جنبه های ایمنی و اقتصادی کارخانجات و واحدهای صنعتی به شدت به جانمایی بهینه ی آنها وابسته است. موضوع جانمایی کارخانجات فرآیندی شامل تعیین آرایش فضایی تجهیزات فرآیندی و اتصالات میان آنها روی یک زمین مشخص می باشد که از طریق بهینه کردن یک تابع هدف نسبت به قیود متعدد این امر صورت می گیرد. در این خصوص، موقعیت واحد های فرآیندی به گونه ای انتخاب می گردد که هزینه های زمین مورد نیاز و خطوط لوله متصل کننده ی هر دو واحد مجاور کاهش یابد و نیز منجر به افزایش بازدهی تولید و ایمنی واحد صنعتی گردد. شایان ذکر می باشد علاوه بر اینکه یک جانمایی بهینه ملاحظات ایمنی و اقتصادی را در نظر می گیرد می بایست فضایی را برای گسترش تجهیزات و هم چنین دسترسی آسان به آنها در آینده لحاظ کند. از دیدگاه ایمنی به منظور ایجاد یک جانمایی بهینه باید حداقل فاصله بین تجهیزات حفظ شود. ایجاد فاصله ی مناسب میان تجهیزات از طریق دسته بندی تجهیزات با مخاطرات مشابه در یک گروه صورت می پذیرد.
روشهای جانمایی تجهیزات در واحد با ملاحظات ایمنی
روش هایی متعددی به منظور جانمایی واحدهای فرآیندی موجود است که در ذیل به شرح مختصری از آنها پرداخته می شود:
- استانداردها
جانمایی واحدهای صنعتی می بایست با استفاده از حداقل فاصله تعیین شده برای استقرار تجهیزات مجاور مطابق با الزامات موجود در استاندارد باشد.
- ارزیابی پیامد
در این روش اثرات بالقوه رهایش ناگهانی انرژی بر تجهیزات مجاور بدون در نظر گرفتن احتمال رخداد انرژی آزاد شده ارزیابی می شود. در واقع ارزیابی پیامد اثرات پیامدهای رویداد را در نظر می گیرد ولی تکرارپذیری رویدادها را در نظر نمی گیرد.
- ارزیابی ریسک
این روش نه تنها داده های حاصل از ارزیابی پیامد را در نظر می گیرد بلکه تکرارپذیری و احتمال تماس مواد پرمخاطره را با تجهیزات فرآیندی نیز در نظر می گیرد. در واقع یک ارزیابی کمی ریسک است که مقادیر عددی را برای تکرارپذیری و شدت رویدادها لحاظ می کند. هم چنین سطح ریسک قابل تحمل قبل از انجام ارزیابی کمی ریسک باید تعیین شود.
اهمیت جانمایی در تولید واحدهای شیمیایی
هدف اصلی از جانمایی کارخانه افزایش تولید و بهره وری می باشد. به منظور پیشگیری یا کاهش خطر آسیب دیدگی در محل کار، بیماری و مرگ ایمنی تولید از اهمیت بسیاری برخوردار است. ایمنی یک بخش مهم و کلیدی در اقتصاد یک کارخانه می باشد به طوری که طبق مطالعات گذشته به کارگیری یک طرح ایمنی مناسب در یک واحد تولیدی، به میزان زیادی سبب افزایش قابل توجه در میزان بهره وری می شود.
واحدهای شیمیایی از تجهیزات فرآیندی متعددی تشکیل شده اند که شامل ورودی و خروجی مواد مختلف می باشند و با انجام عملیات روی مواد اولیه ورودی به کارخانه محصول نهایی قابل فروش در بازار بدست می‌آید. در طراحی هر کدام از تجهیزات فرآیندی باید اصول و قواعد حاکم بر آن عملیات را در نظر گرفت. اما پس از طراحی این تجهیزات، باید محل نصب آنها نیز در واحد تعیین گردد. جانمایی تجهیزات که یافتن محل نصب تجهیزات و لوله کشی های لازم برای عملکرد یک طرح شیمیایی یا هر طرح صنعتی دیگری می باشد از مسائلی است که از عوامل متعددی مانند اقتصاد طرح, بهره برداری, عملیات و نگهداری تجهیزات و به خصوص ایمنی در واحد شیمیایی تاثیر می پذیرد.
حداقل فاصله ایمنی (Minimum safe separation distances)
از نقطه نظر ایمنی، جانمایی یک کارخانه بیشتر تحت تاثیر رعایت حداقل فاصله ایمنی به منظور عملیات ایمن تجهیزات و تاسیسات است. جداسازی مناسب معمولا به صورت کنار هم قرار دادن تجهیزات با خطر مشابه در کنار یکدیگر انجام می شود. این فاصله مناسب اغلب با بخش کردن یک کارخانه به چندین بلوک فرآیندی با خطرات مشابه نظیر واحدهای فرآیندی، محوطه مخازن(Tank Farm)، عملیات بارگیری و تخلیه، واحد تصفیه و واحد آب و برق و بخار (utility) به دست می آید. این رویکرد سبب کاهش تلفات ناشی از رویدادهای فاجعه آمیز می گردد. اما فاصله بین تجهیزات و دستگاه های تولیدی محدود بوده و افزایش زیاد فاصله بین تجهیزات سبب افزایش هزینه های ساخت و همچنین هزینه های بهره برداری می شود. اگر در آینده توسعه کارخانه مدنظر باشد، باید فاصله اولیه بیشتری بین تجهیزات و همچنین دستگاه های حفاظتی در نظر گرفته شود که در صورت لزوم در آینده بتوان تجهیزات اضافی و جدید را در سیستم نصب نمود. بنابر این ضروری است که حداقل فاصله بین تجهیزات را به گونه ای تعیین نمود که هزینه ها در بهینه سازی جانمایی تجهیزات حداقل شود.
تکنیک‌های طراحی جانمایی
چندین روش به منظور طراحی یک جانمایی مناسب موجود میباشد. برخی از این روشها معمولاً بیشتر تحلیلی می‌باشند تا اینکه استنتاجی باشند، برخی از روشها نیز هر دوی این عناصر را دارند. این روشها به شرح زیر می‌باشند:
- طبقهبندی، ارزش‌گذاری و رتبه‌بندی
- آزمایشات و بررسی‌های حیاتی
- ارزیابی مخاطرات
- بهینه‌سازی اقتصادی
1-1- طبقهبندی، ارزش‌گذاری و رتبه‌بندی
چندین روش طبقهبندی، ارزش‌گذاری و رتبه‌بندی موجود میباشد که در طراحی جانمایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. روشهای اصلی که برای طبقهبندی مورد استفاده قرار می‌گیرند به شرح زیر می‌باشند:
- طبقهبندی مناطق خطرناک
- طبقهبندی ذخیره‌سازی
- طبقهبندی تأسیسات آتش‌نشانی
1-1-1- طبقهبندی مناطق خطرناک
جانمایی کارخانه نقش مهمی در پیشگیری از اشتعال ناشی از رهایش مواد قابل اشتعال ایفا میکند. این جنبه از جانمایی تحت عنوان “طبقهبندی مناطق” مطرح میگردد. فرآیند طبقهبندی مناطق خطرناک شامل تخصیص مناطق سایت به چهار گروه زیر میباشد:
زون صفر: اتمسفر قابل اشتعال به صورت پیوسته و برای مدت زمان زیادی حضور دارد.
زون یک: احتمال حضور اتمسفر قابل اشتعال برای مدت زمان کوتاهی در شرایط عادی عملیاتی وجود دارد.
زون 2: احتمال حضور اتمسفر قابل اشتعال در شرایط عادی عملیاتی وجود ندارد یا اگر وجود دارد برای مدت زمان کوتاهی است.
اگر ناحیه‌ای در هیچکدام از زون‌های صفر، یک و دو طبقهبندی نگردد، ایمن است. هدف از طبقهبندی نواحی خطرناک به حداقل رساندن احتمال اشتعال نشتیهای کوچک میباشد. از آنجا که تعیین اندازه، تکرارپذیری و مدت نشتی به طور کامل دشوار میباشد، رتبه‌های زیر برای نشتی مشخص میشود:
- رتبه پیوسته: رهایش به صورت پیوسته یا تقریباً پیوسته میباشد.
- رتبه اولیه: احتمال رهایش به صورت منظم و یا به دفعات تصادفی حین عملیات عادی وجود دارد.
- رتبه ثانویه: احتمال رهایش در عملیات عادی وجود ندارد و در هر رویداد مدت زمان آن محدود است.
طبقهبندی مواد خطرناک همراه با شناسایی منابع خطر، نقاط دارای پتانسیل نشتی و منابع جرقهزن ادامه می‌یابد. به طور نمونه نقاط نشتی شامل فلنج‌ها، نقاط نمونه‌گیری، آ‌ببندیها و اتصالات موقت می باشند؛ منابع جرقهزن به عنوان نمونه شامل موتورهای الکتریکی، کوره‌ها، موتورهای بنزینی و خودروها میباشد. سه استراتژی اصلی برای کنترل منابع جرقهزن موجود میباشد: پیشگیری، جداسازی و حفاظت. رویکرد طبقهبندی مناطق خطرناک براساس این استراتژ‌ی‌ها بدین صورت میباشد: ابتدا، منابع بالقوه نشتی شناسایی میشوند. مشخصات نشتی برای راه‌اندازی، توقف، شرایط اضطراری و همچنین عملیات عادی تعیین میشود، و به هر نشتی یک رتبه اختصاص داده میشود. برای هر نقطه نشتی، تمهیداتی به منظور کاهش و حذف نشتی در نظر گرفته میشود. سپس منابع جرقهزن نزدیک هر نقطه نشتی شناسایی میشود. و برای هر منبع جرقهزن به ترتیب تمهیداتی به منظور حذف یا انتقال در نظر گرفته میشود. در غیر این صورت هر زون مشخص میگردد و حفاظت مناسب از منبع جرقزن تعیین میگردد. کنترل منابع جرقهزن سبب کاهش ریسک آسیب به پرسنل و دارایی میگردد. بنابراین، طبقهبندی مناطق خطرناک مبنایی برای کنترل منابع جرقهزن هم در مرحله طراحی و هم در مرحله بهره‌برداری میباشد.