Problem bezpiecznej pracy ludzkiej, ochrona życia i zdrowia człowieka oraz ochrony środowiska są postrzegane przez Unię Europejską jako podstawowe kwestie społeczne i przemysłowe. Z kolei problem bezpiecznej pracy instalacji lub maszyn jest szczególnie ważny w przypadku dużych i złożonych systemów technicznych, takich jak transport kolejowy, powietrzny, przemysły chemiczny, energetyczny albo energetyka jądrowa. Systemy te są najczęściej określane jako systemy procesowe. Proces jest zdefiniowany jako uporządkowany zbiór czynności zmieniających właściwości fizyczne lub chemiczne przedmiotów pracy. Proces razem z czynnościami pomocniczymi (np. przemieszczanie materiału) stanowią proces produkcyjny, w wyniku którego otrzymywany jest produkt.

Zespół podstawowych aparatów i urządzeń produkcyjnych, służących do przeprowadzenia procesu technologicznego, współdziałających ze sobą według określonego planu, nazywa się układem technologicznym lub ciągiem technologicznym. Ważny udział w procesie mają również urządzenia pomocnicze, służące do transportu materiałów i do ich przechowywania, a także urządzenia, za pomocą których kieruje się przebiegiem procesu. Kompletna aparatura złożona z urządzeń produkcyjnych i pomocniczych, wykonująca określony program produkcyjny nazywa się instalacją produkcyjną.

Bezpieczeństwo procesowe

Bezpieczeństwo procesowe jest to ogół zagadnień dotyczących bezpieczeństwa pracy instalacji przemysłowej w sektorze przemysłu procesowego. Wysokie temperatury i ciśnienia, palne i toksyczne materiały typowe dla tych gałęzi przemysłowych przyczyniają się do możliwości powstawania groźnych zagrożeń. Niezawodność elementów i systemów odpowiedzialnych za prowadzenie procesu wpływają na jego poprawną pracę oraz bezpieczeństwo ludzi, środowiska oraz straty materialne.

Zagrożenia istniejące w maszynach są znane i zdefiniowane. Większość zagrożeń występujących w instalacjach przemysłowych nie jest widoczna gołym okiem. Określenie stanu badanego procesu jest chwilami niemożliwe, ponieważ występują różne, mniej lub bardziej zbadane, stany przejściowe. Sytuację komplikuje ponadto wyjątkowo złożone zadanie, jakim jest określenie wielkości zdarzeń awaryjnych i oszacowanie ich skutków.

Cechą charakterystyczną przemysłu procesowego jest wymóg ciągłości procesów w przeciwieństwie do przemysłu maszynowego, w którym realizowane zadania (operacje, zabiegi) można zazwyczaj szybko przerwać. Jeśli przestoje maszyn nie są długie, straty wynikające z zatrzymania maszyny najczęściej są niewielkie, z kolei te powstałe w wyniku zatrzymania procesu – najczęściej bardzo kosztowne.

Pojęcie bezpieczeństwa procesowego i problem zapobiegania stratom wynikającym z awarii w instalacjach chemicznych, energetycznych i spożywczych pojawiło się na przełomie lat 60. i 70. w wyniku wystąpienia wielu poważnych awarii przemysłowych na terenie Europy i Stanów Zjednoczonych. Zdarzenia związane z bezpieczeństwem procesowym mogą mieć skutki katastroficzne i mogą powodować śmierć lub obrażenia pracowników na terenie zakładu oraz członków społeczności lokalnych poza jego terenem. Awarie mogą przyczynić się do znaczących zniszczeń w środowisku, na terenie zakładu lub poza zakładem.

Przykłady katastrof w przemyśle procesowym

Do najbardziej znanych katastrof przemysłu chemicznego należy katastrofa we Flixborough w Wielkiej Brytanii w lipcu 1974. Była to pierwsza katastrofa, która zapoczątkowała prace nad przepisami dotyczącymi wymagań projektowych dla przemysłu procesowego. Wybuch w fabryce pestycydów w Bhopalu, Madhya Pradesh, Indie, który miał miejsce w nocy z 2 na 3 grudnia 1984 roku, jest uważany za największą przemysłową katastrofę na świecie. W wyniku wycieku trującego gazu śmierć poniosło 3787 osób, 558125 osób zostało poszkodowanych zdrowotnie, w tym 3900 z trwałym kalectwem oraz 38478 osób z czasowym kalectwem. Katastrofa w Seveso (Włochy) miała miejsce 10 lipca 1976 r. w zakładach ICMESA, znajdujących się w Meda, na przedmieściu Seveso (20 km od Mediolanu), w których produkowano 2,3,5-trichlorofenol (TCP). Przy wyłączonym reaktorze nastąpiła gwałtowna reakcja, otworzenie się zaworu bezpieczeństwa i emisja do atmosfery około 2 ton substancji chemicznych. Około 1500 ha gęsto zaludnionego obszaru zostało skażone, ewakuowano w sierpniu 1976 roku 730 osób, około 700 mieszkańców zostało poszkodowanych w wyniku zatrucia, wiele zwierząt zginęło, tereny – licznych w tym regionie – przedsiębiorstw zostały skażone (ok. 40 zakładów), wielkie obszary zostały na wiele lat (ok. 10) skażone i wyłączone z gospodarki rolnej.

Regulacje prawne związane z procesami

Działania mające na celu ograniczanie negatywnych skutków prowadzenia działalności produkcyjnych doprowadziły do opracowania europejskich regulacji prawnych obowiązujących na terenie ówczesnej Europejskiej Wspólnoty Gospodarczej. Dokumentem tym była dyrektywa 82/501/EWG z dnia 24 czerwca 1982 roku w sprawie zagrożenia poważnymi awariami przez niektóre rodzaje działalności przemysłowej, zwana dyrektywą Seveso I. Rozwój nauki, przeprowadzone analizy i ocena skuteczności obowiązujących regulacji zaowocowały nowelizacjami tej dyrektywy (Seveso II oraz Seveso III).

W 1998 roku IEC (International Electrotechnical Commission) opracowała dokument 61508 poświęcony zagadnieniom systemów bezpieczeństwa zatytułowany „Funkcjonalne bezpieczeństwo elektrycznych/elektronicznych/programowalnych elektronicznych systemów bezpieczeństwa”. Kolejne normy związane z zagadnieniami bezpieczeństwa to IEC 61511 dotycząca procesów, IEC 61513 dotycząca energetyki jądrowej oraz IEC 62061 dotycząca produkcji i wyposażenia. 

Najważniejszą normą związaną z zagadnieniami bezpieczeństwa procesowego jest IEC 61511. Norma ta zawiera wskazania dotyczące oceny ryzyka projektowanego bądź modernizowanego zakładu oraz zasady projektowania dotyczące systemów sterujących odpowiedzialnych za bezpieczeństwo, zasady wykonania tych systemów oraz ich odbioru. Norma ta jako jeden z pierwszych dokumentów regulacyjnych dla przemysłu procesowego omawia problemy wcześniej pomijane, dotyczące zasad eksploatacji układów bezpieczeństwa. Zagadnienia te, niezwykle ważne z punktu widzenia bezpieczeństwa, dotyczą, w okresie działania zakładu, zasad testowania układów sterujących odpowiedzialnych za bezpieczeństwo pod kątem sprawdzania ich poprawności działania.
Norma omawia też zalecane działania po zaprzestaniu produkcji i na etapie utylizacji maszyn i instalacji procesowych.

Ocena ryzyka projektowanego procesu

Awarie zakładów procesowych mogą mieć skutki katastroficzne, z tego powodu zagadnienia bezpieczeństwa procesowego dotyczą bardzo wielu aspektów. Należy tutaj wymienić cykl projektowania i budowy zakładów, prowadzenie analiz ryzyka, postępowania powypadkowe, zarządzanie zmianami, testy, kontrole i serwisowanie urządzeń, procedury operacyjne i alarmowe, szkolenie personelu.

Pierwszym krokiem w kierunku zapewnienia bezpieczeństwa projektowanego lub modernizowanego zakładu przemysłowego jest jego ocena ryzyka. Istnienie wiele metod określania ryzyka. Rysunek 1 przedstawia kolejne kroki postępowania przy określaniu ryzyka projektowanego obiektu.

Jeśli z przeprowadzonej oceny wynika, że projektowany obiekt reprezentuje niedopuszczalne ryzyko, niedozwolone przez przepisy prawa, wówczas projektant ma obowiązek podjęcia działań minimalizujących istniejące bądź projektowane zagrożenia.

W przypadku podjęcia decyzji o zastosowaniu dodatkowych środków technicznych lub proceduralnych w celu minimalizacji zagrożeń kolejnym krokiem będzie określenie wymaganego poziomu niezawodności układu odpowiedzialnego za bezpieczeństwo.

Działania zapobiegawcze i powypadkowe

Wszystkie istniejące normy i przepisy związane z bezpieczeństwem mają za zadanie zmniejszenie istniejącego ryzyka, które jest nieodłącznie związane z procesami, produkcją, działaniem wyposażenia, transportem i magazynowaniem. Celem bezpieczeństwa procesowego jest niedopuszczenie do uwolnienia substancji chemicznych lub energii do środowiska pracy i środowiska naturalnego oraz ograniczenie i przeciwdziałanie skutkom tych uwolnień. Bezpieczeństwo procesowe to pewien stan wynikający z zastosowanej technologii, użytej aparatury przemysłowej oraz przyjętego systemu organizacyjnego projektowania i prowadzenia procesów. System ten ma na celu, poprzez stosowanie zasad zarządzania (planowanie, organizowanie, realizacja i kontrola) zapobiegać i ograniczać ryzyka wystąpienia awarii.

Zagadnienia bezpieczeństwa procesowego mogą być podzielone na dwa działy:

•    minimalizacja ryzyka i zagrożeń procesowych,

•    zarządzanie zagrożeniami oraz zachowania kryzysowe i powypadkowe.

Bezpieczeństwo procesowe powinno być w pierwszej kolejności nastawione na niedopuszczenie do wystąpienia zagrożeń. Ponieważ stosowane zabezpieczenia techniczne nie gwarantują pełnego bezpieczeństwa, w procesach stwarzających zagrożenia dla społeczności lokalnych wymagane jest stosowanie wielowarstwowych poziomów zabezpiecze . Jeden poziom zabezpieczeń nie daje gwarancji zapewnienia bezpieczeństwa procesowi lub personelowi, jeśli pojawia się niebezpieczny incydent. Z tego powodu bezpieczeństwo trzeba zapewnić na wielu poziomach zabezpieczeń. Jeśli pomimo zastosowanych zabezpieczeń nastąpiła katastrofa, wówczas należy rozpocząć plan zachowań awaryjnych na terenie zakładu oraz poza terenem, a także podjąć działania minimalizujące powstałe straty.

Poziomy zabezpieczeń

Pierwszy poziom zabezpieczeń jest związany z prawidłowym opracowaniem projektu planowanego procesu. Projekt procesu oraz instalacji procesowej powinien być oparty o dobrą praktykę inżynierską, czyli zgodność danego projektu oraz sposobu prowadzenia produkcji z obowiązującymi przepisami, standardami, poradnikami oraz sposobami postępowania. Dotyczy to w szczególności:

•    ustaw i rozporządzeń krajowych,

•    standardów ogólnych stosujących się do różnych branż przemysłowych,

•    standardów europejskich oraz standardów rozwiniętych krajów przemysłowych.

Na etapie projektowania, zwłaszcza przy tworzeniu projektu obiektów mogących wytworzyć poważne zagrożenia dla pracowników i ludności, należy zastosować zasady ograniczonego zaufania w odniesieniu zarówno do systemów technicznych, jak i procedur obsługowych. Jako przykłady takiego postępowania można wymienić stosowanie zwiększonych naddatków grubości materiałów konstrukcyjnych, stosownie materiałów o wyższej wytrzymałości w stosunku do wynikającej z obliczeń, itp. Należy również w projektowaniu instalacji przemysłowych przyjąć zasady bezpiecznych odległości, eliminujących efekt domino i zewnętrznych oddziaływań. Druga warstwa zabezpieczeń, często określana w literaturze jako BPCS (Basic Proces Control System), to układ sterujący oraz procedury obsługowe związane z procesem wytwórczym. Ta warstwa odpowiada za wielkość i jakość produkcji. Systemy sterujące i procedury obsługowe mają zapewnić utrzymanie parametrów technicznych (ciśnienia, temperatury, poziomów cieczy, szybkości prowadzenia procesu, itp.) na prawidłowym poziomie. Przy prawidłowym działaniu elementów aparatury przemysłowej zadanie prowadzenia poprawności procesu przez BPCS jest zapewnione.

Cały artykuł opublikowany został w nr 5/2018 magazynu Chemia Przemysłowa.