Transcript Tisdagen den 12 mars 2014, kl 1400 – 1900 Lokal: Sparta: AB B

LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA
Tentamen i Processriskanalys
Tidpunkt: Tisdagen den 12 mars 2014, kl 1400 – 1900
Lokal: Sparta: A-B
BESKRIVNING AV TENTAMEN
Tentamen består av två delar. Del 1 består av två uppgifter som löses utan
hjälpmedel. Lösningarna till del 1 lämnas in innan del 2 påbörjas.
Del 2 består av tre uppgifter som löses med hjälpmedel, d.v.s. utdelat teorimaterial såsom lärobok, övningsbok, artiklar och kopior, samt räknare, formelsamlingar och egna anteckningar.
BEDÖMNING
För varje uppgift kan erhållas 12 poäng. Maximalt kan 60 poäng erhållas
på tentamen. För godkänt betyg erfordras 30 poäng.
DEL 1 - TEORIUPPGIFTER
Uppgift 1
Definitioner och grundbegrepp
a/ När bör man göra tekniska säkerhetsgranskningar? Motivera!
(2 poäng)
b/ Vilka tre huvudmoment ingår i en teknisk säkerhetsgranskning? (2 poäng)
c/ Förklara kort begreppet redundanta system. Ange för- respektive nackdelar.
(2 poäng)
d/ Förklara de två regler som finns för att rangordna sannolikheten för olika
minimala snitt i ett felträd.
(2 poäng)
e/ Vilka förutsättningar måste gälla för att en reaktion skall kunna skena okontrollerbart?
(2 poäng)
f/ Ställ upp uttrycket för hur otillförlitligheten beror av en tidsberoende felfrekvens.
(2 poäng)
Uppgift 2
Metoder och förståelse
a/ Skissera ett fasplan för en exoterm gasfasreaktion. Ange tydliga och definierade beteckningar! Förklara också vad fasplanet kan användas till.(3 poäng)
b/ Antag att reaktionen A(aq) + B(g) −→ 2C(g) genomförs i lösningsmedlet
D i en sluten tank och helt plötsligt skenar. Beskriv kortfattat vilka mekanismer och faktorer som bestämmer sluttrycket i tanken.
(3 poäng)
c/ Förklara schematiskt arbetsgången för en HazOp-analys.
(3 poäng)
d/ Reducera följande snitt till minimala snitt (MCS):
CS1
CS2
CS3
CS4
CS5
CS6
CS7
=
=
=
=
=
=
=
1,2,5,8,9
1,1,8,9
1,2,6,6,7
2,5,8,9
3,5,8,9
3,7,8,9
1,2,7
(3 poäng)
2
DEL 2 - RÄKNEUPPGIFTER
I en tank lagras vätskeformigt svavelväte under tryck. Svavelväte är mycket
toxiskt och dessutom brännbart. Det värsta som kan inträffa är att tanken
totalkollapsar så att hela innehållet på 100 kg H2 S töms på marken. Om detta
inträffar flashas momentant en viss mängd av och bildar ett gasmoln. Resterande andel av vätskan kommer att bilda en cirkulär pöl med en diameter av
2 meter.
Det föreligger en viss sannolikhet att gasmolnet antänds och bildar ett
eldklot vid den havererade tanken. Vätskepölen antänds då automatiskt av
eldklotet.
Om eldklotet ej bildas driver molnet med vinden och kan explodera efter en
viss transportsträcka eller orsaka förgiftning av personal på plats. Vid explosionen omvandlas 10% av omsatt energi till en tryckvåg. I detta fall kan även
pölen antändas och bilda en fri vätskebrand.
Man kan förutsätta att en människa tar upp svavelväte från luften enligt ett
nollte ordningens förlopp med avseende på kroppsmassan och första ordningen
med avseende på koncentrationen, med en hastighetskonstant på k = 0.016
m3 /s.
Under rådande omständigheter är det 20 o C och det blåser 1.5 m/s. Förutsätt neutral skiktning.
Fysikaliska data Följande data gäller för svavelväte (1 cal = 4.18 J):
Kokpunkt
Vätskedensitet
Förångningsvärme
Förbränningsvärme
Värmecapacivitet (vätska)
Värmekapacivitet (gas)
Brännbarhetsområde i luft
Molmassa (H2 S)
213 K
993 kg/m3
4460 cal/mol
220 kcal/mol
10 cal/(mol K)
8.2 cal/(mol K)
4.3 - 44 vol-%
34 g/mol
Feldata Följande feldata har skattats för delstegen i haveriscenarierna:
Totalhaveri av lagringstank
Antändning av gasmoln (och pöl) vid tank
Antändning av vätskepöl vid tank
Tändkälla nedströms vinden i gasmoln
λ = 10−6 h−1
P = 10−3
P = 0.1
P = 0.01
Uppgift 3
Konstruera ett felträd för topphändelsen förbränning av svavelväte genom
eldklot, poolbrand eller explosion. Beräkna sannolikheten för topphändelsen
under en tidsperiod av 10 år med hjälp av metoden för succesiv eliminering.
Är risken acceptabel?
Konstruera ett händelseträd för samma problematik och beräkna felfrekvensen för antändning av svavelväte med hjälp av händelseträdet.
(12 poäng)
3
Uppgift 4
Beräkna mängden svavelväte som bildar ett gasmoln genom flashning. Skatta diametern på ett eventuellt eldklot samt tiden för eldklotets varaktighet.
Beräkna det säkerhetsavstånd som erfordras för att undvika första gradens
brännskador räknat från klotets centrum.
Observera att ett eldklot brinner mycket intensivare och snabbare än en fri
vätskebrand och utvecklar en mycket hög strålningseffekt. Man kan räkna med
att 20% av energiutvecklingen i ett eldklot omvandlas till strålningsvärme.
(12 poäng)
Uppgift 5
a) Antag att gasmolnet i stället exploderar på ett avstånd från tanken som
motsvarar maximal risk i samband med explosion. Beräkna picktrycket vid
tanken till följd av gasmolnsexplosionen.
b) Beräkna tiden för varaktigheten av den fria vätskebranden, samt flamhöjden av den. Gör lämpliga approximationer om så erfordras.
c) Hur lång tid tar det för gasmolnet att transporteras 200 m i vindriktningen förutsatta att det varken antänds eller exploderar? Hur stor är maximala
upptagshastigheten av svavelväte för en person som väger 80 kg och befinner
sig i denna punkt? Ange som mg H2 S/s!
(12 poäng)
4