Anpassning av HAZOP-studier för batchprocesser

Många olika sektorer, såsom kemikalieindustrin, gödsel- och tillverkningsindustrin, använder batchprocesser (satsprocesser). För batchprocesser som involverar farliga ämnen är ett fokus på processäkerhet avgörande för att skydda hälsa, miljö och egendom. Hazard and Operability (HAZOP)-studier är en av de mest använda metoderna för att identifiera risker och driftproblem relaterade till processdesign. Metoden utvecklades på 1960-talet, och sedan dess har den fått stor spridning och varit mycket användbar vid design av nya processanläggningar. Den säkerställer att risker identifieras och att barriärer ingår i designen för att hantera och minska dessa risker.  

HAZOP-studier baseras normalt på att systematiskt granska Piping and Instrumentation Diagrams (P&IDs) och Cause and Effect-diagram (C&Es). Detta kombineras vanligtvis med en processbeskrivning. Det positiva är att det kan användas för nästan vilken processdesign som helst och det övergripande tillvägagångssättet för en HAZOP är detsamma oavsett processdesign. Dock skiljer sig utförandet av en HAZOP-studie i en batchprocess något från att utföra HAZOP för en kontinuerlig process. Denna artikel belyser några av dessa skillnader. Den syftar också till att ge en viss vägledning för att säkerställa en optimal tillämpning av HAZOP-metoden på batchprocesser. 

Huvudsakliga skillnader mellan kontinuerliga och batchprocesser ur ett HAZOP-perspektiv 

I en kontinuerlig process, som namnet antyder, sker processeffekterna kontinuerligt. Detta innebär att så länge processen körs inom sitt driftområde förblir förhållandena (fluid, temperaturer, flödeshastigheter, tryck etc.) mer eller mindre konstanta, "oberoende" av tid. I en kontinuerlig process gör detta att en enda nod i en HAZOP-studie att täcka en specifik del av processdesignen. 

En batchprocess (satsprocess), å andra sidan, är en processdesign där tid är en faktor och där processeffekterna baseras på ett stegvis förlopp. Detta innebär att för en viss del av designen kan det ske betydande förändringar i processförhållandena. Det kan till och med finnas olika vätskor eller gaser i systemet beroende på vilket steg i processreceptet systemet befinner sig i. Detta innebär att en specifik del av processdesignen behöver ingå i flera noder i en HAZOP-studie. 

För att få ut det mesta av HAZOP för batchsystem rekommenderar vi följande huvudsteg.  

Förberedelse 

Utöver P&IDs, C&Es och processbeskrivning, som normalt utgör grunden för alla HAZOP, bör ytterligare förberedelse för en batch-HAZOP inkludera att säkerställa att materialsäkerhetsdatablad (Material Safety Data Sheets, MSDS) finns tillgängliga för alla råmaterial, produkter, mellanprodukter och biprodukter från processen. Dessutom bör man tydligt identifiera och beskriva tillåtna villkor som gäller (automatiska eller manuella) för att gå från ett processteg till nästa. 

Att definiera HAZOP-studiens omfattning 

Precis som för HAZOP-studier för kontinuerliga processdesigner är det lika viktigt för HAZOP-studier för batchprocesser att tydligt avgränsa studiens omfattning och förstå metodens begränsningar. HAZOP bör fokusera på risker relaterade till processdesignen, därför kan "externa händelser" eller frågor som inte är direkt kopplade till processdesignen enligt P&ID:er vara bättre att hantera i andra typer av studier. Detta kan vara läckagekällor, tändkällor, fallande föremål, felmekanismer på utrustning, etc. 

Dessa gränser kan ofta vara något suddiga. Därför är det viktigt att i förväg tydligt specificera vilka typer av händelser som HAZOP-studien ska inkludera, och dessutom i vilken utsträckning som HAZOP-studien ska täcka till exempel "läckage" och "tändkällor" i allmänhet. Det är dock inte nödvändigtvis genomförbart att lista alla läckagepunkter eller tändkällor i en HAZOP. Det går absolut att täcka fel på utrustning, t.ex. omrörare och pumpar i allmänhet. Däremot är det inte praktiskt genomförbart att lista alla felmekanismer hos en omrörare eller pump, råmaterial som kan vara kontaminerade, men detta är inte nödvändigtvis direkt kopplat till processdesign. 

Noder vid en Batch-HAZOP 

I en HAZOP av en kontinuerlig process delas designen vanligtvis upp i noder baserat på rör- och utrustningsdesign. Av de skäl som nämnts i ovanstående avsnitt bör en HAZOP-studie för en batchprocess göras annorlunda. Här bör designen delas upp i noder baserat på stegen i processreceptet för att säkerställa att alla variationer i processförhållanden täcks. Detta innebär att vissa delar av rörledningar och utrustning kommer att vara en del av flera noder. För att minska omfattningen av studien kan man genomföra en screening av de olika processtegen innan HAZOP. På så sätt kan man utesluta enkla och välkända steg med låg risk. 

En design kan till exempel bestå av en reaktor med ett pumpsystem för rundpumpning (för blandning) och för tömning av reaktorn efter att reaktionen är avslutad. Det kan också bestå av kyl- och värmesystem samt system för mätning och tillsats av olika reagenser. 

För att minska mängden upprepningar kan det också vara en bra idé att gå igenom hjälpsystemen i detalj. I det här fallet är det pumpsystemet, värme-/kylsystemen och systemen för mätning av reagenser. Detta kan göras bara när de används vid det första steget. Man kan också göra det som separata noder, där man identifierar specifika orsaker och risker inom dessa hjälpsystem. För efterföljande processteg där man använder dessa system igen kan det då vara tillräckligt att täcka problem i dessa system på en högre nivå (t.ex. för mycket uppvärmning / för lite uppvärmning, för mycket av material A / för lite av material A, etc. istället för de detaljerade orsakerna till detta), och sedan bedöma de specifika konsekvenserna för det aktuella processteget. 

Ledord vid en Batch-HAZOP 

Utöver de standardledord som används i en HAZOP-studie för att täcka driftparametrar (t.ex. flöde, tryck, temperatur, nivå, fas, sammansättning etc.) och ledord relaterade till driftlägen och underhåll, måste listan över ledord vid en batch-HAZOP ta hänsyn till det stegvisa processreceptet. Därför bör listan över ledord för en batchprocess inkludera aspekter som: 

• Kvantitet (mer/mindre) 

• Tidpunkt (Före/Tidigare/Tidigt, Sent/Efter) 

• Fel på (omrörare, ström, avluftning, bränsle, andra hjälpsystem (t.ex. vatten, luft, inertgas)