ارزیابی جامع مخاطرات و مدیریت خطوط انتقال محصول و خوراک پتروشیمیایی

خلاصه

به منظور ارزیابی جامع مخاطرات و مدیریت خطوط لوله اطلاعات کاملی مورد نیاز است. بهرحال، بدست آوردن اطلاعات مورد نیاز برای ارزیابی مقدار مخاطرات(QRA) (مدل احتمالاتی) به سادگی امکان پذیر نیست. بنابراین، این مقاله با استفاده از مدل های اندیس گذاری و احتمالاتی مدلی را ارائه می‌دهد که بر بیشتر محدودیت های مدل ها غلبه می کند و یک تکنیک مناسب برای ارزیابی جامع مخاطرات و مدیریت خطوط لوله است. به همین دلیل 60 خط لوله محصول و خوراک از مجتمع های پتروشیمی ماهشهر ارزیابی شدند و خطوط لوله کلر به دلیل اینکه فواصل پر خطر زیادی دارند برای ارزیابی خطر انتخاب شدند. بعلاوه اندیس های خطر نسبی نیز در تمام قسمت های خط لوله تعیین شدند. نرخ خرابی های خطوط لوله بر مبنای علل مختلف خرابی ارزیابی شدند. مدل توزیع گاز سنگین از نرم افزار ALOHA برای آنالیزهای بیشتر گاز کلر با غلظت های مختلف استفاده شد. نهایتا اندیس‌های ارزیابی مخاطرات نسبی بدست آمده به عنوان یک فاکتور تنظیم کننده برای تصحیح نرخ خرابی خطوط لوله و برای توسعه یک الگوریتم به عنوان یک تکنیک جامع ارزیابی مخاطرات مورد استفاده قرار گرفت. نهایتا آنالیز حساسیت الگوریتم انجام شد. این الگوریتم تشخیص بیشتر خرابی های خط لوله را ممکن می سازد. استفاده از داده های رویدادهای قبلی نه تنها در مدیریت مخاطرات و طرح های پاسخ فوری مهم است، بلکه در ارزیابی مخاطرات با استفاده از معیارهای خطر مناسب، مانند معیار "به اندازه کافی پایین که به شکل معقولی قابل کاربرد(ALARP) باشد"، مفید است.

 1. مقدمه

منطقه اقتصادی ویژه پتروشیمی (PETZONE) که در ساحل شمالی خلیج فارس قرار دارد و در یک منطقه به وسعت 2000 هکتار از شهر جنوبی ماهشهر گسترش یافته است، چندین واحد پتروشیمی را در خود جای داده است. خطوط لوله خوراک و محصول مجتمع های پتروشیمیایی به طور گسترده ای در این منطقه ساخته شده اند، تا مواد شیمیایی بسیار سمی و آتش زا که PETZONE را با خطرات جدی مواجه می کنند را انتقال دهند. بنابراین آنالیز مخاطرات شبکه خطوط لوله برای طراحی پاسخ فوری (ERP) و مدیریت مخاطرات ضروری است. سه نوع معمول از مدل های ارزیابی مخاطرات، مدل های ماتریسی، احتمالاتی و اندیسی هستند که هر کدام نقاط قوت و ضعف خود را دارند. در این تحقیق، ارزیابی مخاطرات مقداری(QRA) (مدل احتمالاتی)، که دقیق ترین و پیچیده ترین مدل ارزیابی مخاطرات است، استفاده شده است. اغلب داده های خلاصه به اندازه ای که استفاده کننده از مدل QRA نیاز دارد، وجود ندارد. داده های اتفاقات، رهایش مواد شیمیایی و در معرض مواد قرار گرفتن ها گستره وسیعی از پیشامدها را شامل می شوند. اغلب این داده ها به طور کامل موارد خاصی از مخاطرات که در حال بررسی است را پوشش نمی دهند، و نیازمند اصلاحاتی هستند تا چنین شرایطی را منعکس کنند(CCPS, 1995). بعلاوه گاهی اوقات، ممکن است نتایج بسیار متفاوتی از انجام دوباره مدل PRA (ارزیابی مخاطرات احتمالاتی) برای یک سیستم و توسط دو ارزیابی کننده مختلف بدست آید(مولباور، 2004). از طرف دیگر مدل های اندیس گذاری که معیار قدرت را درنظر می گیرند؛ مانند رتبه بندی هر قسمت از خط لوله بر اساس خصوصیات آن، برای تعیین فاکتور ها و غلبه بر مشکلاتی که قبلا به آنها اشاره شد استفاده می شوند. یک ارزیابی مخاطرات از همه خطوط لوله محصول و خوراک برای ERP بسیار مشکل است، برای رسیدن به رتبه بندی نسبی خطوط لوله و انتخاب خطوط لوله مخاطره انگیز برای آنالیز بیشتر مخاطرات، استفاده از اندیس انفجار و آتش سوزی "داو" (AICHE، b1994) یا اندیس درمعرض مواد شیمیایی قرار گرفتن(CEI) (AICHE, 1994a) پیشنهاد شده است. پس از انتخاب مخاطره انگیزترین خط لوله، ما غلظت های مرگبار از ابر سمی را با استفاده از معادله پرابیت (CCPS, 2000) محاسبه کردیم و از مدل گاز سنگین قرار گرفته در نرم افزار ALOHA (NOAA, 1999) برای تعیین طول مهلک استفاده کردیم. برای آنالیز نهایی خرابی های خط لوله، ما از دستورالعمل آنالیز مخاطرات حمل و نقل مواد شیمیایی استفاده کردیم(CCPS, 1995). بهرحال از آنجا که بیشتر داده های جمع آوری شده مربوط به اتفاقات خطوط لوله نفت و گاز بوده است(نفت خام و محصولات نفتی) و تنها تعداد کمی از داده ها مربوط به رهایش موادی مانند آمونیاک، کلر و مایعات و گازهای سمی است(Papadakis, 1999)، داده های متعدد دسته بندی شده برای اتفاقات بحرانی برای تعیین نرخ خرابی ها استفاده شدند(Delvosalle, Fievez, & Pipart, 2004). نهایتا برای ارزیابی دقیق فاکتورهایی که بر خرابی ای خط لوله بسیار اثرگذار هستند، مدل ریسک نسبی (Muhlbaure, 2004) یک فاکتور تنظیمی برای تصحیح نرخ خرابی خط لوله و توسعه یک الگوریتم جامع ارزیابی و مدیریت مخاطرات پیشنهاد کرده است.

abstract

Complete information is needed for comprehensive risk assessment and management of pipelines. However, obtaining information using quantitative risk assessment (QRA) (probabilistic model) is not readily possible. Thus, in this research, using probabilistic and indexing models, an algorithm is developed, which overcomes most of the limitations of the models, and is an appropriate technique for the comprehensive risk assessment and management of pipelines. For this reason, 60 feed and product pipelines of the Mahshahr Petrochemical complexes were evaluated and chlorine pipeline was selected based on high-hazard distances for risk analysis. Furthermore, the relative risk indices were also determined in all parts of the pipeline. The failure rate of the pipeline was assessed on the basis of different failure causes. Heavy Gas Dispersion Model developed by ALOHA software was used for the consequence analysis of chlorine gas in different concentrations. Subsequently, the results of the relative risk assessment indices were used as an adjusting factor to correct the pipeline failure rate and to develop an algorithm for the comprehensive risk assessment technique. Finally, sensitivity analysis of the algorithm was carried out. The present algorithm enables the identification of most of the pipeline failure causes. Application of historical incident data is not only important in risk management and emergency response plans, but is also helpful in evaluating the risk by using acceptable risk criterion, such as ‘‘as low as reasonably practicable’’ (ALARP).

1. Introduction

The petrochemical special economic zone (PETZONE) that lies in the northern coast of the Persian Gulf and expands over an area of 2000 hectares in the southwestern city of Mahshahr, houses several petrochemical facilities. Feed and product pipelines of the petrochemical complexes have been extensively constructed in this region, to transport very toxic and inflammable chemicals that pose serious hazards to the PETZONE. Therefore, risk analysis of the pipeline networks is essential for emergency response planning (ERP) and risk management. The three general types of risk assessment models are matrix, probabilistic, and indexing models, each having its own strengths and weaknesses. In this research, quantitative risk assessment (QRA) (probabilistic model), which is the most rigorous and complex risk assessment model, has been employed. Often, clear concise data are not readily available to satisfy the needs of the user of QRA. Accident, releases, and exposure data are representing a wide variety of circumstances. Most often, they do not completely represent the circumstances specific to the situation being evaluated, and modifications may be needed to reflect such conditions (CCPS, 1995). In addition, sometimes, widely differing results may be obtained from ‘‘duplicate’’ PRAs (probabilistic risk assessments) carried out on the same system by different evaluators (Muhlbauer, 2004). On the other hand, indexing models that apply the criterion of strength, such as scoring each pipeline section based on all its attributes, have been employed for determining the adjusting factors and overcoming the problems mentioned earlier. As risk assessment of all feed and product pipelines for ERP is very difficult, the use of Dow’s fire and explosion index (AIChE, 1994b) or the chemical exposure index (CEI) (AIChE, 1994a) is suggested to achieve relative ranking of the pipelines as well as selection of hazardous pipelines for additional risk analysis. After selecting the most hazardous pipeline, we calculated the fatal concentrations of the toxic cloud by probit equation (CCPS, 2000), and used the Heavy Gas Model developed by ALOHA software (NOAA, 1999) to determine the fatal length. For the consequence analysis of the pipeline rupture, we used the guidelines for chemical transportation risk analysis (CCPS, 1995). However, as most of the collected data referred to incidents in natural gas and oil pipelines (crude oil and oil products) and only a few referred to releases of ammonia, chlorine, and hazardous liquids and gases (Papadakis, 1999), the generic frequency data for the critical events were used to determine the failure rates (Delvosalle, Fievez, & Pipart, 2004). Finally, to make an accurate assessment of the factors that mostly affect the pipeline failures, the relative risk model (Muhlbauer, 2004) was proposed as an adjusting factor to correct the pipeline failure rate and to develop

خلاصه

1. مقدمه

2. شرح خطوط لوله خوراک و محصولات PETZONE

3. آنالیز جامع مخاطرات خطوط لوله

3.1 رتبه بندی نسبی خطوط لوله

3.2 فاکتور تنظیم کننده

3.3 فرکانس خرابی

3.4. غلظت مرگبار

3.5. مدلسازی توزیع ابری سمی

4. الگوریتم آنالیز جامع خطر خط لوله (PCRA)

5. نتایج آنالیز ریسک جامع برای خط لوله کلر

6. آنالیز حساسیت

7. نتیجه گیری

abstract

1. Introduction

2. Description of PETZONE feed and product pipelines

3. Comprehensive risk analysis of pipelines

3.1. Relative ranking of pipelines

3.2. Adjusting factor

3.3. Failure frequency

3.4. Lethal concentration

3.5. Modeling of toxic cloud dispersion

4. Pipeline comprehensive risk analysis (PCRA) algorithm

5. Results of comprehensive risk analysis for the chlorine pipeline

6. Sensitivity analysis

7. Conclusions