Kimyasal tanker gemilerinde tank yıkama operasyonlarının entegrasyonu
Integration of tank cleaning operations on chemical tanker ships
Yazar: TAYLAN GÜLER
Danışman: DOÇ. DR. İSMAİL ÇİÇEK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Deniz Ulaştırma Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Deniz Ulaştırma Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Denizcilik = Marine
Dizin: Uluslararası deniz taşımacılığı = International maritime transport

Özet:
Kimyasal tankerlerde gerçekleştirilen tank temizleme operasyonları, deniz ekosistemlerine, liman tesislerine ve kıyı topluluklarına yönelik ciddi çevresel ve operasyonel riskler taşımaktadır. Bu operasyonlar sırasında meydana gelebilecek sızıntı ve dökülmeler, çevre kirliliğine yol açarak insan sağlığı üzerinde olumsuz etkilere ve biyolojik çeşitliliğin zarar görmesine neden olabilir. Bu çalışma, denizcilik sektöründeki bu kritik operasyonel sürecin risklerini değerlendirmek ve güvenliği artırmaya yönelik stratejiler geliştirmek amacıyla yürütülmüştür. Bu bağlamda, Bayes Ağları (BN) ve Bow-Tie tabanlı Bulanık Bayes Ağları (BT-FBN) metodolojisi kullanılarak, tank temizleme operasyonlarındaki insan hatası, ekipman arızaları ve çevresel faktörler gibi unsurlar üzerine dinamik bir risk değerlendirmesi gerçekleştirilmiştir ve bunun sonuçunda entegre sistem tasarlanarak değerledirmesi yapılmıştır.
Çalışmanın temel amacı, kimyasal tanker operasyonlarındaki Bütünlük Kaybı (Loss of Containment, LoC) olaylarının meydana gelme riskini azaltmak ve bu olaylardan kaynaklanan dökülme ve çevresel zararları önlemektir. Uluslararası Denizcilik Örgütü (IMO) ve diğer denizcilik otoriteleri tarafından yayınlanan düzenlemelere rağmen, 490 deniz kazasının %8.57'sinin tank temizleme operasyonları ile doğrudan bağlantılı olduğu belirlenmiştir. Bu veriler ışığında, operasyonların riskli doğasını daha iyi anlamak ve bu riskleri azaltmak amacıyla dinamik bir analiz yapılmıştır. Riskin zamanla nasıl değiştiğini gözlemlemek için dört aylık bir süre boyunca gerçek bir kimyasal tanker modeli kullanılarak yapılan bu analiz, özellikle insan hatası ve ekipman arızalarının operasyonel güvenlik üzerindeki etkilerini derinlemesine inceleyerek ortaya bu eksiklikleri minmize edici otamasyon sistemleri entegre bir sistem kurulmuştur. Entegre tank yıkama sisteminin mimarisi ve adımları tek tek ele alınarak sistemin kazanım ve zorluklarından bahsedilmiştir.
Dinamik risk değerlendirmesinde, LoC riskinin zamanla sürekli bir artış gösterdiğini ortaya koymuştur. 2022'nin ilk çeyreğinde gerçekleştirilen tank temizleme operasyonları sırasında LoC riskinin birinci ayda %4.33, ikinci ayda %6.57, üçüncü ayda %8.74 ve dördüncü ayda %11.86'ya kadar yükseldiği tespit edilmiştir. Bu artış, operasyonlarda manuel sistemlerin kullanımının insan hatası ve ekipman arızaları kaynaklı risklerin zamanla daha belirgin hale gelmesine yol açtığını göstermektedir. Bulgular ayrıca, insan hatası ve yönetim başarısızlığı (IE4) gibi faktörlerin, LoC riskine en büyük katkıyı sağladığını ortaya koymuş, ekipman arızalarının (IE1) ise zamanla insan hatalarının etkisi altında kaldığını ve arıza oranlarının daha düşük bir ivme ile arttığını göstermiştir.
Elde edilen veriler doğrultusunda, insan hatasının operasyonel süreçler üzerindeki etkisinin azalmadığı, aksine zamanla arttığı görülmüştür. Özellikle "personel sorunları" ve "dış baskılar" gibi değişkenlerin, insan hatasının meydana gelme olasılığını artırdığı ve bu hataların operasyonel aksaklıklara yol açtığı saptanmıştır. Bu durum, denizcilik operasyonlarında, özellikle izole çalışma koşullarında personel psikolojisinin ve iş yükünün operasyonel güvenlik üzerindeki doğrudan etkisini gözler önüne sermektedir. Aynı şekilde, ekipman arızalarının artan çalışma saatleri ile paralel olarak arttığı ve manuel valflerin (BE11) en yüksek arıza oranına sahip olduğu tespit edilmiştir. Bu tür arızaların operasyonel süreçlerde büyük aksamalara neden olabileceği ve tank temizleme işlemleri sırasında güvenliği tehdit ettiği belirtilmiştir.
Bu bulgulara dayanarak, tank temizleme operasyonlarında riskleri azaltmak için çeşitli stratejiler önerilmiştir. Manuel valf operasyonları gibi kritik noktalarda iş başı eğitimlerinin artırılması ve çalışanlara düzenli uyarılar yapılması önerilmektedir. Uzaktan kumanda valflerinin (BE12) düzenli bakımının yapılması ve operasyonel süreçlerin daha güvenli bir şekilde yürütülmesi amacıyla kargo kontrol odasında yapılan yanlış valf açma/kapama hatalarının önlenmesi gerekmektedir. Ayrıca, ekipman yıpranmaları ve deformasyonlarına karşı düzenli bakım prosedürlerinin uygulanması, operasyonların kesintisiz ve güvenli bir şekilde devam etmesini sağlayacaktır.
Bu çalışmada geliştirilen dinamik risk analizi, yalnızca tank temizleme operasyonlarındaki riskleri anlamakla kalmayıp, bu risklerin zamanla nasıl değiştiğini de gözler önüne sermektedir. Bayes Ağları ve BT-FBN metodolojisi, dinamik değişkenlikleri dikkate alarak risklerin daha doğru bir şekilde değerlendirilmesine olanak tanımış ve sızıntı risklerinin azaltılması için hedeflenmiş stratejilerin geliştirilmesine katkıda bulunmuştur. LoC olaylarına karşı önlem almanın, çevresel zararları azaltma ve operasyonel süreçleri optimize etme açısından büyük öneme sahip olduğu sonucuna varılmıştır.
Dinamik risk değerlendirmesi sonucunda tank temizleme operasyonlarında entegre otomasyon sistemlerinin uygulanmasının, insan hatası ve ekipman arızalarından kaynaklanan riskleri büyük ölçüde azaltabileceği gösterilmiştir. ETYOS sisteminin konspeti oluşturularak sistem süreçlerine değinilmiştir. Otomasyon sistemleri, operasyonel süreçleri izleyip kontrol ederek, insan müdahalesini minimuma indirmekte ve bu sayede hataların önüne geçmektedir. Gerçek zamanlı veri toplama ve analiz yetenekleri sayesinde operasyonların daha güvenli ve verimli bir şekilde yürütülmesi sağlanmakta, çevresel riskler en aza indirilmektedir. Gelecekte yapılacak çalışmalar, yapay zekâ ve otomasyon teknolojilerinin entegrasyonu ile bu tür operasyonlardan kaynaklanan kazaların daha da azaltılabileceğini göstermektedir. Bu çalışma, denizcilik sektöründe çevresel ve operasyonel güvenliği artırmaya yönelik önemli katkılar sunmakta ve bu alanda ilerlemeye olanak sağlamaktadır.

Abstract:
Tank cleaning operations carried out on chemical tankers are essential processes that pose significant environmental and operational risks. These operations are critical for maintaining the functionality of the tanks but simultaneously introduce potential hazards to marine ecosystems, port facilities, and coastal communities. During these operations, accidental spills and leaks of hazardous chemicals can lead to severe environmental pollution, which in turn affects human health and disrupts biodiversity. In addition to the environmental damage, such incidents can cause economic losses, disrupt shipping operations, and tarnish the reputation of shipping companies. Therefore, understanding and mitigating the risks associated with tank cleaning operations is crucial for the maritime industry, especially in the context of increasingly stringent environmental regulations. The primary goal of this study is to conduct a comprehensive risk assessment of tank cleaning operations on chemical tankers and to develop effective strategies to mitigate these risks. Given the complexity of these operations and the potential for catastrophic outcomes, the study adopts advanced risk assessment methodologies, specifically Bayesian Networks (BN) and Bow-Tie-based Fuzzy Bayesian Networks (BT-FBN). These methodologies are particularly suited for handling the inherent uncertainties in maritime operations, allowing for a dynamic evaluation of risks over time. By focusing on key risk factors such as human error, equipment failure, and environmental conditions, the study aims to provide a more granular understanding of the factors contributing to accidents during tank cleaning operations.
Tank cleaning is an essential operation for chemical tankers that must be performed regularly to prevent contamination between different chemical cargoes. However, the process of cleaning tanks that have been used to carry hazardous substances introduces significant risks. For instance, improper cleaning procedures can lead to the release of toxic chemicals into the sea, causing long-term environmental degradation and affecting marine life. Additionally, the close proximity of port facilities to coastal communities means that any accidental release of chemicals during the cleaning process can pose health risks to the population. Despite the implementation of various international regulations, including those set by the International Maritime Organization (IMO), incidents related to tank cleaning operations continue to occur. Data from this study indicates that of the 490 maritime accidents reviewed, 8.57% were directly linked to tank cleaning operations. These findings underscore the need for more robust risk management strategies tailored specifically to the unique challenges of tank cleaning.
The study seeks to address this need by conducting a dynamic risk analysis using a real chemical tanker model over a four-month period. This approach allows for the tracking of risk fluctuations over time, particularly with respect to human error and equipment failures. By simulating real-world conditions, the study provides valuable insights into how these risks evolve, thereby offering a more accurate assessment of the vulnerabilities associated with tank cleaning operations. Bayesian Networks (BN) are a powerful tool for risk assessment, particularly in complex and dynamic environments such as chemical tanker operations. BNs allow for the modeling of dependencies between different risk factors and enable the quantification of risks based on conditional probabilities. In this study, BNs were used to model the relationship between key risk factors, such as human error, equipment malfunctions, and environmental influences, and their impact on Loss of Containment (LoC) events.
Building on the capabilities of BNs, the study also employed Fuzzy Bayesian Networks (FBN), which integrate fuzzy logic into the Bayesian framework to handle uncertainties more effectively. Fuzzy logic is particularly useful in maritime risk assessments because it can accommodate the inherent vagueness in human judgment and environmental conditions. By incorporating both BNs and FBNs into the risk assessment process, the study provides a more robust and comprehensive analysis of the risks associated with tank cleaning operations. The dynamic nature of the risk analysis is a key feature of this study. Unlike traditional risk assessments that often assume static risk levels, the dynamic approach allows for the tracking of risk variations over time. This is especially important in the maritime industry, where operational risks can change rapidly due to various factors such as weather conditions, equipment wear and tear, and human fatigue.
The study's findings reveal a steady increase in LoC risk over the four-month period analyzed. At the start of the observation period, the LoC risk was measured at 4.33% in the first month. However, this risk escalated to 6.57% in the second month, 8.74% in the third month, and eventually reached 11.86% by the fourth month. This continuous rise in risk highlights the vulnerabilities of manual systems, where human error and equipment failures become more likely over time as operations progress.
Human error, in particular, was identified as the most significant contributor to LoC risk. Factors such as poor decision-making, fatigue, and inadequate training were found to exacerbate the likelihood of accidents. The study noted that human error and management failure (categorized as IE4 in the risk model) had the greatest impact on LoC risk. Meanwhile, equipment failures (IE1) also contributed to the risk, although their relative influence diminished as human errors became more prevalent over time.
The increasing impact of human error over time was further highlighted by the analysis of specific variables such as "personnel issues" and "external pressures." These factors were found to increase the likelihood of human error and lead to operational disruptions. For example, the psychological toll of working in isolated conditions aboard a vessel, combined with the high workload, directly affected crew members' ability to perform their tasks accurately and safely.
In addition to human error, equipment malfunctions were found to increase in frequency as operational hours accumulated. Manual valves (BE11), in particular, had the highest failure rate, which posed a significant risk to the safety of the cleaning operations. These equipment failures not only disrupt the cleaning process but also create hazardous conditions that could lead to spills or other accidents.
Based on these findings, the study proposes several strategies to mitigate the risks associated with tank cleaning operations. It recommends increasing on-the-job training for operators, particularly in critical areas such as manual valve operations. Regular refresher courses and safety drills should be conducted to ensure that personnel are familiar with the correct procedures and are able to respond effectively in the event of an emergency. The study emphasizes the importance of regular maintenance for remote control valves (BE12) and other critical equipment. Preventive maintenance schedules should be implemented to reduce the likelihood of equipment failures, and operational protocols should be revised to ensure that safety is prioritized at all times. The prevention of incorrect valve operations in the cargo control room (CCR) is particularly important, as this could lead to severe operational disruptions.
Furthermore, the study highlights the need for regular inspections and maintenance of equipment to address issues such as wear and tear. This will help ensure that operations run smoothly and safely without interruptions due to equipment failures. Implementing these strategies will significantly reduce the risks associated with tank cleaning operations and enhance overall operational safety.
One of the key conclusions of the study is the critical role that automation systems can play in reducing the risks associated with tank cleaning operations. Integrated automation systems such as ETYOS (Integrated Tank Washing Automation System) have the potential to minimize human intervention, thereby reducing the likelihood of human error. Automation systems are capable of monitoring and controlling operational processes in real-time, providing continuous oversight of critical parameters such as pressure, temperature, and chemical levels. The use of automation systems also allows for more efficient data collection and analysis, enabling maritime operators to identify potential issues before they escalate into accidents. By providing real-time data on equipment performance, these systems help ensure that preventive maintenance is carried out promptly, reducing the risk of equipment failures. Moreover, the ability to remotely monitor operations improves the overall safety of the cleaning process and minimizes the environmental impact of spills or leaks.
In conclusion, the dynamic risk analysis conducted in this study demonstrates the effectiveness of automation systems in enhancing the safety and efficiency of tank cleaning operations. By integrating automation technologies and adopting a proactive approach to risk management, the maritime industry can significantly reduce the risks posed by human error and equipment failures. Future research should focus on further incorporating artificial intelligence (AI) and automation technologies to improve safety and reduce the likelihood of accidents in maritime operations.