مقاله نگاهی کلی به تکنیک ارزیابی کمی ریسک ( Quantitative Risk Assessment )

بخشی از مقاله

نگاهي کلي به تکنيک ارزيابي کمي ريسک (Quantitative Risk Assessment)

چکيده
از پيشرفته ترين روشهاي شناسايي و الويت بندي سناريوهاي خطر در صنايع فرايندي، ارزيابي کمي ريسک (QRA) است . QRA عنوان کلي براي تکنيکهايي است که قادرند ريسکهاي مربوط به يک فعاليت خاص را به صورت کمي تخمين بزنند. در حقيقت ارزيابي کمي ريسک ابزاري است که به کمک آن مي توان ريسکهاي ناشي از عملکرد واحد مورد نظر را شناسايي نمود و در نهايت راهکارهايي را براي مقابله و کاهش خسارات ناشي از بروز آنها ارائه کرد. عامل نشتي به عنوان يک مخاطره مهم و عمده واحدهاي فرايندي در ارزيابي کمي مد نظر است .
تحقيقات و مطالعات زيادي در اين زمينه انجام شده و با بکارگيري مدلهاي پيش گويي کننده در بخش آناليز عواقب پيامدهاي بالقوه يک رويداد از جنبه هاي مختلف ايمني ، بهداشت و محيط زيست ارزيابي مي شود.
سناريوهاي پيامد معمولا از طرق مختلف از قبيل روشهاي ساده، تکنيک تحليل درخت رويداد و يا تکنيکهاي مدلسازي کامپيوتري ممکن است توسعه يابد. اين پژوهش نگاهي کلي به مواردي دارد که بايستي در ارزيابي کمي مد نظر قرار گيرد.
کلمات کليدي : مخاطره (Hazard)، ريسک (Risk) ، آناليز عواقب (Consequence Analysis) ، ارزيابي کمي ريسک
.(QRA)
مقدمه
اشکال در تجهيزات حاوي فشار و به دنبال آن نشتي مواد خطرناک منجر به بروز رويدادهاي ناخواسته مي شود.
ريسک ناشي از بروز اين رويدادها در چهار گروه زير تقسيم بندي مي شود:
١- ريسکهاي ايمني (رويدادهاي اشتعال پذير) : اين رويدادها به دو روش مي تواند باعـث خـسارت شـود: تـابش گرمـايي و انفجـار در فشارهاي بالا (blast) . بسياري از خسارات ناشي از تابش گرمايي در محدوده هاي کم اتفاق مي افتد، در حـالي کـه اثـرات ناشـي از انفجار مي تواند باعث ايجاد خسارت در فاصله هاي دورتري از مرکز انفجار شود.
٢- ريسکهاي بهداشتي (نشت مواد سمي ): اين نوع رويدادها تنها افراد را در گير کرده و اثـرات آن تنهـا روي پرسـنل اسـت . . تنهـا در موارد اثرات حاد در مقابل اثرات مزمن ، ميزان تماس افراد بايستي لحاظ شود. اثرات ناشي از اين نوع نشتي ها مي تواند بيشتر از اثـرات رويدادهاي قابل اشتعال باشد. بر خلاف رويدادهاي قابل اشتعال، اين نوع رويدادها نياز به رويداد اضافه اي (مانند منبع جرقه و احتراق) ندارند.
٣- ريسکهاي محيط زيستي : اين بخش جزء مهمي از ريسک در واحدهاي فرايندي است . در اينجـا تمرکـز اصـلي بـر روي ريـسکهاي زيست محيطي حاد است و ريسکهاي زيست محيطي مزمن در اثر برون فرستهاي کم مد نظر نيستند. خسارتهاي زيست محيطي مـي تواند ناشي از نشتي مواد مختلفي باشد، اما عمده ريسک محيط زيستي مربوط به نشت مقادير زياد هيدروکربن به بيرون از مـرز واحـد است .
٤- ريسک توقف توليد: اغلب اين ريسکها مي تواند بيشتر از هزينه تجهيزات و خسارات محيط زيستي باشد، لذا بايستي در برنامه مورد توجه قرار گيرد. هزينه جايگزيني تجهيزات (تخميني از خسارات رويداد اشـتعال پـذير) در مقايـسه بـا هزينـه از دسـت رفـتن توليـد واحدهاي بحراني در مدت زمان طولاني ناچيز است .
تکنيکهاي ارزيابي کمي براي تعيين تمام ابعاد ريسک شامل ريسک مربوط به کارکنان، محيط زيست ، تأسيسات و ريسکهاي سرمايه اي و مالي يک واحد قابل کاربرد است . به طور کلي گام نخست قبل از انجام محاسبات مربوط به ارزيـابي کمـي ، فـاز شناسـايي مخـاطرات است . در اين قسمت ، تمامي مخاطرات احتمالي که ممکن است تهديدي براي افراد و يا سرمايه باشد، شناسايي مي شـوند. نتـايج ايـن فعاليت ، انتخاب مخاطراتي است که نياز به ارزيابي با جزئيات بيشتري دارند. معمـولا نتـايج حاصـله از مطالعـه HAZID بـه عنـوان ورودي ارزيابي کمي ريسک در نظر گرفته مي شود.
ارزيابي نيمه کمي ريسک
به علت تعدد سناريوهاي محتمل خطر در يک واحد فرايندي حجم محاسباتي که در بخش ارزيابي کمي انجام مي گيرد معمولا بالاست و مستلزم صرف زمان زيادي است . لذا بهتر است که قبل از انجام ازيابي کمي يک بررسي کيفي (نيمه کمي ) که تقريبا مشابه آناليز کمي است ولي نياز به جزئيات و زمان کمتري دارد، انجام گيرد. سپس از نتايج حاصل از ارزيابي کيفي استفاده شده و نقاط پرخطرتر تعيين مي شود. بدين ترتيب مي توان ارزيابي کمي را براي آن قسمتها که پر اهميت تر هستند و از درجه ريسک بالاتري برخوردارند، در الويت قرار داد.
همانطور که مي دانيد ريسک حاصل ضرب دو فاکتور احتمال و پيامد است ، در آناليز نيمه کمي ، ابتدا فاکتور احتمال تعيين شده و سپس فاکتور پيامد محاسبه مي گردد. از ترکيب اين دو در ماتريس ريسک، درجه ريسک مشخص خواهد شد. بخش اول آناليز نيمه کمي مربوط به ارزيابي احتمال است ، که شش فاکتور مؤثر در احتمال وقوع يک نشتي بزرگ را بررسي مي کند. از ترکيب اين شش
فاکتور، فاکتور احتمال که يکي از محورهاي ماتريس ريسک است ، تعيين خواهد شد. اين شش فاکتور عبارتند از:
١- تعداد تجهيزات (فاکتور تجهيزات): اين فاکتور مربوط به تعداد تجهيزات موجود در واحد است که پتانسيل خرابي دارند..
٢- مکانيزم تخريب (فاکتور خسارت): اين فاکتور ميزان ريسک مربوط به مکانيزم هاي تخريب شناخته شده در واحد را اندازه گيري مي کند. اين مکانيزم ها عبارتند از: خوردگي عمومي ، ترک ناشي از خستگي ، قرار گيري در معرض دماي سرد، تغيير شکل در اثر قرارگيري در معرض دماي بالا.
٣- مناسب بودن بازرسي (فاکتور بازرسي ): اين فاکتور ميزان تاثير برنامه بازرسي کنوني و توانايي آن در تعيين مکانيزم هاي فعال خسارت را اندازه گيري مي کند . اين فاکتور با عدد منفي وزن دهي مي شود زيرا کيفيت برنامه هاي بازرسي احتمال خسارت را کاهش خواهد داد.
٤- شرايط جاري تجهيزات (فاکتور شرايط ): اين فاکتور وضعيت فيزيکي تجهيزات را با توجه به شرايط تعمير و نگهداري و ضبط و ربط آنها تعيين مي کند.
٥- نوع فرايند (فاکتور فرايند): اين فاکتور پتانسيل شرايط نامناسب و يا وضعيتهاي غير طبيعي را که منجر به خسارت مي شود را اندازه گيري مي کند. اين فاکتور تابعي از تعداد توقفهاي واحد (برنامه ريزي شده و نشده )، پايداري فرايند و پتانسيل خرابي وسايل حفاظتي است .
٦- طراحي تجهيزات (فاکتور طراحي مکانيکي ): فاکتور ايمني در خلال طراحي و ميزان انطباق آن با استانداردهاي موجود را بررسي مي کند.
بخش دوم آناليز نيمه کمي ، ترکيبي از شش عنصر است که ميزان مخاطره آتش سوزي و انفجار را تعيين مي کند:
١- تمايل شديد به اشتعال (فاکتور شيميايي ) : تمايل يک ماده شيميايي به احتراق، ترکيبي از فاکتور فلش و فاکتور واکنش پذيري است . فاکتور فلش از روي NFPA مواد بدست مي آيد. فاکتور واکنش پذيري تابعي از سرعت احتراق ماده هنگام مواجه با منبع احتراق است .
٢- مقدار ماده اي که ميتواند نشت کند (فاکتور مقدار) : منظور بيشترين ميزان ماده اي است که در اثر يک حادثه مي تواند آزاد شود.
٣- توانايي تبخير ناگهاني (فلش ) و يا بخار شدن (فاکتور حالت ) : منظور سرعت تبخير ناگهاني يک ماده به بخار هنگام آزاد
شدن در اتمسفر است . اين فاکتور از روي نسبت دماي متوسط فرايند به دماي جوش در فشار اتمسفر بدست مي آيد.
٤- امکان اشتعال خود به خود (فاکتور اشتعال خود به خود) : ميزان افزايش احتمال احتراق را براي سيالي که در دماي بالاتر از دماي اشتعال خود به خودش آزاد شده باشد را اندازه گيري ميکند.
٥- اثر عمليات فشار بالا (فاکتور فشار) : سرعت فرار سيال را اندازه گيري ميکند. به طور کلي سيالاتي که در فشارهاي بالا (بالاتر از Psig ١٥٠ ) فعاليت مي کنند، سريع تر آزاد شده و منجر به نشتي هاي ناگهاني مي شود که پيامد شديدتري نسبت به نشتي هاي پيوسته دارد.
٦- محافظهاي مهندسي (فاکتور اطمينان) : اين فاکتور جنبه هاي ايمني مهندسي واحد را بررسي ميکند. اين جنبه هاي
ايمني نقش مهمي را در کاهش پيامد دارند. برخي از جنبه هاي ايمني طراحي و عملياتي عبارتند از:
- توانايي شناسايي گاز
- سيستم اطفاء حريق
- توانايي ايزوله
- وجود ساختمانها و کابلهاي ضد حريق
- وجود سيستمهاي فوم ثابت
فاکتور پيامد خسارت از روي ترکيب فاکتورهاي ذکر شده در بالا محاسبه مي شود.
فاکتور احتمال و فاکتور پيامد در ماتريس ريسک ٥×٥ مطابق شکل (١) قرار گرفته و بدين ترتيب سطح ريسک ارزيابي مي شود.
از نتايج بدست آمده در اين قسمت ، نقاطي که داراي ريسک بالاتري هستند انتخاب شده و براي ارزيابي کمي الويت بندي مي شوند.

شکل ١. ماتريس ريسک
ارزيابي کمي ريسک
نشتي به عنوان يک عامل مهم و خطر آفرين در تمام واحدهاي فرايندي مطرح است و بايستي ارزيابي آن بـا جزئيـات بيـشتري دنبـال شود. هر حادثه نشتي در فرايند، ممکن است خروجي هاي متفاوتي داشته باشد، خروجـي يـک فراينـد نـشتي بـستگي بـه طبيعـت و خواص فيزيکي ماده مورد نظر دارد. نمونه هايي از خروجي ها عبارتند از: پراکندگي ايمن ، انفجـار، Jet fire . پتانـسيل خروجـي هـاي ناشي از يک حادثه نشتي گاز يا مايع ، با استفاده از آناليز درخت رويداد قابل ارزيابي است . اين آناليز يک روش ساخت يافته بـه منظـور توسعه سناريوهاي وابسته به خروجي شاخه هاي مختلف است که احتمال هر شاخه بر مبناي يک آناليز تفصيلي تعيين خواهد شد.
شش خروجي ممکن در اثر نشتي يک ماده قابل اشتعال نتيجه مي شود.
 Safe dispersion (پراکندگي ايمن ): زماني اتفاق مي افتد که سيال قابل اشتعال نشت کرده و بدون احتراق پراکنده گردد. اين سيال قبل از رسيدن به منبع جرقه در غلظت زير حد اشتعال پذيري خود پراکنده مي شود. البته اگر چه اين ماده
3

خروجي اشتعال نداشته است ، ولي هنوز احتمال اثرات بد محيط زيستي ناشي از نشت اين ماده وجود دارد، که بايستي به طور جداگانه بررسي شود.
 Jet fire : وقتي اتفاق مي افتد که يک گاز با ممنتم بالا، مايع و يا سيال دو فازي محترق شود. سطح تابش نزديک به جت است . اگر ماده نشت کرده سريع محترق نشود، احتمال تشکيل يک توده يا ابر قابل اشتعال وجود دارد.
 Explosion (انفجار): تحت شرايط معيني اتفاق مي افتد. زماني که شعله خيلي سريع فرار مي کند. انفجار مي تواند توسط موج فشار توليد شده منجر به خسارت شود.
 Flash fire: زماني اتفاق مي افتد که توده ماده تحت شرايطي که منجر به افزايش فشار خاصي نمي شود، مي سوزد. پيامد ناشي از اين نوع آتش سوزي تنها محدود و نزديک به توده بخار در حال سوختن است . افزايش فشار توليدي آنقدر نيست که منجر به خسارت شود.
 Fire ball (آتش توپي ): زماني اتفاق مي افتد که مقدار زيادي سوخت در فضاي محدود محترق شود. اثرات گرمايي ناشي از آن به بيرون از مرزهاي آتش نيز سرايت مي کند ولي معمولا اين اثرات کوتاه است .
 Pool fire (آتش استخري): احتراق بخارات قابل اشتعال يک ماده از لايه سطحي يک مايع . و معمولا زماني اتفاق مي افتد که استخري از مايعات قابل اشتعال در اثر نشتي و دور ريزي تشکيل شود. اثرات تابش گرمايي آن تنها محدود به حول و حوش استخر مايع است .
در صورت نشت يک ماده سمي دو خروجي محتمل وجود دارد: پراکندگي ايمن و يا پراکندگي با آثار نشتي آشکار.
به منظور بروز اثرات مواد سمي دو شرط لازم است :
١. غلظت ماده سمي که در اثر نشتي به افراد مي رسد، بايستي کافي باشد.
٢. اثرات آن بايستي آن قدر طولاني باشد که باعث آسيب گردد.
در صورتي که هر يک از اين دو شرط وجود نداشته باشد، نشتي از نوع پراکندگي ايمن خواهد بود.
فرايند ارزيابي کمي ريسک به صورت شماتيک در شکل (٢) نشان داده شده است . در ابتدا بايستي بخشي از فرايند يا تجهيزات انتخاب شده ، سپس سناريوهاي مختلف در خصوص نحوه بروز نشتي و چگونگي رسيدن به رويداد ناخواسته بررسي شود. در محاسبات کمي يکي از چهار فاکتور تعريفي در سناريوي نشتي اندازه سوراخ ايجاد شده در تجهيز است . محاسبات ريسک براي هر سناريو در صورت لزوم انجام مي شود. ريسک مربوط به هر تجهيز از مجموع ريسکهاي اجزاء از هر سناريو محاسبه مي شود.
بخش اول ارزيابي احتمال و فرکانس
بخش مهمي از ارزيابي ريسک واحد فرايندي، تعيين ميزان فرکانس نشتي هيدروکربن است . در آناليز احتمال، نياز به داشتن داده هاي مربوط به فرکانس خرابي انواع مختلف تجهيزات مي باشد. اين فرکانس عمومي سـپس بـا دو تـرم، فـاکتور اصـلاح تجهيـزات (FE) و فاکتور ارزيابي سيستم مديريت (FM) اصلاح مي شود. فرکانس خرابي تعديل شده از حاصلضرب فرکـانس خرابـي عمـومي در دو تـرم بدست مي آيد.
Frequency adjusted = Frequency generic * FE * FM
4

شکل ٢. مروري بر فرايند ارزيابي کمي ريسک
داده هاي مربوط به فرکانس خرابي عمومي بر مبناي سوابق اطلاعات موجود براي تجهيزات مختلف از صنايع مختلف جمع آوري مي شود.
فاکتور اصلاح تجهيزات شرايط محيطي متفاوتي که تجهيزات در آن شرايط عمل مي کنند را بررسي نموده و سپس يک فاکتور اصلاح واحد براي تجهيزات بدست مي آيد.
فاکتور ارزيابي سيستم مديريت ، تاثير سيستم مديريت ايمني فرايند را بر روي يکپارچگي ماشين آلات تعديل مي کند.
5

بخش دوم: ارزيابي پيامد
در شکل (٣) مروري کلي بر نحوه محاسبات پيامد نشان داده شده است . عواقب حاصل از نشتي يک سيال مخاطره آميز در ٨ مرحله تخمين زده مي شود.
١- تعيين سيال و خواص آن
٢- انتخاب مجموعه اي از سايز سوراخها به منظور تشخيص محدوده محتمل پيامدها در محاسبات ريسک
٣- تخمين ميزان سيال در دسترس در فرايند نشتي
٤- تخمين پتانسيل نرخ نشتي
٥- تعيين نوع نشتي براي تعيين روش مورد استفاده در مدل سازي و پراکندگي
٦- انتخاب فاز نهايي سيال در فضا (مايع . گاز)
٧- ارزيابي اثرات واکنشهاي پس از نشتي
٨- تعيين مساحتي که بالقوه تحت تاثير نشتي قرار مي گيرد و يا هزينه هاي مربوط به نشتي مانند هزينه از دست رفتن زمان کاري و يا پاکسازي محيط .
١ تعيين سيال و خواص آن
از آنجا که مواد موجود در جريانهاي فرايندي به صورت مخلوط وجود دارد، لذا در محاسبات يک سري فرضيات براي شناسايي خواص مواد در نظر گرفته مي شود. اين فرضيات و حساسيت آن در نتايج بستگي به نوع پيامد مورد ارزيابي دارد. نکته مورد توجه اين است که تعيين دقيق نوع ماده در نتايج حاصل از پيامدهاي اشتعال پذير زياد ضرورت ندارد؛ زيرا خواص پراکندگي در هوا و گرماي احتراق براي تمام هيدروکربنها با جرم مولکولي مشابه ، يکسان مي باشد. البته اين مطلب براي آلکانها با زنجيره اي مستقيم و بدون شاخه صحت دارد. و براي هيدروکربنهاي غير اشباع و يا مواد آروماتيک زياد صحت ندارد.
٢ انتخاب مجموعه اي از سايز سوراخ نشتي
از آنجا که انجام محاسبات ريسک براي طيف پيوسته اي از سايز سوراخها عملي نمي باشد، لذا بايستي مجموعه اي از سايز سوراخ انتخاب شود. در اين مدل، مجموعه تعريف شده اي از سايز سوراخ وجود دارد: سايز کوچک، متوسط ، بزرگ و مورد پارگي .
محدوده اين سوراخها براي پيامدهاي داخل و بيرون سايت انتخاب مي شود. معمولا براي اثرات درون سايت ، سايزهاي کوچک و متوسط انتخاب مي شود. سايزهاي متوسط و بزرگ براي ريسکهاي برون واحدي بيشتر محتمل است . به منظور بررسي ريسکهاي درون و برون واحدي در اين روش، هر چهار گروه سايز سوراخها در محاسبات ريسک مربوط به هر تجهيز استفاده مي شود. جدول (١) سايز سوراخهاي مورد استفاده در آناليز کمي را نشان مي دهد.

٣ تخمين ميزان کل سيال در دسترس در فرايند نشتي
در محاسبات پيامد، يک حد بالايي براي ميزان کل سيال در دسترس در فرايند نشتي وجود دارد. در تئوري، ميزان کل سيالي که مي تواند نشت کند برابر با ميزان سيالي است که در داخل مخزن و يا خط لوله تحت فشار، بين دو شير ايزوله اي که سريعا بسته مي شود، محبوس شده است .
ولي در عمل ، وجود عمليات شرايط اضطراري مي تواند شيرهاي دستي را سريعا ببندد و يا مقاومت خط لوله و يا اختلاف ارتفاع، نشتي را متوقف سازد.
جدول (٢) فرضياتي را براي در نظر گرفتن حجم سيال نشتي بيان مي کند.