Analiza HAZOP – przykłady w przemyśle

Czym jest metoda HAZOP?

HAZOP to ustrukturyzowana metoda analizy, której celem jest wykrycie sytuacji, w których rzeczywista praca instalacji może odbiegać od założeń projektowych. Kluczowe jest tu słowo „odchylenie”. Zespół analizujący nie pyta ogólnie: „czy instalacja jest bezpieczna?”, lecz bada konkretne parametry, np.:

• ciśnienie,

• przepływ,

• temperaturę,

• kierunek przepływu,

• czystość medium,

• wilgotność sprężonego powietrza,

• dostępność powietrza sterowniczego,

• szczelność,

• stan zaworów,

• położenie elementów wykonawczych,

• kolejność sekwencji technologicznej.

Następnie dla każdego parametru stosuje się tzw. słowa przewodnie, np. „brak”, „więcej”, „mniej”, „odwrotnie”, „częściowo”, „za wcześnie”, „za późno”. W efekcie powstają pytania techniczne: co się stanie, jeśli przepływ będzie zbyt mały? Co się stanie, jeśli ciśnienie będzie za wysokie? Co się stanie, jeśli zawór nie przełączy się w wymaganym czasie? Co się stanie, jeśli powietrze sterownicze zaniknie?

W instalacjach pneumatycznych taka analiza jest szczególnie cenna, ponieważ sprężone powietrze jest medium dynamicznym. Energia zgromadzona w układzie może zostać nagle uwolniona, a niekontrolowany ruch siłownika, wyrzut przewodu, pęknięcie elementu lub gwałtowne odpowietrzenie mogą stanowić realne zagrożenie.

HAZOP a pneumatyka przemysłowa

W typowym zakładzie sprężone powietrze przechodzi przez kilka poziomów infrastruktury:

1. sprężarkownię,

2. osuszanie i filtrację,

3. główną sieć przesyłową,

4. rozdzielacze i punkty poboru,

5. przygotowanie powietrza przy maszynie,

6. zawory sterujące,

7. siłowniki, chwytaki, narzędzia i odbiorniki końcowe.

Każdy z tych obszarów może być przedmiotem analizy HAZOP. W pneumatyce szczególnie istotne są odchylenia związane z ciśnieniem, przepływem, jakością powietrza, szczelnością i reakcją układu na zanik zasilania.

Przykładowo: zbyt niskie ciśnienie w głównym kolektorze może powodować niewłaściwe domykanie siłowników, błędy pozycjonowania lub zatrzymanie maszyny. Zbyt wysokie ciśnienie może przeciążać elementy wykonawcze, zwiększać zużycie energii, przyspieszać degradację uszczelnień i powodować gwałtowne ruchy robocze. Zanieczyszczone powietrze może prowadzić do zacinania zaworów, uszkodzeń siłowników i niestabilnej pracy automatyki.

Dlaczego HAZOP jest potrzebny w instalacjach sprężonego powietrza?

Instalacje pneumatyczne bywają rozbudowywane latami. Do istniejącej sieci dodaje się nowe maszyny, punkty poboru, zawory, szybkozłącza, przewody, filtry ciśnieniowe i reduktory. W efekcie układ, który pierwotnie był wystarczający, po kilku modernizacjach może pracować na granicy wydajności.

Analiza HAZOP pomaga wykryć między innymi:

• niedoszacowanie średnic przewodów,

• lokalne spadki ciśnienia,

• zbyt małe przepływy dla odbiorników szczytowych,

• brak zaworów odcinających w krytycznych miejscach,

• brak odpowietrzenia odcinka przed serwisem,

• niekontrolowane uruchomienie po powrocie ciśnienia,

• niewłaściwy dobór filtracji,

• ryzyko kondensatu w sieci,

• zbyt długie przewody elastyczne,

• nieszczelności generujące koszty energetyczne,

• niepoprawne zachowanie siłowników po awarii zasilania.

Dobrze przeprowadzona analiza HAZOP nie ogranicza się więc do bezpieczeństwa ludzi. Obejmuje również operacyjność, niezawodność i stabilność procesu.

Norma HAZOP – PN-EN 61882:2016-07

W kontekście formalnym często pojawiają się frazy norma HAZOP, HAZOP norma, PN IEC 61882 lub PN EN 61882 2016 07. Aktualnym odniesieniem w Polsce jest PN-EN 61882:2016-07 – Badania zagrożeń i zdolności do działania, badania HAZOP, przewodnik zastosowań. Według PKN norma ma 68 stron, została opublikowana 15 lipca 2016 r., wprowadza EN 61882:2016 i IEC 61882:2016 oraz zastępuje PN-IEC 61882:2005.

Norma nie jest „gotową checklistą” dla jednej branży. Stanowi przewodnik stosowania metody HAZOP, w tym zasad przygotowania, prowadzenia sesji, dokumentowania wyników i działań po analizie. IEC podaje, że standard obejmuje HAZOP dla systemów analizowanych z użyciem słów przewodnich oraz zawiera przykłady dokumentacji i zastosowań.

Dla zakładów przemysłowych oznacza to, że HAZOP można stosować zarówno do instalacji procesowych, jak i do układów pomocniczych, w tym sprężonego powietrza, próżni, gazów technicznych czy automatyki pneumatycznej.

Jak wygląda analiza HAZOP krok po kroku?

1. Określenie zakresu analizy

Najpierw należy ustalić, co dokładnie będzie analizowane. W pneumatyce może to być:

• cała sieć sprężonego powietrza,

• nowa instalacja aluminiowa,

• sprężarkownia,

• odcinek zasilający konkretną linię produkcyjną,

• układ przygotowania powietrza,

• szafa pneumatyczna,

• układ siłowników w maszynie,

• modernizacja instalacji,

• punkt poboru sprężonego powietrza dla narzędzi pneumatycznych.

Zakres powinien być na tyle precyzyjny, aby zespół mógł analizować konkretne węzły, parametry i scenariusze.

2. Zebranie dokumentacji

Przed sesją HAZOP potrzebne są schematy, dane techniczne i założenia projektowe. W przypadku pneumatyki będą to m.in.:

• schemat instalacji,

• średnice rurociągów,

• maksymalne i robocze ciśnienie,

• wymagane przepływy,

• dane sprężarek,

• typy osuszaczy i filtrów,

• punkty poboru,

• charakterystyka odbiorników,

• karty katalogowe zaworów, złączy, siłowników i regulatorów,

• procedury LOTO,

• instrukcje serwisowe,

• instrukcje serwisowe,

Bez dobrej dokumentacji HAZOP staje się dyskusją opinii, a nie analizą inżynierską.

3. Podział instalacji na węzły

Instalację dzieli się na logiczne fragmenty, np.:

• sprężarka – zbiornik ciśnieniowy,

• zbiornik – osuszacz,

• osuszacz – filtracja główna,

• główny rurociąg,

• odgałęzienie do hali,

• pion zasilający,

• punkt poboru,

• układ FRL,

• zawór rozdzielający,

• siłownik wykonawczy.

Dla każdego węzła określa się parametry projektowe: ciśnienie, przepływ, jakość powietrza, kierunek przepływu, dostępność medium i wymagane funkcje bezpieczeństwa.

4. Dobór słów przewodnich

Typowe słowa przewodnie w HAZOP to:

• brak,

• więcej,

• mniej,

• odwrotnie,

• za wcześnie,

• za późno,

• częściowo,

• inaczej niż,

• dodatkowo.

W pneumatyce można je przełożyć na praktyczne scenariusze:

• brak przepływu,

• zbyt mały przepływ,

• zbyt wysokie ciśnienie,

• zbyt niskie ciśnienie,

• odwrotny kierunek przepływu,

• zbyt późne odpowietrzenie,

• częściowe otwarcie zaworu,

• obecność kondensatu,

• obecność oleju lub cząstek stałych,

• niezamierzony ruch siłownika.

5. Identyfikacja przyczyn

Dla każdego odchylenia zespół ustala możliwe przyczyny. Przykładowo zbyt niskie ciśnienie może wynikać z:

• za małej wydajności sprężarki,

• nieszczelności,

• zbyt małej średnicy rurociągu,

• zatkanego filtra,

• uszkodzonego reduktora,

• jednoczesnej pracy wielu odbiorników,

• źle dobranego szybkozłącza,

• zbyt długiego przewodu elastycznego,

• nieprawidłowego projektu rozgałęzień.

6. Określenie skutków

• zatrzymanie linii,

• niepełny skok siłownika,

• błędne pozycjonowanie detalu,

• uszkodzenie chwytaka,

• odrzut partii produkcyjnej,

• ryzyko przygniecenia operatora,

• spadek jakości procesu,

• wzrost zużycia energii,

• uszkodzenie narzędzia pneumatycznego.

7. Ocena istniejących zabezpieczeń

W pneumatyce zabezpieczeniami mogą być:

• zawory bezpieczeństwa,

• zawory odcinające,

• zawory wolnego startu,

• zawory odpowietrzające,

• blokady LOTO,

• presostaty,

• czujniki położenia,

• reduktory ciśnienia,

• filtry,

• osuszacze,

• zawory zwrotne,

• procedury serwisowe,

• oznakowanie instalacji,

• regularna kontrola szczelności.

8. Rekomendacje

Na końcu zespół wskazuje działania, np.:

• zwiększenie średnicy przewodu,

• dodanie punktu pomiarowego,

• wymianę filtracji,

• zastosowanie zaworu odcinająco-odpowietrzającego,

• dodanie czujnika ciśnienia,

• zmianę logiki sterowania,

• rozdzielenie obwodów krytycznych,

• zastosowanie modułowej instalacji aluminiowej,

• wprowadzenie okresowej kontroli nieszczelności,

• aktualizację dokumentacji technicznej.

HAZOP przykład dla instalacji pneumatycznej

Poniżej uproszczony model HAZOP - przykład dla odcinka zasilającego linię montażową.

Taka przykład metody HAZOP pokazuje, że analiza nie jest abstrakcyjnym ćwiczeniem formalnym. To praktyczne narzędzie do znalezienia miejsc, w których instalacja może zawieść.

Typowe odchylenia HAZOP w pneumatyce

Brak ciśnienia

To jeden z najczęstszych scenariuszy. Może wynikać z awarii sprężarki, zamkniętego zaworu, pęknięcia przewodu, rozłączenia szybkozłącza, błędu serwisowego lub zaniku zasilania. Skutkiem może być zatrzymanie produkcji, ale też niekontrolowany opad elementu, utrata docisku lub brak możliwości wykonania sekwencji bezpieczeństwa.

Zbyt wysokie ciśnienie

Wysokie ciśnienie może być skutkiem uszkodzonego reduktora, błędnej nastawy, niewłaściwego podłączenia obejściowego lub niekontrolowanej modernizacji. Efekty to większe siły na siłownikach, przeciążenie elementów, wzrost hałasu, większe zużycie energii i szybsze zużycie uszczelnień.

Zbyt mały przepływ

Często wynika nie z samej sprężarki, ale z lokalnych ograniczeń: zbyt małych złączy, długich przewodów, zatkanych filtrów, źle dobranych zaworów lub nieoptymalnej geometrii sieci. Objawia się spadkiem dynamiki siłowników, problemami z narzędziami i niestabilną pracą linii.

Zanieczyszczone powietrze

Cząstki stałe, olej, kondensat i nadmierna wilgoć są jedną z głównych przyczyn awarii pneumatyki. W HAZOP należy sprawdzić, czy klasa jakości powietrza odpowiada wymaganiom odbiorników, a filtracja jest rozmieszczona logicznie: centralnie i lokalnie.

Odwrotny lub niepożądany przepływ

W pneumatyce problemem może być cofanie się powietrza, brak zaworu zwrotnego lub niezamierzone zasilanie obwodu z innej gałęzi. Może to prowadzić do trudnych do diagnozowania zachowań układu.

Niebezpieczny powrót zasilania

Po zaniku i powrocie ciśnienia element wykonawczy może ruszyć samoczynnie, jeżeli układ nie został właściwie zaprojektowany. To szczególnie istotne przy maszynach z siłownikami liniowymi, prasami pneumatycznymi, chwytakami i manipulatorami.

Rola jakości instalacji w ograniczaniu ryzyka

HAZOP często ujawnia, że ryzyko nie wynika z jednego uszkodzonego elementu, lecz z jakości całego systemu: projektu, montażu, doboru komponentów i późniejszej eksploatacji. Właśnie tutaj znaczenie ma oferta firm specjalizujących się w pneumatyce przemysłowej, takich jak Pneumat System.

Pneumat System może wspierać zakłady w obszarach takich jak:

• dobór elementów pneumatyki,

• projektowanie i modernizacja instalacji sprężonego powietrza,

• dobór przewodów, złączy, zaworów i siłowników,

• kompletacja układów przygotowania powietrza,

• analiza problemów eksploatacyjnych,

• ograniczanie strat ciśnienia,

• poprawa niezawodności układów pneumatycznych,

• optymalizacja punktów poboru,

• dobór systemów rurociągowych.

W kontekście HAZOP ważne jest nie tylko to, aby wskazać zagrożenie, ale również dobrać realne środki redukcji ryzyka. Jeżeli analiza wykaże zbyt duże spadki ciśnienia, nieszczelności, trudności w rozbudowie lub problemy z korozją starej instalacji, naturalnym kierunkiem może być modernizacja sieci sprężonego powietrza.

Aignep Infinity w kontekście HAZOP

Jednym z rozwiązań wykorzystywanych w nowoczesnych instalacjach sprężonego powietrza jest Aignep Infinity – system rurociągów do dystrybucji sprężonego powietrza. Materiały producenta wskazują, że system Infinity jest przeznaczony do sprężonego powietrza, próżni oraz gazów obojętnych po potwierdzeniu kompatybilności, natomiast nie powinien być stosowany do transportu m.in. wody, żywności, chemikaliów czy proszków przemysłowych.

W dokumentacji produktowej system Infinity opisywany jest jako aluminiowy system rurociągowy, łatwy w instalacji, rozbudowie i modyfikacji. Katalog dystrybutora wskazuje m.in. na niekorozyjne aluminium, gładki przekrój wewnętrzny, ograniczenie strat ciśnienia i możliwość uzyskania wyższych przepływów.

Z punktu widzenia HAZOP takie cechy mają znaczenie praktyczne. System rurociągowy wpływa bowiem na:

• stabilność ciśnienia,

• dostępny przepływ,

• czystość medium,

• możliwość rozbudowy,

• liczbę potencjalnych nieszczelności,

• ergonomię serwisu,

• łatwość tworzenia nowych punktów poboru,

• przewidywalność pracy instalacji.

W analizie HAZOP dla zakładu produkcyjnego można więc rozważyć Aignep Infinity jako element działań korygujących, szczególnie tam, gdzie istniejąca stalowa lub prowizoryczna instalacja generuje spadki ciśnienia, korozję, nieszczelności albo utrudnia bezpieczne odcięcie i serwisowanie odcinków.

Przykład HAZOP dla systemu Aignep Infinity

Załóżmy, że zakład planuje modernizację instalacji zasilającej kilka linii montażowych i rozważa zastosowanie systemu Aignep Infinity.

Ten przykład pokazuje ważną zasadę: nawet dobry system instalacyjny wymaga poprawnego projektu, montażu i eksploatacji. HAZOP nie zastępuje inżynierii, ale pomaga ją uporządkować.

HAZOP a energooszczędność pneumatyki

Sprężone powietrze jest jednym z droższych nośników energii w zakładzie. Nieszczelności, przewymiarowane ciśnienie, niepotrzebne przedmuchy i spadki ciśnienia powodują wzrost kosztów. HAZOP może więc pełnić funkcję nie tylko bezpieczeństwa, ale także optymalizacji energetycznej.

Odchylenie „więcej ciśnienia” często bywa akceptowane jako „zapas”. W praktyce wyższe ciśnienie oznacza większe zużycie energii, mocniejsze uderzenia elementów wykonawczych i szybsze zużycie podzespołów. Z kolei odchylenie „mniej przepływu” może wymuszać podnoszenie ciśnienia na sprężarce, choć właściwym rozwiązaniem byłaby modernizacja rurociągu, filtrów lub punktów poboru.

Dlatego HAZOP warto łączyć z audytem instalacji sprężonego powietrza. Wnioski z analizy mogą prowadzić do konkretnych działań:

• redukcji ciśnienia roboczego,

• usunięcia nieszczelności,

• modernizacji sieci,

• poprawy filtracji,

• skrócenia przewodów elastycznych,

• zastosowania zaworów odcinających,

• optymalizacji punktów poboru,

• separacji odbiorników krytycznych.

Kto powinien uczestniczyć w analizie HAZOP?

HAZOP jest metodą zespołową. W przypadku instalacji pneumatycznych w skład zespołu powinni wejść:

• lider / facylitator HAZOP,

• projektant instalacji,

• automatyk,

• utrzymanie ruchu,

• technolog procesu,

• operatorzy maszyn,

• specjalista BHP,

• przedstawiciel jakości,

• dostawca lub doradca techniczny pneumatyki,

• osoba odpowiedzialna za energię i media techniczne.

Obecność operatorów jest szczególnie cenna. To oni wiedzą, gdzie instalacja „nie domaga”, które szybkozłącza są awaryjne, gdzie spada ciśnienie, które siłowniki pracują niestabilnie i które obejścia wykonano poza dokumentacją.

Najczęstsze błędy przy analizie HAZOP pneumatyki

Pierwszym błędem jest traktowanie pneumatyki jako systemu zbyt prostego, aby analizować go metodą HAZOP. Tymczasem nawet pozornie prosty układ może powodować poważne zagrożenia, jeżeli porusza ciężkimi elementami lub działa w strefie pracy operatora.

Drugim błędem jest brak danych. Bez informacji o przepływach, ciśnieniu, średnicach i charakterystyce odbiorników trudno ocenić realne scenariusze.

Trzecim błędem jest pomijanie jakości powietrza. Wiele awarii zaworów i siłowników wynika nie z błędów automatyki, lecz z kondensatu, oleju lub cząstek stałych.

Czwartym błędem jest brak działań po analizie. HAZOP ma sens tylko wtedy, gdy rekomendacje są przypisane do osób, terminów i priorytetów.

Piątym błędem jest nieuwzględnienie zmian. Każda rozbudowa instalacji, dodanie nowej maszyny lub zmiana profilu produkcji może wymagać ponownej oceny.

HAZOP w cyklu życia instalacji

Największą wartość HAZOP daje wtedy, gdy jest stosowany nie tylko po awarii, ale w całym cyklu życia instalacji:

• na etapie koncepcji,

• podczas projektowania,

• przed uruchomieniem,

• po modernizacji,

• po zmianie technologii,

• po poważnym incydencie,

• okresowo w ramach doskonalenia bezpieczeństwa.

W nowej instalacji HAZOP pomaga uniknąć błędów projektowych. W istniejącej instalacji pozwala wykryć słabe punkty. Po awarii ułatwia przejście od reaktywnego usuwania skutków do systemowego zarządzania ryzykiem.

Autor:
Jarosław Pospiech
Product Manager
Pneumat.

Autor:
Jarosław Pospiech
Product Manager
Pneumat.