Studium Zagrożeń i Zdolności Operacyjnych - HAZOP

Studium Zagrożeń i Zdolności Operacyjnych (HAZOP) - metodyka analizy HAZOP.

Celem analizy HAZOP (HAZards and OPerability studies) jest zidentyfikowanie wszystkich potencjalnych zagrożeń oraz problemów związanych ze zdolnością do działania, jakie mogą wystąpić w rozpatrywanym systemie technologicznym.
Analizę HAZOP przeprowadza się zgodnie z normą PN-EN 61882: 2016 w oparciu o systematyczną identyfikację wiarygodnych  odchyleń procesowych oraz ich możliwych przyczyn i skutków. Zidentyfikowane zdarzenia awaryjne oceniane są pod kątem wymagań odnośnie skutecznego dla minimalizacji ryzyka poziomu zabezpieczeń, a w uzasadnionych przypadkach rekomenduje się działania dodatkowe w celu podwyższenia poziomu bezpieczeństwa i zdolności operacyjnych.
Analiza prowadzona jest w oparciu o udostępnioną dokumentację technologiczną, na podstawie której opracowane zostają arkusze analityczne wykorzystywane w trakcie sesji badawczej do dokumentowania wyników prac Zespołu HAZOP. 

Metodologia analizy HAZOP:

Etapy prowadzenia analizy HAZOP:

Przeprowadzenie analizy HAZOP jest procesem wieloetapowym, na który składają się:

• Badania wstępne (zespół przygotowawczy):
  - Zebranie niezbędnych informacji i materiałów dotyczących instalacji,
  - Wyodrębnienie węzłów analitycznych,
  - Wybór zespołu analitycznego,
• Wykonanie analizy wraz z prowadzeniem zapisów z analizy,
• Podsumowanie analizy:
  - Analiza wyników,
  - Zalecenia dodatkowe,
  - Opracowanie raportu końcowego.

Zebranie niezbędnych informacji i materiałów:

Informacje i materiały dotyczące analizowanej instalacji powinny zawierać:

• Opis procesu,
• Schemat technologiczno-procesowy (PFD diagram) i/lub schemat rurociągów i instrumentów (P&I diagram),
• Specyfikacje aparaturowe,
• Mapy instalacji,
• Informacje o automatyce procesowej i zabezpieczeniowej,
• Instrukcje technologiczne, ruchowe i awaryjne,
• Lista stosowanych substancji i ich charakterystyka,
• Program działania alarmów i blokad,
• Standardy i specyfikacje materiałowe rurociągów,
• Opis sekwencji zamykania zaworów,
• Opis upustów i systemów zrzutowych oraz dane wyjściowe dla ich projektowania,
• Właściwości fizyczne i chemiczne materiałów, półproduktów i produktów (karty charakterystyk substancji),
• Bilanse materiałowe.

Uwaga: Podstawą wykonania analizy są schematy rurociągów i instrumentów (P&I diagrams). W przypadku braku możliwości skompletowania pełnej dokumentacji decyzję o możliwości wykonania analizy podejmuje Przewodniczący zespołu analitycznego. Analizę wykonuje zespół roboczy analityczny po zapoznaniu się z materiałami oraz odbyciu wizji lokalnej na instalacji (o ile jest niezbędna).

Wyodrębnienie węzłów analitycznych: na podstawie schematów następuje podział na badane węzły analityczne (powiązanych technologicznie, w kolejności technologicznej).

Wybór zespołu analitycznego: organizacja zespołu analitycznego:

• Przewodniczący zespołu
• Sekretarz zespołu
• Przedstawiciele projektanta i użytkownika instalacji technologicznej: projektant, inżynier procesu, SUR, chemik, mechanik, automatyk, informatyk,
  analityk ryzyka

Analiza HAZOP

Wykonanie analizy wraz z prowadzeniem zapisów z analizy.
Analizę HAZOP wykonuje się według systemu tzw. słów kluczowych stanowiących źródła potencjalnych zagrożeń. Listę kontrolną źródeł zagrożeń, która powinna być wzięta pod uwagę podaje poniższa tabela:

 
W celu wykonania analizy należy podzielić instalację na tzw. węzły badawcze (jednostki procesowe lub operacje jednostkowe posiadające określone funkcje). Każdy węzeł badawczy stanowi kolejny krok analizy.
Istnieją dwie możliwości podziału instalacji na odcinki badawcze (węzły):

• HAZOP tradycyjny, w którym brane są pod uwagę kolejno wszystkie główne aparaty, urządzenia i rurociągi łączące i one stanowią poszczególne tzw. węzły badawcze; np., zbiornik magazynowy, rurociąg, pompa, zawór, reaktor procesowy.
• HAZOP proceduralny, w którym brane są pod uwagę poszczególne kroki lub działania ujęte w procedurach postępowania, np. magazynowanie produktu, transport ze zbiornika magazynowego do reaktora i proces reaktorowy.

Dla każdego wybranego węzła, substancji i kolejno rodzaju zagrożenia należy określić przyczyny występowania tych zagrożeń, efekty fizyczne i skutki, rodzaj występujących lub projektowanych systemów bezpieczeństwa i ochrony. Słowa kluczowe tworzone są poprzez połączenie słów przewodnich z odpowiednim parametrem procesowym.

Poniższa tabela przedstawia słowa przewodnie:

Poniższa tabela przedstawia parametry procesowe:

Połączenie odpowiedniego parametru ze słowem przewodnim pozwala na stworzenie słowa kluczowego, według którego prowadzona jest analiza HAZOP (np. brak przepływu, większy przepływ, mniejszy przepływ, przepływ odwrotny itp.).
Istotne jest, aby kolejno sięgać do poszczególnych parametrów i słów przewodnich i w ten sposób kontynuować analizę.

1. Podział instalacji na węzły badawcze;
2. Wybór pierwszego węzła, który zwykle stanowi pierwsza operacja procesowa lub aparat procesowy;
3. Wybór pierwszego odpowiedniego słowa kluczowego (parametru i słowa przewodniego ? wiarygodnego odchylenia) i rozpoczęcie analizy poprzez ustalenie:
   - przyczyn występowania tego odchylenia,
   - spodziewanych skutków wynikających z tego odchylenia,
   - stosowanych lub projektowanych systemów bezpieczeństwa i ochrony (zabezpieczeń).

Ponadto dla każdego rodzaju odchylenia należy oszacować częstość występowania zagrożenia (C), wielkość potencjalnych skutków (S) oraz wynikający z matrycy ryzyka - poziom ryzyka (R). Wspomniane skutki obejmują różne problemy operacyjne a także, pożary, wybuchy lub uwolnienia toksyczne natomiast zabezpieczenia to środki służące do zapobiegania wystąpienia odchyleń, ograniczające i przeciwdziałające skutkom tych odchyleń.
Analizę kontynuuje się dla kolejnych słów kluczowych i następnych węzłów instalacji.
Zapisów wykonanych analiz dokonuje się w arkuszach roboczych (wzór przedstawiony w tabeli poniżej), które tworzą dokumentację analizy.

Matryca ryzyka

Po określeniu prawdopodobieństwa oraz wielkości skutków zagrożenia powodującego zdarzenie awaryjne, następuje ocena poziomu ryzyka przy wykorzystaniu matrycy ryzyka.
Matryca ryzyka procesowego jest podstawowym narzędziem do szacowania i oceny poziomu ryzyka w oparciu o skalę częstości i kategorię skutków.
Do opracowania matrycy ryzyka dokonuje się  kategoryzacji częstości i wielkości skutków oraz poziomu ryzyka. Dla częstości każda z kategorii jest oznaczona liczbą zdarzeń awaryjnych przypadających na 1 rok :

Dla kategorii skutków określa się ich wartość w odniesieniu do człowieka - pracowników oraz ludności i otoczenia - środowiska oraz majątku:

W przedstawionej matrycy ryzyka zakres ALARP został podzielony na dwie kategorie: ryzyko tolerowalne akceptowalne, czyli taka wartość, która świadczy o występowaniu ryzyka, ale nie ma konieczności stosowania dodatkowych systemów bezpieczeństwa i ochrony, oraz ryzyko tolerowalne nieakceptowane, czyli na tyle wysokie, że nie możliwe do zaakceptowania, ale wprowadzenie dodatkowych systemów bezpieczeństwa i kontroli lub udoskonalenie już stosowanych pozwoli zmniejszyć ten poziom ryzyka. Znaczenie kategorii ryzyka przedstawione jest w poniższej tabeli:

Ilustrację graficzną proponowanej w tym opracowaniu matrycy ryzyka przedstawia poniższa tabela:

Przy użyciu matrycy ryzyka następuje określenie poziomu ryzyka wystąpienia zdarzeń awaryjnych. Natomiast wprowadzenie kryteriów akceptacji umożliwia zastosowanie matrycy ryzyka do wykonania oceny ryzyka.
Dla zaproponowanej matrycy ryzyka przyjęto, że zdarzenia ocenione na poziomie ryzyka nieakceptowanego (NA) oraz tolerowanego nieakceptowanego (TNA) wymagają wprowadzenia dodatkowych zabezpieczeń, środków bezpieczeństwa i podjęcia działań zmierzających do obniżenia poziomu ryzyka (przejście na poziom TA lub A). Zdarzenia ocenione na poziomie ryzyka akceptowanego (A) i tolerowanego akceptowalnego (TA) nie wymagają żadnych dodatkowych zabezpieczeń co nie oznacza, że nie należy podejmować działań celem zapewniania najwyższego możliwego poziomu bezpieczeństwa. Należy zaznaczyć, że obowiązuje zasada ciągłego doskonalenia.
Dodatkowy wskaźnik liczbowy w matrycy ryzyka (wynikający z pomnożenia kategorii częstości i skutków) umożliwia nadanie znaczenia zdarzeniom zidentyfikowanym w ramach jednego poziomu ryzyka. Wykorzystywany jest podczas wyboru tzw. reprezentatywnych zdarzeń awaryjnych do ewentualnej dalszej bardziej szczegółowej analizy ryzyka.

Analiza wyników

Po przeanalizowaniu wszystkich wybranych węzłów badawczych dokonywana jest analiza wyników. Poszczególne zapisy w arkuszach roboczych dla każdego słowa kluczowego i węzła badawczego tworzą pewne sekwencje zdarzeń, które mogą być nazwane zdarzeniami awaryjnymi. Istnieje potrzeba ich uporządkowania według wzrastającego poziomu ryzyka. W tym celu tworzona jest lista wszystkich zdarzeń awaryjnych (LZA).
W przypadku określenia potrzeby przeprowadzenia dalszych analiz ? są one przeprowadzane dla uproszczonej tzw. listy reprezentatywnych zdarzeń awaryjnych (LRZA).
Listę tą tworzą te zdarzenia awaryjne, które zostały ocenione na poziomie ryzyka TNA i NA oraz dodatkowo zdarzenia ocenione na poziomie ryzyka TA, które zostały wytypowane jako najgorsze w skutkach oraz najczęstsze.
Jako kryteria uproszczeń można stosować następujące zasady wyboru:

1. zdarzenie awaryjne dla różnych substancji, charakteryzujących się podobnymi właściwościami niebezpiecznymi może być zastąpione jedną reprezentatywną substancją,
2. uwolnienia substancji skroplonych (lub cieczy przegrzanych są zwykle reprezentowane przez uwolnienia fazy ciekłej (faza gazowa lub parowa jest nie brana pod uwagę),
3. uwolnienia substancji z tej samej powtarzającej się aparatury (pompy, reaktory, wymienniki) są reprezentowane przez to źródło, które posiada największe parametry operacyjne (ciśnienie i temperatura),
4. uwolnienia substancji z tych samych powtarzających się aparatów i urządzeń, znajdujących się w bliskiej lokalizacji są zastępowane jednym reprezentatywnym zdarzeniem w jednej lokalizacji,
5. uwolnienia, których prawdopodobieństwo wystąpienia jest prawie niemożliwe ze względu na efektywny i wielowarstwowy system zabezpieczeń są eliminowane,
6. uwolnienia nie noszące znamion poważnej awarii (małe przecieki, nieszczelności) mogą być reprezentowane przez większe rozszczelnienia.

Lista zdarzeń RZA jest podstawą do opracowania scenariuszy awaryjnych oraz dalszych analiz i obliczeń.

Ustalenie listy dodatkowych zabezpieczeń i możliwości realizacyjnych 

Dla tych zagrożeń, dla których poziom ryzyka został oceniony na poziomie TNA i NA oraz dla TA (zgodnie z zasadą ALARP) należy ustalić propozycję dodatkowych zabezpieczeń technicznych i organizacyjnych i dokonać ustaleń możliwości realizacyjnych. Niezbędne zapisy są dokonywane w arkuszu roboczym.
Przy uwzględnieniu dodatkowych zabezpieczeń należy (zgodnie z matrycą ryzyka) dokonać oceny ich wpływu na:

• C - częstość występowania skutków (1 - 7) - kategoria częstości w matrycy ryzyka
• S - potencjalne skutki (kategoria: 1 - 5) - kategoria skutków w matrycy ryzyka
• R - poziom ryzyka (A, TA, TNA lub NA) - kategoria ryzyka w matrycy ryzyka

Oczekuje się, że wprowadzenie dodatkowych zabezpieczeń pozwoli na zmniejszenie poziomu ryzyka z TNA lub NA do TA lub A.

Opracowanie raportu końcowego z analizy HAZOP

Raport końcowy z analizy HAZOP powinien zawierać:

Cel i zakres analizy, Wykaz dokumentów będących podstawą wykonania analizy, Podział instalacji na węzły badawcze, Skład zespołu analitycznego, Listy obecności, Arkusze robocze, Podsumowanie sesji HAZOP, Analiza wyników, Wykaz potencjalnych zdarzeń awaryjnych (LZA), Zestawienie wymagań w zakresie dodatkowych środków bezpieczeństwa i ochrony, Wnioski.

autor opracowania: Agata Kotynia 

Zobacz również:

• NOWA DYREKTYWA SEVESO III - czym się różni od Dyrektywy SEVESO II?
• ZASTOSOWANIE ANALIZY WARSTW ZABEZPIECZEŃ  do oceny ryzyka procesowego