TÜRKİYE KİMYA SANAYİCİLERİ DERNEĞİ Olay frekanslarının hesaplanması 2. ULUSLARARASI PROSES GÜVENLİĞİ SEMPOZYUMU VE SERGİSİ 22-24 Ekim 2015 İstanbul Genel Sekreter
Hata Ağacı (FTA) Olay Ağacı (ETA) Olayı tetikleyen kazalar (OT) Potansiyel önleyiciler (Y) Etkiyi azaltıcı stratejiler (A) Olay olursa sonuçlar Tüm A lar çöktü OT 1 E Y A A Kötü senaryo sonucu OT 2 OT 3 E E E E Frekans Kontrol Kaybı Sonuçlar Y Bir veya daha fazla A lar çöktü Yeni kötü senaryo sonucu Başlatıcı olayın frekansını azaltmak için önlemler (E) Potansiyel azaltıcı kontrol (Y) Papyon (Bow-tie) Analiz Metodu
Hata Ağacı (FTA) Olayı tetikleyen kazalar (OT) Potansiyel önleyiciler (Y)? OT 1 E Y OT 2 E E E Frekans Kontrol Kaybı OT 3 E Başlatıcı olayın frekansını azaltmak için önlemler (E)
F R E K A N S 10-2 /yıl 10-3 /yıl 10-4 /yıl 10-5 /yıl 10-6 /yıl 10-7 /yıl 10-8 /yıl Risk Matrisi Yüksek Etki Yüksek Etki Orta Etki İhmal Edilebilir Etki C1 C2 C3 C4 Etkiler Sınıf İnsan hedefine olan etkiler Çevreye olan etkiler Sıralama Yaralanma yok veya hafif Eyleme gerek yok C1 yaralanma. İş durmaz 24 Saatten fazla hastahanede Çevreye ciddi etki. Yerel eylem C2 kalma gerekir. Tesiste geri dönüşü olmayan yaralanma veya ölüm. Tesis dışı geri dönüşü olmayan yaralanma Tesis dışında çevreye etki. Ulusal eylem gerekir. C3 Tesis dışında geri dönüşümü olmayan yaralanma veya ölüm Tesis dışında çevreye etki. Ulusal eylem gerekir. C4
Frekanslar Türkiye de 01.01.2017 den itibaren 10-4 - her türlü sonuç (Büyük Endüstriyel Kazaların Önlenmesi ve Etkilerinin Azaltılması Hakkında Yönetmelik, Madde 9)
Frekanslar Hollanda da tesis dışındaki bireysel ölüm frekansının 1x 10-6 olması istenmektedir. Kabul edilebilir risk limitleri Ölüm/yıl frekansı Tesiste çalışanlar Tesis dışındakiler Kabul edilemez risk Tolere edilebilir risk Kabul edilebilir risk 10-3 10-6 İngiltere 10-4 10-6
İstem dışı salınım (boşalma) Toksik gaz yayılımı Yüksek basınç Çabuk tutuşma Ani genişleme Ateş topu Jet yangını Gaz kaçağı Düşük basınç Çabuk tutuşma Geç tutuşma Alevlenir bulut Flash yangını Buhar bulutu patlaması (VCE) Sıvı kaçağı Havuz yangını Toksik sıvı yayılımı
Salınım- Boşalma Kaynakları Boşalma kaynaklarının tespiti için muhtelif metotlar kullanılabilir : PHA Check-list HAZOP What-if
Boşalma kaynakları* Borular Esnek bağlantılar Filtreler Vanalar Basınçlı / proses kapları Pompalar Kompresörler Depolama tankları (ör. Atmosferik şartlarda) Depolama kapları (ör. Basınçlı ve soğutulmuş) Alev bacaları /ventiller * Dünya Bankası
Muhtemel Boşalma Kaynakları* 1 - Çelik proses boruları 2 - Flanşlar 3 - Manuel vanalar 4 - Aktüatörlü vanalar 5 - Enstrüman bağlantıları 6 - Proses kapları (basınçlı) 7 - Santrifüj pompalar 8 - Pistonlu pompalar 9 - Santrifüj kompresörler 10 - Pistonlu kompresörler 11 Isı değiştiricileri (Shel&Tube, Shel - side HC) 12 - Isı değiştiricileri : plate 13 - Isı değiştiricileri, hava soğutmalı 14 - Filtreler 15 - Boru hattı domuz tuzakları 16 - Grayloc flanşları 17 - Boru kelepçesi 18 - Distilasyon kolonu 19 - ESD Vanası 20 - Fin fan soğutucu (havayla soğutucu) 21 - Tesisat işlerinde kullanılan parça (rakor/manşon gibi) 22 - Contalar * OGP (Oil and Gas Producers) Process release frequencies Pigs traps Domuz tuzağı
OGP -The International Association of Oil & Gas Producers Kaza verileri Büyük kazalar Mesleki riskler kara taşımacılığı kaza istatistikleri Hava taşımacılığı kaza istatistikleri Deniz, iç sular taşımacılığı kaza istatistikleri Deniz üstü tesislerin inşa riskleri Olay verileri Proses salınım frekansları Isıveren besleyiciler & boruların salınım frekansları Depolama kaza frekansları Patlama frekansları Mekanik kaldırma hataları Gemi/tesis çarpışması Tutuşma olasılıkları Sonuç modellemesi Deniz üstü tesislerin yapısal riskleri Güvenlik sistemleri Güvenilir veri bulunması ve kullanılması rehberleri Hassas noktalar İnsanlar Tesis/yapı hassasiyeti Kaçış, tahliye ve müdahale QRA'da insan faktörü
Dış Etkenler Uçak düşmesi Deprem Sel Yıldırım düşmesi Hava durumunun etkisi Dış kaynaklı tutuşma olasılığı
TÜRKİYE KİMYA SANAYİCİLERİ DERNEĞİ Tesislere Yıldırım Düşme Olasılığı Genel Sekreter
Yıldırım düşme olasılığı H yüksekliğinde ve R yarıçapında bir silindir yapı. Daha kompleks yapılar için alt bölümlere ayırıp hesaplamalar yapılır ve daha sonra tüm bölümlere ait olasılıklar toplanır. BS EN 62305-2:2006 A = (3H + R) 2
Yıldırım düşme olasılığı Tehlikeli olayların hesaplanması N D = L gfd X A X F loc X 10-6 L gfd = Yere düşen yıldırımın yoğunluğu ( /km 2 /yıl) F loc = Yapının bölgesel faktörü A = Bir önceki denkleme göre hesaplanan alan (m 2 ) Yapının Bölgesel Faktörü Bölge F loc Yüksek yapı veya ormanlarla dolu bölge 0,25 Aynı büyüklükte veya daha az yükselikte yapı veya ormanla çevrili bölge 0,5 Alanda başka yapı yok 1 Etrafta başka yapı yok ve tepelerde de yok 2
NASA Lightning Flash Density Map
2008-2012 Yıldırım yoğunluğu. Maksimum 7,9 yıldırım/m 2 /yıl* 0,5/m 2 /yıl *Ref: A European lightning density analysis using 5 years of ATDnet data
Yıldırım düşme olasılığı Yapının yıldırım düşme sonucu hasar görme olasılığını hesaplamak için yıldırımdan korunma sisteminin (LPS) varlığı incelenir. BS EN 62305-1:2006 ye göre dört seviyeli koruma sistemi vardır. I no lu seviye en iyi koruma seviyesidir: Yapının detayı Koruma seviyesi Olasılık Koruması olmayan - 1 IV 0,2 Koruması olan III 0,1 II 0,05 I 0,02
Örnek - Yıldırım Düşme Olasılığı A = (3H + R) 2 A = (3 X 20 + 10 ) 2 = 15293 m 2 F loc = 0,5 R= 10 m H 1 = H H= 20 m N D = L gfd X A X F loc X 10-6 L gfd = 0,5 km 2 /yıl N D = 0,5 X 15293 X 0,5 X 10-6 = 0,004 Koruma faktörü = IV (örnek) : 0,2 ND * Koruma faktörü 0,004 X 0,2 = 8x10-3 /yıl
TÜRKİYE KİMYA SANAYİCİLERİ DERNEĞİ Hata ağacı analizi Genel Sekreter
FTA, önceden tanımlanmış bir olayın oluşmasına neden olan paralel veya birbirini izleyen hataları belirleyen bir grafik çalışmadır. Fault Tree Analysis - FTA Hatalar, sistem hatası, bileşen hatası, insan hatası veya diğer hataların kombinasyonu olabilir.
FTA, tepe olaya götüren temel olayların arasındaki lojik etkileşimbağlantıları inceler Fault Tree Analysis - FTA FTA bir kantitatif (nicel) analiz metodu değildir. Ancak sıklıkla kantitatif analize gidilmesini sağlar. Tepe Olay
Fault Tree Analysis - FTA FTA, kapı (gate) olarak bilinen bağlantılarla hata ağacının lojik olarak oluşturulmasıdır. Kapıların çıktısı olarak en yüksek olay Tepe olay, düşük olay ise tepe olayın oluşmasına katkı yapandır.
Fault Tree Analysis - FTA FTA lar koruma bariyerleri göz önüne alınmadan yapılır. FTA da grafik için bazı semboller kullanılır
BİRİNCİL OLAY SEMBOLLERİ Sembol İşaret edilen İşlev TEMEL OLAY GELİŞMEMİŞ OLAY KOŞULLU OLAY Daha gelişme gerektirmeyecek hata Gelişmemiş durum. Özel koşul veya kısıtlama gerektirecek durum DIŞ OLAY Normal olarak sistem dışında oluşan olay ARA OLAY SEMBOLLERİ Sembol İşaret edilen İşlev ARA OLAY Daha önceki hatalar sonucu Lojik kapı aracılığıyla oluşan olay
TRANSFER SEMBOLLERİ Sembol İşaret edilen İşlev İÇERİYE TRANSFER Dışa transfere doğru gelişecek hata ağacı DIŞARIYA TRANSFER İçe transferin bağlanması gereken yer
KAPI SEMBOLLERİ Sembol İşaret edilen İşlev VE KAPISI Tüm girdilerin oluşması halinde çıktıyı veren kapı. VEYA KAPISI ÖZEL VEYA KAPISI En az bir veya daha fazla girdinin oluşması halinde çıktı oluşur. Özel bir hatanın oluşması halinde kullanılır ÖNCELİKLİ VE KAPISI ENGELLEYİCİ KAPI Özel bir aşamada eğer hataların hepsi oluşursa çıktı oluşur. Özel bir koşulun yerine gelmesi halinde çıktı veren kapı
Fault Tree Analysis - FTA Tepe olay VEYA kapısı Ara olay VE kapısı Gelişmemiş olay Temel olay
BASINÇLI TANK ÖRNEĞİ* Tahliye vanası Sviç S1 Röle K1 Röle K2 Zaman rölesi Motor Basınç sviçi Basınçlı Tank Depo Pompa * NASA - Fault Tree Handbook with Aerospace Applications
BASINÇLI TANK ÖRNEĞİ* 5)Tank bir boşaltma vanasına sahip ve bu vana tüm tankı ihmal edilebilir bir zamanda boşaltıyor. Tank boşaldığı zaman basınç sviçi kapanıyor ve döngü böyle tekrarlanıyor. Sviç S1 Röle K1 Depo 1)Pompa tankın içine büyük bir depodan akışkan basıyor, Röle K2 Zaman rölesi Motor Pompa * NASA - Fault Tree Handbook with Aerospace Applications 3)Basınç sviçi tank boşken kapalı Basınç sviçi 4) Gerekli basınca ulaşınca basınç sviçi açılıyor, Röle K2 kontakları açılıyor pompanın enerjisini kesiyor ve pompa motorunu durduruyor. Basınçlı Tank Tahliye vanası 2) Tankın gerekli basınca ulaşması için 60 saniye yeterli
START-UP 2) Bu hareket K1 rölesinin bobinine akım veriyor ve K1 rölesinin kontakları kapanıyor. 3) K1 in kapanması K2 bobinine akım veriyor ve K2 nin kontakları kapanıyor. 1) Sistemde operasyon S1 e basmakla başlıyor. 4) Pompanın motoru harekete geçiyor. 6) Başlangıçta zaman rölesinin kontakları açık ve zaman rölesinin bobininde enerji yok. Güç, K1 rölesinin kontaklarının kapanması ile bobine geliyor. 7) Normal operasyonda basınç sviçinin kontakları açıkken (K2 nin de kontakları açık) zaman rölesi saatini sıfırlıyor. 5) Zaman rölesi, basınç sviçinin kapanma hatası yapması halinde shut dawn için (acil durum) sistemde yer alıyor. Zaman rölesinin bobinine 60 saniye sürekli akım gönderilmesi halinde, rölenin kontakları açılıyor, K1 rölesinin bobinine olan devreyi kesiyor bu da sistemin kapanmasına neden oluyor.
FTA-Hatalar Birincil hata Yapacağı görev içim tanımlanmış bir elemanın çevresinde oluşan hata. Örneğin basınçlı tank, P 0 basıncına dayanıklı, P P 0 basıncında kaynak hatası nedeniyle parçalanması.
FTA- Hatalar İkincil hata Elemanın tasarımını aşan bir durumda hata yapması. Örneğin P 0 a dayanıklı basınçlı tank. P>P 0 de parçalanması.
FTA - Hatalar Kumanda hatası Elemanın doğru çalışması ancak yanlış zamanda veya yanlış yerde çalışması Örneğin pompanın, diğer elemanlardan birisinden gelen yanlış bir sinyal nedeniyle erken durması veya çalışması.
FTA Kural 1 İstenmeyen olay olarak boru ve kabloların arızaları dışarıda bırakılırsa tankın yırtılması veya parçalanmasını ele alıyoruz. Ne? POMPA ÇALIŞMAYA BAŞLADIĞINDA TANKIN YIRTILMASI Ne zaman? Bu olay bir bileşen hatasından kaynaklıyor mu? Sorusuna cevap evet olduğundan tepe olayın altına VEYA kapısını koyarız ve birincil, ikincil hataları inceleriz.
POMPA ÇALIŞMAYA BAŞLADIĞINDA TANKIN YIRTILMASI TANKIN YIRTILMASI (İkincil hata) TANKIN YANLIŞ SEÇİM VEYA YANLIŞ MONTAJINDAN YIRTILMASI (Yanlış Tank) TANKIN YIRTILMASI (Birincil hata) Şekil 1 : Bileşen hatası
TANKIN YIRTILMASI (İkincil hata) İKİNCİL HATA POMPANIN SÜREKLİ ÇALIŞMASI > 60 s İKİNCİL HATA MEKANİK, TERMAL GİBİ NEDENLER Şekil 2 : İkincil hata
İKİNCİL HATA POMPANIN SÜREKLİ ÇALIŞMASI > 60 s EĞER POMPA t>60 s ÇALIŞIRSA TANKIN YIRTILMA İHTİMALİ = 1 POMPA SÜREKLİ ÇALIŞIYOR t>60 s SİSTEM HATASI Şekil 3 : Sistem hatası
Şekil 4 : FTA
Boolean Matematiği Boolean matematiği FTA da özel uygulamayı sağlamaktadır. Örneğin vanalar açık veya kapalı, bir olay olur veya olmaz gibi ikilemlerde çok önemlidir. George Boole 1815-1864
Booelan Denklemleri T1 : Değişme (a) A + B = B + A (b) A B = B A T2 : Birleşme (a) (A + B) + C = A + (B + C) (b) (A B) C = A (B C) T3 : Dağılma T4 : Özdeşlik T5 : Tamamlayıcılık (a) A (B + C) = A B + A C (b) A + (B C) = (A + B) (A + C) (a) A + A = A (b) A A = A (a) AB + A B = A (b) (A + B ) (A + B) = A
VEYA Kapısı Boolean Matematiği: P(D) = P(A) + P(B) P(A B) veya = P(A) + P(B) P(A)P(B/A) D + A B
VE Kapısı VE kapısı kapıya bağlı olayların kesişimidir. VE ye bağlı tüm olayların oluşması halinde tepe olayı oluşabilir. Şekil 5 de verilen sistemde Boolean denklemi D= A. B dir. D = A 1. A 2. A 3. A 4. A 5..A n D olayı, tüm A ların oluşması halinde meydana gelebilir.
D A B Şekil 5 : D olayı için VE Kapısı
Minimal Cut Set (MCS) En az sayıda elemanların hata yapması sonucunda tepe olayın oluşmasını sağlayan küme kesisi. Tepe olayın oluşması için birincil olayların bir kombinasyonu (kesişim) dur. Eğer bu kombinasyonun içindeki her hangi bir olay oluşmaz ise tepe olay oluşmaz. Tepe olayın MCS sini genel olarak aşağıdaki şekilde tanımlanır : T = M 1 + M 2 + M 3 +.. M k T = Tepe olay M= MCS ler. M = X 1 + X 2 + X 3 +.. X n X = Hata yapan elemanlar
T = E 1 E 2 E 1 = A + E 3 E 3 = B + C E 2 = C + E 4 E 4 = A B Şekil 6 : FTA Örneği
E 1 ve E 2 yi yerine koyalım E 1 = A+ E 3 E 2 = B + C : T = (A + E 3 ) (C + E 4 ) = (A C) + (E 3 C) + (E 4 A) + (E 3 E 4 ) E3 ü yerine koyalım E 3 = B + C : = A C + (B + C) C + E 4 A + (B + C) E 4 = A.C + B. C + C. C + E 4. A + E 4. B + E 4. C Eş güçlülük kuralına göre C. C = C T = A C + B C + C + E 4 A + E 4 B + E 4 C A.C + B. C + C + E 4 C = C ( absorbsiyon kuralına göre) T= C + E 4 + E 4 B E 4 ü yerine koyarsak T = C + (A B) A + (A B) + (A B) B Absorbsiyon kuralını uygularsak : T = C + A B olur ve FTA (Şekil 7) yandaki şekle indirgenir. Şekil 7: MCS
Basınçlı tank E1 T E2 E3 K2 S E4 E1 : TEPE OLAY E2, E3, E4, E5 : ARA OLAYLAR R : ZAMAN RÖLESİ - BİRİNCİL HATA S : BASINÇ SVİCİ HATASI - BİRİNCİL HATA S1 E5 S1 K1 K2 T : S1 SVİÇİ HATASI BİRİNCİL HATA : RÖLE K1 HATASI BİRİNCİL HATA : RÖLE K2 HATASI BRİNCİL HATA : BASINÇLI TANK HATASI BİRİNCİL HATA K1 R
Boolean Matematiği Basınçlı tank E1 = T + E2 = T + (K2 + E3) = T + K2 + (S. E4) = T + K2 + S. (S1 + E5) = T + K2 + (s. S1) + (S. E5) = T + K2 + ( S. S1) + S. (K1 + R) = T + K2 + (S. S1) + (S. K1) + (S. R) Minimal Cut Set K2 T S. S1 S. K1 S. R
Kantitatif Hesaplama Eleman Sembol Hata olasılığı Basınçlı tank T 5 X 10-6 K2 rölesi K2 3 X 10-5 Basınç sviçi S 1 X 10-4 Röle K1 K1 3 X 10-5 Zaman rölesi R 1 X 10-4 Sviç S1 S1 3 X 10-5 P(T) = 5 X 10-6 P(K2) = 3 X 10-5 P(S. K1) = (1 X 10-4 ) (3 X 10-5 ) = 3 X 10-9 P(S. R) = (1 X 10-4 ) (1 X 10-4 ) = 1 X 10-8 P(S. S1) = (1 X 10-4 ) (3 X 10-5 ) = 3 X 10-9 P1 veya P2 veya Pn = P1 + P2 + P3+..Pn P(E1) 3,5 X 10-5
Önemli MSC MCS lerin önemini saptamak için MSC nin olasılığını toplam sistemin olasılığına orantılamalıdır: MSC Önem T 18% K2 88% S. K1 < % 0,1 S. R < % 0,1 S. S1 < % 0,1
TÜRKİYE KİMYA SANAYİCİLERİ DERNEĞİ Dinlediğiniz için Teşekkürler Sorular? Genel Sekreter