Design optimization of storage facilities taking into account the domino effect

Storing hazardous substances is a process that entrails high risk, and in which many resources are spent in the planning of safety measures; however, safety could be included at the initial stages of the design of this type of installations, by optimizing the number of tanks that are used to store the substance. The effects and consequences of major accidents are directly proportional to the mass of materials involved in them; therefore, if the mass was divided in more containing units, the consequences at the moment of an accident occurrence would be lesser. However, as more units are used to store a dangerous substance in an installation, the risk of domino effect occurrence at the moment of an accident also increases. The objective of this paper is to develop a methodology that allows finding the optimum number of units that have to be used to store dangerous materials, taking the possibility of domino effect occurrence into account. The proposed methodology is described and applied to a case study as a decision making tool, obtaining results that demonstrate that the design of storage installations can be improved from a risk point of view, by combining quantitative risk analysis and optimization techniques.Postprint (published version

Multi-objective optimization of hazardous substance storage facilities. The decision between risks and costs associated to the project

The design storage installations for dangerous substances can be optimized from a safety and risk point of view by combining quantitative risk analysis and mathematical optimization techniques; the consequences of accidents are directly proportional to the mass involved in them, which means that in a storage installation, if the totality of the stored substance is divided into more tanks, the consequences when an accident occurs in any of the units will be less significant than if all the mass was stored in one tank (in installations where there is low possibility of domino effect occurrence). However, as more tanks are used to store the mass, the economical investment will also increase; then, a situation arises between two conflicting objectives, that can be solved through the use of multi objective optimization.Postprint (published version

Design optimization of storage terminals through the application of QRA

The storage of hazardous materials is a necessary part of the life cycle and operation of any process plant, which intrinsically entails certain hazards and dangers. The results of historical analysis reveal that 17% of major accidents in the process industry occur in storage terminals, and the NFPA of the USA reported that in 2009, 13% percent of the major fire accidents that occurred in that country took place in storage installations, causing $69,980,000 in losses. Therefore, it is clear that a methodology for the optimization of the design of storage terminals from a safety point of view could be very useful. A method that allows doing this, through the combination of Quantitative Risk Assessment, Inherently Safer Design and mathematical optimization, has been developed in this thesis. This methodology has been applied to a real life case study, obtaining results that validate it as a useful tool in the design of storage terminals

Optimización matemática aplicada al análisis de riesgos

Durante las últimas decadas, la tendencia continuada de la industria de procesos químicos, con respecto a la seguridad industrial, ha sido la de invertir grandes cantidades de dinero, con el fin de mejorar este aspecto. Esto se ha debido, en gran parte, a la ocurrencia de varios accidentes graves durante la década de 1980 (y algunos más recientemente), lo que aunado al cambio de percepción de las sociedades más prósperas hacia la industria de procesos, que es vista cada vez más como una fuente de riesgos y peligros, y no como una fuente de trabajo y riqueza, ha obligado a la continuada mejora de la seguridad industrial, con el fin de cumplir con estándares y regulaciones cada vez más estrictos y niveles de riesgo permitido cada vez más reducidos. Sin embargo, aunque la inversión en seguridad aumenta, no siempre se lleva a cabo de la mejor forma, ya que al realizarla, normalmente no se toman en cuenta los costes que posibles accidentes podrían tener sobre el proyecto. Entonces, al pensar en posibles formas de mejorar esta situación, se plantea el problema de aplicar la optimización matemática al análisis de riesgos. Teóricamente, sería posible encontrar un valor óptimo entre la inversión realizada en seguridad y el coste de los posibles accidentes, que minimizara el riesgo asociado al proyecto. Se busca demostrar que es posible optimizar el riesgo, entendido como la frecuencia de un accidente por la magnitud de sus consecuencias, asociado a un determinado proyecto, usando optimización matemática para manipular las variables de diseño del mismo. Para esto, se ha realizado una investigación bibliográfica, con el fin de adquirir conocimientos más que superficiales acerca del análisis de riesgos, la optimización matemática y la estimación de costes de las consecuencias de los posibles accidentes. También se ha planteado un modelo de optimización matemática, buscando resolver el problema propuesto, y se ha aplicado a varios casos de estudio, que involucran distintas condiciones y tipos de accidentes. Finalmente, luego de desarrollar y aplicar el modelo planteado, se concluye que sí es posible optimizar el riesgo, como se ha definido anteriormente. Este trabajo sirve como propuesta para la apertura de una nueva línea de investigación, que permita desarrollar una herramienta de optimización del riesgo para diferentes tipos de proyecto, desde las fases iniciales de su diseño

Design optimization of storage terminals through the application of QRA

The storage of hazardous materials is a necessary part of the life cycle and operation of any process plant, which intrinsically entails certain hazards and dangers. The results of historical analysis reveal that 17% of major accidents in the process industry occur in storage terminals, and the NFPA of the USA reported that in 2009, 13% percent of the major fire accidents that occurred in that country took place in storage installations, causing $69,980,000 in losses. Therefore, it is clear that a methodology for the optimization of the design of storage terminals from a safety point of view could be very useful. A method that allows doing this, through the combination of Quantitative Risk Assessment, Inherently Safer Design and mathematical optimization, has been developed in this thesis. This methodology has been applied to a real life case study, obtaining results that validate it as a useful tool in the design of storage terminals

Optimización matemática aplicada al análisis de riesgos

Durante las últimas decadas, la tendencia continuada de la industria de procesos químicos, con respecto a la seguridad industrial, ha sido la de invertir grandes cantidades de dinero, con el fin de mejorar este aspecto. Esto se ha debido, en gran parte, a la ocurrencia de varios accidentes graves durante la década de 1980 (y algunos más recientemente), lo que aunado al cambio de percepción de las sociedades más prósperas hacia la industria de procesos, que es vista cada vez más como una fuente de riesgos y peligros, y no como una fuente de trabajo y riqueza, ha obligado a la continuada mejora de la seguridad industrial, con el fin de cumplir con estándares y regulaciones cada vez más estrictos y niveles de riesgo permitido cada vez más reducidos. Sin embargo, aunque la inversión en seguridad aumenta, no siempre se lleva a cabo de la mejor forma, ya que al realizarla, normalmente no se toman en cuenta los costes que posibles accidentes podrían tener sobre el proyecto. Entonces, al pensar en posibles formas de mejorar esta situación, se plantea el problema de aplicar la optimización matemática al análisis de riesgos. Teóricamente, sería posible encontrar un valor óptimo entre la inversión realizada en seguridad y el coste de los posibles accidentes, que minimizara el riesgo asociado al proyecto. Se busca demostrar que es posible optimizar el riesgo, entendido como la frecuencia de un accidente por la magnitud de sus consecuencias, asociado a un determinado proyecto, usando optimización matemática para manipular las variables de diseño del mismo. Para esto, se ha realizado una investigación bibliográfica, con el fin de adquirir conocimientos más que superficiales acerca del análisis de riesgos, la optimización matemática y la estimación de costes de las consecuencias de los posibles accidentes. También se ha planteado un modelo de optimización matemática, buscando resolver el problema propuesto, y se ha aplicado a varios casos de estudio, que involucran distintas condiciones y tipos de accidentes. Finalmente, luego de desarrollar y aplicar el modelo planteado, se concluye que sí es posible optimizar el riesgo, como se ha definido anteriormente. Este trabajo sirve como propuesta para la apertura de una nueva línea de investigación, que permita desarrollar una herramienta de optimización del riesgo para diferentes tipos de proyecto, desde las fases iniciales de su diseño

Optimización matemática aplicada al análisis de riesgos

Durante las últimas decadas, la tendencia continuada de la industria de procesos químicos, con respecto a la seguridad industrial, ha sido la de invertir grandes cantidades de dinero, con el fin de mejorar este aspecto. Esto se ha debido, en gran parte, a la ocurrencia de varios accidentes graves durante la década de 1980 (y algunos más recientemente), lo que aunado al cambio de percepción de las sociedades más prósperas hacia la industria de procesos, que es vista cada vez más como una fuente de riesgos y peligros, y no como una fuente de trabajo y riqueza, ha obligado a la continuada mejora de la seguridad industrial, con el fin de cumplir con estándares y regulaciones cada vez más estrictos y niveles de riesgo permitido cada vez más reducidos. Sin embargo, aunque la inversión en seguridad aumenta, no siempre se lleva a cabo de la mejor forma, ya que al realizarla, normalmente no se toman en cuenta los costes que posibles accidentes podrían tener sobre el proyecto. Entonces, al pensar en posibles formas de mejorar esta situación, se plantea el problema de aplicar la optimización matemática al análisis de riesgos. Teóricamente, sería posible encontrar un valor óptimo entre la inversión realizada en seguridad y el coste de los posibles accidentes, que minimizara el riesgo asociado al proyecto. Se busca demostrar que es posible optimizar el riesgo, entendido como la frecuencia de un accidente por la magnitud de sus consecuencias, asociado a un determinado proyecto, usando optimización matemática para manipular las variables de diseño del mismo. Para esto, se ha realizado una investigación bibliográfica, con el fin de adquirir conocimientos más que superficiales acerca del análisis de riesgos, la optimización matemática y la estimación de costes de las consecuencias de los posibles accidentes. También se ha planteado un modelo de optimización matemática, buscando resolver el problema propuesto, y se ha aplicado a varios casos de estudio, que involucran distintas condiciones y tipos de accidentes. Finalmente, luego de desarrollar y aplicar el modelo planteado, se concluye que sí es posible optimizar el riesgo, como se ha definido anteriormente. Este trabajo sirve como propuesta para la apertura de una nueva línea de investigación, que permita desarrollar una herramienta de optimización del riesgo para diferentes tipos de proyecto, desde las fases iniciales de su diseño

Design optimization of storage facilities taking into account the domino effect

Storing hazardous substances is a process that entrails high risk, and in which many resources are spent in the planning of safety measures; however, safety could be included at the initial stages of the design of this type of installations, by optimizing the number of tanks that are used to store the substance. The effects and consequences of major accidents are directly proportional to the mass of materials involved in them; therefore, if the mass was divided in more containing units, the consequences at the moment of an accident occurrence would be lesser. However, as more units are used to store a dangerous substance in an installation, the risk of domino effect occurrence at the moment of an accident also increases. The objective of this paper is to develop a methodology that allows finding the optimum number of units that have to be used to store dangerous materials, taking the possibility of domino effect occurrence into account. The proposed methodology is described and applied to a case study as a decision making tool, obtaining results that demonstrate that the design of storage installations can be improved from a risk point of view, by combining quantitative risk analysis and optimization techniques

Optimizing the design of storage facilities through the application of ISD and QRA

Four strategies can be used to achieve safety in chemical processes: inherent, passive, active and procedural; however, the one that offers better results is the inherent safety approach, especially if applied at the initial stages of a project. Inherently Safer Design (ISD) permanently eliminates or reduces hazards to avoid or reduce the consequences of incidents, and can be applied using four strategies: substitution, minimization, moderation and simplification. In this paper, a methodology which allows combining ISD strategies with Quantitative Risk Assessment (QRA) in order to optimize the design of storage installations is proposed; taking into account that 17% of the major accidents in the chemical industry occur during the storage process, causing significant losses, it becomes important to improve safety in these installations. The proposed method applies QRA to estimate the risk associated to a specific design, which can later be compared to others in order to decide which one is inherently safer, incorporating complex phenomena like the domino effect and possible affectation to material and human vulnerable elements. The methodology is applied to two case studies, one based on the San Juanico tragedy occurred in Mexico, 1984, and another one focused on a chlorine storage installation; in this way the method is evaluated on two types of plant, one related to flammable materials and another to toxic substances.Peer Reviewe

Design optimization of hazardous substance storage facilities to minimize project risk

The storage of dangerous substances is a high risk procedure: a historical analysis revealed that 17% of the major accidents associated with the chemical industry are related to this process. When a storage facility is designed, the investment in safety is not always optimal. The safety measures that are applied are sometimes redundant or ill-maintained. One way to improve safety in a storage facility would be to take advantage of the fact that dividing the mass of dangerous substance results in less catastrophic accidents. In this paper, we present a new method for optimizing the design of storage plants and minimizing the risk by calculating the ideal number of tanks and improving the way in which money is invested in safety. This is achieved by redefining how to estimate risk and by applying the principles of mathematical optimization to quantitative risk analysis. The method is explained step by step. We also present two case studies and a validation of the method using risk analysis software and iso-risk curves.Peer Reviewe