aplicacao do-hazop-dinamico

Download Aplicacao do-hazop-dinamico

Post on 25-Jul-2015

127 views

Category:

Technology

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

1. APLICAO DO HAZOP DINMICO NAAVALIAO DE PERIGO OPERACIONAL EMUMA COLUNA DE DESTILAO DE UMAPLANTA DE SEPARAO DE ARJuliana Schmitz Guarilha Costa MatosDissertao de MestradoOrientador: Prof. Mrcio Nele de Souza, D.Sc.Co-Orientador: Prof. Paulo Fernando Ferreira Frutuoso e Melo,D.Sc.EQ/UFRJNovembro de 2009 2. APLICAO DO HAZOP DINMICO NA AVALIAO DEiiPERIGO OPERACIONAL EM UMA COLUNA DEDESTILAO DE UMA PLANTA DE SEPARAO DEARJuliana Schmitz Guarilha Costa MatosUniversidade Federal do Rio de Janeiro, MestradoOrientador: Prof. Mrcio Nele de SouzaD.Sc.Co-Orientador: Prof. Paulo Fernando Ferreira Frutuoso e MeloD.Sc.Rio de Janeiro, RJ - BrasilNovembro de 2009 3. APLICAO DO HAZOP DINMICO NA AVALIAO DEiiiPERIGO OPERACIONAL EM UMA COLUNA DEDESTILAO DE UMA PLANTA DE SEPARAO DEARJuliana Schmitz Guarilha Costa MatosDissertao de Mestrado submetida ao Corpo Docente da Escola de Qumica daUniversidade Federal do Rio de Janeiro - UFRJ, como parte dos requisitosnecessrios para a obteno do grau de Mestre em Tecnologia de ProcessosQumicos e Bioqumicos.Aprovada por:Prof. Mrcio Nele de Souza Orientador(D.Sc.)Prof. Paulo Fernando Ferreira Frutuoso e Melo Co-orientador(D.Sc.)Prof. Antonio Carlos Marques Alvim(Ph.D.)Prof. Caetano Moraes(Ph.D.)Vincius Correa Damaso(D.Sc.)Rio de Janeiro, RJ - BrasilNovembro de 2009 4. ivMatos, Juliana Schmitz Guarilha Costa.Aplicao do HazOp Dinmico na Avaliao de Perigo Operacional em uma Colunade Destilao de uma Planta de Separao de Ar / Juliana Schmitz Guarilha CostaMatos. Rio de Janeiro, 2009.xiii, 83 p.; il.Dissertao (Mestrado em Tecnologia dos Processos Qumicos e Bioqumicos) Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola de Qumica, 2009.Orientador: Mrcio Nele de SouzaCo-Orientador: Paulo Fernando Ferreira Frutuoso e Melo1. HazOp. 2. Dinmico. 3. Engenharia Qumica - Dissertao. I. Nele, Mrcio. II.Frutuoso, Paulo. III. Universidade Federal do Rio de Janeiro. Escola de Qumica. IV.HazOp Dinmico. 5. vAGRADECIMENTOSAgradeo aos meus orientadores Marcio Nele e Paulo Frutuoso por acreditarem nomeu trabalho, pela dedicao, orientao e pacincia com minhas dvidas eindisponibilidade de tempo.Agradeo ao meu marido pelo companheirismo, pacincia com as minhas ansiedadese a minha ausncia em diversos momentos. Mesmo em alguns momentos nosabendo como ajudar, com amor e muita compreenso foi crucial para a conclusodeste estudo.Gostaria tambm de agradecer ao meu amigo, chefe e tutor Cesar Nascimento, queme gerou a oportunidade de desenvolver este trabalho, pelos ensinamentos,incentivos e tempo para discutir as diversas vezes que o consultei para debatermosminhas dvidas.Aos amigos da White Martins, em especial Ana Melo, Fernanda Cunha, VivianSalgado, Julio Neto e Guilherme Abreu, agradeo pela grande ajuda na elaborao dadissertao me auxiliando no desenvolvimento das simulaes e me fornecendoinformaes importantes para a finalizao do estudo.Por fim, agradeo aos meus pais e irmos pelo apoio e por sempre terem acreditadono meu potencial. minha sobrinha e afilhada por ter compreendido as inmerasvezes que no pude lhe dar a ateno especial que merecia. Obrigada aos meussogros e cunhados por tambm me apoiarem, alm da grande ajuda com aexperincia que possuem na rea acadmica. 6. Matos, Juliana Schmitz Guarilha Costa. Aplicao do HazOp Dinmico naAvaliao de Perigo Operacional em uma Coluna de Destilao de uma Planta deSeparao de Ar. Orientador: Prof. Mrcio Nele de Souza. Co-orientador: Prof.Paulo Fernando Ferreira Frutuoso e Melo. Rio de Janeiro: UFRJ/EQ, 2009.Dissertao (Mestrado em Tecnologia de Processos Qumicos e Bioqumicos).A dissertao abordou tcnicas de Anlise de Perigos em Plantas deSeparao de Ar com o objetivo de avaliar uma metodologia de estudodiferente do tradicional, o HazOp Dinmico. A introduo da simulaodinmica na anlise de perigos operacionais do processo visa fornecerinformaes mais precisas e confiveis do que o estudo qualitativo tradicionalde HazOp.Foi realizada inicialmente uma reviso bibliogrfica englobandohistrico, processo, aplicaes e perigos existentes na indstria de gases.Para a compreenso da importncia da anlise de perigos para a indstriaqumica, qual a metodologia proposta aplicvel, foi desenvolvido um brevehistrico dos acidentes ocorridos.Foi realizada uma reviso bibliogrfica das diversas tcnicas deanlises de perigos a fim de compreender as diferenas entre as tcnicastradicionais existentes e a metodologia proposta, que tem o objetivo de obteruma maior confiabilidade da anlise de perigos. Dessa forma, pode-se verificara real possibilidade da ocorrncia de um desvio, a magnitude dasconseqncias desse desvio, o tempo para que o pior cenrio seja alcanado,e, o mais importante, as aes que devem ser tomadas para evitar ou mitigar aocorrncia do desvio. Para tal avaliao, um estudo de caso de uma planta deseparao de ar baseado em um HazOp tradicional existente foi desenvolvidoutilizando a simulao dinmica do processo.Foram geradas curvas demonstrando a variao dos parmetrosoperacionais da unidade avaliada com relao operao da planta emcondies normais, a fim de verificar os impactos obtidos pelos desviosaplicados ao sistema.vi 7. Matos, Juliana Schmitz Guarilha Costa. Application of the Dynamic HazOp on theOperational Hazard Evaluation of an Air Separation Plant Distillation Column.Orientador: Prof. Mrcio Nele de Souza. Co-orientador: Prof. Paulo Fernando FerreiraFrutuoso e Melo. Rio de Janeiro: UFRJ/EQ, 2009. Dissertao (Mestrado emTecnologia de Processos Qumicos e Bioqumicos).The dissertation covered Hazards Analysis techniques used in AirSeparation Plants in order to analyze a study methodology different from thetraditional techniques, the Dynamic HazOp. The use of dynamic simulationwith the process hazard analysis intends to provide more accurate and trustfulinformation than the traditional HazOp, a qualitative analysis.As a starting point, a review of the existing information described inthe technical literature was performed and the industrial gases history, process,applications and existing hazards were described. For a better understandingof the hazards analysis importance for the chemical industry, for which theproposed methodology is applicable, a brief review of accidents wasdeveloped.A review of the various existing hazards analysis methods wasperformed in order to understand the differences between the traditionaltechniques and the proposed one, which intends to obtain a better hazardanalysis reliability. This allows the evaluation of the actual occurrence of adeviation, the consequences magnitude of this deviation, the time needed forthe worst case scenario to be reached, and, the most important, the action thatshould be taken in order to avoid or mitigate the occurrence of the deviation.Graphics showing the variations related to the normal operatingvalues of the working parameters of the facility studied were developed toverify the impacts of the deviations applied to the system.vii 8. viiiNDICECaptulo I Introduo 1I.1 Objetivos 1I.2 Apresentao do Trabalho 1Captulo II Plantas de Separao de Ar 3II.1 Histrico 4II.2 Processo 6II.3 Aplicaes 11II.4 Perigos 12Captulo III Histrico de Acidentes 16III.1 Histrico de Acidentes na Indstria Qumica 17III.2 Indstria de Gases 21Captulo IV Anlise de Perigos 24IV.1 Anlise Preliminar de Perigos (APP) 26IV.2 Lista de Verificao (Checklist) 27IV.3 What-if 28IV.4 FMEA 29IV.5 Anlise por rvores de Falhas 30IV.6 MHA 30IV.7 HazOp (Hazards and Operability Study) 31Captulo V HazOp Dinmico 35V.1 Estudos Anteriores 35V.2 Metodologia Proposta 37Captulo VI Estudo de Caso Aplicao a uma Planta de Separaode Ar 39VI.1 Escolha do Subsistema a ser Avaliado 39VI.2 Subsistema Selecionado: Coluna de Destilao Inferior 40 9. VI.3 Converso Hysys (esttico) Aspen (dinmico) 42VI.4 Descrio do Processo 44VI.5 Desvios Analisados 45Captulo VII Avaliao dos Resultados da Simulao 48VII.1 Aumento da Presso de F2 48VII.2 Aumento da Presso de F2 com o Aumento da Pressode Fundo e de Topo da Coluna 53VII.3 Aumento da Presso de F2 com Controles Modificados 56VII.4 Bloqueio na Corrente de Shelf 59VII.5 Variao da Taxa de Refluxo 60VII.6 Alterao das Condies Ambientais 64VII.6.1 Poluio Atmosfrica 64VII.6.2 Incndio Externo 65VII.7 Aumento das Temperaturas de F1 e F2 66Captulo VIII Concluso e Discusso dos Resultados 70VIII.1 Anlise dos Resultados 70VIII.2 Modelo Utilizado 71VIII.3 Integrao com a Anlise de Riscos 71VIII.4 Sugestes para Trabalhos Futuros 72Referncias Bibliogrficas 74Apndice A HazOp Tradicional Base 78Apndice B Categorias de Severidade e Freqncia 83ix 10. xNDICE DE FIGURASFigura II.1 Diviso do Mercado Indstrias de Gases [Denoke (2007)] ...... 6Figura II.2 Esquema Simplificado de Planta de Separao de Ar ................ 7Figura II.3 Coluna de Destilao Simples Linde [Perry (1998)] ................. 9Figura II.4 Coluna de Destilao Dupla Linde [Perry (1998)] .................. 10Figura II.5 Tringulo do Incndio ................................................................ 14Figura II.6 Taxa de Queima x Concentrao de Oxignio [EIGA (2004)] ... 15Figura III.1 Principais Acidentes na Indstria Qumica ................................ 17Figura III.2 Nmero de Acidentes/Incidentes x Material Liberado ............... 18Figura III.3 Principais Causas de Acidentes com Plantas Qumicas [Garrisonapud Crowl (2001)] .................................................................... 19Figura III.4 Total de Perdas e Nmero de Acidentes [Garrison apud Crowl(2001)] ....................................................................................... 20Figura VI.1 Coluna de Destilao Inferior Planta de Separao de Ar ..... 41Figura VII.1 Variao da Presso na Corrente de Shelf Devido ao Aumentoda Presso de F2 ...................................................................... 49Figura VII.2 Variao da Presso na Corrente de Kettle Devido ao Aumentoda Presso de F2 ...................................................................... 49Figura VII.3 Variao da Vazo de