Bilgiseller / Risk analizi yöntemleri
Geri dönüş devrelerinde HAZOP: bileşim sapmaları, safsızlık birikimi ve boşaltma
Özgün geri kazanım devresinde kararlı ve geçici safsızlık birikimini türetin; dengeyi, numune ve boşaltma varsayımları açık HAZOP satırlarına dönüştürün.
Bu sayfada
Bir geri dönüş devresi aynı seviyeyi ve görünüşte sağlıklı dolaşım debisini korurken bileşimi günlerce kayabilir. Geri dönüş malzemeyi geri getirir; safsızlığı bütün sistem sınırından yalnız gerçek bir çıkış uzaklaştırır. Bu nedenle HAZOP, akış şemasının yanında bileşen dengesine de ihtiyaç duyar. Önemli sapma, toplam debinin hemen görünür kaybı yerine olağan boşaltma kısıtından sonra gecikerek oluşan birikim olabilir.
Devrenin hangi malzemeyi tutmasının amaçlandığını belirtin
Bu örnekte tasarım amacı, yararlı taşıyıcıyı geri kazanırken tutulan safsızlığın dolaşan sıvı envanterinde birikmesini önlemektir. Gerçek çalışmada safsızlığın kimyasal kimliğini tanımlayın: “toplam kirlenme” uçuculuk, aşındırıcılık, katalizör etkisi veya uyumluluğu belirlemeye yetmez. Bir görevde zararsız tür, başka görevde ayırmayı veya ürün şartnamesini geçersiz kılabilir.
Michigan Üniversitesi HAZOP dersi; parametre ve kılavuz sözcüğü nedenler, sonuçlar, koruyucular ve önerilerle izleyen bir inceleme düzeni sunar. Burada seçilen parametre geri kazanım devresindeki bileşimdir. Toplam debi, boşaltma debisi, ürün saflığı ve numunenin temsil gücü bağlı nedenler veya kanıtlardır; bu bileşimin birbirinin yerine kullanılabilir ölçümleri değildir.
Geri dönüşü içine alan toplam sınırı çizin
1000 kg tam karışmış varsayımsal geri kazanım devresi envanteri düşünün. F = 100 kg/h taze beslemenin safsızlık kütle kesri xF = 0,002’dir; böylece safsızlık 0,2 kg/h hızla girer. Seçici ayırıcı, safsızlık içermeyen taşıyıcı ürün çeker. Seçici olmayan P boşaltması, envanterin x kütle kesrindeki sıvıyı uzaklaştırır. R = 200 kg/h iç geri dönüş bütünüyle denge sınırının içindedir; hat envanteri ve taşıma gecikmesi ihmal edilir.
Bu kurguda ürün çekişi F − P’ye ayarlanarak toplam envanter sabit tutulur. P = 10 kg/h iken taşıyıcı ürün 90 kg/h; P = 5 kg/h iken 95 kg/h olur. Bu envanter kontrolü varsayımı zorunludur. Boşaltma değişince ürün çekişi sabit kalırsa envanter de değişir ve aşağıdaki sabit M denklemi tek başına yeterli olmaz.
Geri dönüşü iki kez saymadan safsızlık uzaklaştırmasını türetin
LearnChemE’nin geri dönüş ve boşaltma dengeleri, ayırmayı; çıkış kolları giriş bileşimini koruyan seçici olmayan bölünmeden ayırır. Buradaki farklı, özgün yığılmış devrede safsızlık birikimi M dx/dt = F xF − P x olur. Tepkime yoktur; taşıyıcı ürün safsızlık içermez. İç geri dönüş bütün devre dengesine bir kez giriş, bir kez çıkış olarak girdiğinden terimleri birbirini götürür.
Boşaltma yüzdesinin paydası belirtilmelidir. Boşaltma ve geri dönüş aynı bölücünün kollarıysa örneğin başlangıç kesri P/(P + R) = 10/210 = 0,047619; kısıttan sonra 5/205 = 0,024390 olur. İkisi de P/F değildir. Gerçek P sabitken R’yi artırmak bu ideal toplam safsızlık uzaklaştırma hızını değiştirmez; ancak gerçek karışmayı, taşımayı ve ayırma performansını değiştirebilir.
Kararlı bileşimi ve birikim süresini hesaplayın
Sabit, pozitif P için kararlı denge xss = F xF/P, zaman sabiti ise τ = M/P verir. İlk 10 kg/h boşaltmada xss = 0,02 ve τ = 100 h olur. Bu büyüklükler farklı soruları yanıtlar: kararlı kesir son bileşimi, zaman sabiti ise bozucu etkiden sonra envanterin ona ne hızla yaklaştığını tanımlar.
Boşaltma t = 0 anında 5 kg/h değerine düşsün; başlangıç x0 = 0,02 olsun. Yeni kararlı kesir 0,04, yeni zaman sabiti 200 h olur. Dengenin çözümü, zaman saat olarak, x(t) = 0,04 − 0,02 exp(−t/200) verir. 100 h sonunda x = 0,0278694 olur. Değişmeyen seviye ve süren 200 kg/h dolaşım bu artışla çelişmez: azalan boşaltma daha az safsızlık uzaklaştırırken ek saf taşıyıcı çekişi toplam kütleyi dengeler.
Gecikmiş sonucu HAZOP zaman çizgisine yerleştirin
x = 0,03 değerini yalnız varsayımsal bileşim tarama sınırı olarak seçin. 0,03 = 0,04 − 0,02 exp(−t/200) yazılınca t = 200 ln(2) = 138,629 h bulunur. Sonuç birkaç işletme vardiyası kadar gecikir. Bu nedenle bakım sonrası kısa gözlem, yeni işletme koşulu kabul edilemez tarama sonucuna doğru ilerlediği hâlde normal bileşim gösterebilir.
Boşaltma tamamen kaybolursa model x(t) = 0,02 + 0,0002 t verir ve 0,03 değerine 50 h içinde ulaşır. Bu doğrusal yasa yalnız varsayılan saf taşıyıcı çekişi fiziksel olarak mümkünken geçerlidir. Birden büyük safsızlık kesrine uzatılmamalı veya gerçek ayırıcının yüksek kirlenmede değişmeden çalıştığına kanıt sayılmamalıdır. Fiziksel tehlike eşiği ayrı kimyasal ve ekipman kanıtı gerektirir.
Daha fazla, daha az ve başka bileşimi açıkça uygulayın
“Daha fazla safsızlık” somut zincire sahiptir: kısıtlanan boşaltma → azalan safsızlık uzaklaştırması → yükselen x → sonunda tarama sınırının aşılması. Olası nedenler tıkalı boşaltma hattı, yanlış yönlendirme, azalmış aşağı akış kapasitesi veya yanlış boşaltma oranı hesabıdır. Gerçek sistemde, yükselen her derişime “yangın” veya “patlama” eklemek yerine sonraki fiziksel sonucu gösterin.
“Daha az istenen taşıyıcı”, bu iki bileşenli modelde tamamlayıcı bileşim değişimidir; bağımsız arıza eklemeden ürün geri kazanımını etkileyebilir. “Daha az safsızlık” için burada olumsuz sonuç gösterilmemiştir; zorla tehlike üretmek yerine bu durum kaydedilmelidir. “Belirtilenden başka safsızlık”, yanlış besleme veya çapraz kirlenmeyi ele alır: aynı toplam kütle kesri farklı maddeyi temsil edebilir; skaler denge kütleyi korusa da kimyasal kabul edilebilirliği belirleyemez.
Numunenin sapmayı zamanında gösterebilmesini sınayın
t = 0’dan başlayarak her 24 h aralıkta ideal, anlık, temsil edici numune ve sabit 2 h raporlama gecikmesi varsayın. 120 h numunesi hâlâ 0,03 sınırının altındadır; 144 h anındaki sonraki numune üstündedir ve 146 h anında gelir. O sırada gerçek kesir 0,0303618’dir. Doğru laboratuvar sonucu, gerçek geçişten önce verilmesi gereken karar için yine de geç kalabilir.
Örnek erken uyarı 0,028 seçilirse model bu değeri 102,165 h anında geçer. Sonraki numune 120 h anında alınır, 122 h anında raporlanır; o sırada gerçek x = 0,0291330’dur. Bozucu etki sürerken tarama sınırına yalnız 16,629 h kalır. Bu hesaplanmış aralıktır; uygulanabilir yanıtın kanıtı değildir: doğrulama, karar, vana hareketi, güvenli uzaklaştırma ve sonraki bileşim yörüngesi de bu süreye sığmalıdır.
Hem numuneyi hem varsayılan çıkışı sorgulayın
Önceki zaman hesabı; numune yanlılığı, eski hat hacmi, analizör kayması, tespit sınırı veya kaçırılmış numune olmadığını varsayar. Taze beslemece zengin cepten alınan numune devre ortalamasını düşük gösterebilir; safsızlığın çoğu farklı fazda bulunabilir. Numune fazını, yerini, taşıma yaşını ve analitik türü belirleyin. Örneğin toplam organik madde ölçümü, hangi bileşiğin biriktiğini kendiliğinden tanımlamaz.
Benzer biçimde, boşaltma vanasına aç komutu verilmesi kütle uzaklaştırmasını kanıtlamaz. Gerçek debiyi, alıcı yerin kullanılabilirliğini ve dengeyle ilgili boşaltma bileşimini doğrulayın. Ayırıcı safsızlığı ürüne geçiriyorsa üründeki safsızlık terimi eklenmelidir; çökelme veya tepkime varsa bunları da ekleyin. Ölçülmeyen her yutağı karşılamak için P’yi ayarlayarak bulunan görünür uyum, fiziksel modelin doğrulanması değildir.
Birikim mekanizmasını ele alan eylemler seçin
Değerlendirilecek eylemler; safsızlık yüküne bağlanmış ölçülen en düşük boşaltma, temsil edici bileşim eğilimi, kalan süreye dayalı yanıt ve safsızlık girdisinin kontrollü azaltılması olabilir. Her biri kendi yan etkileriyle değerlendirilmelidir. Boşaltmayı artırmak arıtmaya daha fazla kirli malzeme gönderebilir, değerli taşıyıcıyı kaybettirebilir, envanter kontrolünü bozabilir veya aşağı akış kapasitesini aşabilir.
İdeal modelde boşaltmayı yeniden 10 kg/h yapmak son kesri tekrar 0,02’ye getirir; ancak birikmiş malzemeyi anında silmez. Toparlanma yörüngesi, düzeltme anındaki bileşimden başlar. Bu nedenle kapanış testi gerçek uzaklaştırmayı ve safsızlıktaki düşüşü, devre seçilen ölçütün hâlâ üzerindeyken işletmenin nasıl kısıtlandığını da içerecek biçimde doğrulamalıdır. Yalnız düzeltilmiş vana konumu eksik kanıttır.
Tür dengesini belgeleyin ve değişikliklerde yeniden inceleyin
IEC’nin IEC 61882 kamuya açık açıklaması, belgeleme ve takibi HAZOP prosedürüne dahil eder. Bu durum için sınır çizimini, tür tanımını, dengeyi, tutulan envanteri, varsayılan çıkışları, numune zaman çizgisini ve gerçek sonucun kanıtlarını ekleyin. Önerilen eylemleri kurulu ve gösterilmiş koruyuculardan ayırın; bu hesap bağımsız koruma katmanı kredisi atamaz.
Besleme bileşimi, ayırıcı seçiciliği, geri dönüş yönlendirmesi, boşaltma varış yeri, envanter büyüklüğü veya numune yöntemi değişince incelemeyi yenileyin. Kalıcı bulgu evrensel boşaltma yüzdesi değildir. Giren safsızlık, gerçekten çıkan safsızlık, farkı depolayan envanter ve gerekçeli bileşim sınırına ulaşılmadan önceki süre arasındaki izlenebilir ilişkidir.