مدل سازی پیامد در واحد مراکس پالایشگاه آبادان با استفاده نرم افزار PHAST

محمد یزدی، کارشناس HSE

احسان بومری، مهندسی شیمی آتش

 

 

چکیده

زندگی در جهانی امن و عاری از خطر همواره آرزوی انسان ها بوده است و توجه به ایمنی، به صورت تلاش برای بقاء، از بدو خلقت در نهاد بشر وجود داشته است. اما در اثر تغییرات و گسترش این صنایع متعدد، مخاطرات خاصی كه ناشی از تغییر در نظام رایج طبیعت است نیز رخ داد. نشت مواد سمی، خطرناك و قابل انفجار در صنایع فرآیندی و شیمیایی همواره یكی از عوامل تهدید كننده افراد شاغل و ساكنین اطراف این صنایع و همچنین آسیب به محیط زیست بوده است. از مهمترین این مواد خطرناک می توان به گاز H2S اشاره کرد. غلظت های بالای 0.1 ppm  برای انسان با توجه به معیار EPRG1 خطرناک می باشد. از این رو مدیریت ریسک این قبیل پیامدها، اهمیت ویژه ای پیدا می کند. در این مقاله سعی شده تا با استفاده از مدل سازی پیامدها با استفاده از نرم افزار PHAST راهکارهای کاربردی جهت نیل به اهداف مدیریت ریسک ارائه گردد.

 کلمات کلیدی: مدل سازی پیامد، واحد مراکس، نرم افزار PHAST

  

مقدمه

در گذشته های نه چندان دور فرایندهای طبیعی قادر بودند تا نیازهای انسان را برای بقاء و ادامه زیست، در اختیار او قرار دهند. ولی انسان امروزی به ناچار، مجبور است تا برای تامین مایحتاج زندگی خود نظام فرایندهای طبیعی را تغییر دهد. رشد جمعیت، تغییر در سرعت زندگی و افزایش رفاه بشر، نیاز انسان به منابع غذا و انرژی را به گونه ای متفاوت مطرح کرده و انسان را بر آن داشت تا برای تامین مایحتاج خود به تولید مواد شیمیایی و تغییر و تبدیل سوخت های فسیلی بپردازد. محدودیت بکارگیری سوخت های فسیلی و تنوع کاربردهای آن در صنعت، انسان را وارد عرصه های جدیدی از تولید و تبدیل سوخت و انرژی کرده و بدینگونه جوامع بشری وارد عرصه صنایع عظیم و پیچیده نفت، گاز و پتروشیمی شدند.

 ولی آیا این تغییرات در طبیعت همواره به نفع انسان بوده است؟ آیا بهره ای که از این گذر عاید بشر می شود، با خطراتی که در کنار بقاء انسان ها را تهدید می کند؟ آیا خطراتی که سرمایه ها و منابع اقتصادی جوامع را تهدید می کند، متناسب با بهره مندی و رشد اقتصادی افراد آن جامعه است؟

 پاسخ به این سؤال ها و بسیاری از چراهای دیگر، مستلزم بکارگیری روش های نوین مدیریت و ارزیابی ریسک می باشد. ارزیابی ریسک ابزاری است که به کمک آن می توان ضمن شناخت خطرات نهفته در دل یک فرایند، به برررسی شدت پیامدها و احتمال بروز حوادث پرداخت و ضمن بررسی اثرات آن بر جامعه و محیط زیست (SIA)2، به تصمیم گیری در مورد سرمایه گذاری در آن پرداخت.

 یکی از پر مخاطره ترین واحدهای پالایشگاهی واحد مراکس می باشد. این واحد به دلیل شرایط ترمودینامکی خاص خود، خطرات فراوانی را در بردارد. بنابراین لازم است تا ضمن شناسایی مخاطرات اصلی در واحد مراکس، عواقب ناشی از حوادث به دقت مدل سازی شده و تلفات ناشی از آن پیش بینی گردد. سپس با استفاده ار روش ها و تکنیک های محاسبه ریسک، به ارزیابی ریسک در این واحد پالایشگاهی پرداخته شود.

  

معرفی واحد مراکس:

به طور خلاصه در فرآیند مراكس (MEROX PROCESS)  گاز در سه مرحله با سود سوزآور، سود مخلوط با كاتالیست مراكس و آب شست و شو داده می شود. برج مراكس از سه قسمت تشكیل شده و حاوی 33 سینی از از نوع Valve Tray  می باشد.

 در مرحله اول كه شامل 15 سینی از برج می باشد، گاز با سود 10 درصد شست و شوی اولیه3 داده می شود. به این صورت كه مایع سود از پائین برج توسط تلمبه گرفته شده و روی سینی پانزدهم ریخته می شود و گاز را كه از پائین به طرف بالا در حركت است شست و شو می دهد. با این ترتیب گاز طبیعی از بقایای گازهای اسیدی عاری می شود.

 گاز سپس به قسمت دوم برج كه آن هم شامل 15 سینی است وارد می شود. در این جا سود 20 درصد كه مخلوط با كاتالیست مراكس می باشد توسط تلمبه از پائین مخزن سود مجاور برج گرفته و روی سینی 30 می ریزد. با حركت گاز به طرف بالا و سود و مراكس به طرف پائین گاز از تمام تركیبات گوگردی و مركاپتان ها عاری شده و این مواد در محلول باقی می مانند.

 قسمت سوم برج شامل سه سینی است و هدف از ایجاد آن حذف سود احتمالی از گاز است. در این مرحله گاز با آب كه توسط تلمبه ای به قسمت فوقانی برج ریخته می شود شست و شو می گردد و سود احتمالی كه ممكن است با گاز خارج شود گرفته شده و در نهایت گازهای خارج شده از این برج كاملا شیرین بوده و تنها رطوبت موجود در آن است كه می بایست آن را نیز از جریان گاز خارج نمود.

 فرایندهای موجود در واحد مراکس از خطرات بسیار زیادی برخوردار هستند. این واکنش ها به دلیل حضور ماده سمی هیدروژن سولفید در مخلوط های گازی خروجی راکتورها، پتاسیل بروز خطرات آتش سوزی، انفجار و یا ایجاد مسمومیت و مرگ و میر در افراد را خواهند داشت. بنابراین شناخت مخاطرات و ارزیابی ریسک در این فرایند امری ضروری می نماید.

  

ارزیابی ریسک:

ریسک عبارت است از یک حادثه خاص که از دو فاکتور احتمال رخداد و شدت پیامدهای ناشی از آن حادثه تبعیت می کند. در منابع مختلف تعریف ریسک از دیدگاه مهندسی به این صورت آمده است:

 

 شدت پیامد آن حادثه × احتمال رخداد = ریسک

 

ارزیابی ریسک در صنایع شیمیایی روشی برای مدیریت بهتر و کارآمدتر ایمنی فرایندهاست. در این ارزیابی میزان ریسک تخمین زده می شود و در خصوص قابل تحمل بودن ریسک تصمیم گیری می گردد.

 ارزیابی ریسک شامل چند مرحله اساسی شامل شناسایی خطرات احتمالی در فرایند، مدل سازی پیامدها، محاسبه تکرار پذیری حوادث و محاسبه ریسک می باشد.

  

شناسایی مخاطرات:

اولین مرحله از ارزیابی ریسک، شناسایی خطرات و حوادث محتمل موجود در فرایند می باشد. شناسایی خطرات باید در کلیه مراحل طراحی، ساخت، بهره برداری، تعمیرات و کلیه شرایطی که فرایند به نحوی از عملکرد نرمال خود منحرف می شود، انجام پذیرد. برای شناسایی مخاطرات موجود در یک فرایند روش ها و تکنیک های بسیار متنوعی وجود دارد. از جمله مهمترین این روش ها می توان به تکنیک هایی نظیر HAZOP4، HAZID5، ETA6، FTA7، ... اشاره کرد. در بین روش های فوق، شناخته شده ترین و معتبرترین روش برای ارزیابی کیفی  مخاطرات در صنایع فرایندی روش HAZOP، است.

 برای شناسایی مخاطرات موجود در واحد مراکس پالایشگاه آبادان، از نتایح مطالعات HAZOP، انجام شده در این واحد استفاده شده است. با توجه به طیف گسترده مطالعات، پس از بررسی آن، در حدود 35 سناریو که منجر به پیامدهای آتش، انفجار و یا نشت مواد سمی می باشد، استخراج شده است. با توجه به کیفی بودن مطالعات HAZOP، سناریوهای به دست آمده، ارزش یکسانی نداشته و به دلیل عدم شناسایی روابط علت و معلول، تخمین احتمالات با اشکلات اساسی روبرو می شود. همچنین تعدد سناریوها، علاوه بر طولانی شدن زمان مدل سازی و محاسبات سبب کاهش دقت مورد نیاز در محاسبات ریسک خواهد شد. با توجه به مطالب اشاره شده، با استفاده از تکنیک ارزش گذاری و مقایسه سناریوهای به دست آمده، فرایندهای مختلف را بر اساس درجه بزرگی خطر، میزان احتمال رخداد یک حادثه و یا شدت حادثه می توان رتبه بندی کرد.

 از مجموع مطالعات انجام گرفته، جامع ترین سناریوها انتخاب و مدل سازی شد و نتایج حاصل از آن در محاسبات ریسک مورد استفاده قرار گرفت. نمونه ای از مدل سازی پیامد مربوط به سناریوی S1 در ذیل آورده شده است:

  

جدول شماره 1 تعیین اطلاعات مربوط به سناریوی S1

 

نام تجهیز

نوع تجهیز

ماده

حجم

دمای عملیاتی

فشار

نحوه انتشار

ولو خروجی Caustic Pre Wash

استوانه ای

هیدروژن سولفید + متانول

4500 لیتر

125 فارنهایت

Psi 20

Horizontal

 

جدول شماره 2- تعیین خصوصیات سناریوی S1

 

 

سمیت PPM

هیدروژن سولفید (5 درصد)

EPRG-1 = 2

EPRG -2 = 600

EPRG-3= 2000

متانول (95 درصد)

مخلوط هر دو

LEL=7.054e48

UEL= 3.636e59

 

 

مدل سازی پیامد:

پیامدهای ناشی از رهایش و پخش یک ماده در محیط عبارتند از: آتش، انفجار و سمیت، و مدل سازی پیامد عبارتند از پیش بینی اثرات و عواقب هر یک از پیامدهای نامطلوب به وسیله مدل های ریاضی. با استفاده از روش های مدل سازی ریاضی، می توان اثرات حوادث را به صورت آسیب به سرمایه، تجهیزات، اثرات سوء بر سلامت انسان ها، و محیط زیست ارزیابی کرد. مهمترین تاثیرات ناشی از پیامدهای فوق، تشعشع ناشی از آتش سوزی، افزایش فشار (موج انفجار) در اثر انفجار و مسمومیت یا خفگی در اثر مواجهه با مواد منتشره می باشد.

 برای مدل سازی پیامدها از نرم افزار PHAST استفاده گردید. این نرم افزار یکی از بهترین نرم افزارها به منظور مدل سازی حوادث ناشی از رهایش مواد سمی، منفجره و یا آتش و انفجار در پیامد می باشد. در جدول شماره 3 نمونه ای از ویژگی های این نرم افزار با سایر نرم افزار مشابه مانند ALOHA مقایسه گردیده است.

 

جدول شماره 3- ویژگی نرم افزار های مدل سازی

 

نام نرم افزار

شرکت سازنده

چشمه آنی

چشمه پیوسته

پیوسته با زمان مشخص

نشتی دو فازی

تبخیر از حوضچه

تبخیر از چشمه

چشمه سطح زمین

اثر مومنتوم چشمه

PHAST

DNV

+

+

+

+

+

+

+

+

ALOHA

EPA

+

+

+

+

×

×

×

×

 

 

 این نرم افزار قادر است چگونگی حرکت و تغییرات فیزیکی و شیمیایی توده مواد را از هنگام تخلیه به محیط تا مکان تاثیرگذار، به دقت مدل سازی کرده و پیامدهای محتمل را پیش بینی کند. مدل های PHAST علاوه بر اینکه از دقت بسیار خوبی برخوردارند، توانایی پیش بینی پیامدهای فرعی از قبیل جت آتش، آتش ناگهانی و یا انفجار را دارند. با این وجود، PHAST فقط پیامدهایی را گزارش می دهد که شرایط وقوع آنها فراهم باشد.  

 با توجه به احتمالات مختلف برای بروز نشتی، دو اندازه مختلف معادل 2 و 3 اینچ برای قطر نشتی در نظر گرفته شد. سپس با توجه به بیشترین تراکم جمعیتی در منطقه عملیاتی، شرایط آب و هوایی مطابق جدول شماره 4  اعمال گردید. تراکم جمعیتی در واحد مجاور در طول روز و شب برابر بوده به طوری که نزدیک به 30 نفر مشغول به کار هستند.

 

جدول شماره 4- میانگین شرایط جوی شهرستان آبادان در سال 1389

 

فصل

میانگین دما

(C)

میانگین رطوبت

(%)

جهت باد

(Degree)

ماکزیمم سرعت

(m/s)

ابری

(%)

بهار

37.7

48

290

18

30

تابستان

46.7

52

320

18

13

پاییز

33

54

330

11

29

زمستان

21

56

150

11

46

 

 

با توجه به توزیع جمعیتی و مدل سازی پیامدها، تعداد تلفات ناشی از این سناریو در فصل بهار به عنوان فاجعه بارترین حالت محاسبه گردید. با در نظر گرفتن حالت های مختلف بر حسب جهات باد و قطر نشتی تعداد تلفات سناریوهای مختلف بین 0 تا 20 نفر متغیر است.

  

نتیجه گیری:

همان طور که مدل سازی پیامد نشان می دهد، منطقه عملیاتی مجاور در محدوده انتشار گازهای سمی و تجمع افراد زیادی در این ناحیه، توجه به تهیه طرح واکنش در شرایط اضطراری در این واحد از اقدامات ضروری به نظر می رسد. همچنین می توان به کارایی دتکتورهای گاز هیدروژن سولفید در مسیر انتشار گازها اطمینان نمود. و نهایتا بایستی دستورالعمل های مناسب در خصوص واکنش در برابر شرایط اضطراری، به پرسنل و کارکنان در معرض آموزش داده شود.

 

منابع:

1- شرکت پالایشگاه نفت آبادان، دستور العمل بهره برداری واحد مراکس، 1370.

2- گوهر رخی، مهدی، ارزیابی کمی و کیفی ریسک در واحدهای فرایندی، دانشگران صنعت پژوه، 1388.

3- عبد الحمید زاده، بهمن، ارزیابی کمی و کیفی ریسک در صنایع فرایندی، اندیشه سرا، 1389.

4- ساغر ناصح پور، (1386)، ارزیابی ریسک و مدل سازی پیامد در واحد ایزوماکس، دومین همایش مهندسی ایمنی و مدیریت HSE شریف.

 

 

***

 

1- Emergency Response Planning Guideline

2- Social Impact Assessment

3- Caustic Pre Wash

4- Hazard and Operability Study

5- Hazard Identification

6- Event Tree Analysis

7- Fault Tree Analysis

8- Lower Flammability Limit

9- Upper Flammability Limit

 

خبرنامه

اطلاعات تماسی

تلفن : ۰۲۱۲۲۹۲۴۹۸۷

ایمیل :‌ info [@] safetymmesage [dot] com

درباره پیام ایمنی

فعاليت سايت پیام ایمنی از سال 1382 همزمان با انتشار نشریه پیام ایمنی آغاز گرديد. هدف ما از طراحی اين سايت، ايجاد مرجعی کامل و كارآمد از موضوعات ایمنی، بهداشت، محیط‏ زیست و آتش‏ نشانی، به منظور رفع نياز محققين و علاقمندان در كشور است.


طراحی سایت و طراحی گرافیک توسط استودیو طراحی حاشیه