Application of ROA on complex systems : ISOM unit of BP Texas City refinery

The process industry includes chemical plants of all categories, oil refineries and petrochemical plants, consisting of complex structures that deal with a wide range of reactive, flammable and/or toxic substances, for this reason, it is considered an intrinsically dangerous production sector, that requires careful risk assessment to prevent undesirable events, such as the incident at BP refinery in Texas city, Texas in 2005, 5, that killed 15 workers and injured about 180. According to the report of Chemical Safety Board (CSB), one of the major associations dedicated to accidents reconstruction and analysis, the explosion was the result of a sudden release of flammable liquid and vapor from an open vent stack in the refinery’s isomerization (ISOM) unit. The aim of this thesis is to carry out a probability analysis on the isomerization plant that had the function of separating light and heavy components, along with converting pentane and hexane into isopentane and isohexane from the Aromatics Recovery Unit (ARU). The technique used is that of Recursive Operability Analysis + with Incidental Sequence Diagrams both for the start-up phase and for the normal operation condition of plant. In the second case, an open-source simulator (COCO simulator) was used to study the correlation between deviations and consequences. Most information related to the site and on ISOM unit, such as equipment, process operation and procedures have been retrieved from the report of the Chemical Safety Board, the well-known report from Mogford and additional scientific literature. In some case, it was necessary to perform some aprioristic assumptions, in order to build the P&ID of the plant and set the basis of the analysis. After this data collection, it was possible to recover the primary events by performing a Failure Mode and Effects Analysis (FMEA) table, which serves as a database for the identification of faults of each component, to be included within ROA analysis. Finally, the Fault Trees (FTs) were built and solved analytically through the OpenFTA 1.0. open-source software. The analysis identified seven Top Events, for which different fault trees were built, highlighting an excessive dependence from human operations.

L’industria di processo comprende impianti chimici di ogni tipo, come raffinerie e impianti petrolchimici, costituiti da strutture complesse che trattano una vasta gamma di sostanze reattive, infiammabili e/o tossiche. Per questo motivo è considerato un settore produttivo particolarmente rischioso che necessita di una attenta valutazione dei rischi. L’incidente avvenuto nella raffineria BP in Texas city nel 2005, con la morte di 15 lavoratori e oltre 180 feriti, è una tragica rappresentazione dei potenziali danni che può arrecare l’industria petrolifera. Secondo il report della Chemical Safety Board (CSB), uno degli enti maggiori negli Stati Uniti dediti alla ricostruzione di eventi incidentali, l’esplosione fu causata dal rilascio di liquido e vapore infiammabile dal blowdown situato nell’impianto di isomerizzazione. L’obiettivo di questo elaborato consiste nell’effettuare una analisi di probabilità sull’impianto di isomerizzazione che aveva la funzione di separare frazioni leggeri e pesanti del raffinato proveniente dall’unità di recupero degli aromatici. La tecnica utilizzata è quella dell’analisi di operabilità ricorsiva + con i Diagrammi di Sequenza Incidentali sia per la fase di avviamento, sia per il funzionamento normale dell’impianto. Nel secondo caso, per studiare la correlazione tra le deviazioni e le conseguenze, è stato utilizzato un simulatore opensource (COCO). Alcune informazioni relative al sito e all’impianto, come le apparecchiature, il funzionamento del processo e le procedure sono state recuperate al report del Chemical Safety Board, della nota ricostruzione eseguita storicamente da Mogford report e da ulteriore letteratura scientifica. In alcuni casi, per poter costruire il P&ID dell’impianto ed impostare le basi dell’analisi è stato necessario ricorrere ad assunzioni aprioristiche. Effettuata questa raccolta dei dati, è stato possibile recuperare gli eventi primari tramite l’esecuzione di una analisi FMEA (Failure Mode and Effects Analysis), che funge da database per l’identificazione dei gusti, da inserire all’interno dell’analisi AOR. Infine, sono stati costruiti gli Alberi dei Gusti e risolti analiticamente tramite il software OpenFTA 1.0. opensource. Dall’analisi sono stati individuati sette Top Events, per i quali sono stati costruiti e risolti i relativi alberi dei gusti. Dall’analisi è emersa una eccessiva dipendenza dell’impianto da procedure manuali.