HAZOP风险分析方法在医药工程设计中的应用

赵志福 高传奇

0 引言

与石油化工行业相比，医药行业的生产规模相对较小，其工艺复杂性及危险性也相对较小。基于医药行业自身的特点及区域发展的不均衡，造成业主对工艺安全认知及安全意识的差异较大，加上行业涉及安全设计方面的规范相当不健全，导致医药工程设计中对安全设施的设计把握不准，留下安全隐患。

近年来，随着医药行业迅速发展，企业规模的不断扩大，储存和使用易燃易爆等危险化学品的数量越来越多，容易形成重大危险源。对于化学原料药项目，还存在应重点监管的危险化工工艺，在工艺运行生命周期内，一旦出现反应失控或危险化学品泄漏，就有可能导致火灾、爆炸及中毒事故的发生，严重时导致人员伤亡、财产损失、环境污染及恶劣的社会影响。一般来说，工艺运行过程中的安全性能和设施布置主要是在设计阶段决定的。因此，在医药工程设计中，通过工艺危险分析来识别设计缺陷，及时改进设计，可提升工艺系统的安全性。

工艺管道仪表流程图，即Pamp;ID显示了所有的设备、管道、工艺控制系统、安全联锁系统、物料互供关系、设备尺寸、设计温度、设计压力、管线尺寸、材料类型和等级、安全泄放系统、公用工程系统等关于工艺运行过程的关键信息。因此，通过分析Pamp;ID，几乎可以分析所有安全措施的充分性，检查强制性标准规范在设计中的落实情况。

本文介绍了以Pamp;ID为主要分析对象的危险与可操作性分析（HAZOP，Hazard and Operability Analysis）方法在工程设计阶段的作用及要点，并以液氨罐区为实例进行分析，对其安全设计进行了审查，辨识出了操作和储存中存在的安全隐患，对存在的隐患进行了风险计算，并提出了改进措施。

1 工程设计阶段HAZOP分析的目标[1]

1.1 检查已有安全措施的充分性，保证工艺的本质安全

（1）在项目初步设计阶段，帮助审查设计方案，及时修正设计中的缺陷或不足。

（2）为完善操作指标和操作规程提供参考依据。

（3）为制定完善的应急处置预案提供依据。

（4）分析的过程能够帮助分析人员更透彻地了解装置，分析的结果可以作为员工的教育培训材料。

1.2 控制变更发生的阶段，避免产生较大的变更费用

HAZOP分析的主要目的是检查已有安全措施的充分性。在HAZOP分析过程中往往会提出大量的建议措施，这些措施的落实会产生变更费用。从工艺装置生命周期与设计变更费用关系图（图1）中可以看出，如果在设计阶段进行HAZOP分析，则执行HAZOP分析提出的建议措施所产生的变更费用是最少的。

图1 工艺装置生命周期与设计变更费用关系

2 工程设计阶段开展HAZOP分析的需求及时间段

在石化行业，HAZOP分析的需求往往来自业主。对于医药行业来说，鉴于行业本身特点，加上国家安全总局提出进一步加强危险化学品建设项目安全设计管理的要求，涉及“两重点一重大”和首次工业化设计的建设项目，必须在初步（基础工程）设计阶段开展HAZOP分析，这种需求是正式的，而且应体现在双方的合同内。

为使HAZOP分析的结果以及对设计所作的变更体现在初步（基础工程）设计审查文件中，HAZOP分析应安排在初步（基础工程）设计工作基本完成之后、上级主管部门审查之前开展。

3 HAZOP风险分析方法[2]

传统的HAZOP分析内容包括：偏差、原因、后果、保护措施、建议措施。与传统的HAZOP分析相比，HAZOP风险分析在传统分析的基础上，结合事故的后果严重等级和事故发生频率等级，可以在5×5风险矩阵中确定事故的风险等级，使传统的HAZOP分析方法从纯定性分析改进为半定量分析，提高了HAZOP分析方法识别危险的分辨率和对安全措施实际效能的判断能力。

3.1 划分节点

HAZOP分析的基础是“引导词检查”，其仔细地查找出与设计意图背离的偏离。为便于分析，可将系统分成多个节点。将系统划分成节点时，一般会综合考虑节点的目的与功能、节点物料及合理的切断点等因素，如常见的节点类型包括：反应器、容器、塔、管线、换热器、泵、压缩机等。

3.2 确定节点偏差

对于每一个节点，HAZOP分析团队以正常操作的工艺参数为标准值，分析运行过程中工艺参数的变动（即偏差），这些偏差通过引导词和工艺参数引出。确定偏差最常用的方法是引导词法，即偏差=引导词+工艺参数。

3.3 对偏差进行分析

确定了每个分析节点的偏差后，需要对每个偏差进行分析。分析的内容包括：原因、后果、保护措施、建议措施。

3.4 确定事故后果等级

HAZOP风险分析中，只对会产生下列后果的事故进行风险分析：（1）员工伤害；（2）财产损失；（3）环境影响。事故后果等级分类如表1所示。

式中Fu——事故发生的频率；

F——初始原因事件频率；

表1 事故后果等级(S)分类

3.5 确定事故频率等级

事故频率分为两种，一种是不考虑保护措施的事故频率（Fu）；另一种是考虑保护措施的事故频率（Fm）。

3.5.1 不考虑保护措施的事故频率（Fu）

（1）事故频率（Fu）由初始原因事件频率和促使原因事件发展为后果事件的条件事故发生的概率决定。

（2）事故频率（Fu）计算公式如下：

P1、P2、Pn——条件事故发生的概率（条件1，条件2，…条件n）。

3.5.2 考虑保护措施的事故频率（Fm）

保护措施是指可以独立的行使安全保护功能而不受其他保护措施失效影响的安全保护措施。保护措施一般包括以下内容：（1）基本过程控制系统；（2）报警、操作人员干预；（3）安全仪表系统（SIS）；（4）安全泄放设施；（5）物理防护；（6）应急响应。

常用的保护措施及失效概率统计数据如表2所示。

表2 常用的保护措施及失效概率统计数据

保护措施总失效概率（TPFD，Total PFD）为已有保护措施失效概率的乘积，即：

TPFD=PFD1×PFD2×…

事故频率（Fm）计算公式如下：

Fm=Fu×TPFD

式中Fm——考虑保护措施的事故频率；

Fu——不考虑保护措施的事故频率；

TPFD——保护措施总失效概率。

3.5.3 事故频率等级分类

事故频率等级分类如表3所示。

3.6 确定事故风险等级

风险是事故后果严重程度与发生频率的结合。事故风险评估包括两个方面：（1）只考虑被动安全防护的潜在风险（RRu）；（2）同时考虑保护措施和被动安全防护的剩余风险（RRm）。

潜在风险和剩余风险的区别在于潜在风险没有考虑保护措施，是对固有危险程度的评估，而剩余风险考虑了保护措施，是对目前真实危险程度的评估。两种风险的评估后果是一致的，只是在频率上有所不同，潜在风险考虑的事故频率为Fu，剩余风险考虑的事故频率为Fm。

结合确定的事故后果等级和事故频率（Fu或Fm）等级，在5×5风险矩阵（表4）中就可以查出事故的潜在风险和剩余风险。

4 风险分析

根据确定的事故风险等级，按照表4进行风险管理。风险等级为II级、III级及IV级的事故，应对现有工艺系统进行改进，或通知企业管理部门按照建议措施进行补充。

风险等级划分如表5所示。

表3 事故频率等级(L)分类

表4 5×5风险矩阵[3]

表5 风险等级（RR）划分标准

5 HAZOP风险分析案例

依据上述HAZOP风险分析方法，对液氨罐区进行了HAZOP风险分析，将液氨罐区划分为卸车区、压缩机棚等4个节点，辨识出了液位偏高等7个偏差，得到5个不利后果。对这5个不利后果进行风险分析，得到剩余风险等级为I级的事故有4个，剩余风险等级为II级的事故有1个。槽车至压缩机工艺单元的节点HAZOP风险分析如附表所示。

经过风险分析，如果发现现有保护措施下事故的风险等级仍不能接受，就应对该事故制定单独的事故风险分析表。本文在事故风险分析表中提出了事故的预防、保护措施，并对提出的措施再实施风险评估，评估其剩余风险等级，使得风险在有效的预防或保护措施下降至可接受水平。

6 结语

（1）利用HAZOP风险分析方法可以辨识出工艺系统中存在的隐患，并通过计算隐患的风险，可以在设计阶段解决高风险的安全隐患。（2）修改HAZOP风险分析中的工艺参数，调整后果等级及事故频率的判断标准，利用风险矩阵可以对工艺方案布置是否合理、空调系统划分是否合理、清洁程序是否满足规范要求等进行风险判断。（3）利用HAZOP风险分析可以控制重大变更发生的阶段，降低工程变更费用，减少各专业由于变更而产生的不协调问题。（4）对高风险隐患，不论是安全隐患，还是污染隐患，均能提出建议措施，并对提出的措施再实施风险评估，评估其风险等级，使得风险在有效的保护措施下降至可接受水平。

[1]吴重光.危险与可操作性分析（HAZ O P）应用指南[M].北京：中国石化出版社，2012.

[2]姜巍巍，赵文芳，李奇，等.HAZ O P风险分析在环氧乙烷罐区的应用[J].工业安全与环保，2007，33（2）：51-53.

[3]危险与可操作性分析技术指南：Q/SY 1364—2011[S].