Development of the functional safety system in primary oil refining

• Autorzy: Agayev Farid H. , Mehdiyeva Almaz M. , Gafarov Qadir A. , Bakhshaliyeva Sevinj V. , Shirinzade Natella V.

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2024.07.05

Warianty tytułu

PL

Projektowanie systemu bezpieczeństwa funkcjonalnego w procesie rafinacji ropy naftowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The main objective of this work is to design a Functional Safety System based on a control and measuring devices that ensures the safe and highly efficiency operation of the hydrogen production facility and complies with IEC61508, IEC61511, and IEC60812 international functional safety standards. Providing the proposed project with economically efficient hardware and software is a sub-goal of the work. The objectives set for the designed system have been achieved as follows. The designed Functional Safety Circuits automatically bring the system into a safe state when parameters approach the emergency threshold or in the event of an emergency process violation. They also activate light and sound warning alarms indicating the current condition in the hydrogen production unit. This minimizes the risk of human casualties and environmental damage. As a result of the research, it is suggested that the pressure swing adsorption section of the hydrogen production unit, based on control and measuring devices with functional safety circuits, can operate safely and with higher productivity (producing H2 gas with a purity of 99.9%, lower carbon emissions) and with enhanced reliability. In the pressure swing adsorption unit, two different functional safety circuits have been implemented. These circuits prevent explosive accidents that could result in human casualties and long-term environmental impact. They work independently of the technology process automation control system to mitigate the consequences of such events. With the proper selection of equipment, the frequency of unplanned and planned maintenance work by engineering and technical staff is reduced, ensuring comfortable operation of the equipment. The proposed control and measuring devices-based Functional Safety Circuits prevent system stops based on safe fault signals by applying SIL2 and SIL3 equipment.

PL

Głównym celem niniejszej pracy jest zaprojektowanie systemu bezpieczeństwa funkcjonalnego opartego na urządzeniach kontrolno-pomiarowych, który zapewni bezpieczną i wysoce wydajną pracę instalacji do produkcji wodoru i będzie zgodny z międzynarodowymi normami bezpieczeństwa funkcjonalnego IEC61508, IEC61511 i IEC60812. Podrzędnym celem pracy jest zaopatrzenie proponowanego projektu w ekonomicznie wydajny sprzęt i oprogramowanie. Cele wyznaczone dla zaprojektowanego systemu zostały osiągnięte w następujący sposób. Zaprojektowane obwody bezpieczeństwa funkcjonalnego automatycznie wprowadzają system w stan bezpieczny, gdy parametry zbliżają się do progu awaryjnego lub w przypadku naruszenia procesu awaryjnego. Aktywują one również świetlne i dźwiękowe alarmy ostrzegawcze wskazujące aktualny stan w instalacji do produkcji wodoru. Minimalizuje to ryzyko ofiar w ludziach i szkód środowiskowych. Wyniki badań wskazują, że sekcja adsorpcji zmiennociśnieniowej instalacji do produkcji wodoru, oparta na urządzeniach kontrolno-pomiarowych z funkcjonalnymi obwodami bezpieczeństwa, może działać bezpiecznie i z wyższą wydajnością (wytwarzanie gazu H2 o czystości 99,9%, niższa emisja dwutlenku węgla) oraz ze zwiększoną niezawodnością. W instalacji adsorpcji zmiennociśnieniowej zastosowano dwa różne funkcjonalne obwody bezpieczeństwa zapobiegające wybuchom, które mogłyby skutkować ofiarami w ludziach i długoterminowym wpływem na środowisko. Działają one niezależnie od systemu sterowania automatyzacją procesu technologicznego, łagodząc skutki takich zdarzeń. Dzięki odpowiedniemu doborowi urządzeń ograniczona zostaje częstotliwość nieplanowanych i planowanych prac konserwacyjnych wykonywanych przez personel inżynieryjno-techniczny, co zapewnia komfortową eksploatację urządzeń. Zaproponowane obwody bezpieczeństwa funkcjonalnego oparte na urządzeniach kontrolno-pomiarowych zapobiegają zatrzymaniu systemu na podstawie bezpiecznych sygnałów błędów poprzez zastosowanie urządzeń z zabezpieczeniami o poziomach SIL2 i SIL3.

Słowa kluczowe

EN

functional safety; oil refining; technological process; hydrogen; automation

PL

bezpieczeństwo funkcjonalne; rafinacja ropy naftowej; proces technologiczny; wodór; automatyzacja

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 80, nr 7
• Strony: 434--441
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys.

Twórcy

autor

Agayev Farid H.

• Azerbaijan State Oil and Industry University

autor

Mehdiyeva Almaz M.

• Azerbaijan State Oil and Industry University

autor

Gafarov Qadir A.

• Azerbaijan State Oil and Industry University

autor

Bakhshaliyeva Sevinj V.

• Azerbaijan State Oil and Industry University

autor

Shirinzade Natella V.

• Technip Energies Italy S.p.A.

Bibliografia

• Brau J.-F., 2013. Production of Hydrogen for Oil Refining by Thermal Gasification of Biomass: Process Design, Integration and Evaluation. Chalmers University of Technology, Göteborg. DOI: 10.13140/RG.2.1.2599.6402.
• Centre for Chemical Process Safety (CCPS), 2010. Guidelines for Safe Process Operations and Maintenance. John Wiley & Sons Inc., New York.
• Chen W.-H., Lu Ch.-Y., Tran K.-Q., Lin Y.-L., Naqvi S.R., 2020. A new design of catalytic tube reactor for hydrogen production from ethanol steam reforming. Fuel, 281, 118746. DOI 10.1016/j.fuel.2020.118746.
• Cruz-Campa H.J., Cruz-Gómez M.J., 2010: Determine sis and SIL using HAZOPS. Process Safety Progress, 29(1): 22–31. DOI:10.1002/prs.10293.
• da Cruz F.E., de Oliveira Junior S., 2008. Petroleum Refinery Hydrogen Production Unit: Exergy and Production Cost Evaluation. Chalmers University of Technology, Göteborg. International Journal of Thermodynamics, 11(4). DOI: 10.5541/ijot.227.
• Goble W.M., 2010. Control Systems Safety Evaluation & Reliability. 3rd Edition. International Society of Automation.
• Great Britain. Health and Safety Executive, Out of Control, 2003. Why control systems go wrong and how to prevent failure. HSE Books.
• Hauge S., Håbrekke S., Lundteigen M.A., 2010. Reliability Prediction Method for Safety Instrumented Systems – PDS Example collection. SINTEF Technology and Society, Norway.
• Hyatt N., 2003. Guidelines for Process Hazards Analysis (PHA, HAZOP), Hazards Identification, and Risk Analysis. 1st Edition. CRC Press LLC.
• IEC 60812, Analysis techniques for system reliability-Procedure for failure modes and effects analysis (FMEA).
• Kuo W., 2000. Optimal reliability design: fundamentals and applications. Cambridge University Press.
• Mehdiyeva A.M., 2023. Types of accidents, their causes and prevention measures. Actual problems of modern science. Proceedings of the IV International Scientific and Practical Conference, Boston, USA, 441–444.
• Mehdiyeva A.M., Quliyeva S.V., 2022. Control mechanism to manage quality of energy conversions. Science. Engineering. Technology. Polytechnical bulletin, JSC “Publishing house-South”, 1: 19–24.
• Mehdiyeva A.M., Sardarova I.Z., Quliyeva S.V., 2022. Methods for Increasing Accuracy in the Process of Information Exchange and Processing. Novel Research Aspects in Mathematical and Computer Science. BP International, 4(11): 108–122.
• Nolan D.P., 2014. Handbook of fire and explosion protection engineering principles: for oil, gas, chemical and related facilities.3rd Edition. William Andrew.
• Penelas A. de J., Pires J.C.M., 2021. HAZOP Analysis in Terms of Safety Operations Processes for Oil Production Units: A Case Study. Applied Sciences, 11(21): 10210. DOI: 10.3390/app112110210.
• Pulster E.L., 2015. Assessment of Public Health Risks Associated with Petrochemical Emissions Surrounding an Oil Refinery. USF Tampa Graduate Theses and Dissertations.
• Ramachandran R., Menon R.K., 1998. An overview of industrial uses of hydrogen. International Journal of Hydrogen Energy, 23(7):593–598. DOI: 10.1016/S0360-3199(97)00112-2.
• Rausand M., 2005. Preliminary hazard analysis. Norwegian University of Science and Technology.
• Rausand M., 2011. Risk Assessment Theory, Methods, and Applications. 1st Edition. Wiley & Sons, Inc., New York.
• Smith D.J., 2011. Reliability, Maintainability and Risk: Practical Methods for Engineers including Reliability Centred Maintenance and Safety-Related Systems. 8th Edition. Butterworht-Heinemann.
• Stinn M., Vance J., 2018. Selecting valves for pressure swing adsorption. Revamps, 31–35.
• Thomson J., 2013. Refineries and Associated Plant: Three Accident Case Studies. Safety in Engineering Ltd, New York.
• Walters N., Ross B., 2011. Predicting and mitigating the risk of catastrophic incidents. A Hart Energy Publication, USA.
• Wilson J.S. (ed.), 2005. Sensor Technology Handbook. Elsevier Inc.DOI: 10.1016/B978-0-7506-7729-5.X5040-X.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).