Miten varmistetaan prosessiturvallisuus maakaasu- ja öljykenttien pintalaitteissa?

Öljy- ja maakaasukenttien pintalaitteet ovat alttiina useille merkittäville riskeille, jotka voivat johtaa vakaviin onnettomuuksiin ja tuotantokatkoksiin. Koska öljy ja maakaasu ovat helposti syttyviä ja räjähtäviä aineita, näiden aineiden käsittelyssä pinnalla tapahtuvat prosessit edellyttävät erityisen huolellista turvallisuussuunnittelua. Turvallisuuden takaamiseksi on välttämätöntä soveltaa tieteellisiä ja systemaattisia analyysimenetelmiä, joiden avulla voidaan tunnistaa ja arvioida erilaiset vaarat ja niiden mahdolliset seuraukset. Tämä edellyttää riittävien ja perusteltujen suojatoimien käyttöönottoa, jotta operaattoreiden turvallisuus, laitteiden toiminnan luotettavuus sekä ympäristönsuojelu voidaan taata.

Turvallisuusriskit maakaasu- ja öljykenttien pintalaitteissa ovat moninaisia. Yleisimpiä uhkia ovat ylipaine, vuoto, nesteen ylivuoto, kaasun puhkeaminen, alipaine ja ylikuumeneminen. Ylipaine voi syntyä esimerkiksi laitteiston toimintahäiriön vuoksi ja johtaa putkien tai säiliöiden vaurioitumiseen tai jopa räjähdykseen. Vuodot ovat erityisen vaarallisia, koska ne voivat johtaa syttymisvaaraan ja myrkytysriskeihin. Nesteen ylivuodot voivat aiheuttaa ympäristöhaittoja ja laitoksen toiminnan keskeytymisen. Kaasun puhkeaminen ja alipaine voivat puolestaan vaikuttaa tuotantoprosessin vakauteen ja aiheuttaa turvallisuusriskejä. Ylikuumeneminen taas voi heikentää materiaalien kestävyyttä ja lisätä tulipalovaaraa.

Prosessiturvallisuuden varmistaminen edellyttää suunnitteluvaiheessa turvallisuuslaitteiden tarkkaa valintaa ja niiden oikein mitoitettua sijoittelua. Turvallisuusventtiilit, hätäventtiilit ja liekinvaimentimet ovat keskeisiä komponentteja, joiden avulla hallitaan ylipainetta ja estetään vaarallisten kaasujen leviäminen. Lisäksi järjestelmien on oltava varustettuja automaattisilla suojatoimilla, jotka aktivoituvat poikkeustilanteissa, esimerkiksi automaattinen sulku tai prosessin pysäytys. Näiden toimenpiteiden tarkoituksena on minimoida onnettomuuksien syntymisen todennäköisyys ja lieventää mahdollisten vaaratilanteiden vaikutuksia.

Turvallisuusprosessien kehittäminen edellyttää jatkuvaa oppimista ja kokemusten jakamista eri hankkeiden välillä. Kansainväliset vertailut ja parhaiden käytäntöjen hyödyntäminen ovat olennainen osa alan kehitystä. Lisäksi on ymmärrettävä, että prosessiturvallisuus ei ole pelkästään tekninen kysymys, vaan siihen liittyy myös ihmisten koulutus, toimintatapojen noudattaminen ja organisaation turvallisuuskulttuuri. Avoin viestintä, riskien tunnistaminen ja vastuullinen toiminta ovat välttämättömiä turvallisuuden ylläpitämiseksi.

Prosessiturvallisuuden kokonaisvaltaisessa tarkastelussa on tärkeää ymmärtää, että jokainen komponentti ja toimintatapa muodostavat osan kokonaisjärjestelmää. Pienikin puute tai virhe voi johtaa ketjureaktioon, jonka seuraukset voivat olla vakavia. Tämän vuoksi riskienhallinta on jatkuva prosessi, jossa ennakoidaan mahdollisia vaaratilanteita ja reagoidaan niihin systemaattisesti.

On huomattava, että vaikka tekniset ratkaisut ovat välttämättömiä, ihmisten rooli prosessiturvallisuudessa on korvaamaton. Henkilöstön koulutus, jatkuva perehdytys ja turvallisuustietoisuuden vahvistaminen ovat edellytyksiä sille, että suunnitellut turvatoimet toteutuvat käytännössä ja onnettomuuksia voidaan välttää.

Mitä huomioida vaarallisten aineiden eristämisessä ja turvallisuudessa?

Kun eristetään laitteita, erityisesti säiliöitä ja putkistoja, jotka sisältävät vaarallisia aineita, on tärkeää ottaa huomioon useita seikkoja. Esimerkiksi ennen kuin henkilökunta voi astua suljettuun tilaan, on tärkeää suorittaa aktiivinen eristys, kuten sulkupalojen asentaminen kaikkiin liitäntöihin mahdollisimman lähelle säiliötä. Tämä estää vaarallisten aineiden pääsyn alueelle ja takaa turvallisuuden. Lisäksi ennen kuumatyön tai flangejen purkamista on varmistettava, että aktiivinen eristys on toteutettu ja kaikki tarvittavat varotoimet on suoritettu.

Erilaisiin eristämistilanteisiin liittyy erityisvaatimuksia. Jos laitteelle tehdään huoltoa, on tärkeää, että kaikki syöttö- ja tuoteputkistot eristetään turvallisesti. Jos laitteiden välillä on monivaiheisia kytkentöjä, kuten useita säiliöitä tai tornijärjestelmiä, eristyksen on oltava riittävä, jotta yksi yksikkö voidaan irrottaa ilman, että muut yksiköt kärsivät. Tämä on erityisen tärkeää monivaiheisissa käynnistysprojekteissa, joissa laitteet voivat olla toiminnassa eri aikatauluilla.

Erityinen huomiota vaativia tilanteita ovat myös korkeapaine- ja kuumavesijärjestelmät, jotka voivat aiheuttaa vakavia vaurioita ilman oikeita eristysmenetelmiä. Näissä tapauksissa suositellaan aktiivista eristystä ja erityisiä kaksinkertaisia eristysventtiilejä, kuten DBB-venttiilejä (Double Block and Bleed). Ne tarjoavat lisäsuojaa estäen pääsyn vaarallisten aineiden mahdollisiin vuotoihin ja tarjoavat mahdollisuuden huoltaa laitteita turvallisesti.

Yksi tärkeimmistä eristystoimenpiteistä on aktiivinen eristys. Tämä tarkoittaa 100 %:n fyysistä eristystä vaarallisten aineiden tai saasteiden lähteistä, mikä takaa, että ei tapahdu vuotoja tai pääsyä haitallisiin aineisiin. Tämä eristysmenetelmä on erityisen tärkeä, kun työntekijät tarvitsevat pääsyn säiliöihin tai muihin suljettuihin tiloihin. Aktiivinen eristys voidaan toteuttaa eristämällä putkiosat irrottamalla osia putkistosta, asentamalla sulkupaloja tai pyöreitä sokkalevyjä. Eristysmenetelmä valitaan putkiston koon ja paineen mukaan, ja sen on täytettävä suunnitellut turvallisuusvaatimukset.

Toinen tärkeä eristysmenetelmä on venttiililähtöinen eristys, jota voidaan käyttää lyhytaikaisemmissa tilanteissa, joissa ei tarvita niin tiukkaa eristystä. Tällöin eristys tehdään sulkemalla venttiili, mikä on riittävä monissa lyhytaikaisissa huoltotoimenpiteissä. Venttiililähtöinen eristys on kuitenkin vähemmän tehokas kuin aktiivinen eristys, erityisesti tilanteissa, joissa laitteet ovat suurilla paineilla tai käsittelevät myrkyllisiä aineita.

Kun eristystä suunnitellaan, on tärkeää kiinnittää huomiota myös eristettävien putkistojen ja säiliöiden rakenteeseen. Esimerkiksi putkistojen eristys voi vaatia erityisiä huomioita, kuten nesteiden kiinteytymisen estämistä tai putkistojen huolellista huuhtelemista ja tyhjentämistä, erityisesti silloin, kun nesteet voivat jäädä putkistoihin ja aiheuttaa vaaran. Jos putkistot jäävät tyhjentämättömiksi ja eristämättömiksi, ne voivat aiheuttaa vakavia vaaroja myöhemmin.

Yksi tärkeimmistä näkökohdista on myös eristystoimenpiteiden ajoitus ja suorittaminen, sillä ne voivat vaikuttaa merkittävästi työpaikan turvallisuuteen ja eristyksen onnistumiseen. Työpaikoilla, joissa käsitellään korkeita lämpötiloja tai kylmiä aineita, eristyksellä on merkittävä rooli mahdollisten onnettomuuksien estämisessä. Esimerkiksi kuumien aineiden käsittelyssä on erityisen tärkeää varmistaa, että eristys suoritetaan nopeasti ja tehokkaasti ennen kuin huoltotyöt voidaan aloittaa.

Erityisesti silloin, kun huoltoa tehdään online-tilassa, on tärkeää valita eristysmenetelmät, jotka eivät häiritse tuotantoprosessia. Tämä mahdollistaa laitteen huollon ilman, että koko tuotantoa joudutaan pysäyttämään. Online-huolto on kätevä tapa vähentää seisokkeja, mutta se vaatii erityistä huomiota turvallisuuteen ja eristystoimenpiteiden tarkkuuteen.

Milloin turvalaitteet eivät ole tarpeen öljynsiirtoterminaalissa?

Öljynsiirtoterminaalien ja muiden vastaavien teollisuuslaitteiden suunnittelussa ja toiminnassa turvatoimenpiteiden merkitys korostuu erityisesti paineen, vuotojen ja ylikuumenemisen hallinnassa. Turvalaitteiden, kuten PSH (Pressure Shut-off), PSL (Pressure Safety Limit), PSV (Pressure Safety Valve) ja LSH (Liquid Shut-off), rooli on ensisijaisesti estää yllättävien paine- ja lämpötilanmuutosten aiheuttamat vahingot ja vaaratilanteet. Kuitenkin tietyissä olosuhteissa näiden turvalaitteiden asennus ei ole välttämätöntä. Tässä käsitellään, milloin turvalaitteet voidaan jättää asentamatta.

Paineenhallinta on yksi keskeisimmistä tekijöistä öljynsiirtoterminaalien turvallisuudessa. Mikäli manifoldeissa (erilaisissa kokoonpanoissa, joissa useat putkistot ja laitteet yhdistyvät) tarvitaan PSH- ja PSL-antureita, niiden tulisi kyetä katkaisemaan kaikki paineen syöttölähteet, jotka menevät manifoille. Tällöin, jos jokin seuraavista ehdoista täyttyy, PSH-laitteen asentaminen ei ole tarpeellista:

1. Jos jokainen syöttökanava on varustettu PSH:lla, ja sen asetettu paine on pienempi kuin manifoilin suurin sallittu työpaine.

2. Jos manifoilia suojaa alavirran PSH, eikä sitä voida eristää manifoilista.

Paineen vapautusventtiilit, kuten PSV, asennetaan yleensä suojaamaan järjestelmää ylipaineelta. Kuitenkin PSV-laitteen asennus ei ole tarpeen, jos seuraavat ehdot täyttyvät:

1. Manifoilin suurin sallittu työpaine on suurempi kuin minkä tahansa liitetyn kaivon sulkemispaine.

2. Jos jokainen syöttökanava tarjoaa paineenpoistoturvauksen, ja sen sulkemispaine on pienempi kuin manifoilin suurin sallittu työpaine.

3. Jos manifoilia suojaa alavirran PSV, eikä tätä venttiiliä voida eristää manifoilista.

Erityisesti öljynsiirtoterminaalien mittauserottimien (metering separator) suojaaminen on tärkeä osa turvallisuutta, koska nämä laitteet saattavat altistua ylipaineelle, alipaineelle, ylivuodolle, kaasuvuodoille ja ylikuumenemiselle. Mittauserottimessa ylipaineesta suojaaminen tapahtuu PSH-anturin avulla, joka katkaisee syöttövirran, jos paine ylittää sallitut rajat. Mikäli mittauserottimen vuoto on tarpeeksi suuri, PSL-anturi voi myös havaita paineen laskun ja katkaista syöttövirran. Jos PSH-anturi epäonnistuu, PSV turvaa laitteen toiminnan paineen vapautuksella.

Mikäli mittauserotin voi altistua alipaineelle, on suositeltavaa varustaa laite kaasun täyttöjärjestelmällä, joka pitää mittauserottimen paineen hallinnassa. PSH- ja PSL-antureiden asennuspaikat on valittava siten, että ne pystyvät havaitsemaan tai vapauttamaan kaasupaineen erottimessa. Yleensä nämä anturit asennetaan erottimen yläosaan tai kaasulinjan ulostuloon, mikäli erottimen ja valvontapisteen painehäviö on merkityksetön.

Mittauslaitteiden paineen suojausta ei tarvitse asentaa, jos seuraavat ehdot täyttyvät:

1. Ylävirran nesteen paine ei ylitä mittauserottimen sallitua suurinta työpainetta.

2. Jos syöttökanavat on varustettu PSH:illa, ja PSH:n asetettu paine on pienempi kuin mittauserottimen suurin sallittu työpaine.

3. Jos kaasun ulostulo yhdistetään alavirran laitteeseen sopivalla putkistolla ilman katkaisuväylää tai säätöventtiiliä, ja tämä laite on suojattu PSH:lla, joka suojaa myös mittauserotinta.

Erityisesti, jos mittauserottimessa on sisäiset lämmityselementit, on tärkeää huomioida, että LSH- ja LSL-antureiden asentaminen voi estää vuototilanteita ja kaasun läpimurtoa. LSH-anturi katkaisee nesteen syötön erottimelle, mikäli nesteen taso nousee liian korkeaksi. LSL-anturi taas suojaa erottimen alareunaa estämällä kaasun pääsyn nesteen ulostuloon.

Mittauslaitteen ylikuumenemisen estämiseksi, mikäli erottimessa käytetään lämpöä, tarvitaan TSH-anturi, joka katkaisee lämmönlähteen ylikuumenemisen estämiseksi. Mikäli lämmönlähde ei aiheuta ylikuumenemista, TSH-laitteen asentaminen ei ole tarpeen.

Miten elektrolyyttinen vedenpoistaja ja vientipumppu suojataan ylipaineelta ja vuodoilta?

Elektrolyyttinen vedenpoistaja (desalter) toimii keskeisenä osana raakaöljyn käsittelyprosessia, ja sen toiminta on herkkä paineen, lämpötilan ja nestepinnan tason vaihteluille. Turvallisuusjärjestelmät suunnitellaan siten, että ne reagoivat nopeasti mahdollisiin poikkeamiin ja minimoivat riskit sekä laitteistolle että prosessille.

Ylipaineen tapahtuessa PSH-anturi keskeyttää välittömästi nesteen virtauksen laitteeseen. Mikäli vuoto on niin suuri, että se aiheuttaa paineen alenemisen tuotantoerottimessa, PSL-anturi tunnistaa raja-arvon ja katkaisee syötön. Mikäli PSH ei toimi, PSV-venttiili vapauttaa ylipaineen. Nämä turvalaitteet asennetaan yleensä laitteen yläosaan tai lähelle sitä, jotta ne voivat reagoida luotettavasti laitteen sisäiseen paineeseen. Jos painehäviö laitteen ja mittauspisteen välillä on merkityksetön eikä turvalaitteita voida eristää vedenpoistajasta, voidaan ne asentaa raakaöljyn ulostuloputkistoon.

Tietyissä tapauksissa PSH-anturia ei vaadita. Esimerkiksi silloin, kun laitteen yläpuolinen neste ei koskaan voi tuottaa painetta, joka ylittäisi laitteen sallitun käyttöpaineen, tai jos kaikki syöttölähteet on jo suojattu erillisillä PSH-antureilla, joiden asetusarvot ovat turvalliset. Samoin, jos laitteen kaasulähtö on liitetty suoraan sopivaan alaspäin suojattuun laitteistoon ilman sulku- tai säätöventtiilejä, erillinen PSH ei ole välttämätön. Myös tilanteessa, jossa vedenpoistaja toimii ilmakehän paineessa ja siinä on asianmukainen ilmanpoistojärjestelmä, voidaan PSH:n asennus jättää pois.

PSV voidaan jättää pois, jos kaikki syöttölähteet on varustettu PSV:llä, joiden asetusarvot ovat riittävän alhaiset, eikä mikään niistä ole erotettavissa vedenpoistajasta. Vaihtoehtoisesti, jos alaspäin sijoitettu PSV pystyy hoitamaan paineen vapauttamisen luotettavasti eikä sitä voida erottaa vedenpoistajasta, erillistä PSV:tä ei tarvita.

Vedenpoistajan toiminta vaatii täydellisen säiliötason, eikä erillistä LSH-anturia vaadita kuten tuotantoerottimessa. Kuitenkin LSL-anturi on asennettava, jotta voidaan varmistaa, että elektrodi pysyy upotettuna nesteeseen öljy-vesirajan yläpuolella. Jos nestepinta laskee liikaa, moottori on sammutettava vaurioiden ehkäisemiseksi. LSL-anturin tulisi sijaita säiliön yläosaa alempana, ja sen asennuspaikka määritellään toimittajan kanssa. Parasta on, että anturi voidaan eristää säiliöstä ulkopuolelle asentamalla, jolloin järjestelmää voidaan testata ilman prosessin keskeytystä.

Jos vedenpoistajaa lämmitetään, tulee siihen asentaa TSH-anturi, joka katkaisee lämmönlähteen ylikuumenemisen yhteydessä. Jos käytetty lämmönlähde ei kuitenkaan voi aiheuttaa ylikuumenemista, TSH-anturia ei vaadita.

PSV-koon määrittäminen hätätilanteissa ja prosessianalyysissä

PSV (pressure safety valve) eli paineensuojaventtiilin koko määritetään useiden erilaisten hätätilanteiden ja käyttöolosuhteiden mukaan. Tämä prosessi vaatii huolellista laskentaa ja eri tilanteiden huomioon ottamista, jotta valitaan oikea venttiilikoho suojaamaan laitteistoa kaikilta mahdollisilta ylipaine- ja virtaustilanteilta. Yksi tärkeimmistä tekijöistä on varmistaa, että valittu PSV pystyy käsittelemään pahimman mahdollisen tilanteen, kuten esimerkiksi estettyjen ulostulojen tai palon aiheuttamat paineen nousut.

HYSYS-ohjelmointiympäristössä voidaan määrittää useita skenaarioita, kuten tukkeutuneen ulostulon tilanne, ja palotilanteet, jotka voivat vaikuttaa venttiilin kokoon. Ensimmäisessä tapauksessa, joka liittyy tukkeutuneen ulostulon skenaarioon, arvioidaan paineen vapautustarpeet silloin, kun sisääntuloerottimen ulostulo-venttiili ei toimi kunnolla. Tällöin on tärkeää asettaa virtaama, joka vastaa sisääntuloerottimen virtaamaa. Tämä virtaama syötetään HYSYS:in laskentamalliin ja ohjelma laskee tarvittavan venttiilin koon.

Toisessa skenaariossa, joka käsittelee palotilannetta, otetaan huomioon ympäristön lämpötilan nousu ja sen vaikutus paineeseen. HYSYS käyttää API 521 -standardeja palontorjuntajärjestelmien suunnittelussa, ja se voi valita oikean laskentamenetelmän riippuen siitä, onko kyseessä kaasu, neste tai monivaiheinen seos. Palontorjuntatilanteessa on erityisesti otettava huomioon, että valitun laskentamallin mukaan tarvittava virtaama määräytyy, ja se voi poiketa normaalista prosessivirtaamasta.

Kun venttiili on valittu, on tärkeää suunnitella myös sen liitäntäputket. HYSYS tarjoaa putkien koon laskemisen työkalut, joilla voidaan varmistaa, että putkien koko on riittävä käsittelemään venttiililtä tulevan virtaaman aiheuttamaa painehäviötä. Putkien suunnittelussa otetaan huomioon myös putkien pituudet ja mahdolliset liittimet, jotka voivat vaikuttaa järjestelmän kokonaissuorituskykyyn. Putkien koko voidaan tarkistaa, ja tarvittaessa rajoittaa painetiputusta, virtausnopeuksia ja muita tekijöitä, jotka vaikuttavat putkiston toimintaan.

Tärkeää on myös dokumentoida kaikki suunnitteluvaiheet ja laskelmat, jotka liittyvät PSV:iden kokoon, putkien mitoittamiseen ja hätätilanteiden käsittelyyn. HYSYS:ssä on työkalut dokumentaation luomiseksi, jotka varmistavat, että suunnitelmat ovat linjassa voimassa olevien säädösten ja standardien kanssa. Dokumentointiprosessi sisältää usein datasheet-tiedostojen luomisen, jotka voivat olla välttämättömiä tulevassa tarkastuksessa ja säädöksissä.

Lisäksi on muistettava, että hätätilanteet voivat olla monivaiheisia ja joskus vaikeasti ennustettavia. Esimerkiksi, jos laitteiston suojaamiseen käytetään suurempaa PSV:tä palotilanteessa, tämä saattaa johtaa ei-toivottuihin ilmiöihin, kuten venttiilin värähtelyyn (venttiilin chattering), mikä puolestaan voi heikentää järjestelmän luotettavuutta. Tällöin on suositeltavaa käyttää useita venttiilejä ja jakaa paineen vapautus useisiin järjestelmiin.

Jokaisessa suunnitteluvaiheessa on tärkeää varmistaa, että kaikki valitut parametrit, kuten paine, virtaama ja lämpötila, ovat realistisia ja vastaavat todellisia käyttöolosuhteita. Laskelmat tulee tarkistaa useaan otteeseen, ja tarvittaessa vertailla eri skenaarioita, jotta löydetään optimaalinen ratkaisu.