أنظمة الإيقاف الطارئ (ESD) وأقفال السلامة في محطات LPG

في عمليات تعبئة وتفريغ LPG، تعتمد السلامة على سؤالين: ما الشروط التي يجب ألا تبدأ عملية النقل قبل استيفائها، وما مدى السرعة ومن أي نقاط يجب قطع تدفق السائل والبخار عند حدوث حالة غير طبيعية؟ تجيب أقفال السلامة، أي سلسلة السماح (permissive)، عن السؤال الأول: لا تعمل المضخة أو الضاغط قبل التحقق من شروط مثل التأريض، ووضع المركبة وذراع التحميل، وصحة التوصيلات. أما السؤال الثاني فتجيب عنه منظومة الإيقاف الطارئ (ESD): إذ تغلق صمامات الإغلاق الطارئ القريبة من وصلة الصهريج، وتوقف المضخة والضاغط، وتسجل الحدث. أما الوظائف التي يجب تصميمها وبأي مستوى من الموثوقية، فيتم تحديدها في كل مشروع من خلال تقييم المخاطر.

تنبع أهمية هذه الطبقات في LPG من كون المنتج سائلاً تحت الضغط: فحتى التسرب الصغير يمكن أن يتبخر بسرعة عند وصوله إلى الضغط المحيط، وينتشر بالقرب من سطح الأرض على شكل سحابة غازية أثقل من الهواء. أما مخاطر الأسطح الباردة ودرجات الحرارة المنخفضة الخاصة بنقل LNG المبرد، فتتم معالجتها في صفحة منفصلة؛ ويركز هذا النص على نقل LPG المضغوط عند درجة حرارة المحيط.

طبقات السلامة: الصهريج، ونقطة النقل، والمنشأة

تتوزع معدات السلامة في نقطة نقل LPG على ثلاث مناطق مسؤولية، ويجب تحديد الواجهات بينها بوضوح:

• المعدات الموجودة على الصهريج: يتم تحديد الصمامات ومعدات التوصيل اللازمة للتعبئة والنقل والتفريغ الآمن لصهاريج LPG وفق معيار منفصل. الصمامات الداخلية للصهريج ونظام إغلاقها تتبع للصهريج؛ ويجب تحديد كيفية تفاعل المحطة مع هذه الصمامات في بداية المشروع.

• معدات نقطة النقل: تشمل هذه المنطقة الخرطوم أو ذراع التحميل، وقارنة الانفصال، وصمامات الإغلاق الطارئ في خطوط السائل والبخار، وصمامات التنفيس الحراري، ومراقبة التأريض، وأزرار الإيقاف الطارئ المحلية.

• أنظمة المنشأة: تكمل كواشف الغاز، ونظام اكتشاف الحريق، ونظام ESD العام للمنشأة، وصمامات الإغلاق عند مخارج خزانات التخزين سلامة نقطة النقل.

سلسلة السماح: ما يتم التحقق منه قبل بدء النقل

سلسلة السماح هي منطق يتم فيه تأكيد كل شرط بواسطة إشارة، وتتوقف عملية النقل عند فقدان أحد الشروط. ومن أمثلة شروط السماح الشائعة:

لا يتم ملء خزانات LPG بالكامل من أجل ترك مساحة لتمدد السائل عند ارتفاع درجة الحرارة؛ ويتم تحديد الحد الأقصى المسموح به للتعبئة وفق اللوائح. لذلك فإن حد الامتلاء جزء لا يتجزأ من سلسلة السماح في تعبئة LPG. ويتم توضيح المؤشر أو القياس الذي سيُعتمد عليه بالتفصيل في صفحة أنظمة تعبئة صهاريج LPG. كما أن وجود موظف بالقرب من نقطة التوصيل طوال فترة النقل يعد شرطاً تشغيلياً مطلوباً في العديد من اللوائح.

الإيقاف الطارئ: المحفزات والإجراءات الناتجة

تشمل محفزات ESD أزرار الإيقاف الطارئ المحلية والبعيدة، ومستوى الإنذار العالي لكواشف الغاز، واكتشاف الحريق، وفقدان إحدى إشارات سلسلة السماح، والضغط غير الطبيعي، وأمر ESD الصادر من النظام العام للمنشأة. وبعد التفعيل يكون تسلسل الإجراءات النموذجي كما يلي:

• إيقاف المضخة أو الضاغط

• إغلاق صمامات الإغلاق الطارئ في خطوط السائل والبخار

• إذا كان ذلك محدداً، إرسال إشارة لإغلاق صمامات مخارج خزانات التخزين والصمامات الداخلية للصهريج

• تسجيل الحدث مع الإشارة التي تسببت في التفعيل ومعلومات الوقت

• بقاء النظام في حالة قفل حتى تتم إزالة السبب وإجراء إعادة ضبط مقصودة بواسطة شخص مخول

يتم اختيار زمن إغلاق الصمامات بما يحقق توازناً يمنع حدوث صدمة ضغط داخل الخط، وفي الوقت نفسه يحد من كمية التسرب. ونظراً لأن LPG السائل المحصور بين صمامين مغلقين بعد الإغلاق الطارئ سيولد ضغطاً عند ارتفاع درجة حرارته، فيجب حماية هذه الأجزاء بواسطة صمامات تنفيس حراري.

موقع قارنات الانفصال وصمامات الإغلاق الطارئ

يعد تحرك المركبة أثناء بقاء وصلة الصهريج مفتوحة أحد أخطر السيناريوهات في نقل LPG. قارنة الانفصال هي عنصر ينفصل عند قوة شد محددة ويغلق كلا الجانبين، ما يمنع تمزق الخرطوم أو ذراع التحميل؛ ويتم تقييمها بشكل منفصل لكل من خط السائل وخط البخار. أما صمامات الإغلاق الطارئ فتوضع في خط السائل بالقرب من وصلة الخرطوم بطريقة تسمح بإغلاقها عن بعد؛ وتشترط بعض اللوائح بشكل صريح وجود صمام إغلاق يمكن التحكم فيه عن بعد، أو صمام منع رجوع، أو صمام تدفق زائد في هذه النقطة. وكلما كان الصمام أقرب إلى نقطة التوصيل، قلت كمية المنتج التي يمكن أن تتحرر في حالة الانفصال أو التسرب.

العلاقة بين اكتشاف الغاز وESD

نظراً لأن بخار LPG أثقل من الهواء، توضع كواشف الغاز في النقاط المنخفضة التي يمكن أن يتجمع فيها التسرب وبالقرب من نقطة النقل. ويتم تحديد عدد الكواشف ومواقعها بناءً على تصنيف المناطق الخطرة ومصادر التسرب المحتملة. وعادة ما يستخدم مستويان في منطق الكشف: المستوى الأول للإنذار وتحذير المشغل، والمستوى الثاني لتفعيل ESD تلقائياً. ويساعد استخدام عدة كواشف وفق منطق تصويت في تقليل حالات التوقف غير الضرورية الناتجة عن عطل كاشف واحد. وتكون مستويات الإنذار وهيكل التصويت خاصة بالمشروع ويتم تحديدها مع تقييم المخاطر. كما يتم اختيار طريقة حماية المعدات الكهربائية في نقطة النقل وفق التصنيف نفسه؛ ولا تلغي وثائق الأجهزة الفردية ضرورة تقييم الحزمة التي تجمع هذه الأجهزة كوحدة متكاملة.

كيف يتم تحديد مستوى الموثوقية (SIL)؟

ليس من الضروري تصميم كل وظيفة سلامة بمستوى تكامل سلامة محدد (SIL)؛ ويتم تحديد ما إذا كانت الوظيفة ستُعامل كنظام أجهزة سلامة، وما المستوى المطلوب لها، بناءً على تقييم المخاطر الذي يتم ضمن دورة الحياة المحددة في معايير السلامة الوظيفية لصناعة العمليات. وقد تنتج الوظيفة نفسها بمستويات مختلفة في محطتين مختلفتين. لذلك لا توجد قاعدة عامة من نوع «يجب أن يكون نظام ESD الخاص بـ LPG عند مستوى SIL محدد»؛ إذ يعتمد المستوى على تخطيط المنشأة، والمخزون، وتكرار التشغيل، وطبقات الحماية الأخرى. كما أن الاختبارات الوظيفية الدورية واختبارات إغلاق الصمامات بعد التصميم تعد جزءاً من دورة الحياة هذه.

مساهمة TLY Enerji

تقدم TLY Enerji خدمات التصميم والتوريد والهندسة لمحطات تعبئة وتفريغ صهاريج LPG؛ وتشمل مجموعة منتجاتها كواشف اللهب والغاز، وأجهزة قياس الضغط، والصمامات الصناعية. وبحسب نطاق المشروع، يمكن توفير اختيار وتوريد صمامات الإغلاق الطارئ، وأجهزة كشف الغاز، والأجهزة الخاصة بإشارات السماح، وتهيئة منطق القفل المعتمد على PLC، بالإضافة إلى دعم التركيب والاختبار والتشغيل. وتُستمد مستويات SIL الخاصة بوظائف السلامة من تقييم المخاطر الذي يجريه مالك المنشأة، ويتم تنفيذ التصميم وفق هذه المدخلات.

المدخلات اللازمة لتصميم السلامة

• تقييم مخاطر المنشأة أو مخرجات HAZOP وأهداف SIL المحددة إن وجدت

• تصنيف المناطق الخطرة ودراسة توزيع كواشف الغاز

• بنية ESD العامة للمنشأة وموقع نقطة النقل ضمن هذه البنية

• معلومات الصمامات الداخلية ومعدات التوصيل الخاصة بأنواع الصهاريج

• الطريقة التي سيتم بها التحكم في حد امتلاء الصهريج

• نظام عمل المشغلين واللوائح الوطنية الخاصة بمنشآت LPG التي سيتم تطبيقها

الصفحات ذات الصلة

• أنظمة تعبئة صهاريج LPG: حد نسبة التعبئة وطرق تحديد الكمية

• وحدات تعبئة وتفريغ LPG: دمج معدات السلامة في الحزمة مسبقة التجميع

• أنظمة ESD والسلامة المبردة: طبقات السلامة الخاصة بدرجات الحرارة المنخفضة في نقل LNG

• أنظمة التأريض ومنع الفيض: تفاصيل التحقق من التأريض وتصاريح منع الفيض

• أنظمة استرجاع بخار LPG: إدراج خط البخار أيضاً ضمن نطاق الإغلاق الطارئ

أسئلة حول ESD وأقفال LPG

ما الفرق بين القفل والإيقاف الطارئ؟

يراقب القفل الشروط اللازمة لبدء عملية النقل واستمرارها: فإذا كانت إحدى الإشارات مثل التأريض، أو وضع المركبة وذراع التحميل، أو حد الامتلاء غير متوفرة، فلن تعمل المضخة أو ستتوقف. أما الإيقاف الطارئ فيعمل عند حدوث حالة غير طبيعية، فيغلق الصمامات، ويوقف المعدات، ويبقي النظام مقفلاً حتى تتم إعادة ضبطه بشكل مقصود. ويمكن أن توجد الوظيفتان في نظام التحكم نفسه، إلا أن وظائفهما ومتطلبات الموثوقية الخاصة بهما يتم تقييمها بشكل منفصل.

هل يوجد مستوى SIL محدد إلزامي لنظام ESD الخاص بـ LPG؟

لا يوجد مستوى إلزامي عام. ويتم تحديد ما إذا كانت الوظيفة ستُصمم كنظام أجهزة سلامة، وما المستوى المطلوب، بناءً على تقييم المخاطر الخاص بالمنشأة. وتؤثر كمية المخزون، والتخطيط، وتكرار التشغيل، وطبقات الحماية الأخرى على النتيجة. كما يمكن أن تفرض اللوائح الوطنية أو المعايير المؤسسية للمنشأة متطلبات إضافية.

لماذا يجب أن يكون صمام الإغلاق الطارئ قريباً من وصلة الصهريج؟

تعتمد كمية المنتج التي يمكن أن تتسرب عند تمزق الخرطوم أو حدوث تسرب في الوصلة على حجم الخط الواقع بين نقطة التسرب وأقرب صمام مغلق. وكلما كان الصمام أقرب إلى الوصلة، كان هذا الحجم أصغر. لذلك تنص العديد من اللوائح على وضع صمام يمكن إغلاقه عن بعد في خط السائل بالقرب من وصلة الخرطوم؛ ويتم تقييم خط البخار وفق المنطق نفسه.

هل يجب أن تتوقف عملية النقل فوراً عند إنذار كاشف الغاز؟

عادة ما يتم استخدام بنية من مرحلتين: إنذار وتحذير للمشغل عند المستوى المنخفض، وإيقاف طارئ تلقائي عند المستوى المرتفع. ويساعد استخدام عدة كواشف وفق منطق تصويت في منع التوقف غير الضروري بسبب كاشف واحد معطل. ويتم تحديد مستويات الإنذار، ومواقع الكواشف، وهيكل التصويت وفق تقييم مخاطر المنشأة.

كيف تتم إعادة تشغيل النظام بعد ESD؟

بعد تفعيل ESD، يبقى النظام مقفلاً حتى يتم تحديد السبب وإزالته. ويتم تنفيذ إعادة الضبط بواسطة إجراء مقصود من شخص مخول؛ وعادة لا يُفضل إعادة التشغيل التلقائي. وقبل إعادة الضبط، يجب التحقق من حالة السائل المحصور بين الصمامات المغلقة، وسلامة التوصيلات، وعودة نظام كشف الغاز إلى القيم الطبيعية