بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
آناليز ريسک پذيري مخازن نگهداري آمونياک و محاسبه ريسک مناطق مسکوني
چکيده :
قبل از اقدام به مديريت ريسک يک واحد پتروشيميائي نياز به شناسائي و ارزيابي خطرات موجود در آن واحد است . پس از شناسائي و ارزيابي مخاطرات ، نياز به برآورد شدت تأثيرات و عواقب مخاطرات آشکار شده مي باشد. زيرا شدت تأثيرات مخرب حوادث به همراه احتمال رخداد آن است که ميزان ريسک محتمل را مشخص مي کند. در اين مقاله سعي شده است با توجه به اهميت واحدهاي توليد آمونياک ، آناليز ريسک پذيري شامل آناليز پيامد و آناليز تکرار جهت مخازن نگهداري آمونياک انجام و برآن اساس ضريب ريسک مناطق مسکوني محاسبه و مورد تحليل قرار گيرد. اين تحليل در ارزيابي ريسک اين واحد و نيز ارائه طرحي براي واکنش سريع در برابر حوادث ، مورد استفاده قرار مي گيرد.
کلمات کليدي : آناليز ريسک پذيري ، آناليز پيامد ، آناليز تکرار ، درخت خطا ، آمونياک
مقدمه
پيشرفت صنايع پتروشيمي از جمله صنايعي است که توجه همگان را به خود جلب نموده است . توليد محصولات گوناگون و مورد احتياج ديگر صنايع با ارزش افزوده بالا از جمله مواردي است که اهميت اين صنعت را نمايان ساخت . از اين جهت سرمايه گذاري در اين صنعت و توليد محصولات مادر از جمله آمونياک و اتيلن رونق گرفت . اما نکته قابل توجهي که نظر همگان به آن معطوف گشت خطرات موجود در اين واحدها بود . سميت و بعضا قابل انفجاري بودن مواد توليدي اين واحدها موجب شکل گرفتن ايدة ايمني در همان ابتداي توليد گرديد. با گذشت زمان طرحهاي ايمني و روشها ارزيابي و کنترل ريسک شکل سيستماتيک ١ به خود گرفت و در حال حاضر مديريت ريسک از پارامترهاي مهم و اساسي سازماندهي در توليد يک سازمان از ديدگاه مديران ارشد مي باشد.
قبل از اقدام به مديريت ريسک يک واحد پتروشيميايي نياز به شناسايي و ارزيابي مخاطرات موجود در آن واحد است . ارزيابي مخاطرات با روشهاي مختلفي از جمله هزاپ ٢انجام مي شود . پس از شناسايي و ارزيابي مخاطرات ، نياز به برآورد شدت تاثيرات و عواقب مخاطرات آشکار شده مي باشد. زيرا شدت تاثيرات مخرب حوادث به همراه احتمال رخداد آن است که ميزان ريسک محتمل را مشخص مي کند. بنابراين مديريت ريسک يک واحد شيميايي بدون انجام آناليز ريسک پذيري شامل آناليز پيامد٣ و آناليز تکرار٤ ميسر نمي باشد. از طرفي امروزه با افزايش تراکم و نزديکي واحدهاي صنعتي به هم ، عواقب نامطلوب يک حادثه تنها محدود به همان واحد نمي شود بلکه اثرات مخرب آن به واحدهاي مجاور يا مناطق مسکوني اطراف نيز مي تواند گسترش يابد
. واحدهاي پتروشيميايي نمونه بارزي از صنايع متراکم مي باشد که اثرات نامطلوب يک حادثه تنها بر عملکرد واحد نمي باشد بلکه اثرات مخرب آن به واحدهاي مجاور يا مناطق مسکوني اطراف نيز مي تواند گسترش يابد . براي بررسي و آشکار ساختن اين تاثيرات از روشهاي رايج در آناليز ريسک پذيري استفاده مي شود]١[ . براي مثال در بررسي ايمني واحد آمونياک نمي توان به صورت يک عنصر مجزا از کل مجموعه به آن نگريست . رخ دادن هر حادثه در چنين واحدي مي تواند اثرات نامطلوبي را بر کل منطقه داشته باشد. در مقاله حاضر سعي شده است آناليز ريسک پذيري جهت مخازن نگهداري آمونياک که از نقاط پر مخاطره اين واحدها است انجام و ريسک مناطق مسکوني محاسبه گردد. اين فرآيند در شناسايي و برطرف نمودن خطرات و همچنين کاهش ريسک مربوط به آنها بسيار موثر و از آن در تهيه طرحي براي واکنش سريع در برابر حوادث احتمالي مورد استفاده قرار مي گيرد.
مخازن نگهداري آمونياک
مخزن آمونياک دو جداره و ايمن است و جداره خارجي از محوطه بيرون ايزوله شده است . بخارات آمونياک بين دو جداره و سقف داخلي و خارجي قرار دارد. سقف خارجي مخزن که بدون عايق و با رنگ آميزي پوشش داده مي شود از لحاظ استحکام و جنس به صورتي مي باشد که چنانچه آمونياک مايع به آن نفوذ نمايد مقاوم باشد . معمولا مخازن نگهداري آمونياک به شيرهاي اطمينان فشار مثبت و فشار منفي تجهيز مي شوند. به اين منظور که مخزن را در مقابل بالا رفتن فشار و يا خلاء محافظت نمايد.
مخزن ذخيره آمونياک داراي عايق بندي مناسب مي باشد تا نفوذ گرماي محيط از اتمسفر به مخزن حداقل برسد و همچنين از ميعان رطوبت در هوا بر روي سطح خارجي مخزن جلوگيري مي کند. ميزان انتقال حرارت از محيط به مخزن به درجه حرارت محيط بستگي دارد. انتقال حرارت از محيط به مخزن موجب تبخير آمونياک و بالا رفتن فشار مخزن مي شود. بنابراين جهت کنترل فشار مخزن در محدوده عملياتي بايد بخارات آمونياک از مخزن گرفته شده در کمپرسورها فشرده و سپس مايع شود و به مخزن برگردانده شود . شکل -١نمونه اي از يک مخزن نگهداري آمونياک را به همراه سيستم سردکننده نشان مي دهد.
شکل ١- دياگرام ذخيره و ارسال آمونياک
مخاطرات آمونياک
واحدهاي توليد آمونياک يکي از پرمخاطره ترين واحدهاي صنعت پتروشيمي است . مخاطرات اين واحد بدليل حضور مواد مختلف از جمله آمونياک مي باشد. آمونياک در زمره مواد خطرناک مي باشد . آمونياک از نظر سميت بسيار سمي مي باشد و غلظتهاي بالاي آن مي تواند باعث مرگ شود. همچنين آمونياک قابليت احتراق و انفجار دارد ولي خطر احتراق آن به مراتب کمتر از خطر سميت آن مي باشد. حد مجاز تماس آن براي ٨ ساعت کار در روز و ٥ روز در هفته ( TLV) حدود ppm٢٥ مي باشد.
تماس آمونياک گازي در غلظتهاي خيلي بالا ( بالاي ppm٢٠٠٠٠ ) مي تواند باعث صدمه به پوست و اندام ها گردد. تماس ppm٧٢ آن با چشم براي بعضي از افراد مي تواند توليد ناراحتي کند و غلظت ppm١٣٤ براي همه مي تواند آزار دهنده باشد. تماس با غلظت ppm٧٠٠ آمونياک سريعا و شديدا باعث ناراحتي و آزار چشم مي گردد.
به طور کلي آمونياک خطرآفرين جدي آتش و انفجار به حساب نمي آيد زيرا مخلوط آمونياک و هوا به سختي محترق مي شود و اين در حالي است که غلظت نسبتا بالايي از آن براي احتراق لازم است . محدوده اشتعال آمونياک بين ١٥٥=LEL تا ٢٨= UELدرصد در هوا مي باشد و دماي خوداشتعالي آمونياک حدود oc٨٥٠ مي باشد . آمونياک در دماي c٥٠٠-٤٥٠ به نيتروژن و هيدروژن تجزيه مي شود. حضور روغن يا مواد قابل اشتعال خطر آمونياک را مضاعف مي کند]٣[ .
روش تحقيق
اگر چه ممکن است از يک متدلوژي دقيق براي آناليز ريسک استفاده کرد ولي اطلاعاتي که براساس آن ريسک تخمين زده مي شود کامل نيست و از منابع مختلفي گرفته مي شود که ممکن است دقيقا معادل با شرايط تحت بررسي نباشد. در اين مقاله با در نظر گرفتن سناريوهاي فرضي ميزان دبي جرمي آمونياک از مخزن براي حالتهاي مختلف محاسبه مي شود بعد از آن با در نظر گرفتن شرايط جوي حاکم در منطقه ميزان انتشار آلاينده و شعاع پخش محاسبه مي شود]٤[ .
براساس ميزان انتشار و شعاع پخش احتمال مرگ و مير در منطقه محاسبه خواهد شد . لازم به ذکر است جهت آناليز تکرار از روش معروف درخت خطا١ ، احتمال شکست ٢ مخزن در سال بدست خواهد آمد.نتايج حاصل از آناليز پيامد و آناليز تکرار ، ريسک قابل تحمل را ارائه خواهد داد.
آناليز ريسک پذير مخازن نگهداري آمونياک
الف - آناليز پيامد حادثه
مدل هاي پيامد حادثه جهت پيشگيري رفتار فيزيکي رويدادهاي خطرناک مورد استفاده قرار مي گيرد. براي انجام پيامد روش هاي متنوعي وجود دارد که غالبا در ساختار و نوع خروجيها شباهت دارند ، اما در جزئيات تفاوت هايي در آنها وجود دارد.
در اين مقاله از يک ساختار سه مرحله اي استفاده شده و در هر مورد جزئيات ذکر شده است .
انتخاب سناريو
سناريو، حادثه يا ترکيبي از حوادث است که وقوع آن منجر به توليد يک يا چند مخاطره فرآيندي چون انفجار ، آتش سوزي يا رهايي مواد سمي مي شود. در انتخاب سناريو بايد دقت شود که حادثه انتخاب شده اولا محتمل و ثانيا داراي شدت کافي باشدج٥ج .
با توجه به شرح فرآيند نگهداري آمونياک ، منابع مختلفي از نشت در قسمتهاي مختلف وجود دارد که مي تواند منجر به پخش اين ماده شيميايي در محيط اطراف شود. منابع شکست مي تواند نشتي از فلنج ها ، واشرها ، لوله هاي ارتباطي بين قسمتهاي مختلف و سوراخ شدن و ترکيدن ناگهاني مخزن باشد. فهرستي از منابع شکست در جدول -١ آمده است .
مدل سازي سناريو اول ( نشتي از فلنج ها و اتصالات مربوطه ) :
به علت فرسودگي و نقايصي که در سيستم مي تواند بوجود آيد آمونياک به صورت مايع از قسمتهاي مختلف نشت مي نمايد فرض مي کنيم آمونياک مايع از سوراخي به قطر ٠.٥ اينچ نشت مي کند همچنين فرض مي کنيم اين نشتي نزديک به سطح زمين (٠ = h ) که باعث پراکندگي آن در محيط اطراف مي شود . فشار واحد ٨ کيلوگرم بر سانتي متر مربع فرض مي شود. از رابطه
زير ميزان دبي جرمي آمونياک را محاسبه مي نمائيم ]٦[ :
در رابطه فوق Qm دبي جرمي سطح مقطع سوراخ ، دانسيته مايع ، , فشار جريان بالادستي وپائين دستي،٠٦١=Cdضريب تخليه ، ارتفاع مايع و شتاب ثقل مي باشد. يکي ديگر از بخشهاي آناليز پيامد ، مدل سازي پراکندگي مواد شيميايي خطرناک است در يک حادثه که يک يا چند ماده شيميايي آزاد مي شوند اين خطر بالقوه وجود دارد که به علت سميت ، قابليت اشتعال و همچنين قابليت انفجار ماده شميايي ، افراد آسيب ببينند و يا خسارت به تاسيسات وارد شود. با تجزيه و تحليل پراکندگي مواد شيميايي ، تراکم و يا غلظت بخار خطرناک حاصل از آن قابل تخمين است و زمينه اي براي محاسبه ريسک فراهم مي گردد.
با استفاده از معادله اصلي گوس ]٧[ و با در نظر گرفتن ٠ = y و ٠ = z معادله زير را خواهيم داشت :
با استفاده از اين معادله غلظت آمونياک در سطح زمين و روي خط مرکز انتشار محاسبه مي شود. در اين رابطه Cxyz غلظـت مـاده منتشر شده ، Q ميزان دبي جرمي ، z...y,...ضرايب پراکندگي افقي و عمودي ناميده مي شوند که از جداول و نمودارهاي معروف پاسکوئيل بدست مي آيند ج٨ج . لازم است عوامل موثر در انتشار اين ماده شيميايي نيز بررسـي شـوند . يکـي از مهمتـرين عوامـل در انتشار ، شرايط جوي حاکم در زمان انتشار بر واحد است . عواملي چون سرعت و جهت غالب باد ، پايداري جو ، دما و رطوبت بـر چگونگي شکل گيري حادثه موثر بوده و بايد در تحليل در نظر گرفته شوند اثر شدت و جهت وزش باد بـر ميـزان و جهـت انتـشار کـاملا روشـن اسـت . پروفايـل بـاد بـا ارتفـاع از سـطح زمـين تغييـر مـي کنـد ، همچنـين عـوارض زمـين باعـث تغييـر جهـت بـاد مي شوند اما سرعت و جهتي که در تحليل مورد استفاده قرار مي گيرد بايد به نوعي باشد که بيانگر حالـت غالـب و از نظـر آمـاري پر تعدادترين سرعت در جهت در محدودة موردنظر باشد. جدول -٢ شرايط موثر در کيفيت رخداد سناريوي اول را نشان مي دهد . در اين مقاله درجه پايداري هوا مطابق با جدول مذکور در نظر گرفته شده است ]٧[ .
مدل سازي سناريوي دوم :
در آناليز پيامد همواره گزينه اي به عنوان حادترين سناريو١ محتمل ، مورد بررسي قرار مي گيرد. اين سناريو وضعيتي است که امکان ايجاد حادترين پيامد را داشته باشد . آزادسازي آمونياک از مخزن در نتيجه گسيختگي آن پديد مي آيد که اين ممکن است به علت يک رويداد خارجي رخ دهد . برخورد هواپيما با مخزن ، ايجاد شکاف در اثر خوردگي و ياخستگي مخزن ، برخورد موشک با مخزن و يا گسيختگي لوله هاي جريان از جمله رويدادهاي مختلف مي باشد در اين حالت فرض مي کنيم کل جرم آمونياک موجود در مخزن ١٠٠٠٠ تن مي باشدکه در محيط پراکنده مي شود. بنابراين مقدار QL در اين حالت کل جرم آمونياک موجود در مخزن مي باشد با استفاده از رابطه -٢ مقدار غلظت در فواصل مختلف محاسبه که در جدول -٣ نشان داده شده است .
ب - آناليز تکرار حوادث با روش درخت خطا
با توجه به بررسي هاي انجام شده يکي از مهمترين عوامل خطر در مخازن نگهداري آمونياک ، شکست ناگهاني آن مي باشد که مي تواندضررو زيان فراواني را به سيستم و اطراف آن که مناطق مسکوني مي باشد وارد نمايد. با توجه به اهميت سناريوي دوم ، درخت خطا براي اين حادثه ترسيم ( به پيوست مقاله ) و شرايط ايجاد پخش کل آمونياک موجود در مخزن مورد بررسي قرار
مي گيرد. عوامل ايجاد انفجار در مخزن عبارتند از :
زلزله شديد ( احتمال شکست ٧-١٠ * ١ در سال ) ، برخورد ناگهاني هواپيما ( احتمال شکست ٧-10*1 در سال ) ، وارد شدن ناگهاني وسايط نقليه مانند جراثقال هاي سنگين و برخورد با مخزن ( احتمال شکست ٧-10*2 در سال ) ، نشت زمين به دلايل مختلف (احتمال شکست ٧-10*2 در سال )، آتش سوزي شديد اطراف مخزن (احتمال شکست ٧-10*5 در سال ) ، سيل ( احتمال شکست ٧-10*1 در سال ) که اين عوامل علت هاي اوليه در تحليل درخت خطا مي باشند و فروپاشي و گسستگي مخزن به دلايل خطرات مکانيکي خارجي ( احتمال شکست ٧-١٠ * ٧.٣٧ در سال ) ، فروپاشي و گسستگي مخزن به دلايل خطرات شيميايي خارجي ( احتمال شکست ٨-10*-4.556در سال ) ، افزايش فشار بيش از حد مخزن ( احتمال شکست ١٢-10*3.192 در سال ) ، کاهش فشاربيش از حد مخزن ( احتمال شکست ١٤-10*2.15 در سال ) وقايع مياني در تحليل درخت خطا مي باشند]٩[ .
محاسبه ريسک مناطق مسکوني
جهت محاسبه ريسک مناطق مسکوني لازم است اثرات پخش آمونياک در منطقه مورد ارزيابي قرار گيرد . در صورت انتشار ، توده گاز در مسافت هاي طولاني در جهت مسير باد حرکت مي کند ، نهايتا در يک مسافت به حد غلظت ، بي خطر برسد . احتمال مرگ و مير در هر منطقه با توجه به سميت آمونياک به عوامل مختلفي از جمله احتمال وزش باد در يک مسير خاص ، افزايش بيش از حد سرعت معمول باد ، ثبات جوي ، تعداد نفرات ساکن در هر منطقه و زمان پخش بستگي دارد. تاثيرات کشنده آمونياک فقط بستگي به ميزان و غلظت آن نداشته بلکه به ميزان تماس با آن ماده شيميايي نيز بستگي دارد. پارامترهاي متفاوتي جهت ارزيابي و بررسي غلظت و زمان مواد شيميايي وجود دارند که ازآن مي توان به IDLHو اشاره کرد .
رابطه غلظت (ppm)C و مدت زمان T ( دقيقه ) و ارزش احتمال ( Pr ) بصورت زير بيان مي شود]٩ و ٤[ .
در رابطه -٣پارامترهاي a ،b و n مشخصه لازم براي مواد شيميايي مي باشد که براي آمونياک ١٤.٧ = a ، ٠.٩٢ = b ، ٢ = n و زمان را ٥ دقيقه فرض مي کنيم .
رابطه بين ارزش احتمال و احتمال مرگ و مير در جدول -٤ آمده است .
