بخشی از مقاله
معرفی روش تجزیه و تحلیل حفاظت لایه ای (LOPA) در آنالیز مخاطرات فرایندی
چکیده
LOPA یک تکنیک ارزیابی ریسک نیمه کمی است که برای تعین میزان موثر بودن عملکرد سیستمهای ایمنی (SIF) به کار می رود. اساس کار این تکنیک مبتنی بر استفاده از اطلاعات به دست آمده در تکنیکهای کیفی شناسایی مخاطرات نظیر HAZOP می باشد . به عبارتی این روش بعد از HAZOP و قبل از تکنیک آنالیز درخت خطا (FTA) اجرا می شود . این روش بر کاهش ریسک وقایعی که بیشترین ریسک را دارند تمرکز داشته و با اطلاعات حاصل از اجرای این روشی میتوان سطح یکپارچگی ایمنی (SIL) مورد نیاز سیستم های ابزار دقیق ایمنی (SIS) نظیر اینتر لاک ها را به دست اورد . LOPA با یک پیامد نامطلوب مثل پیامد زیست محیطی ، بهداشتی ، ایمنی یا اقتصادی شروع شده و شدت این پیامد تخمین زده می شود . سپس برای هر پیامد علت های اولیه مشخص می گردد . در مرحله بعد برای هر کدام از علت های اولیه ، لایه های حفاظتی مستقل (IPL) و احتمال نقص آنها (PFD) تعیین می گردد . سپس احتمال پیامد نامطلوب از طریق حاصلضرب PFDهای هر کدام از مIPL ها مشخص می شود . در پایان بر اساس نتایج به دست آمده نسبت به کاهش ریسک از طریق افزودن IPL بیشتر و یا دیگر گزینه های کاهش ریسک نظیر طراحی مجدد فرایند و... اقدام می گردد. نتایج حاصل از کاربرد این تکنیک در صنایع شیمیایی نشان می دهد این تکنیک یک ابزار اثر بخشی برای تعیین سطح یکپارچگی ایمنی (SIL) توسط مهندسان ایمنی فرایند بوده و ضمن اینکه به منابع کمتری نسبت به دیگر تکنیکهای ارزیابی ریسک نیاز دارد، اجرای آن از روشهایی چون آنالیز درخت خطا (FTA) و دیگر روشهای کمی ارزیابی ریسک سریعتر است. از جمله مهمترین مزایای آن می توان به تمرکز بر روی پیامد های شدید ، در نظر گرفتن علل اولیه وقوع حوادث، دیدگاه سیستماتیک ، تعیین IPL برای هر کدام از علل اولیه و تعیین منابع موثر کاهش ریسک اشاره کرد.
کلمات کلیدی : ارزیابی ریسک ، LOPA، ایمنی فرایندی
مقدمه
در صنایع فرایندی لازم است یک محیط کاری ایمن برای کارکنان فراهم گردد . ایمنی از طریق طراحی ذاتا ایمن و حفاظهای متعددی مثل سیستمهای ابزار دقیق ایمنی ، دستورالعمل ها و آموزش فراهم می گردد. در مطالعه عملیات و خطر ')HAZOP( ارزیابی ریسک ناشی از انحرافات فرایندی و تعیین پیامد وقایع اولیه صورت می گیرد. تیم HAZOP حفاظهایی را که برای کاهش وقایع خطرناک به کار می رود شناسایی می کند . اگر تیم تشخیص دهد که حفاظها کافی نیستند ، توصیه هایی را برای کاهش بیشتر ریسک ارائه می دهد ولی در این تکنیک مشخص نمی شود که این حفاظها از هم مستقل هستند یا خیر . برای حصول اطمینان از این مسئله لازم است یک ارزیابی مهندسی مستقل نظر تجزیه و تحلیل لایه های حفاظتی (LOPA) که یک روش نیمه کمی است و در سال ۱۹۹۳ توسط CCPS ارائه شده است ، صورت گیرد . این روش با اطلاعاتی که از تجزیه و تحلیل خطر و عملیات (HAZOP) به دست آمده است، شروع شده و برای خطرات شناسایی شده، وقایع اولیه و لایه های حفاظتی را مشخص می کند . سپس می توان میزان کاهش کلی خطر و نیاز به کاهش ریسک را مورد تجزیه و تحلیل قرار داد . اگر کاهش ریسک اضافه تری نیاز باشد و اگر در قالب عملکرد تجهیزات ایمنی (SIF) باشد، روش LOPA به تعیین سطح یکپارچگی ایمنی (SIL) برای SIF کمک می کند . طبق تعریف چرخه عمر ایمنی در 1-1 151 6 IEC سطح یکپارچگی ایمنی (SIL) برای طراحی عملکرد تجهیزات ایمنی نیاز است . برای انجام LOPA یک با تخصص های گوناگون و شامل موارد زیر نیاز است :
اپراتور با تجربه و آشنا به واحد مورد بررسی
مهندسی فرایند
مدیر تولید
مهندسی کنترل فرایند
مهندسی ابزار دقیق / برقی
متخصصی ارزیابی ریسک
حداقل یکی از افراد تیم می بایست به متدولوژی LOPA آشنا باشد.
اطلاعات مورد نیاز برای LOPA از طریق HAZOP به دست می آید . در جدول شماره ۱ ارتباط بین داده های مورد نیاز برای LOPA و اطلاعات کسب شده از HAZOP مشاهده می شود. در شکل شماره ۱ نیز برگه های کاری معمولی برای روش LOPA نشان داده شده است .
۱- واقعه نهایی : مطابق شکل شماره ۱ هر کدام از واقایع نهایی HAZOP در ستون ۱ وارد می شود.
۲- درجه شدت : درجه شدت هر واقعه به صورت شدت کم (M)، جدی (S) یا وسیع (E)، بر اساس جدول ۲ برای هر واقعه نهایی مشخص شده و در ستون ۲ برگه کاری وارد می شود .
۳- واقعه اغاز گر : همه علل اولیه برای واقعه نهایی در ستون ۳ شکل ۱ وارد می شوند . واقعه نهایی ممکن است علل اولیه زیادی داشته باشد که می بایست لیست شوند .
۴- احتمال رخداد وقایع اولیه : احتمال رخداد وقایع اولیه بر حسب واقعه بر سال وارد می شود. در جدول شماره ۴ احتمال رخداد برخی وقایع اولیه نشان داده شده است ضمن اینکه بررسی سوابق گذشته و تجربه تیم در تعیین احتمال رخداد وقایع اولیه مفید است .
۵- لایه های حفاظتی : در شکل شماره ۱ لایه های حفاظتی (LPS) معمول در صنایع فرایندی نشان داده شده است . هر لایه حفاظتی عبارتست از یک سری تجهیزات یا کنترل های مدیریتی که به همراه دیگر لایه های حفاظتی عمل می کند . لایه های حفاظتی کارشان را با درجه بالایی از قابلیت اطمینان انجام می دهند. برخی از این لایه ها، لایه های حفاظتی مستقل (IPL) به شمار می ایند. برای این کار لایه های حفاظتی می بایست معیارهای زیر را داشته باشند : - ریسکهای شناسایی شده را حداقل ۱۰ برابر کاهش دهد . - اختصاصی باشد، یعنی فقط از پیامدهای واقعه ای که بالقوه خطرناک است ( مثل واکنشهای Runa Way، رهایی مواد سمی ، از دست رفتن آلاینده ها یا آتش سوزی ) .
- از دیگر لایه های حفاظتی مرتبط با خطر مستقل باشد .
- امکان اعتبار سنجی منظم عملکردهای حفاظتی این لایه ها وجود داشته باشد . نمونه هایی از IPLها عبارتست از دستورالعملهای کاری استاندارد، سیستمهای کنترلی فرایندی پایه، آلارمها با واکنش های انسانی تعریف شده، سیستمهای ابزار دقیق ایمنی و تجهیزات رهایی فشار . طراحی های فرایندی برای کاهش احتمال وقایع نهایی ، وقتی که واقع اولیه رخ می دهد می بایست در ستون ۵ لیست شوند. به عنوان مثال پوشش (Jacket) لوله یا ظروف برای جلوگیری از رهایی مواد فرایندی وقتی که یکپارچگی لوله یا ظروف به خطر رافتد به کار می رود . مورد بعدی در ستون ۵ سیستم کنترل فرایندی پایه (BPCS) است و فاکتور آخر در ستون ۵ وجود آلارم برای هشدار به اپراتور و مداخله اپراتور است. احتمال نقص این تجهیزات (PFD) در جدول ۳ مشاهده میشود. یه طور کلی PFD همه لایه های حفاظتی در روش LOPA مشخص شده و در ستون شماره ۶ شکل ۱ لیست می شود.
۶- لایه های حفاظتی مستقل (IPL) بر اساس معیارهای ذکر شده در قبل در ستون ۷ ثبت می گردد.
۷- احتمال رخداد وقایع میانی : احتمال رخداد وقایع میانی با ضرب احتمال واقعه آغازگر ( ستون ۴) در PFD لایه های حفاظتی و سیستم های کاهش دهنده (ستونهای ۵ و ۶ و ۷) به دست می آید. عدد محاسبه شده بر حسب تعداد وقایع در سال بوده و در ستون ۸ وارد می شود . اگر احتمال واقعه اولیه کمتر از حد معیار پذیرفته شده باشد، PLS اضافه تری نیاز نخواهد بود. کاهش ریسک بیشتر چنانچه از نظر اقتصادی مقرون به صرفه باشد را می بایست مد نظر داشت .
اگر احتمال واقعه میانی بیشتر از معیار پذیرفته شده باشد ، نیاز به کاهش بیشتری خواهد بود. روشهای ذاتا ایمن می بایست قبل از لایه های حفاظتی اضافی در نظر گرفته شود، شکل ۱ به روز شده و احتمال رخداد واقعه میانی مجددا محاسبه می شود تا به زیر حد معیار برسد . چنانچه تلاشهای فوق برای کاهش واقعه میانی به پائین تر از حد معیار به نتیجه نرسد، به سیستمهای ابزار دقیق ایمنی (SIS) نیاز خواهد بود.
۸- سطح یکپارچگی SIF : اگر SIF جدیدی نیاز باشد، سطح یکپارچگی مورد نیاز را می توان با تقسیم معیار مشترک درجه شدت واقعه بر احتمال واقعه میانی به دست اورد. PFD میانگین برای SIF به عنوان حد ماکزیموم SIS در ستون ۹ وارد می شود . ۹- احتمال واقعه کاهش یافته : احتمال واقعه کاهش یافته از ضرب ستون ۸ و ۹ محاسبه گردیده و در ستون ۱۰ وارد می شود . این روند تا زمانی ادامه می یابد که تیم احتمال واقعه کاهش یافته برای همه وقایع نهایی را محاسبه کند .
۱۰- ریسک کلی مرحله نهایی جمع کردن احتمال واقعه کاهش یافته برای همه وقایع نهایی وسیع و جدی است که خطر مشابهی دارند . به عنوان مثال احتمال واقعه کاهش یافته برای همه وقایع وسیع و جدی که سبب بروز آتش سوزی می شوند، جمع شده و در روابطی مشابه روابط زیر وارد می نشود.
ریسک مرگ و میر به علت آتش سوزی = احتمال واقعه کاهش یافته برای رهایی مواد قابل اشتعالی که احتمال اشتعالی که احتمالی حضور فرد در منطقه که احتمال مرگ و میر در اثر آتش سوزی
ریسک مرگ و میر به علت رهایی مواد سمی = احتمالی ریزش مواد سمی که احتمالی وجود فرد در منطقه که احتمال مرگ و میر در اثر رهایی مواد سمی
مطالعه موردی از کاربرد روش LOPA با استفاده از پیامدهای نهایی شناخته شده در روش HAZOP :
- واقعه نهایی و شدت :
در مطالعه HAZOP فشار بالا در راکتور پلیمریزاسیون بچ به عنوان یک انحراف عملیاتی شناخته شد. راکتور ( از جنسی فولادی ضد زنگ ) به طور سری به یک فیبر فولادی پر شده که با یک ستون پلاستیکی تقویت شده بود و همچنین یک کند انسور ضد زنگ متصل گردیده بود . ترکیدگی فیبری که با ستون پلاستیکی تقویت شده بود، منجر به رهایی بخارات قابل اشتعال گردید که می تواند احتمال آتش سوزی را در صورت وجود منبع اشتعالی در پی داشته باشد. با استفاده از جدول ۲ درجه شدت به وسیله تیم LPA جدی شناسایی شد چرا که این واقعه نهایی می تواند سبب صدمه جدی یا مرگ و میر در سایت گردد. واقعه نهایی و شدت آن به ترتیب در ستون ۱ و ۲ شکل ۱ وارد گردید. در HAZOP دو واقعه اولیه برای فشار بالا در نظر گرفته شد . افت آب خنک کننده برای کند انسور و نقص لوپ کنترلی بخار راکتور این دو واقعه اولیه در ستون ۳ شکل ۱ وارد می شود .
۳ احتمال رخداد وقایع اولیه : عملیات واحد، افت آب خنک کننده را هر ۱۵ سال یکبار در این منطقه نشان داده است. تیم LOPA برای احتیاط ۱ واقعه در هر ۱۰ سال ( ۰/۱ واقعه در هر سال ) را در نظر گرفت و در ستون ۴ وارد نمود .
۴- طراحی لایه های حفاظتی : واحد فرایندی از نظر طبقه بندی الکتریکی ضد انفجار طراحی شده و مدیریت ایمنی فرایند در این
