Deutsch
Francais
Nederlands
Svenska
Norsk
Dansk
Suomi
Espanol
Italiano
Portugues
Magyar
Polski
Cestina
Русский
Prosessiturvallisuusanalyysi on keskeinen ja teknisesti haastava osa prosessiturvallisuuden hallintaa, ja se muodostaa prosessiturvallisuuden hallintajärjestelmän ytimen. On olemassa monia erilaisia prosessiturvallisuusanalyysin menetelmiä, joista osa on yleisesti käytössä ympäri maailmaa. Yhdysvalloissa OSHA (Occupational Safety and Health Administration) on määritellyt prosessiturvallisuuden hallinnan vaatimukset standardissa 29 CFR 1910.119, ja Kiinassa on käytössä AQ/T 3034-2010 -suositukset kemiallisten yritysten prosessiturvallisuuden hallinnan toteuttamisesta. Näiden ja muiden suositusten mukaan voidaan hyödyntää erilaisia turvallisuusanalyysejä.
Yksi tunnetuimmista ja käytetyimmistä menetelmistä on "What if?" -menetelmä. Tämä lähestymistapa koostuu sarjasta kysymyksiä, kuten "Mitä jos…?", joiden avulla prosessiin liittyviä vaaroja voidaan tunnistaa. Tämä menetelmä soveltuu erityisesti suhteellisen yksinkertaisiin prosessijärjestelmiin, joissa kysymykset käsitellään vaiheittain prosessin luonnollisessa järjestyksessä raaka-aineista valmiisiin tuotteisiin. Tällöin erityistä huomiota kiinnitetään laitevikojen ja operointivirheiden mahdollisiin seurauksiin.
Toinen keskeinen analyysimenetelmä on turvallisuuslistan käyttö. Tämä menetelmä on tyypillinen kvalitatiivinen turvallisuusanalyysi, joka perustuu aiempiin kokemuksiin ja onnettomuuksien opetuksiin. Valmiiksi laadittu turvallisuuslista käydään läpi prosessisuunnittelussa tai käytössä olevassa prosessijärjestelmässä varmistaen, että kaikki oleelliset tekijät on otettu huomioon, eikä mitään kriittisiä elementtejä ole jäänyt huomiotta. Tämä on perinteinen ja yksinkertainen menetelmä, joka on laajasti käytössä eri turvallisuusjärjestelmissä ja voi soveltua mihin tahansa insinööritoimintaan ja prosessivaiheeseen.
Hybridi-menetelmä, jossa yhdistetään "What if?" -menetelmä ja turvallisuuslista, parantaa molempien menetelmien tehokkuutta ja täyttää niiden erillisten sovellusten puutteet. Tällöin saadaan kattavampi ja monipuolisempi analyysi prosessiturvallisuuden varmistamiseksi.
HAZOP (Hazard and Operability Study) on menetelmä, jonka tarkoituksena on tunnistaa prosessissa esiintyvät vaarat ja kehittää niihin vastatoimenpiteitä. Tavoitteena on estää prosessissa tapahtuvat poikkeamat ja häiriöt, jotka voivat johtaa vaaratilanteisiin. HAZOP voi tunnistaa muun muassa suunnitteluvikoja, operointivirheitä, hälytysjärjestelmien toimintahäiriöitä ja jopa johtamisjärjestelmien ongelmia. Tämä analyysimenetelmä on arvokas sekä turvallisuuden että prosessijärjestelmän luotettavuuden parantamisessa.
FMEA (Failure Mode and Effects Analysis) on menetelmä, joka jakaa järjestelmän osiin ja tutkii kunkin osan mahdollisia vikaantumismalleja sekä niiden vaikutuksia. Tämä menetelmä auttaa arvioimaan järjestelmän heikkouksia ja suunnittelemaan toimenpiteitä niiden estämiseksi.
FTA (Fault Tree Analysis) on looginen ja visuaalinen menetelmä, jossa analysoidaan vaaratilanteita puumaisessa rakenteessa. Tämä lähestymistapa on intuitiivinen ja helposti seurattavissa, ja se voi olla hyödyllinen niin kvalitatiivisessa kuin kvantitatiivisessa analyysissä.
ETA (Event Tree Analysis) lähestyy vaaratilanteita kehittämällä mahdollisten seurausten ketjua, joka alkaa tapahtuman alkuhetkestä ja etenee vaihe vaiheelta. Tämä menetelmä on erityisen hyödyllinen tilanteissa, joissa on tärkeää ymmärtää, kuinka yksittäinen tapahtuma voi kehittyä ja mitä seurauksia sillä voi olla.
Kaikkien näiden analyysimenetelmien valinta riippuu prosessin ja sen riskien erityispiirteistä. Prosessiturvallisuusanalyysi kattaa useita tärkeitä osa-alueita, kuten prosessijärjestelmien vaarat, aikaisempien vakavien tapahtumien tarkastelut, hallintatoimenpiteet vaarojen rajoittamiseksi, laitteistojen ja henkilöstön roolit sekä mahdolliset vaikutukset henkilöstön turvallisuuteen ja terveyteen.
Prosessiturvallisuusanalyysi tulisi valita huolellisesti eri järjestelmän elinkaaren vaiheiden mukaan. Esimerkiksi öljykenttäprojektin suunnitteluvaiheessa voidaan käyttää turvallisuuslistan menetelmää, mutta myöhemmissä vaiheissa, kuten käyttöönotossa ja operoinnissa, saattaa olla tarpeen käyttää tarkempia ja monimutkaisempia analyysimenetelmiä, kuten HAZOP tai FMEA.
Tärkeää on myös muistaa, että prosessiturvallisuusanalyysi ei ole kertaluonteinen tehtävä. Se on jatkuva prosessi, joka kehittyy prosessin elinkaaren mukana, ja siihen liittyy säännöllinen tarkastus, päivitys ja parannus. Samalla on oleellista, että turvallisuus ei ole vain tekninen haaste, vaan se vaatii myös kulttuurin ja asenteiden muutosta organisaatioissa, jotka haluavat varmistaa kestävän ja turvallisen toiminnan.
Miten vedeniskun ilmiö ja akustiset värinät voivat vaikuttaa putkistojärjestelmiin ja turvallisuuteen?
Paineastian sisällä paine voi nousta nopeasti epänormaalien olosuhteiden vuoksi, ja tällöin voi olla tarpeen lisätä purkamisaluetta esimerkiksi tulipalotilanteessa. Yksi tai useampi puhkeamislevy voidaan asentaa rinnakkain turvaventtiilin kanssa. Puhkeamislevyn säädetty puhkeamispainesääntö on hieman korkeampi kuin turvaventtiilin asetettu paine, mutta sen ei tule ylittää astian suunnittelupainetta. Puhkeamislevyn on oltava riittävän suuri, jotta se voi suojata astiaa.
Vedeniskun ilmiö, joka tunnetaan myös hydraulisena iskuna, ilmenee silloin, kun nesteen liiketila putkistossa muuttuu äkillisesti, kuten sulkemisen tai avaamisen yhteydessä venttiilillä, vedenpumppujen käynnistyksessä tai pysäyttämisessä, tai vesiturbiinin tai hydraulisylinterin kuormituksen äkillisessä muutoksessa. Nesteen virtauksen nopeuden äkillinen ja nopea muutos aiheuttaa nesteen inertian, joka puolestaan aiheuttaa paineen voimakkaita vaihteluita putkistossa, eli paineen äkillisiä nousuja ja laskuja, jotka leviävät putkiston koko pituudelle. Tällöin putkiseinämä värisee ja syntyy iskuääni, jonka vuoksi tätä ilmiötä kutsutaan vedeniskuksi tai hydrauliseksi iskuksi.
Kun venttiili suljetaan nopeasti, virtauksen nopeus putkistossa laskee jyrkästi ja paine nousee nopeasti, mitä kutsutaan positiiviseksi vedeniskuksi. Positiivinen vedenisku voi aiheuttaa putken puhkeamisen. Kun venttiili avataan nopeasti, virtauksen nopeus putkessa kasvaa äkillisesti ja paine laskee nopeasti, mikä puolestaan aiheuttaa negatiivisen vedeniskun. Negatiivinen vedenisku voi luoda putkistossa tyhjiön ja kaivostuman, jolloin putkisto voi muuttua muodonmuutoksiksi. Jos vedeniskusta aiheutuva paineen nousu on vähäinen, se ilmenee vain meluna ja värinänä, mutta voimakkaissa tapauksissa paineen muutos voi ylittää alkuperäisen normaalipaineen jopa kymmeniä tai satoja kertoja, tai se voi ylittää putken seinämämateriaalin sallitun rasituksen, aiheuttaen putken muodonmuutoksia tai jopa murtumista.
Putkistossa tapahtuvan vedeniskun aaltojen levinnoinopeus voidaan laskea kaavalla:
Missä:
-
on vedeniskuaallon levinnoinopeus putkistossa, m/s,
-
on putken sisähalkaisija, m,
-
on nesteen tiheys putkessa, kg/m³,
-
on nesteen bulkki moduli, Pa (esimerkiksi raakaöljylle Pa),
-
on putken materiaalin elastinen moduli, Pa.
Paineen nousu , joka aiheutuu vedeniskun ilmiöstä, on suoraan verrannollinen nesteen virtausnopeuden muutokseen putkistossa, ja voidaan laskea seuraavalla kaavalla:
Vedeniskusta aiheutuvat painepiikit voivat olla niin suuria, että ne johtavat putkiston vaurioitumiseen. Äkilliset virtauksen muutokset voivat aiheuttaa hetkellisiä mutta vakavia vaurioita, ja tämä on otettava huomioon putkistojen suunnittelussa ja turvallisuusjärjestelyissä.
Akustinen värinäanalyysi (AIV) on myös tärkeä osa putkistojärjestelmien turvallisuutta, erityisesti paineenalennusventtiilien, turvaventtiilien ja muiden paineenmuutospisteiden yhteydessä. Putkistossa, etenkin pienemmillä putkikokoilla ja liitospisteissä, voi syntyä suuria värähtelyjä äänenpulssien seurauksena, jotka voivat aiheuttaa putkistovaurioita. Tämä ilmiö voi johtaa putkistovaurioihin tai jopa murtumiseen, ja se syntyy, kun akustinen värinä herättää putken seinämän värähtelyjä, mikä puolestaan voi aiheuttaa pienempien putkiliitäntöjen vaurioitumista.
AIV-ilmiö voi aiheuttaa putkien murtumista hyvin lyhyessä ajassa, muutamasta minuutista muutamaan tuntiin, ja se on erityisen vaarallista pienempiin putkiliitoksiin tai hitsauskohdissa. Äänenvoimakkuus (PWL) voi olla mittari, jolla arvioidaan järjestelmän kykyä kestää akustisen värinän aiheuttamaa rasitusta. AIV-tutkimuksessa tarkastellaan tätä äänitehoa ja arvioidaan, riittääkö putkiston rakenne torjumaan värinän aiheuttamat vauriot. Jos AIV-riski on liian suuri, järjestelmää voi olla tarpeen muuttaa, jotta se kykenee kestämään aiheutuvat paineenmuutokset ja värähtelyt.
Vedeniskun ilmiö ja akustinen värinäanalyysi ovat molemmat tärkeitä osia putkistojen turvallisuuden ja kestävyyden arvioinnissa. Erityisesti turvaventtiilien ja paineenpoistopisteiden suunnittelussa on tärkeää ottaa huomioon nämä ilmiöt, koska ne voivat vaikuttaa putkistojen ja laitteiden pitkäaikaiskestävyyteen. On olennaista ymmärtää, miten vedeniskun aiheuttamat painepiikit ja akustiset värinät voivat vaikuttaa järjestelmän turvallisuuteen ja suorituskykyyn pitkällä aikavälillä, jotta voidaan välttää onnettomuuksia ja kalliita korjauksia.