工藝危害分析在化工設(shè)計中的實施研究

李廣瓊，李家祥

（1.萬華化學(xué)集團股份有限公司，山東煙臺 264000；2.華能山東石島灣核電有限公司，山東威海 264200）

1 工藝危害分析的概念及功能

在2011年國家頒布的“化工建設(shè)項目安全設(shè)計管理導(dǎo)則”中明確規(guī)定，化工設(shè)計環(huán)節(jié)必須要進行工藝危害分析（簡稱PHA）?；どa(chǎn)安全管理主要包含兩方面工作，一方面是作業(yè)安全管理，即通過規(guī)范化管理避免生產(chǎn)作業(yè)過程中出現(xiàn)人員傷害；另一方面是工藝安全管理，即通過科學(xué)性工藝管理手段避免泄漏、爆炸、火災(zāi)等災(zāi)難性事故。而PHA則是通過系統(tǒng)化、科學(xué)化的建模，對可能出現(xiàn)的工藝事故的誘導(dǎo)因素、危險類別、產(chǎn)生后果進行概略分析，盡可能對潛在的危害進行識別和預(yù)判并形成書面形式的危害控制或消除措施。有效的PHA應(yīng)具備以下功能：

1）識別工藝危害。

2）識別出已發(fā)生的、可能引發(fā)災(zāi)難性后果的事件。

3）作為一種危害控制手段。

4）預(yù)判控制手段失效后可能產(chǎn)生的后果。

5）識別人員因素對生產(chǎn)安全的影響。

6）對危害事故進行定性分析與評價。

2 工藝危害分析的主要方法

2.1 定性法

2.1.1 危險源分析（HAZID）

當化工設(shè)計處于工藝物料流程圖（PFD）設(shè)計階段時，可應(yīng)用此方法確定設(shè)計中的一些關(guān)鍵問題，系統(tǒng)辨識能夠引發(fā)嚴重危害的潛在危險源，并判斷是否需要額外增加保護措施。在利用HAZID方法進行分析時，應(yīng)結(jié)合引導(dǎo)詞和偏差來識別危險事件，具體實施過程中，需要使用方塊流程圖或物料流程圖、設(shè)計總圖、MSDS等文件。

2.1.2 故障假設(shè)分析（What-If）

此方法的主要應(yīng)用目的是辨識能夠產(chǎn)生不良結(jié)果的危險源、事故事件或危險狀況。相較于HAZID，其應(yīng)用更加簡單便捷，可在化工項目任何階段，利用任何已有相關(guān)文件展開工作。通常，此方法對參與者和實施者的工作經(jīng)驗和專業(yè)能力具有較高的要求，能夠有效提出“What-If”挑戰(zhàn)性場景，從而引出一系列問題，進而利用這些問題識別和確定潛在危險。同時，分析團隊應(yīng)包含多領(lǐng)域?qū)＜?，能夠針對每個設(shè)計環(huán)節(jié)和步驟，運用一系列關(guān)鍵詞，系統(tǒng)地提出故障假設(shè)，并以此為基礎(chǔ)，進行全面分析和科學(xué)討論，從而實現(xiàn)工藝危害分析的工作目標。

2.1.3 危險與可操作性分析（HAZOP）

HAZOP是系統(tǒng)分析工廠和裝置設(shè)備可操作性及安全性的主要方法，也是化工設(shè)計中應(yīng)用最廣泛的PHA分析方法。主要以P&ID為研究對象，在關(guān)鍵詞的引導(dǎo)下，對所有重要過程參數(shù)可能因偏離預(yù)期設(shè)計條件而引發(fā)的操作性問題、潛在危險以及現(xiàn)有安全防護措施的完備性進行系統(tǒng)辨識和評價，并在此基礎(chǔ)上明確需要進一步甄別的問題以及設(shè)計優(yōu)化建議。在技術(shù)設(shè)計階段，設(shè)計人員可先進行初步的HAZOP，當設(shè)計到達P&ID程度時，可進行完整的HAZOP。HAZOP過程中，應(yīng)要求成套設(shè)備供應(yīng)商一同參與，并結(jié)合總平面布置圖、MSDS、工藝設(shè)計基礎(chǔ)、因果表等文件展開工作。

2.2 半定量法

2.2.1 保護層分析（LOPA）

LOPA是HAZOP之后的一種系統(tǒng)風險半定量分析技術(shù)，能夠提供數(shù)量級估算。通常情況下，若HAZOP中存在以下情況，應(yīng)進行LOPA分析：

（1）可能產(chǎn)生嚴重后果，需要明確后果發(fā)生幾率。

（2）需要判定事故場景的風險等級以及保護層降低的風險等級。

（3）需要明確SIF的SIL。LOPA的實施流程通常為：

①識別風險場景以及危害產(chǎn)生原因，判斷初始事件發(fā)生頻率；②進行有效保護層識別和分析；③識別獨立保護層；④計算每個IPL（獨立保護層）的失效概率；⑤計算失效后果的發(fā)生頻率；⑥將計算結(jié)果與風險允許程度表對比，判斷是否需要增加保護措施。在LOPA的過程中，需要參考P&ID、工藝設(shè)計基礎(chǔ)、總平面布置圖、MSDS、因果表等文件。

2.2.2 故障類型及影響分析（FEMA）

此方法主要是針對單體設(shè)備和系統(tǒng)故障的PHA分析方法，可以準確辨識出單一故障類型所引發(fā)的危害后果或是在某個重大危害事故中的作用。FEMA的分析流程通常為：①辨識故障類型；②分析故障后果；③判定危害級別；④計算故障發(fā)生概率；⑤明確故障檢測方法；⑥提出設(shè)計優(yōu)化和修改建議。

在具體實施過程中，可以根據(jù)系統(tǒng)的復(fù)雜程度，確定FEMA分析參與成員，若系統(tǒng)相對簡單，則可以由工程師獨立完成檢查、分析、批準等全部分析工作；若系統(tǒng)比較復(fù)雜，則需要由多領(lǐng)域?qū)＜医M成的專業(yè)團隊共同完成。FEMA分析需要用到的文件主要有：P&ID、MSDS、因果表等。FEMA的分析結(jié)果通常以表格形式呈現(xiàn)，主要包含：故障類型、嚴重程度、后果影響、發(fā)生可能性、說明、檢測難度、檢測方法、預(yù)防措施、風險優(yōu)先數(shù)、優(yōu)化建議等項目[5]。

2.3 定量法

2.3.1 故障樹分析（FTA）

此方法是一種通過邏輯符號演繹進行系統(tǒng)安全分析的定量分析法。FTA以特定事故為起點，依次列出可能引發(fā)特定事故的序列故障以及對應(yīng)發(fā)生概率，在此基礎(chǔ)上，對所有概率進行科學(xué)計算和分析，最終找到特定事故的基本原因，將之稱為故障樹底部事件。然后，通過“或”和“與”將各事件按照相互間的邏輯關(guān)系進行連接。通常情況下，F(xiàn)TA會與HAZOP等定性分析方法結(jié)合使用，對已辨識的潛在風險進行更加深入和系統(tǒng)的研究。FTA包含四個實施步驟：

（1）選擇頂上事件（特定事故），定義問題，定義與分析相關(guān)的邊界線。

（2）構(gòu)建故障樹即以頂上事件為起點，逐級追蹤所有故障事件，由此確定頂上事件的基本原因。

（3）分析故障樹即通過計算機或人工確定最小分割單元，將基礎(chǔ)事件的所有數(shù)據(jù)通過邏輯門進行整合，計算出頂部事件的發(fā)生概率。

（4）整理結(jié)論，編寫分析報告。報告中應(yīng)明確系統(tǒng)說明、故障樹模型、問題定義、相關(guān)假設(shè)、最小分割單元列表以及事故評估等內(nèi)容。

2.3.2 事件樹分析（ETA）

與FTA相反，ETA是一種由原因到結(jié)果，能夠展示事故發(fā)生動態(tài)過程的邏輯演繹分析方法。其分析原理為：以某個初因事件為起點，根據(jù)事故發(fā)展過程中特定事件出現(xiàn)的可能性，交替考慮安全控制成功與失敗的可能性，再以兩種不同的可能性作為新的初因事件進行分析，直至分析出最終的事件結(jié)果。在分析過程中，各事件序列均以圖形表示且呈現(xiàn)出扇狀，故稱為事件樹。通常ETA被廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)可靠性分析和安全系統(tǒng)事故分析中，具體實施步驟為：

（1）尋找和辨識可誘發(fā)嚴重系統(tǒng)故障的初因事件，并進行分類。

（2）按照先功能事件樹，后系統(tǒng)事件樹的順序構(gòu)造事件樹。

（3）簡化事件樹。

（4）對每個事件序列進行定量分析。

（5）整理結(jié)論，編寫分析報告。

3 工藝危害分析在化工設(shè)計中的實踐流程

3.1 明確工作范圍

在大規(guī)?；ろ椖炕ぴO(shè)計階段，往往需要兩組以上專業(yè)的工藝危害分析小組同時開展PHA工作。因此，在工作前明確各小組的工作范圍，既能夠避免重復(fù)性工作，提升工作效率，又能夠有效避免遺漏，提高分析質(zhì)量。通常，可根據(jù)工藝單元劃分工作范圍，在P&ID中，以具體閥門或法蘭作為工作范圍分界線。

3.2 組建分析小組

在組建分析小組時應(yīng)注意以下要點：

（1）分析小組應(yīng)由組長、記錄員、各領(lǐng)域?qū)I(yè)人員共同組成。

（2）為確保分析、討論工作的效率和質(zhì)量，小組人數(shù)應(yīng)控制在5～8人。

（3）各領(lǐng)域?qū)I(yè)人員應(yīng)包含研發(fā)、生產(chǎn)、工藝、設(shè)備、維護維修、自控與安全等領(lǐng)域的專業(yè)工程師。

（4）為確保分析工作的實踐性與可行性，分析小組中應(yīng)包含一線資深操作人員。

3.3 選擇分析方法

化工設(shè)計過程中，設(shè)計人員及分析小組應(yīng)結(jié)合實際情況和具體需求，科學(xué)選擇PHA分析方法，從而精準、高效地完成工藝危害分析工作。目前，What-If、HAZOP、FTA等分析方法的應(yīng)用最為廣泛[8]。

3.4 收集分析資料

工藝危害分析所需的文件和圖紙統(tǒng)稱為工藝安全信息資料，收集和準備工藝安全信息資料是化工設(shè)計環(huán)節(jié)開展PHA的重要基礎(chǔ)?；すに囅到y(tǒng)的危害主要來自于化學(xué)品和工藝流程，因此，MSDS（化學(xué)品安全技術(shù)說明書）和P&ID（帶制點的管道儀表流程圖）是PHA必備的工藝安全信息資料，若化工設(shè)計涉及設(shè)施布置分析，則還需準備總平面布置圖。除此以外，工藝安全信息資料還應(yīng)包含工藝計算書、操作程序、設(shè)備規(guī)格文件等。需要特別注意：MSDS、P&ID、總平面布置圖等核心資料必須是最新版本。

3.5 開展危害分析

PHA實質(zhì)上是一種面對面分析討論的過程，包含一系列的會議。以HAZOP分析為例：首次會議的主要內(nèi)容應(yīng)包括分組小組組員相互了解和認識，即熟悉每個組員的專業(yè)特長，把握分析小組的專業(yè)資源；對整個工藝系統(tǒng)的概況進行簡述并劃分“節(jié)點”；對不熟悉HAZOP的組員，進行簡單的培訓(xùn)。在后續(xù)分析會議中，組長的工作重點是激發(fā)組員的分析和討論積極性，從而提高PHA的質(zhì)量與效率；記錄員應(yīng)認真詳細地記錄下討論內(nèi)容和對應(yīng)的結(jié)論。為提高PHA的質(zhì)量和效率，一方面可以通過投影儀展示的方式，讓所有與會成員直觀地了解以往討論內(nèi)容，另一方面可以通過網(wǎng)絡(luò)會議的形式，實現(xiàn)跨地區(qū)、跨國家的分析討論。當識別出某項工藝危害時，應(yīng)優(yōu)先制定本質(zhì)安全控制措施，再制定工程控制措施，最后制定行政控制措施。需要注意的是：在進行PHA時應(yīng)考慮企業(yè)的風險標準，確保識別出的事故風險在企業(yè)可接受的風險水平內(nèi)。

3.6 編制分析報告

PHA報告應(yīng)包含分析范圍、分析方法、分析小組成員信息、完整分析記錄等內(nèi)容。編制過程中，不宜使用縮寫并避免生僻專業(yè)術(shù)語的使用。除電子版分析報告外，還應(yīng)準備至少兩份紙質(zhì)報告，一份作為檔案資料保存于檔案室，另一份供日常使用。PHA報告是未來工藝系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計、操作程序及方法改良、操作人員培訓(xùn)、事故應(yīng)急預(yù)案制定等重要基礎(chǔ)，也是PHA復(fù)審的重要參考資料，應(yīng)受到高度重視。

4 結(jié)語

在化工設(shè)計中，PHA是一個極為重要的環(huán)節(jié)，根據(jù)國家法律法規(guī)，相關(guān)企業(yè)在化工設(shè)計階段，必須認真做好工藝危害分析工作。簡要闡述了PHA的概念、功能、主要方法和基本操作流程，在具體的實踐過程中，相關(guān)人員還應(yīng)結(jié)合實際情況，參閱針對每個分析方法更為詳盡的資料和規(guī)定，展開工藝危害分析工作，從而最大化提升工作質(zhì)量和效果。