HAZOP風險分析方法在醫(yī)藥工程設計中的應用

趙志福 高傳奇

0 引言

與石油化工行業(yè)相比，醫(yī)藥行業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模相對較小，其工藝復雜性及危險性也相對較小?；卺t(yī)藥行業(yè)自身的特點及區(qū)域發(fā)展的不均衡，造成業(yè)主對工藝安全認知及安全意識的差異較大，加上行業(yè)涉及安全設計方面的規(guī)范相當不健全，導致醫(yī)藥工程設計中對安全設施的設計把握不準，留下安全隱患。

近年來，隨著醫(yī)藥行業(yè)迅速發(fā)展，企業(yè)規(guī)模的不斷擴大，儲存和使用易燃易爆等危險化學品的數(shù)量越來越多，容易形成重大危險源。對于化學原料藥項目，還存在應重點監(jiān)管的危險化工工藝，在工藝運行生命周期內(nèi)，一旦出現(xiàn)反應失控或危險化學品泄漏，就有可能導致火災、爆炸及中毒事故的發(fā)生，嚴重時導致人員傷亡、財產(chǎn)損失、環(huán)境污染及惡劣的社會影響。一般來說，工藝運行過程中的安全性能和設施布置主要是在設計階段決定的。因此，在醫(yī)藥工程設計中，通過工藝危險分析來識別設計缺陷，及時改進設計，可提升工藝系統(tǒng)的安全性。

工藝管道儀表流程圖，即Pamp;ID顯示了所有的設備、管道、工藝控制系統(tǒng)、安全聯(lián)鎖系統(tǒng)、物料互供關系、設備尺寸、設計溫度、設計壓力、管線尺寸、材料類型和等級、安全泄放系統(tǒng)、公用工程系統(tǒng)等關于工藝運行過程的關鍵信息。因此，通過分析Pamp;ID，幾乎可以分析所有安全措施的充分性，檢查強制性標準規(guī)范在設計中的落實情況。

本文介紹了以Pamp;ID為主要分析對象的危險與可操作性分析（HAZOP，Hazard and Operability Analysis）方法在工程設計階段的作用及要點，并以液氨罐區(qū)為實例進行分析，對其安全設計進行了審查，辨識出了操作和儲存中存在的安全隱患，對存在的隱患進行了風險計算，并提出了改進措施。

1 工程設計階段HAZOP分析的目標[1]

1.1 檢查已有安全措施的充分性，保證工藝的本質(zhì)安全

（1）在項目初步設計階段，幫助審查設計方案，及時修正設計中的缺陷或不足。

（2）為完善操作指標和操作規(guī)程提供參考依據(jù)。

（3）為制定完善的應急處置預案提供依據(jù)。

（4）分析的過程能夠幫助分析人員更透徹地了解裝置，分析的結果可以作為員工的教育培訓材料。

1.2 控制變更發(fā)生的階段，避免產(chǎn)生較大的變更費用

HAZOP分析的主要目的是檢查已有安全措施的充分性。在HAZOP分析過程中往往會提出大量的建議措施，這些措施的落實會產(chǎn)生變更費用。從工藝裝置生命周期與設計變更費用關系圖（圖1）中可以看出，如果在設計階段進行HAZOP分析，則執(zhí)行HAZOP分析提出的建議措施所產(chǎn)生的變更費用是最少的。

圖1 工藝裝置生命周期與設計變更費用關系

2 工程設計階段開展HAZOP分析的需求及時間段

在石化行業(yè)，HAZOP分析的需求往往來自業(yè)主。對于醫(yī)藥行業(yè)來說，鑒于行業(yè)本身特點，加上國家安全總局提出進一步加強危險化學品建設項目安全設計管理的要求，涉及“兩重點一重大”和首次工業(yè)化設計的建設項目，必須在初步（基礎工程）設計階段開展HAZOP分析，這種需求是正式的，而且應體現(xiàn)在雙方的合同內(nèi)。

為使HAZOP分析的結果以及對設計所作的變更體現(xiàn)在初步（基礎工程）設計審查文件中，HAZOP分析應安排在初步（基礎工程）設計工作基本完成之后、上級主管部門審查之前開展。

3 HAZOP風險分析方法[2]

傳統(tǒng)的HAZOP分析內(nèi)容包括：偏差、原因、后果、保護措施、建議措施。與傳統(tǒng)的HAZOP分析相比，HAZOP風險分析在傳統(tǒng)分析的基礎上，結合事故的后果嚴重等級和事故發(fā)生頻率等級，可以在5×5風險矩陣中確定事故的風險等級，使傳統(tǒng)的HAZOP分析方法從純定性分析改進為半定量分析，提高了HAZOP分析方法識別危險的分辨率和對安全措施實際效能的判斷能力。

3.1 劃分節(jié)點

HAZOP分析的基礎是“引導詞檢查”，其仔細地查找出與設計意圖背離的偏離。為便于分析，可將系統(tǒng)分成多個節(jié)點。將系統(tǒng)劃分成節(jié)點時，一般會綜合考慮節(jié)點的目的與功能、節(jié)點物料及合理的切斷點等因素，如常見的節(jié)點類型包括：反應器、容器、塔、管線、換熱器、泵、壓縮機等。

3.2 確定節(jié)點偏差

對于每一個節(jié)點，HAZOP分析團隊以正常操作的工藝參數(shù)為標準值，分析運行過程中工藝參數(shù)的變動（即偏差），這些偏差通過引導詞和工藝參數(shù)引出。確定偏差最常用的方法是引導詞法，即偏差=引導詞+工藝參數(shù)。

3.3 對偏差進行分析

確定了每個分析節(jié)點的偏差后，需要對每個偏差進行分析。分析的內(nèi)容包括：原因、后果、保護措施、建議措施。

3.4 確定事故后果等級

HAZOP風險分析中，只對會產(chǎn)生下列后果的事故進行風險分析：（1）員工傷害；（2）財產(chǎn)損失；（3）環(huán)境影響。事故后果等級分類如表1所示。

式中Fu——事故發(fā)生的頻率；

F——初始原因事件頻率；

表1 事故后果等級(S)分類

3.5 確定事故頻率等級

事故頻率分為兩種，一種是不考慮保護措施的事故頻率（Fu）；另一種是考慮保護措施的事故頻率（Fm）。

3.5.1 不考慮保護措施的事故頻率（Fu）

（1）事故頻率（Fu）由初始原因事件頻率和促使原因事件發(fā)展為后果事件的條件事故發(fā)生的概率決定。

（2）事故頻率（Fu）計算公式如下：

P1、P2、Pn——條件事故發(fā)生的概率（條件1，條件2，…條件n）。

3.5.2 考慮保護措施的事故頻率（Fm）

保護措施是指可以獨立的行使安全保護功能而不受其他保護措施失效影響的安全保護措施。保護措施一般包括以下內(nèi)容：（1）基本過程控制系統(tǒng)；（2）報警、操作人員干預；（3）安全儀表系統(tǒng)（SIS）；（4）安全泄放設施；（5）物理防護；（6）應急響應。

常用的保護措施及失效概率統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 常用的保護措施及失效概率統(tǒng)計數(shù)據(jù)

保護措施總失效概率（TPFD，Total PFD）為已有保護措施失效概率的乘積，即：

TPFD=PFD1×PFD2×…

事故頻率（Fm）計算公式如下：

Fm=Fu×TPFD

式中Fm——考慮保護措施的事故頻率；

Fu——不考慮保護措施的事故頻率；

TPFD——保護措施總失效概率。

3.5.3 事故頻率等級分類

事故頻率等級分類如表3所示。

3.6 確定事故風險等級

風險是事故后果嚴重程度與發(fā)生頻率的結合。事故風險評估包括兩個方面：（1）只考慮被動安全防護的潛在風險（RRu）；（2）同時考慮保護措施和被動安全防護的剩余風險（RRm）。

潛在風險和剩余風險的區(qū)別在于潛在風險沒有考慮保護措施，是對固有危險程度的評估，而剩余風險考慮了保護措施，是對目前真實危險程度的評估。兩種風險的評估后果是一致的，只是在頻率上有所不同，潛在風險考慮的事故頻率為Fu，剩余風險考慮的事故頻率為Fm。

結合確定的事故后果等級和事故頻率（Fu或Fm）等級，在5×5風險矩陣（表4）中就可以查出事故的潛在風險和剩余風險。

4 風險分析

根據(jù)確定的事故風險等級，按照表4進行風險管理。風險等級為II級、III級及IV級的事故，應對現(xiàn)有工藝系統(tǒng)進行改進，或通知企業(yè)管理部門按照建議措施進行補充。

風險等級劃分如表5所示。

表3 事故頻率等級(L)分類

表4 5×5風險矩陣[3]

表5 風險等級（RR）劃分標準

5 HAZOP風險分析案例

依據(jù)上述HAZOP風險分析方法，對液氨罐區(qū)進行了HAZOP風險分析，將液氨罐區(qū)劃分為卸車區(qū)、壓縮機棚等4個節(jié)點，辨識出了液位偏高等7個偏差，得到5個不利后果。對這5個不利后果進行風險分析，得到剩余風險等級為I級的事故有4個，剩余風險等級為II級的事故有1個。槽車至壓縮機工藝單元的節(jié)點HAZOP風險分析如附表所示。

經(jīng)過風險分析，如果發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有保護措施下事故的風險等級仍不能接受，就應對該事故制定單獨的事故風險分析表。本文在事故風險分析表中提出了事故的預防、保護措施，并對提出的措施再實施風險評估，評估其剩余風險等級，使得風險在有效的預防或保護措施下降至可接受水平。

6 結語

（1）利用HAZOP風險分析方法可以辨識出工藝系統(tǒng)中存在的隱患，并通過計算隱患的風險，可以在設計階段解決高風險的安全隱患。（2）修改HAZOP風險分析中的工藝參數(shù)，調(diào)整后果等級及事故頻率的判斷標準，利用風險矩陣可以對工藝方案布置是否合理、空調(diào)系統(tǒng)劃分是否合理、清潔程序是否滿足規(guī)范要求等進行風險判斷。（3）利用HAZOP風險分析可以控制重大變更發(fā)生的階段，降低工程變更費用，減少各專業(yè)由于變更而產(chǎn)生的不協(xié)調(diào)問題。（4）對高風險隱患，不論是安全隱患，還是污染隱患，均能提出建議措施，并對提出的措施再實施風險評估，評估其風險等級，使得風險在有效的保護措施下降至可接受水平。

[1]吳重光.危險與可操作性分析（HAZ O P）應用指南[M].北京：中國石化出版社，2012.

[2]姜巍巍，趙文芳，李奇，等.HAZ O P風險分析在環(huán)氧乙烷罐區(qū)的應用[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2007，33（2）：51-53.

[3]危險與可操作性分析技術指南：Q/SY 1364—2011[S].