžití série klíčových (vodicích) slov - základní předpoklad: nebezpečí nebo provozní problémy mohou nastat při změně normálních provozních podmínek hledání, jak by mohlo k odchylce dojít a jaké by mohla mít následky - systém se rozdělí na části (prvky) prvky - jsou nositely význačných vlastností dané části systému - příklad: materiály, činnosti, zdroje, místa určení - jsou specifikovány svými charakteristikami - příklad: prvek: materiál charakteristika: teplo, tlak, složení,...
Hodnocení rizik -HAZOP Přínos studie HAZOP 4 Systematická a důkladná prohlídka zařízení - identifikace nebezpečných stavů - a/nebo posouzení provozuschopnosti. Možnost vyhodnocení následků chyby operátora - odhalování takových situací, ve kterých by chyba operátora mohla mít závažné následky Odhalování nových nebezpečných stavů - Systematický postup umožňuje odhalování nových nebezpečných stavů Zvýšení efektivity provozního zařízení - odhalování situací, které mohou vést k narušení provozu, neplánovaným odstávkám, zničení zařízení, ztrátě rozpracované suroviny, ale také ke zdokonalení provozních předpisů Lepší pochopení procesu - i nejzkušenější účastníci porady se dozví něco nového : "nikdy předtím jsem o tomto provozu tolik nevěděl"
Hodnocení rizik -HAZOP Postup studie HAZOP Stanovení rozsahu, cílů a odpovědnosti stanoví se rozsah platnosti a cíle stanoví se odpovědnosti vybere se tým Příprava vypracuje se plán studie shromáždí se data dohodne se způsob zápisu odhadne se doba sestaví se časový plán Zkoumání systém se rozdělí na části zvolí se nějaká část a stanoví se cíl projektu pomocí vodicích slov se u každého prvku zjistí odchylky rozpoznají se následky a příčiny rozpozná se, zda existuje významný problém rozpoznají se mechanizmy ochrany, detekce a indikace rozpoznají se možná opatření k nápravě (volitelné) odsouhlasí se činnosti totéž se opakuje u každého prvku a potom u každé části systému Dokumentace a další postup zkoumání se zaznamená schválí se dokumentace vypracuje se zpráva o studii sleduje se, jak jsou tyto činnosti uplatňovány studie se opakuje, pokud je to nutné vypracuje se závěrečná výstupní zpráva 5
Hodnocení rizik -HAZOP Složení týmu 6 Manažer projektu - stanovuje role a odpovědnosti týmu Vedoucí studie (vedoucí metodik) - plánuje studii, zná dokonale metodu HAZOP - navrhuje vodicí slova - při poradách usměrňuje systematické pokládání otázek (nezdržuje s podrobnými technickými detaily) - neměl by být předem důvěrně obeznámen s analyzovaným objektem Projektant - vysvětluje projekt a jeho prezentaci - vysvětluje, jak může dojít ke stanovené odchylce a jaká bude odezva systému Uživatel - vysvětluje souvislosti provozu, provozní následky odchylky a rozsah nebezpečnosti odchylek Odborníci (chemický a strojní inženýři) - poskytují odborné posudky týkající se studie a sytému + Zapisovatel
Hodnocení rizik -HAZOP Klíčová slova pro HAZOP 7 Typ odchylky Vodicí slovo Příklad Negace Kvantitativní změna Kvalitativní změna Náhrada, záměna Čas Pořadí nebo posloupnost ŽÁDNÝ, NENÍ ŽÁDNÝ VYŠŠÍ NIŽŠÍ A TAKÉ JAKOŽ I A ROVNĚŽ ČÁSTEČNĚ OBRÁCENÝ ZPĚTNÝ JINÝ NEŽ PŘEDČASNÝ ZPOŽDĚNÝ PŘED PO Žádné části zamýšleného cíle (funkce) se nedosáhlo, např. žádný průtok Kvantitativní nárůst, např. vyšší teplota Kvantitativní pokles, např. nižší teplota Jsou přítomny nečistoty Současně se vykonává nějaká další operace/krok Dosahuje se pouze něco ze zamýšleného cíle, např. k zamýšlené přepravě kapaliny dochází pouze částečně. Vodicí slovo se používá např. pro obrácený tok v potrubí a zpětnou chemickou reakci. Dosáhlo se jiného výsledku, než byl původní cíl, např. došlo k přenosu nesprávného materiálu. K něčemu, např. ke chlazení nebo filtraci, došlo relativně dříve vzhledem ke stanovenému času K něčemu, např. ke chlazení nebo filtraci, došlo relativně později vzhledem ke stanovenému času K něčemu, např. ke směšování nebo ohřevu, došlo v nějaké posloupnosti příliš brzy K něčemu, např. ke směšování nebo ohřevu, došlo v nějaké posloupnosti příliš pozdě
Hodnocení rizik -HAZOP Příklad Látka A 8 Odvětrání Látka B Látky A a B jsou nepřetržitě dopravovány čerpadly ze svých zdrojových zásobníků, aby v reaktoru reagovaly za vzniku látky C. Látka A musí být v reaktoru vzhledem k látce B vždy v přebytku, aby se zabránilo nebezpečí výbuchu. Část systému vybraná pro zkoumání je potrubí od zdrojového zásobníku s látkou A k reaktoru, včetně čerpadla. Látka Činnost Zdroj Místo určení A Přeprava (rychlostí > B) Zásobník látky A Reaktor Přepad Reaktor Produkt C
Hodnocení rizik -HAZOP Příklad pracovního výkazu HAZOP 9
Hodnocení rizik -HAZOP Příklad pracovního výkazu HAZOP 10
Hodnocení rizik -HAZOP Příklad pracovního výkazu HAZOP 11
Hodnocení rizik -HAZOP Příklad pracovního výkazu HAZOP 12
Hodnocení rizik -HAZOP Zkušenosti s metodou 13 Úspěšná bezpečnostní studie metodou Hazop vyžaduje : zkušené odborníky správné rozvržení práce dostatečnou vytrvalost manažerskou práci s potřebným nasazením pro věc FAKTOR ČASU - nepožadovat umělé urychlení postupu nebo nereálné zkrácení času potřebného pro posouzení bezpečnosti ZKUŠENOSTI HAZOP TÝMU - nedostačují průměrné znalosti a zkušenosti, jsou potřebné ty nejlepší zdroje informací - nezkušený tým sotva dokáže odhalit zdroje nebezpečí - málo zkušený tým je nejistý - dlouhá řada doporučení
Hodnocení rizik -HAZOP Zkušenosti s metodou ZKUŠENOSTI vedoucího HAZOP TÝMU - technicky zdatný + ovládat metodu HAZOP - vytváří podmínky pro práci ostatních členů týmu - využívá znalostí všech ostatních účastníků studie Některé úkoly pro vedoucího týmu : Zajištění atmosféry otevřené výměny informací: HAZOP je identifikace nebezpečí nikoli stanovení míry rizika. Zvažovat oprávněnost požadavků na bezpečnostní zařízení. Zvažovat oprávněnost požadavků na parametry zařízení. Navrhovat jen promyšlená doporučení. Zaznamenávání výsledků studie. Věnovat pozornost postupům najíždění a odstavování zařízení. Aktuální podklady pro HAZOP studii. Aplikace HAZOPu při prohlídce nového projektu. Vhodnost výběru metody HAZOP. Délka pracovní porady. 14
Hodnocení rizik Analýza stromem poruch FTA (Fault Tree Analysis) 15 navazuje na hodnocení HAZOP, pro detailnější analýzu = logický graf, který slouží k odhalení cest, kterými se mohou v systému šířit poruchy - jde o postup deduktivní, vychází se z přesně definované konečné poruchy - vrcholové události - tzv. Top Event a hledají se příčiny nebo souběhy příčin (rozvíjejí se scénáře), které mohou konečnou událost způsobit - postupuje se tak, že se hledají dílčí události, které přispívají/vedou k vrcholové události - závažným krokem je posouzení logického vztahu mezi dílčími událostmi a událostí vrcholovou - přiřazení logického operátoru and or
Hodnocení rizik - FTA Příklad Alarm při p > p max Tlakový spínač 1 PIA Tlakový spínač 2 PIC Popis řešeného problému: 1. Vrcholová událost - zničení reaktoru vysokým tlakem. 2. Okolnosti vedoucí k výskytu: vysoký procesní tlak v reaktoru. 3. Neuvažované události: porucha míchadla, porucha el. vedení. 4. Hranice uvažovaného systému: viz schéma zařízení. 5. Uvažovaný stav: Solenoidový ventil je otevřený, nátok do reaktoru volný 16 Solenoidový ventil Vstupní proud P tlak (pressure) I indikátor (indicator) C regulátor (controller) A alarm Nárůstu tlaku v reaktoru brání dva subsystémy. Jde o regulaci přívodu vstupního proudu do reaktoru na základě hodnoty tlaku a havarijní signalizaci překročení horní povolené hodnoty tlaku. Pokud je jeden ze systémů bezporuchový, lze vrcholové události předejít. Pokud současně selžou oba subsystémy, dojde k havárii.
Hodnocení rizik - FTA Příklad strom poruch 17 Zničení reaktoru vysokým tlakem AND Porucha subsystému signalizace alarmu Porucha regulace (uzavření přívodu) OR OR Porucha tlakového spínače 1 Porucha světelné signalizace Porucha tlakového spínače 2 Porucha solenoidového ventilu
Hodnocení rizik Analýza příčin poruch a jejich následků (FMEA - Failure Modes and Effects Analysis) 18 navazuje na HAZOP vychází spíše z jednotlivých prvků systému než z procesních parametrů systému Cíle: odhalit takové poruchy, které mají závažný vliv na bezpečnost a provozování systému Postup zahrnuje : 1. identifikaci každé poruchy u jednotlivých prvků, uvažování sekvence návazných událostí, hledání příčiny poruchy a odhad možných následků, 2. klasifikace poruch podle závažných charakteristik (možnosti detekce, diagnostiky, výměny atd.) Základní zdroj informací: funkční schéma systému (technologické schéma, konstrukční výkresová dokumentace)
Hodnocení rizik - FMEA Postup 19 Pro praktické použití byl postup studie rozpracován do několika základních kroků, které jsou charakterizovány následujícími otázkami: Jaký je projev poruchy? Jaké jsou možné příčiny poruchy? Jak může být porucha objevena / detekována? Jak porucha ovlivní systém? (jaké jsou následky poruchy) Je tento stav přijatelný, co je potřeba udělat
Hodnocení rizik - FMEA Příklad Skladovací zásobník rozpouštědla Provozní zásobník rozpouštědla Systém pro skladování rozpouštědla - skladovací zásobník rozpouštědla a provozní zásobník rozpouštědla s potrubním systémem, čerpadlem, plovákovým spínačem a uzávěrnými armaturami. Cíl: vypracování seznamu poruch, které se mohou vyskytnout u uzavírací armatury skladovacího zásobníku. 20 Poruchy uzavíracího ventilu ventil je otevřený v okamžiku, kdy má být zavřený (o tomto stavu je obtížné se přesvědčit vizuální kontrolou) těleso ventilu je prasklé (únik směrem ze systému) ventil je zaseklý v určité poloze (nelze s ním manipulovat) ventil netěsní, propouští i v uzavřené poloze (o těsnosti ventilu se nelze jednoduše přesvědčit vnější prohlídkou) ventil je zavřený v okamžiku, kdy má být otevřený ( rovněž o tomto stavu je obtížné se přesvědčit vizuální kontrolou)
Hodnocení rizik - FMEA Příklad (porucha, příčina, detekce, následek, doporučení) Porucha: Otevřený (má být zavřený) Příčiny uvažované poruchy (ventil zůstal otevřený, přestože měl být zavřený): a) zlomená hřídelka ventilu b) nečistoty v sedle ventilu c) koroze Jak se může taková porucha projevit za provozu? Jak je možno ji odhalit a jaké mohou být její následky? Detekce uvažované poruchy v systému: rozlití rozpouštědla při výměně čerpadla při údržbě (Neuzavření ventilu se projeví až v okamžiku, kdy bude nutno vyměnit čerpadlo (např. při jeho poruše). Může se stát, že se o otevřeném ventilu přesvědčíme až po demontáži čerpadla ze systému (což bude kritické a velmi nebezpečné). Následek: 1. Únik rozpouštědla - NEBEZPEČÍ!!! 2. Nelze bezpečně vyprázdnit skladovací nádrž 3. Nelze bezpečně provést údržbu čerpadla Doporučení: Úprava projektu (např. použitím odkalovacího ventilu za ventilem) 21
Hodnocení rizik - FMEA Příklad (porucha, příčina, detekce, následek, doporučení) Porucha: Uzavřen (má být otevřený) Příčina: a) Chyba obsluhy b) Zaseknutí Detekce: Zhoršení / zničení kvality výsledného produktu výroby Následek: 1. Po vyprázdnění provozního zásobníku, žádné rozpouštědlo v procesu. 2. Při chodu čerpadla v prostoru sání - tenze par přehřívání - poškození a nutnost opravy čerpadla. Doporučení: Operátor zkontroluje, jestli je ventil otevřen. Instalace indikace výšky hladiny (LI) a signalizace spodní hladiny (LLA) v provozní nádrži 22 Skladovací zásobník rozpouštědla LI LLA Provozní zásobník rozpouštědla
Hodnocení rizik Statistika nehod a havárií; OSHA, FAR, FR 23 existuje několik statistických metod umožňujících charakterizovat nehodovost a ztrátovost procesu metody dávají údaj, který vyjadřuje počet nehod a/nebo počet fatálních zranění vztažený na danou skupinu osob v průběhu zadané doby OSHA, USA Occupational Safety and Health Administration of the United States Government - zodpovídá za bezpečnost při práci - údaje jsou stanoveny pro 100 pracovních roků. Přitom pracovní rok představuje asi 2000 hodin (uvažuje se 50 pracovních týdnů v roce krát 40 pracovních hodin v týdnu) - OSHA údaje o nehodách se tudíž vztahují na 200 000 hodin pracovního času, po který je osoba vystavena nebezpečí OSHA incident rate = počet pracovních úrazů * 200 000 hodin celkový počet prac. dní všech osob v uvažovaném období
Hodnocení rizik Statistika nehod a havárií; OSHA, FAR, FR 24 FAR, UK Fatal Accident Rate - udává počet neštěstí, které se vyskytly u skupiny 1000 zaměstnanců za celou dobu práce, tj. za 50 let práce - časové období 50 let představuje 50*50*40 pracovních hodin tj. při 1000 zaměstnanců 10 8 pracovních hodin FAR = počet fatálních případů * 10 8 celkový počet prac. hodin sledované skupiny v uvažovaném období FR, UK - udává intenzitu úmrtí vztaženou na osobu a rok FR = počet úmrtí celkový počet lidí za rok ve sledované populaci
Hodnocení rizik Statistika nehod a havárií; OSHA, FAR, FR 25
Hodnocení rizik Statistika nehod a havárií; OSHA, FAR, FR 26
Hodnocení rizik 27 DÚ V4 RV1 Dusík PV2 PIC Do fléry PV1 V3 Zásobník hořlavé kapaliny je držen pod lehkým přetlakem dusíku. Tlak v zásobníku je řízen promocí PIC, který posílá alarm do velínu, když tlak přesáhne danou hodnotu. Dále je zde bezpečnostní ventil RV1, který se otevře v případě nebezpečí. Zásobník je plněn ze stáčírny. Plnění V5 HA TI 1 HA LI 1 LA PI 1 Vytvořte strom poruch pro vrcholovou událost - zničení reaktoru vysokým tlakem. P tlak (pressure) T teplota (temperature) L hladina (level) I indikátor (indicator) C regulátor (controller) HA high alarm LA low alarm do provozu V2 V1