Identifikace a vyhodnocení rizik chemických procesů

Úvod 

Pokud hovoříme o bezpečnostních rizikách v průmyslových odvětvích  jako jsou chemické, biochemické, metalurgické a jiné provozy,  míníme tím přirozené vlastnosti daného výrobního procesu, které  mohou za nepříznivého stavu okolností způsobit škodu na zařízení,  zranění nebo i smrt lidem, či mít nepříznivý vliv na životní prostředí.  Nehody v průmyslu nejsou nic nového, ale jejich velikost vzrostla  současně se vzrůstem výrobních kapacit průmyslových podniků.  Současné průmyslové nehody mohou mít potenciální dopad na celou  oblast, zemi nebo i celý kontinent, jako v případě Černobylu. Pokud  má být bezpečnostní analýza procesu úspěšná, musí být prováděna  od samotného zahájení prací na projektu a během celého výrobního  období, včetně všech modifikací a ukončení provozu. 

Jak začít? 

Na samém záčátku projektu, kdy schema celého výrobního procesu  ještě není k dispozici, začněme se seznamem všech látek, které se  budou v budoucím procesu vyskytovat. Do Tabulky 1: Materiály  a jejich vlastnosti uvedeme všechny materiály, které se vyskytují buď  jako suroviny, pomocné materiály nebo produkty v daném výrobním  procesu, spolu se všemi jejich dosud známými riziky. 

Informace získané z Tabulky 1 spolu s dalšími údaji o toxických,  fyzikálních a chemických vlastnostech použitých materiálů potom  umožní vyplnění následující Tabulky 2: Materiály a jejich rizika, ve  které vyznačíme předpokládaná rizika. 

Dalším krokem je zjišťování kompatibility uvedených materiálů,  které provedeme v Tabulce 3: Kompatibility použitých materiálů a provozních  podmínek, kde nekompatibilní kombinace jsou označeny  křížkem a označení “?” znamená, že daná kombinace látek nebo  podmínek není známá a bude vyžadovat další výzkum. 

Volba analýzy vlastního procesu 

Po skončení analýzy materiálů můžeme přistoupit k vlastní analýze  výrobního procesu. K dispozici máme řadu metod: 

• Bezpečnostní studie 
• Analýza podle kontrolního seznamu 
• Relativní přiřazení 
• Analýza “Co když?“ 
• Kombinace analýz “Co když?“ a kontrolního seznamu 
• HAZOP 
• FMEA
• Strom poruch 
• Strom událostí 
• Analýza příčin a následků 
• Analýza lidské spolehlivosti 

Naše volba bude záviset na stadiu projektu či výrobního procesu,  důvodu studie a zkušenosti komise provádějící analýzu. Zde se  omezíme pouze na nejběžněji používané metody HAZOP, Strom  poruch a Strom událostí.   

Metoda HAZOP (HAZARD AND OPERABILITY  ANALYSIS) 

Metoda HAZOP používá hesla jako “žádný“, “vyšší“, nižší“,  “částečný“, “opačný“, “jinak než“, “navíc“ na vytvoření reálných  odchylek průtoku, teploty, tlaku, koncentrace, atd., od projektovaných  podmínek. Takto vytvořené odchylky jsou pak analyzovány  z hlediska jejich příčin a následků. Dále jsou zkoumány existující  opatření, které mohou proces navrátit do požadovaného stavu  a pokud tato opatření nejsou dostatečná, je nutno navrhnout  příslušná řešení. Při použití této metody se celý proces rozdělí na  jednotlivé sekce a každá sekce se analyzuje individuálně. Zjednodušený  příklad použití HAZOP metody na jedné procesní sekci  (CSTR reaktoru) je uveden níže: 

Tlak v průtočném míchaném reaktoru (viz obr. 1) je regulován tlakovým  regulátorem (PC) přes regulační ventil (CV) na vysokotlakém  přívodu plynu. Průtok napájecí kapaliny je regulován ručním ventilem.  Z důvodu exotermické reakce je reaktor opatřen chladícím hadem.  Teploměr (TI) měří teplotu v reaktoru. Zvýšení teploty v reaktoru  způsobí zvýšení tlaku, který může vést k explozi. 

Strom poruch (FAULT TREE) 

Tuto populární metodu nejlépe vysvětlíme na následujícím příkladu: 

V reaktoru probíhá exotermická reakce. Případná exploze reaktoru  může způsobit vážná zranění nebo i smrt zaměstnancům. Protože  použité chemické látky jsou vysoce toxické, jejich případný únik z reaktoru  bude mít ty samé následky. Reaktor je opatřen pojistným ventilem,  který v případě potřeby zabrání výbuchu reaktoru, ale způsobí výron  otravných látek do ovzduší. 

Vypracovaný diagram k této metodě je uveden na obr. 3. 

Strom poruch je grafická metoda ukazující všechny možné  kombinace tzv. “základních událostí” (čísla od 1 do 7) vedoucí  k tzv. “vrcholné události” (zde “smrt nebo vážné zranění”). Takto  zkonstruovaný strom poruch slouží buď k výpočtu odhadu frekvence  výskytu vrcholné události, nebo k vyhodnocení minimální    kombinace základních událostí, které mohou zapříčinit vrcholnou  událost. Při obou postupech jsou bloky “nebo” nahrazeny součtem  a bloky “a“ násobkem událostí bezprostředně pod nimi. 

Strom událostí (EVENT TREE) 

Na rozdíl of stromu poruch, analýza stromu událostí začíná  s “iniciační událostí” a rozvětvuje se na všechny možné následky  této iniciační události. Tato událost často odpovídá vrcholné události  ve stromu poruch, a tak často strom událostí začíná tam, kde strom  poruch končí. Uvažujme nyní následující příklad: 

Příčinou havarie vojenského letadla bylo selhání vysokotlaké turbíny,  kdy odlomené lopatky postupně zničily elektronický kontrolní systém  letadla. Při takové situaci posádka nejprve uslyší nezvyklý zvuk. Pokud  posádka zareaguje rychle, může okamžitě přistát a tím zachránit své  životy i letadlo. Pokud posádka váhá s přistáním, elektronický systém  řízení letadla přestane fungovat. Posádka má možnost přepnout řízení  letadla na manuální způsob. Tím by posádka měla získat dostatečný  čas na bezpečné přistání. Pokud ale posádka nevyužije ani tuto možnost,  potom se unikající palivo z poškozené turbíny vznítí a poškodí  i manuální systém řízení. V tom momentu pilot ztratí jakoukoliv možnost  dále řídit letadlo a to se neodvratně zřítí. Posádka má poslední  možnost jak se zachránit, a to katapultací.   

Strom událostí je pro popsaný případ znázorněn na obr. 4. 

Uvedená analýza přinesla tyto následky havarie turbíny: 

1. Posádka zachráněna, letadlo přistálo-elektronický systém řízení. 
2. Posádka zachráněna, letadlo přistálo-manuální způsob řízení. 
3. Posádka zachráněna katapultací, letadlo se zřítilo. 
4. Posádka mrtvá, letadlo zřícené. 

Pokud jsou známé pravděpodobnosti jednotlivých událostí,  je možné využít stromu událostí k výpočtu pravděpodobností  následků 1–4. 

Závěr 

Rizika plynoucí z chemické výroby nemohou být zcela eliminovány,  ale jejich frekvence a následky mohou být redukovány. Toto se může  dosáhnout následovně: 

• Inherentně bezpečným projektem, t.j. použitím materiálů a procesních  podmínek, které nenesou žádná rizika (voda místo  hořlavých rozpouštědel, alternativní chemické řešení, reakce za  atmosférického tlaku, atd.).
• Eliminace nebo minimalizace rizik užitím odolnějšího zařízení,  minimalizací objemů chemikálií při transportu a skladování). 
• Použitím regulačních, kontrolních a nouzových systémů. 
• Vytvořením operačních procedur a administrativních kontrol.   

ZDROJ:
Čárský, Milan. Identifikace a vyhodnocení rizik chemických procesů. In ChEMagazín [online]. Pardubice :  Chemagazín, 2007 [cit. 24/01/2007]. Dostupný z WWW: <http://www.chemagazin.cz/Texty/CHXVI_6_cl4.pdf>. Dostupné jako PDF.