石油化工仪表自动化设计中的HSE理念

丁兰蓉

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

国内外知名的石油化工企业都有自己的HSE 管理特色，不同公司的HSE 方针目标也各有不同，涵盖的内容很多，“安全第一”、“预防为主”、“综合治理”、“以人为本”、“持续发展”等。可以看出人们越来越重视HSE，HSE 管理已成为世界性的潮流与趋势。一个企业只有培养出良好的HSE 企业文化，才能使理念转化为全体员工的行动，并最终实现“HSE 融入我心中”的要求[1]。但要真正达到这个要求，树立科学的HSE理念并转化为行动并不是一件容易的事情。在石油化工工程中设计是主体，如何在设计中不断灌输和提升HSE 理念，从设计为源头落实HSE 要求、实现“本质安全”设计是最为重要的。

1 HSE 管理体系的概念

HSE 是指健康（Health）、安全（Safety）与环境（Environmental）的专门术语，HSE 管理体系是指实施安全、环境与健康管理的组织机构、职责、做法、程序、过程和资源等要素而有机构成的整体，这些要素通过先进、科学、系统的运行模式有机地融合在一起，相互关联、相互作用，形成动态管理体系。

近几年来HSE 管理体系已作为一门独立学科在世界上迅速发展。HSE 管理体系以其系统化、科学化、规范化、人性化的管理方式正在被越来越多的行业所推崇。

HSE 管理体系要求组织进行危险源辨识、风险评价、环境因素识别与评价，确定其自身活动可能发生的危害和后果，从而采取有效的防范手段和控制措施，以便减少可能引起的人员伤害、财产损失和环境污染。它强调预防和持续改进，具有高度自我约束、自我完善、自我激励机制，因此是一种现代化的管理模式，是现代企业制度之一。

2 HSE 管理体系在仪表自动化设计中的具体运用

国家标准《环境管理体系要求及使用指南》GB/T24001—2004 idt ISO14001:2004 规定了有效的环境管理体系的要素，而《职业健康安全管理体系要求》GB/T28001—2011 idt OHSAS18001:2007 规定了有效的职业健康安全管理体系所应具备的要素。根据标准的要求，企业应制定适宜的HSE 方针；识别过去、当前或计划中的活动、产品或服务中的危害风险和环境因素；识别适用的法律法规和其他要求；建立适宜的HSE 目标和指标；建立组织机构，制定方案，以实施HSE 方针，实现目标和指标；开展策划、控制、监测、纠正措施和预防措施；有根据健康安全事件和客观环境的变化做出调整的能力[2]。仪表自动化设计作为石油化工工程设计的重要组成部分，对照HSE 管理体系的各个要素，其中危险源辨识和风险评价、环境因素识别与评价、法律法规和其他要求、运行控、内部审核等，诸多要素的具体实施都与仪表自动化设计息息相关，应将这些要素落实到具体的设计工作中，并持续改进，不断完善。

2.1 危险源辨识和风险评价

在仪表自动化设计中，要在项目的前期配合工艺专业对工艺过程中的危险源和风险进行辨识评价。危险源的辨识应在进入工作场所的所有人员的活动中考虑，可以是人员行为、能力等因素造成，也可以是物的因素、环境因素、管理因素等造成，在常规活动和非常规活动中都要辨识[3]。石油化工总承包企业存在的危险源主要有火灾、爆炸、中毒、高空坠落、设施不完整、管理不到位等[4]。工程中常见的危险源举例：物料不稳定或可自燃、放热反应热量无法移除、反应后压力高无法泄压、防静电措施不到位引起火灾、仪表气源故障导致气动阀门无法动作、仪表供电设计不合理导致仪表损坏等。

危险源辨识后就要对这些危险源存在的风险进行评价，只有准确评价后才能制定合理的措施来规避或削弱这些风险。风险评价的方法有风险图表法、保护层分析法等。下面以简单易学的风险图表法为基础来举例说明。

风险图表法将风险定义为发生危险事件或有害暴露的可能性，与随之引发的人身伤害或健康损害的严重性的组合，即：风险（R）=可能性（L）×严重性（S）。

可以将可能性（L）分为下面描述的五级，每一级按可能性从小到大的顺序分别定义为1、2、3、4、5。

（1）行业内从未听说

（2）行业内听说

（3）本组织内听说

（4）本企业曾发生

（5）本企业每年多次发生

同样将严重性（S）也分为五级，每一级按严重性从小到大的顺序分别定义为1、2、3、4、5。

（1）无伤亡

（2）轻微伤害

（3）重大伤害

（4）造成永久性伤害或3 人以下死亡

（5）多于3 人死亡事故

于是如下5×5 的矩阵图表就形成了。

表1 风险（R）

从表1 可见，风险（R）分为三级：R=1～6 为低风险，8～12 为中等风险，15～25 高风险。

此时对所辨识的危险源进行风险评价时就只需要对号入座。比如 ：某石油化工装置中有含易燃易爆介质，一旦泄漏达到一定浓度时将造成爆炸引起3 人以下死亡，此类爆炸在本组织内听说过。由此得出R=3×4=12，即评价为中等风险。

用同样的方法，可以对仪表自动化设计工作中的风险进行评价，比如：安全仪表系统设计不合理造成装置非计划停车，R=2×3=6；仪表的防爆选型不正确遇到火源时爆炸造成人员伤害，R=3×4=12；可燃、有毒气体检测仪表的设置有缺漏导致3 人以下死亡，R=3×4=12；仪表供电设计不合理导致仪表损坏，R=3×1=3；等等。

风险图表法中风险（R）、可能性（L）、严重性（S）三个元素的分级以及每一级的定义可以根据企业自身的情况灵活应用，尤其对于严重性（S），除了从上述的人员安全方面考虑，还可以从经济损失、企业形象损失等方面考虑，最终的S 值取其中最大值。无论用什么方法进行风险评价，关键在于要明确企业的最大容许风险，对于识别出的风险应制定相应的措施，以使风险降至可容许程度。比如针对上述易燃易爆介质泄漏的风险评价，采取设置可燃气体检测报警系统的措施，在可能的泄漏点设置可燃气体检测器，将报警信号送至现场报警器和控制室的报警系统，进行声光报警，从而对可燃气体的泄漏进行有效的检测控制；制定应急预案，一旦泄漏，除了采取关闭相关阀门等措施外，还应根据风向信息制定人员撤离时的逃生线路等。

2.2 环境因素识别与评价

环境因素的识别应考虑三种时态：过去、现在、将来；三种状态：正常、异常、紧急；八个方面：向大气的排放、向水体的排放、向土地的排放、原材料和自然资源的使用、能源使用、能量释放（如热、辐射、振动等）、废物和副产品、物理属性（如大小、形状、颜色、外观等）[2]。常见的环境因素举例：可燃、有毒介质泄漏向大气排放、含油污水向水体排放、电池随意丢弃有害物质对土地释放、放射性物质在环境中泄漏、阀门噪声排放、燃料油使用、电能使用、打印机废弃硒鼓处理等。

环境因素的评价同样可采用与风险图表法类似的矩阵图表法，环境因素（R）＝发生的概率（L）×环境影响的后果（S）。

将发生的概率（L）分为五级，每一级按概率从小到大的顺序分别定义为1、2、3、4、5。

（1）三年以上未发生

（2）一到三年内曾发生

（3）每年内发生

（4）每月内发生

（5）连续发生

将环境影响的后果（S）分为三级，从法规的符合性、环境影响范围、能源消耗等多个方面分级，根据需要取其中最大值，每一级按从小到大的顺序分别定义为1、2、3。

从法规的符合性分级：

（1）完全符合

（2）潜在的不符合

（3）违法

从环境影响范围分级：

（1）公司内影响

（2）地区内影响

（3）地区以上范围影响

从能源消耗分级：

（1）少量使用

（2）在标准范围内使用

（3）超出标准范围使用

于是如下3×5 的矩阵图表就形成了。

表2 环境因素（R）

从表2 可见，环境因素（R）分为二级：S=1～2 或R=1～6 为一般环境因素, S=3 或R=8～15 为重要高环境因素。

环境因素评价的举例：放射性仪表的放射源在环境中泄漏，这在有放射性仪表的项目现场连续发生，但放射剂量完全符合国家法规规定，环境影响只局限在项目现场，故R=5×1=5。其他的环境因素评价如：阀门噪声排放对环境的污染，R=5×1=5；办公区域或会议室人走灯亮电能浪费，R=4×1=4；电池随意丢弃有害物质对土地释放，R=3×1=3；项目现场汽车的燃油消耗，R=5×1=5；等等。

风险和环境因素评价是一个不间断的动态过程，不仅仅是在项目的前期，而应贯穿整个生命周期。根据识别、评价的结果，在技术可行、经济合理的前提下，采用适宜、可靠的安全控制措施和预防措施，从而达到将风险尽可能降到合理、可行的最低程度，消除、减少不利的环境影响，防止HSE 事故的发生。

2.3 法律法规和其他要求

法律法规和其他要求是设计工作的重要依据。法律法规指国家现行有效的法律、行政法规、司法解释、地方法规、地方规章、部门规章及其他规范性文件以及对于该等法律法规的不时修改和补充。法律法规和其他要求包括了国家、行业、地方、企业等的标准规范、规定、文件等。企业或组织应建立、实施并保持程序，以识别和获取适用于本组织的法律法规和其他要求，并通过学习、培训、交流、宣贯等形式，传达给相关设计人员在设计工作中进行执行。

作为仪表自动化的设计人员，应在平常工作中注意收集整理与专业相关的最新标准规范及规定，积极加入到规范的培训学习中。仪表自动化行业的发展较快，专业技术规范不断推陈出新，如近几年新发布的《石油化工控制室设计规范》（SH/T 3006—2012），《石油化工安全仪表系统设计规范》（GB/T 50770—2013），《石油化工仪表系统防雷设计规范》（SH/T 3164—2012）等，2014 年又有《石油化工分散控制系统设计规范》(SH/T 3092—2013)、《石油化工仪表及管道隔离和吹洗设计规范》(SH/T 3021—2013)、《石油化工仪表及管道伴热和绝热设计规范》（SH/T 3126—2013）、《石油化工在线分析仪系统设计规范》（SH/T 3174—2013）、《石油化工仪表供气设计规范》(SH/T 3020—2013)、《石油化工仪表安装设计规范》(SH/T 3104—2013)等一系列旧规范升版后的发布实施。设计人员在设计中一定要确保采用最新、有效版本的规范，避免采用过期作废的法律法规、标准规范；并根据项目所应用的地域收集当地的法律法规和其他要求，包括根据业主要求采用企业标准规范等；同时在设计说明或统一规定中对设计采用的法律法规和其他要求进行明确，列出采用的主要标准规范清单，当各类标准规范内容较多时还应明确执行的优先级次序，明确在不同标准规范内容不一致时如何处理。

2.4 运行控制

运行控制对于设计来说就是对整个设计过程的控制，包括项目前期、基础设计、详细设计等不同阶段中HSE 相关内容的具体执行、控制和管理。要遵循新建、改建、扩建工程项目的安全、职业病防治、环境保护设施，必须与主体工程同时设计、同时施工、同时投入生产和使用的“三同时”原则。确保HSE 从设计源头抓起，在工程设计中开展风险评价和环境因素评价，落实相应措施，认真执行各项标准规范，确保设计输出满足设计输入的要求。要注意各个设计阶段的衔接，如详细设计应将基础设计的审查批文作为设计输入。应按计划、分层次对规定的内容进行设计评审，通过校审、会签等手段进行设计验证。应对设计中的变更进行管理，重大方案性设计变更应进行设计技术评审。

在各个设计阶段的工作中，为确保设计、校对、审核等各个角色有效开展HSE 运行控制，就必须深刻理解专业设计中的HSE 相关内涵。以下是石油化工项目仪表自动化设计中一些HSE 相关内容的举例：

（1）通过对过程工艺危险源的分析评估后明确是否需要安全仪表系统（SIS），如需要，应独立于基本过程控制系统，安全仪表系统应设计成故障安全型[5]。

（2）通过风险分析评估，对安全仪表功能进行安全完整性等级SIL 的分级，并配置达到相应SIL 等级的安全仪表系统。在项目后期落实SIL 的验证。

（3）安全仪表系统逻辑控制器的中央处理单元、输入输出单元、通信单元及电源单元等，应采用冗余技术[5]。

（4）控制系统的控制器、供电单元和通信单元均应采用冗余结构，在主机故障时，控制器的全部数据和功能将自动切换到冗余的后备控制器。

（5）控制系统应能根据用户或设备的身份不同赋予不同的权限，应通过设置防火墙、防病毒软件等措施确保系统的安全性。

（6）根据仪表系统的重要性设置合理的仪表供电系统，如采用不间断电源（UPS）装置，事故应急电源等。UPS 的后备供电时间15～30 min，应有故障报警功能。

（7）配置充足的仪表空气容量及合理的仪表供气系统。上游气源装置发生事故停止供气时，储气罐应能提供紧急供气，维持时间15～30 min，应有气源压力低报警。

（8）在可能发生可燃气体、有毒气体泄漏的区域，应按规定设置可燃气体检测器和有毒气体检测器，并配置相应的报警系统。检测器的数量和布置应满足国家规范及工艺专业的要求。

（9）安装在爆炸危险区域内的电子式仪表应根据防爆危险区域划分选用相应的防爆型仪表，并应符合国家标准GB3836。

（10）现场安装仪表应根据当地气候环境情况考虑防尘、防水、防腐、防霜冻、防晒、防雷击等措施。

（11）当使用放射性仪表时，其使用场所的辐射剂量当量必须符合国家规定的控制范围的要求。

（12）有防火要求的场所应考虑火灾情况下的防护措施，如选用阻燃型或防火型电缆等。

（13）仪表电缆沟应根据需要采取防止有害气体进入的密封措施，如电缆进入建筑物的洞口处采用电缆穿墙密封模块或其它封堵处理等。

（14）控制室、现场机柜室应布置在非爆炸危险区，位于可燃气体、液化烃和甲B、乙A 类设备全年最小频率风向的下风侧。

（15）无论是什么原因引起的设计变更，都应评估提议的变更会不会引入新的危险或增加现有危险的风险。

2.5 内部审核

内部审核是验证HSE 管理体系是否得到正确实施和保持的有效手段。企业内部如何实施内部审核有大量通用的方法和技巧，然而，在针对仪表设计部门的运行控制进行HSE 内部审核时，应结合仪表专业的特点进行询问和检查，以确保审核的专业性、有效性和全面性。以下是仪表专业审核内容的举例：

（1）设计过程及管理工作中有没有对危险源进行辨识和风险评价。

（2）设计过程及管理工作中有没有对环境因素进行识别与评价。

（3）辨识和识别是否全面，是否已针对以往的事故从设计上考虑避免。

（4）设计中是否有自动联锁，是否优先考虑，是否采用了安全仪表系统。

（5）设计中是否根据工艺要求设置可燃气体检测报警系统。

（6）如何在选型等设计中考虑节能、减排。

（7）控制室内工作站布局等是否考虑了人类功效学的设计要求。

（8）设计中用到的HSE 相关程序文件有哪些。

（9）设计人员的人工时和加班是否符合劳动法等的规定。

（10）对于加班较多、人工时统计较高的员工要多关注健康，平时如何获取员工身体健康状况的信息。

（11）对设计过程中以及项目现场的HSE 如何进行检查和抽查。

（12）对检查出的问题是否进行系统性分析。

（13）是否有针对性的改进措施。

（14）有否验证改进措施的有效性，从而达到持续改进。

以上审核内容可以结合具体设计项目进行抽查，比如抽查设计输入条件，过程文件如校对、审核的记录，以及成品图纸等，抽查HSE 相关的内容是否按输入条件设计，设计采用标准是否有效，成品图纸是否按规定签署，签署人员的资质是否符合公司任命的资质等，均属于设计过程内部审核的内容。

3 实施风险控制措施、实现本质安全设计

国家职业健康安全立法和政策中明确提出了“安全第一、预防为主”的方针，这已成为企业HSE 管理工作的基本指导原则。HSE 采用PDCA（Plan-Do-Check-Act）循环的管理方法[2,3]，实现对各个HSE 要素的控制。

仪表自动化行业发展迅猛，无论是仪表系统和检测仪表都不断有新产品新技术出现，设计中更应灌输整体安全的理念，落实“本质安全”的设计规定要求。仪表自动化在各个设计阶段，特别是在前端设计中，应配合工艺等主导专业，充分考虑健康、安全、环境等各项因素，并组织有效实施和持续改进，将HSE 理念贯穿整个设计过程。

设计中应充分认识到安全是相对的，风险是绝对的，但风险是可以预防和控制的。对于可能存在的风险，可以通过以下主要途径消除或削减风险，从而实现“本质安全”设计[6]。

（1）削减──最大限度地减少系统中危险物质或能量的数量。如：安全仪表系统的中间环节应尽可能少，即安全仪表系统中逻辑控制器与关联的现场测量仪表和最终元件之间，尽可能直接连接，减少中间环节。

（2）替代──如果做不到削减，则选用危险性较小的物质及风险系数小的流程代替。如：选用阻燃型或防火型电缆；但要注意替代有时也可能引入新的危险源和风险，需要重新评估。

（3）缓解──通过温和反应条件将危险的状态减到最弱。在危险性较小的状态或条件下处理物料，以削减过程危险源。如仪表用电、仪表用气设计中设置一定时间的储备。

（4）简化──简化操作的复杂性。消除不必要的复杂操作，使装置操作更简单，更人性化，以减少人为失误和错误操作。如：安装在爆炸危险场所的分析小屋内采用正压通风。

4 结束语

石油化工仪表自动化设计是一项复杂且系统性强的工作，不仅要考虑各种不同类型仪表的应用，更要研究仪表控制主系统及各子系统的设计。设计中存在诸多危险源及环境因素，如果我们在设计工作中HSE理念淡薄、安全意识不强，没有将HSE 管理体系贯穿在整个设计过程中，可能会造成装置停车、设备系统损坏，甚至人员伤亡等严重后果，给国家和人民生命财产带来损失。仪表自动化设计人员需要不断学习，强化HSE 理念，在设计过程中研究可能发生的危害和后果，采取有效的运行控制措施，从而减少可能引起的人员伤害、财产损失和环境污染。同时在设计工作中不断总结，持续改进，提升本质安全设计和HSE 管理水平，提高企业的综合竞争力，才能适应国际化工程发展的需要。

[1] 沈浩.HSE 管理体系发展趋势初探[J].安全、健康和环境, 2009,9(1):17～18.

[2] 范与华,李燕等.GB/T 24001—2004 idt ISO 14001:2004 环境管理体系要求及使用指南[M].北京:中国标准出版社,2005.

[3] 陈元桥,于帆等.GB/T 28001—2011 idt OHSAS 18001:2007 职业健康安全管理体系要求[M].北京:中国标准出版社,2012.

[4] 龚菊华,都浩.石油化工企业如何加强HSE 管理[J].当代化工, 2011,40(2):153～156.

[5] 黄步余,叶向东等.GB/T 50770—2013 石油化工安全仪表系统设计规范[M].北京:中国计划出版社,2013.

[6] 袁纽,任理坚等.AQ/T 3033—2010 化工建设项目安全设计管理导则[M].北京:煤炭化工出版社,2011.