LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA. Tentamen i Processriskanalys Tidpunkt: Fredagen den 10 mars 2009, kl Lokal: MA 9 A och B BESKRIVNING AV TENTAMEN

Transkript

1 LUNDS TEKNISKA HÖGSKOLA Tentamen i Processriskanalys Tidpunkt: Fredagen den 10 mars 2009, kl Lokal: MA 9 A och 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.

2 DEL 1 Uppgift 1 a/ Ange några faktorer som påverkar riskens storlek för en kemisk fabrik. b/ Vilka delmoment ingår i en teknisk säkerhetsgranskning? c/ Vilka förutsättningar måste gälla för att en reaktion skall kunna skena okontrollerat? d/ Förklara de två regler som finns för att eliminera överflödiga snitt (CS) så att man endast erhåller de minimala snitten (MCS) i ett felträd. e/ Suttons modell för spridning av gaser i luft förutsätter att molnet har ungefär samma densitet som luften. Vilka tre omständigheter kan leda till avvikelse från denna förutsättning? f/ Beskriv en tumregel för grovuppskattning av övre och undre brännbarhetsgränserna för en blandning av en brännbar gas och luft. Uppgift 2 a/ Vilka fyra huvudtyper av feltillstånd kan apparater övergå till? Vilka huvudtyper av feldata används för apparater? b/ Förklara begreppet fasplan och vad man kan använda det till. Illustrera grafiskt. c/ Förklara schematiskt arbetsgången för en HazOp-analys. Jämför HazOp, Dow Fire and Explosion Index och felträdsanalys med avseende på vilken typ av information dessa riskanalysmetoder ger. d/ Hur stor andel av ett bränsle kan maximalt delta i en gasmolnsbrand enligt tumregel? Rita upp det principiella utseendet för en tryckvåg som funktion av tiden vid en gasmolnsexplosion. Var är tryckvågens hastighet störst? Varför? 2

3 DEL 2 Uppgift 3 Bonden Tore Toxin har blivit en riktig hejare på felträdsanalys. Han klarade sig undan toxiska utsläpp men det gick värre när man skulle borra en tågtunnel. Kossorna skulle ha blivit förgiftade av tätningsmedlet enligt Tores felträdsanalys så så han sålde kossorna och slog sig in på grisuppfödning. Tore planerar att installera en biogasanläggning som drivs med svingödsel. Matningen av gödsel sker kontinuerligt till en värmeväxlad tankreaktor. Den producerade biogasen leds till en begagnad Fiatmotor som levererar el till grisstallarna för belysning och uppvärmning. Ett haveri som leder till ett längre strömavbrott innebär kris. De händelser som kan leda till haveri ges i tabellen nedan. Fiatmotorn havererar (ingen el) Läckande gasledning (ingen gas) Värmeväxlaren läcker (ingen gasproduktion) Bildning av svämtäcke (för liten gasproduktion) λ = h 1 λ = h 1 λ = h 1 λ = h 1 Tore har också en backup genom det allmänna elnätet. Om biogasanläggningen havererar så kopplas det lokala elnätet in. Erfarenheterna från senare årst stormar (Gudrun och Per) visar att det som medelvärde över ett år är en sannolikhet av P = att en storm slår till med strömavbrott som följd. Konstruera ett felträd för ett längre strömavbrott och uppskatta sannolikheten för detta under en tioårsperiod genom successiv eliminering. Fastlägg även de minimala snitten (MCS) för felträdet. Rangordna snitten, dels enligt tumregler och dels enligt beräkning med siffror. (12 poäng) Uppgift 4 Betrakta en stökiometrisk blandning av vätgas och luft som förvaras i en sluten tank vid 20 o C och 2.3 bar. Gasblandningen läcker ut via ett rör till omgivningen och antänds, varvid flash back omedelbart inträffar. För gasen gäller att ν = m 2 /s och κ r = 1.2. a) Skatta så noggrannt som möjligt maxtrycket i tanken om gasblandningen deflagrerar respektive detonerar. Beräkna den tankstorlek för vilken maxtrycket vid en deflagration uppnås efter tidigast 0.1 sekund. (8 poäng) b) Antag att gasen läcker ut genom röret med ett flöde av 10 2 m 3 /s. Beräkna det intervall för rördiametern inom vilket flash back garanterat sker i det turbulenta området, under antagande att omslag mellan laminärt och turbulent flöde sker vid Re = (4 poäng) 3

4 Uppgift 5 Ett spill av 1 m 3 bensen har runnit ut på ett cirkulärt område av 10 m 2. Vid den aktuella tidpunkten råder det normal skiktning, 20 o C och det blåser 2 m/s. Brännbarhetsområdet för bensen är 1-8 vol-% i luft. a) Bensenen antänds och en poolbrand uppstår. Vid branden omsätts en mängd motsvarande 1,5 vikt-% av benseninnehållet till en toxisk produkt som tas upp av kroppen med en hastighet som är av första ordningen med avseende på kroppsmassan och första ordningen med avseende på koncentrationen. Hastighetskonstanten är k = m 3 s 1 kg 1 och enligt standardverk är LD LO = 20 mg/kg. Det toxiska molnet bildar en plym i vindriktningen. Betrakta utsläppet och upptaget i markplanet och bortse från densitetsskillnaden till följd av att plymen är varm. Hur närma brandhärden måste man stå räknat i vindriktningen för att ta upp en dödlig dos av det toxiska ämnet? (8 poäng) b) Antag att bensenen inte antänds utan förångas och bildar en plym. Fastlägg det område i vindriktningen och markplanet där halten bensen varierar från 1 till 5 ppm. Ange med relevanta siffror och en schematisk skiss. (4 poäng) 4

5 HANDLEDNING TILL TENTA MARS 2009 Uppgift 3 Enkelt felträd, med en eller grind och en och grind i sin enklaste utformning. Z topp = h 1 samt P = Fyra minimala snitt, MCS1=1,2, MCS2=1,3, MCS3=1,4 och MCS4=1,5. Gäller för följande noteringar: 1 = storm, 2 = motor, 3 = gasledning, 4 = VVX och 5 = svämtäcke. Rangordningen enligt tumregler blir MCS1 och MCS 4 > MCS2 och MCS3, men enligt beräkning MCS1> MCS3> MCS4> MCS2. UPPGIFT 4 a) Omkring 16.5 bar (18.4 bar genväg) respektive 41 bar (46 bar genväg). Tankstorlek 8.4 m 3. b) Två villkor ger intervallet; villkoret för turbulent flöde (Re = 2300) samt villkoret för flash back (Ekv 7.69, men med < i stället för >, läs texten noga). Resultat: < d < 0.37 m. UPPGIFT 5 a) Beräkna förbränningshastigheten (Ekv. 7.58), vilket ger källstyrkan (Q) genom lämplig omvandling med geometrier, enheter och densitet (måste tas fram från tabell). Beräkna tiden (Ekv. 7.61). Ställ upp uttrycket för dosen (D) och lös ut Xi (250 mg/m 3 ). Beräkna x = 47.7 m (Ekv. 7.52). (Kommentar: om man inser från ekvationerna att Xi är prop. mot 1/t, t är prop. mot 1/ny samt att Q är prop. mot ny så blir kvoten Q/Xi i Ekv oberoende av ny, vilket leder till en genväg; man behöver inte beräkna förbränningshastigheten). b) Förångning av flyktig vätska, beräkna partialtrycket av bensen (se Omniboken), massöverföringskoefficienten (se boken). Q = N A *A = mol/s. Exempelvis x = 203 m för 5 ppm och 510 m för 1 ppm, samt y = 26 m. Försök rita lämplig figur.