應(yīng)用過程危害分析工具

上海賽科石油化工有限責(zé)任公司 葛安卡｜文、圖

過程危害分析(Process Hazard Analysis， PHA)是過程安全管理的核心要素，是有組織、有系統(tǒng)地對(duì)過程裝置或設(shè)施進(jìn)行危害辨識(shí)的過程，為消除和減少過程中的危害、減輕事故后果提供必要的決策依據(jù)。通常的過程危害分析工具或研究主要包括：危害識(shí)別分析（Hazard Identification，HAZID）、選址HAZOP（Site Hazard and Operability Study）、危害和可操作性分析（Hazard and Operability Study，HAZOP）、保護(hù)層分析（Layer of Protection analysis，LOPA）、SIL核算(Safety Integrity level Verification)、定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估（Quantitative Risk Analysis，QRA）等。本文對(duì)以上方法的適用階段和具有實(shí)踐性的工作程序做相關(guān)介紹。

危害分析方法及適用階段

HAZID分析

HAZID是在項(xiàng)目的早期階段，由審查小組對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行系統(tǒng)地分析，識(shí)別出項(xiàng)目中存在的重大危險(xiǎn)源、潛在風(fēng)險(xiǎn)以及潛在的運(yùn)行問題，并制定相應(yīng)措施。其分析過程與HAZOP類似，但引導(dǎo)詞不同。

危害識(shí)別工作是過程風(fēng)險(xiǎn)管理的第一步，主要目的是確認(rèn)所有危害被識(shí)別、評(píng)估、理解和記錄。

1.適用范圍：適用于過程類大項(xiàng)目。

2.時(shí)間：在評(píng)估階段或選擇階段初期、中期進(jìn)行，或可研階段初期、中期進(jìn)行。

3.研究基礎(chǔ)：所采用的設(shè)計(jì)文件為初步過程流程圖、設(shè)備平面布置圖和MSDS（Material Safety Data Sheet，化學(xué)品安全技術(shù)說(shuō)明書）。

具體過程簡(jiǎn)述如下：

1.在工廠工程師或被指派人員配合下，收集和準(zhǔn)備HAZID分析所需資料。

2.選定HAZID組長(zhǎng)和小組成員，HAZID組長(zhǎng)可邀請(qǐng)第三方人員承擔(dān)。

3.在進(jìn)行HAZID正式分析之前，按需要組織召開HAZID預(yù)備會(huì)議。

4.HAZID小組成員按照采用類似HAZOP的分析方法，對(duì)每一引導(dǎo)詞下的事故鏈進(jìn)行充分討論，由記錄員按照工作表格式記錄HAZID分析內(nèi)容。采用的引導(dǎo)詞包括：外部火災(zāi)、內(nèi)部火災(zāi)、內(nèi)部爆炸、限制空間爆炸、泄漏、急性有毒有害、慢性有毒有害、環(huán)境污染和能量劇烈釋放等。

5.在審查會(huì)議之后，由HAZID組長(zhǎng)或記錄員整理HAZID初步報(bào)告，交與HAZID小組成員和相關(guān)人員審查；按照反饋意見修改形成最終報(bào)告，并在最終報(bào)告中制定建議項(xiàng)的關(guān)閉計(jì)劃。

6.按照建議項(xiàng)關(guān)閉計(jì)劃，由行動(dòng)項(xiàng)對(duì)口負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)落實(shí)關(guān)閉計(jì)劃，由專人負(fù)責(zé)跟蹤進(jìn)展?fàn)顟B(tài)，直至全部關(guān)閉。

選址HAZOP分析

選址HAZOP是一個(gè)結(jié)構(gòu)化的頭腦風(fēng)暴分析研究方法。通過研究裝置或設(shè)施內(nèi)部（包括有人建筑）及其與周圍裝置或設(shè)施的相互影響范圍和程度，識(shí)別出重大風(fēng)險(xiǎn)，并制定風(fēng)險(xiǎn)削減措施，確保所設(shè)計(jì)裝置或設(shè)施及有人建筑的防護(hù)體系與潛在的危險(xiǎn)性相適應(yīng)。針對(duì)現(xiàn)有的過程裝置、重要的新建設(shè)施和重要過程裝置擴(kuò)建而展開分析研究，審查其平面布置設(shè)計(jì)方案和識(shí)別重大事故的影響，側(cè)重研究過程的潛在危險(xiǎn)性。

選址HAZOP主要適用于新建設(shè)施現(xiàn)場(chǎng)選址分析，或由于現(xiàn)場(chǎng)選址所帶來(lái)的重大風(fēng)險(xiǎn)防范措施的分析，包括新建裝置、新建獨(dú)立裝置過程單元、新建罐區(qū)或公用工程系統(tǒng)。

選址HAZOP的時(shí)間一般應(yīng)安排在選擇階段后期或定義階段初期，具體應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)選址、平面布置、設(shè)備布置要求等潛在因素以及能否提供所需資料情況來(lái)確定。

HAZOP分析

HAZOP是針對(duì)P ＆ ID設(shè)計(jì)圖紙和其他相關(guān)資料，召集過程、操作和安全等專業(yè)的工程師，在HAZOP組長(zhǎng)引導(dǎo)下，識(shí)別每一個(gè)過程系統(tǒng)可能出現(xiàn)的潛在事故，并分析產(chǎn)生這些事故的原因、后果和控制措施，提出改進(jìn)意見的審核會(huì)議。HAZOP是識(shí)別及評(píng)估過程危害和潛在運(yùn)行問題的系統(tǒng)化定性技術(shù)，該方法利用一系列的引導(dǎo)詞來(lái)檢查當(dāng)前過程狀態(tài)與正常過程狀況之間的偏差。

HAZOP分析適用于所有大項(xiàng)目和風(fēng)險(xiǎn)較高的MOC（Management of Change，變更管理）項(xiàng)目，以及運(yùn)行裝置HAZOP復(fù)核或重新HAZOP。

1.對(duì)于大項(xiàng)目HAZOP一般包括3次HAZOP，具體內(nèi)容為：HAZOPⅠ為設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)部 分 HAZOP， 在 BED（Basic Engineering Design，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)）后期進(jìn)行；HAZOPⅡ?yàn)榘O(shè)備HAZOP，在包設(shè)備完成之后進(jìn)行；HAZOP Ⅲ 為設(shè)計(jì)變更HAZOP，在項(xiàng)目施工后期進(jìn)行。

2.MOC HAZOP。 根 據(jù) MOC規(guī)模的大小需要進(jìn)行1～3次HAZOP。

3.運(yùn)行裝置HAZOP。每3年進(jìn)行一輪復(fù)核，如果5年未進(jìn)行復(fù)核則將重新進(jìn)行HAZOP。其與項(xiàng)目HAZOP不同之處在于：在每一個(gè)節(jié)點(diǎn)HAZOP審核中納入MOC；在每個(gè)單元的HAZOP研究開始之前，回顧相應(yīng)的事故報(bào)告，并回顧以往HAZOP研究報(bào)告。

主要參加人員如下：

1.HAZOP組長(zhǎng)通常為與項(xiàng)目無(wú)關(guān)、有同類裝置經(jīng)驗(yàn)、熟悉HAZOP方法和項(xiàng)目流程、具有過程危險(xiǎn)源分析和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)者。

2.專利商/供應(yīng)商代表。

3.主要設(shè)計(jì)人員：過程、設(shè)備、控制、儀表和HSE等專業(yè)人員，其他專業(yè)人員酌情邀請(qǐng)參加。

4.裝置或項(xiàng)目及部門人員：生產(chǎn)、化學(xué)、設(shè)備、儀表及控制工程師和HSE工程師參加，其他專業(yè)人員酌情邀請(qǐng)參加。

獨(dú)立防護(hù)層概念示意圖

LOPA分析

LOPA是研究小組根據(jù)HAZOP的結(jié)果，找出初始事件，按照時(shí)間順序發(fā)揮作用的各個(gè)獨(dú)立保護(hù)層以及后果，包括觸發(fā)事件或條件以及對(duì)后果條件修正。LOPA是假設(shè)一個(gè)事故鏈中，所有獨(dú)立防護(hù)層都失效的情況，計(jì)算出事故后果出現(xiàn)的可能性（次/年）。LOPA分析的結(jié)果為降低風(fēng)險(xiǎn)提供一個(gè)依據(jù)，是簡(jiǎn)化的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工具。

LOPA分析適用于所有大項(xiàng)目和風(fēng)險(xiǎn)較高的MOC項(xiàng)目，以及運(yùn)行裝置HAZOP復(fù)核或重新HAZOP，在HAZOP分析之后，利用HAZOP所識(shí)別出來(lái)的場(chǎng)景即可進(jìn)行LOPA分析。

LOPA的步驟包括：篩選事故場(chǎng)景、識(shí)別事故場(chǎng)景、識(shí)別初始事件、識(shí)別安全措施、判斷獨(dú)立保護(hù)層、量化事故場(chǎng)景和計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)。

SIL等級(jí)核算

SIL等級(jí)核算是依據(jù)國(guó)際電工標(biāo)準(zhǔn)IEC 61508《安全系統(tǒng)的功能安全》和IEC 61511《安全儀表系統(tǒng)的過程安全》對(duì)所設(shè)計(jì)的安全儀表完整等級(jí)進(jìn)行的計(jì)算。

SIL等級(jí)核算是確定安全儀表系統(tǒng)的安全回路硬件所能達(dá)到的安全完整性等級(jí)的一種方法，此外還可判定其是否達(dá)到安全完整性等級(jí)的目標(biāo)要求。

SIL等級(jí)核算同樣適用于所有的大項(xiàng)目和風(fēng)險(xiǎn)較高的MOC項(xiàng)目，以及運(yùn)行裝置HAZOP復(fù)核或重新HAZOP所篩選出來(lái)的SIL等級(jí)。對(duì)于新項(xiàng)目，在供應(yīng)商信息獲取之后即可進(jìn)行，對(duì)于ReHAZOP，在ReHAZOP/LOPA完成之后即可進(jìn)行。

QRA分析

QRA用以評(píng)估識(shí)別出的重大危險(xiǎn)，特別是那些可能導(dǎo)致人員傷害和（或）環(huán)境損害的危險(xiǎn)可能造成的后果。這種風(fēng)險(xiǎn)分析以項(xiàng)目各單元當(dāng)前的設(shè)計(jì)和操作信息資料為基礎(chǔ)。

QRA是一套系統(tǒng)性的方法，用以識(shí)別、估計(jì)和評(píng)定特定工業(yè)裝置、過程和操作相關(guān)的危險(xiǎn)。用其他方法預(yù)測(cè)出的、用數(shù)字表示的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)是估計(jì)結(jié)果，有內(nèi)在的不確定性。QRA作為一個(gè)幫助決策的工具，用以比較和構(gòu)成有關(guān)潛在事件發(fā)生的可能性和結(jié)果的技術(shù)信息，并對(duì)其嚴(yán)重程度給予金額判斷。采用這種手段和技巧，達(dá)到所選擇的應(yīng)用領(lǐng)域的風(fēng)險(xiǎn)管理的一致性和質(zhì)量。

QRA適用于較大的過程裝置項(xiàng)目和新增罐區(qū)項(xiàng)目，以及對(duì)現(xiàn)有裝置進(jìn)行分析。

對(duì)于新項(xiàng)目一般應(yīng)安排在選擇階段后期或定義階段初期，在平面位置和存量信息獲取之后方可進(jìn)行；對(duì)于現(xiàn)有設(shè)施則可根據(jù)實(shí)際需求和企業(yè)規(guī)劃進(jìn)行。

QRA研究過程及管理有如下6個(gè)要點(diǎn)：

1.基本原理。在QRA建模過程中將每個(gè)頂事件進(jìn)一步發(fā)展為事故情景，由此產(chǎn)生完整范圍的可能結(jié)果（底事件）。這個(gè)發(fā)展過程采用事件樹進(jìn)行。

2.風(fēng)險(xiǎn)評(píng)定。每個(gè)情景發(fā)生的頻率和結(jié)果應(yīng)結(jié)合起來(lái)，從中形成需要的風(fēng)險(xiǎn)控制措施，包括：個(gè)體風(fēng)險(xiǎn)（場(chǎng)內(nèi)）、個(gè)體風(fēng)險(xiǎn)（現(xiàn)場(chǎng)外）和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)。

3.對(duì)人員或環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)采用合理可行的最低水平。QRA報(bào)告應(yīng)確定項(xiàng)目施工隊(duì)伍和在周圍1.5 km范圍內(nèi)的個(gè)體風(fēng)險(xiǎn)和可能的生命損失。QRA研究展示出所采取的安全措施將會(huì)把風(fēng)險(xiǎn)降到合理可行的最低水平。

4.主要考慮因素。量化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工具考慮項(xiàng)目風(fēng)向情況和氣象條件、爆炸高限/低限、廠內(nèi)和廠外人口密度、泄漏位置和情況、擴(kuò)散模型火災(zāi)、可燃?xì)怏w、有毒氣體云、蒸汽云爆炸模型、泄放量和條件等。

5.應(yīng)用階段和目的。在項(xiàng)目評(píng)估和選擇階段，應(yīng)用QRA進(jìn)行分析，為本質(zhì)安全設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估數(shù)據(jù)，并將分析結(jié)果作為識(shí)別和選擇備選方案的一個(gè)重要依據(jù)。其基礎(chǔ)輸入數(shù)據(jù)取自于項(xiàng)目可行性研究報(bào)告，包括最初平面布置圖、過程流程圖、物性數(shù)據(jù)和物料存量信息等。

6.依據(jù)的模型。QRA研究通常采用可燃蒸氣云擴(kuò)散模型、噴射火模型、火球模型、蒸氣云爆炸模型等幾種典型的數(shù)學(xué)模型。

上述內(nèi)容是化工裝置常見的PHA工具，每種工具適用于不同的項(xiàng)目階段和場(chǎng)景，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要，在項(xiàng)目的不同階段進(jìn)行應(yīng)用。PHA分析的結(jié)果可能與過程安全管理的其他要素相關(guān)聯(lián)，有助于提升化工裝置的過程安全管理水平。不管是定量還是定性的工具，都不能代替人的主觀能動(dòng)性，分析出的差距和問題仍需要通過不斷修訂相關(guān)程序和提高風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別能力來(lái)彌補(bǔ)與理想狀態(tài)的差距，故PHA工具的應(yīng)用也是持續(xù)改進(jìn)的重要一環(huán)。

保護(hù)層分析概念示意圖

現(xiàn)存問題及建議

不少企業(yè)都在推行各種過程危害分析方法，很多國(guó)內(nèi)的企業(yè)都在嘗試采用HAZOP、LOPA等方法為新建項(xiàng)目和運(yùn)行中的工藝系統(tǒng)開展危害分析與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。近幾年，筆者對(duì)一些企業(yè)過程危害分析工作進(jìn)行審核時(shí)發(fā)現(xiàn)了4類常見問題，并就此提出建議措施，供讀者參考。

1.缺乏明確的過程危害分析管理制度

不少推行過程安全管理制度的企業(yè)，雖然開展過程危害分析，但是沒有明確的程序規(guī)定該如何有效地開展過程危害分析工作。

建議：企業(yè)或工廠需要明確開展過程危害分析工作的具體要求，并將這些要求形成書面文件。例如，明確哪些工藝系統(tǒng)在什么階段需要開展過程危害分析、應(yīng)該采用哪些分析方法、對(duì)分析小組成員及組長(zhǎng)的要求、企業(yè)或工廠可以接受的風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)、對(duì)分析報(bào)告的要求、對(duì)跟蹤完成建議項(xiàng)的要求、復(fù)審的要求以及各相關(guān)方的職責(zé)等等。

2.過程危害分析的質(zhì)量不高

有些企業(yè)雖然開展了過程危害分析，但質(zhì)量不高，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是沒有充分識(shí)別工藝系統(tǒng)潛在的危害；二是建議措施不充分或不適當(dāng)，例如多采用行政措施如操作程序（而非工程措施）來(lái)控制危害。

建議：需要根據(jù)導(dǎo)致過程危害分析質(zhì)量不高的情形采取針對(duì)性的措施。

風(fēng)險(xiǎn)控制措施需考慮的3要素示意圖

情形1：缺乏足夠的過程安全信息資料。所采用的 P ＆ ID圖紙質(zhì)量不高，與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施的實(shí)際安裝情況不一致，或?qū)ι婕暗幕瘜W(xué)品缺乏足夠的了解。

建議：在開展工藝危害分析工作之前，要盡可能收集相關(guān)的過程安全信息資料，確認(rèn)有最新版本的圖紙和文件。組長(zhǎng)應(yīng)在開展過程危害分析之前，確認(rèn)具備開展分析所必要的資料。

情形2：過程危害分析小組經(jīng)驗(yàn)不足。常見的情形是缺乏相關(guān)的專業(yè)成員，或組長(zhǎng)經(jīng)驗(yàn)不足。

建議：小組成員的經(jīng)驗(yàn)直接影響過程危害分析的質(zhì)量，需要根據(jù)項(xiàng)目的特點(diǎn)選擇適當(dāng)?shù)慕M員；組長(zhǎng)需要確認(rèn)分析小組中包括所要求的專業(yè)成員，如果沒有適當(dāng)?shù)牟僮魅藛T和維護(hù)維修人員參與，應(yīng)該停止分析工作。組長(zhǎng)需要接受過相關(guān)分析方法的系統(tǒng)培訓(xùn)，并參與過實(shí)際的分析項(xiàng)目，以獲得足夠的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

情形3：過程危害分析采用的方法不全面。常見的情形是將HAZOP分析方法和過程危害分析等同，誤以為開展工藝危害分析工作就只是利用 HAZOP方法進(jìn)行分析。

建議：HAZOP分析方法只能分析工藝系統(tǒng)本身的問題，全面的過程危害分析還應(yīng)該包括諸如設(shè)施布置分析和人為因素分析等等。組長(zhǎng)需要根據(jù)工藝系統(tǒng)的特征選擇適當(dāng)?shù)姆治龇椒ā?/p>

情形4：分析記錄過于簡(jiǎn)單。有些分析報(bào)告的記錄非常簡(jiǎn)單，可讀性差，經(jīng)過一段時(shí)間后，即使參與分析討論的人也讀不懂。

建議：應(yīng)該詳細(xì)描述討論過程中識(shí)別的各種事故情景、相應(yīng)的后果、現(xiàn)有的措施及必要的建議措施等。

情形5：開展過程危害分析的時(shí)間緊迫。應(yīng)項(xiàng)目的進(jìn)度要求壓縮開展過程危害分析的時(shí)間，往往會(huì)影響分析工作的質(zhì)量。

建議：為了既不影響項(xiàng)目進(jìn)度，又保證有足夠的時(shí)間開展過程危害分析，對(duì)于新建的項(xiàng)目宜盡早開展過程危害分析工作，如果在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段開展危害分析，宜在第一版P ＆ ID圖紙完成后盡快開展。很多企業(yè)將過程危害分析工作分階段完成，在項(xiàng)目不同階段對(duì)應(yīng)不同深度的分析，這也是值得借鑒的實(shí)踐方法。

3.過程危害分析報(bào)告不完整

有些企業(yè)雖然有非常詳細(xì)的過程危害分析記錄，但是報(bào)告中卻沒有對(duì)應(yīng)的 P ＆ ID圖紙，也有些企業(yè)用新版 P ＆ ID圖紙?zhí)娲_展分析時(shí)所采用的 P ＆ ID圖紙。這兩種情況都會(huì)嚴(yán)重影響報(bào)告的使用。

建議：應(yīng)該在分析報(bào)告中附上當(dāng)時(shí)開展危害分析時(shí)所使用的P ＆ ID圖紙，并宜在這些圖上用不同顏色描出各個(gè)節(jié)點(diǎn)，以保證報(bào)告的完整性和可讀性。

4.分析報(bào)告的建議措施未能有效落實(shí)

有些企業(yè)雖然開展了過程危害分析，卻沒有落實(shí)分析時(shí)提出的建議措施，要么是設(shè)施現(xiàn)場(chǎng)的客觀條件限制了這些建議措施的落實(shí)，要么是出于經(jīng)濟(jì)方面的考慮將之?dāng)R置。

建議：對(duì)于分析過程中識(shí)別的某種危害，一般有很多解決的方法，分析小組在提出建議措施時(shí)應(yīng)考慮工廠的實(shí)際情況，選擇適當(dāng)?shù)?、可?zhí)行的措施。此外，管理層對(duì)安全的認(rèn)知和承諾，也是解決好過程安全和經(jīng)濟(jì)投入矛盾的重要前提。