应用过程危害分析工具

上海赛科石油化工有限责任公司 葛安卡｜文、图

过程危害分析(Process Hazard Analysis， PHA)是过程安全管理的核心要素，是有组织、有系统地对过程装置或设施进行危害辨识的过程，为消除和减少过程中的危害、减轻事故后果提供必要的决策依据。通常的过程危害分析工具或研究主要包括：危害识别分析（Hazard Identification，HAZID）、选址HAZOP（Site Hazard and Operability Study）、危害和可操作性分析（Hazard and Operability Study，HAZOP）、保护层分析（Layer of Protection analysis，LOPA）、SIL核算(Safety Integrity level Verification)、定量风险评估（Quantitative Risk Analysis，QRA）等。本文对以上方法的适用阶段和具有实践性的工作程序做相关介绍。

危害分析方法及适用阶段

HAZID分析

HAZID是在项目的早期阶段，由审查小组对项目进行系统地分析，识别出项目中存在的重大危险源、潜在风险以及潜在的运行问题，并制定相应措施。其分析过程与HAZOP类似，但引导词不同。

危害识别工作是过程风险管理的第一步，主要目的是确认所有危害被识别、评估、理解和记录。

1.适用范围：适用于过程类大项目。

2.时间：在评估阶段或选择阶段初期、中期进行，或可研阶段初期、中期进行。

3.研究基础：所采用的设计文件为初步过程流程图、设备平面布置图和MSDS（Material Safety Data Sheet，化学品安全技术说明书）。

具体过程简述如下：

1.在工厂工程师或被指派人员配合下，收集和准备HAZID分析所需资料。

2.选定HAZID组长和小组成员，HAZID组长可邀请第三方人员承担。

3.在进行HAZID正式分析之前，按需要组织召开HAZID预备会议。

4.HAZID小组成员按照采用类似HAZOP的分析方法，对每一引导词下的事故链进行充分讨论，由记录员按照工作表格式记录HAZID分析内容。采用的引导词包括：外部火灾、内部火灾、内部爆炸、限制空间爆炸、泄漏、急性有毒有害、慢性有毒有害、环境污染和能量剧烈释放等。

5.在审查会议之后，由HAZID组长或记录员整理HAZID初步报告，交与HAZID小组成员和相关人员审查；按照反馈意见修改形成最终报告，并在最终报告中制定建议项的关闭计划。

6.按照建议项关闭计划，由行动项对口负责人负责落实关闭计划，由专人负责跟踪进展状态，直至全部关闭。

选址HAZOP分析

选址HAZOP是一个结构化的头脑风暴分析研究方法。通过研究装置或设施内部（包括有人建筑）及其与周围装置或设施的相互影响范围和程度，识别出重大风险，并制定风险削减措施，确保所设计装置或设施及有人建筑的防护体系与潜在的危险性相适应。针对现有的过程装置、重要的新建设施和重要过程装置扩建而展开分析研究，审查其平面布置设计方案和识别重大事故的影响，侧重研究过程的潜在危险性。

选址HAZOP主要适用于新建设施现场选址分析，或由于现场选址所带来的重大风险防范措施的分析，包括新建装置、新建独立装置过程单元、新建罐区或公用工程系统。

选址HAZOP的时间一般应安排在选择阶段后期或定义阶段初期，具体应根据现场设计选址、平面布置、设备布置要求等潜在因素以及能否提供所需资料情况来确定。

HAZOP分析

HAZOP是针对P ＆ ID设计图纸和其他相关资料，召集过程、操作和安全等专业的工程师，在HAZOP组长引导下，识别每一个过程系统可能出现的潜在事故，并分析产生这些事故的原因、后果和控制措施，提出改进意见的审核会议。HAZOP是识别及评估过程危害和潜在运行问题的系统化定性技术，该方法利用一系列的引导词来检查当前过程状态与正常过程状况之间的偏差。

HAZOP分析适用于所有大项目和风险较高的MOC（Management of Change，变更管理）项目，以及运行装置HAZOP复核或重新HAZOP。

1.对于大项目HAZOP一般包括3次HAZOP，具体内容为：HAZOPⅠ为设计院设计部 分 HAZOP， 在 BED（Basic Engineering Design，基础设计）后期进行；HAZOPⅡ为包设备HAZOP，在包设备完成之后进行；HAZOP Ⅲ 为设计变更HAZOP，在项目施工后期进行。

2.MOC HAZOP。 根 据 MOC规模的大小需要进行1～3次HAZOP。

3.运行装置HAZOP。每3年进行一轮复核，如果5年未进行复核则将重新进行HAZOP。其与项目HAZOP不同之处在于：在每一个节点HAZOP审核中纳入MOC；在每个单元的HAZOP研究开始之前，回顾相应的事故报告，并回顾以往HAZOP研究报告。

主要参加人员如下：

1.HAZOP组长通常为与项目无关、有同类装置经验、熟悉HAZOP方法和项目流程、具有过程危险源分析和风险评估技术者。

2.专利商/供应商代表。

3.主要设计人员：过程、设备、控制、仪表和HSE等专业人员，其他专业人员酌情邀请参加。

4.装置或项目及部门人员：生产、化学、设备、仪表及控制工程师和HSE工程师参加，其他专业人员酌情邀请参加。

独立防护层概念示意图

LOPA分析

LOPA是研究小组根据HAZOP的结果，找出初始事件，按照时间顺序发挥作用的各个独立保护层以及后果，包括触发事件或条件以及对后果条件修正。LOPA是假设一个事故链中，所有独立防护层都失效的情况，计算出事故后果出现的可能性（次/年）。LOPA分析的结果为降低风险提供一个依据，是简化的风险评估工具。

LOPA分析适用于所有大项目和风险较高的MOC项目，以及运行装置HAZOP复核或重新HAZOP，在HAZOP分析之后，利用HAZOP所识别出来的场景即可进行LOPA分析。

LOPA的步骤包括：筛选事故场景、识别事故场景、识别初始事件、识别安全措施、判断独立保护层、量化事故场景和计算风险。

SIL等级核算

SIL等级核算是依据国际电工标准IEC 61508《安全系统的功能安全》和IEC 61511《安全仪表系统的过程安全》对所设计的安全仪表完整等级进行的计算。

SIL等级核算是确定安全仪表系统的安全回路硬件所能达到的安全完整性等级的一种方法，此外还可判定其是否达到安全完整性等级的目标要求。

SIL等级核算同样适用于所有的大项目和风险较高的MOC项目，以及运行装置HAZOP复核或重新HAZOP所筛选出来的SIL等级。对于新项目，在供应商信息获取之后即可进行，对于ReHAZOP，在ReHAZOP/LOPA完成之后即可进行。

QRA分析

QRA用以评估识别出的重大危险，特别是那些可能导致人员伤害和（或）环境损害的危险可能造成的后果。这种风险分析以项目各单元当前的设计和操作信息资料为基础。

QRA是一套系统性的方法，用以识别、估计和评定特定工业装置、过程和操作相关的危险。用其他方法预测出的、用数字表示的风险等级是估计结果，有内在的不确定性。QRA作为一个帮助决策的工具，用以比较和构成有关潜在事件发生的可能性和结果的技术信息，并对其严重程度给予金额判断。采用这种手段和技巧，达到所选择的应用领域的风险管理的一致性和质量。

QRA适用于较大的过程装置项目和新增罐区项目，以及对现有装置进行分析。

对于新项目一般应安排在选择阶段后期或定义阶段初期，在平面位置和存量信息获取之后方可进行；对于现有设施则可根据实际需求和企业规划进行。

QRA研究过程及管理有如下6个要点：

1.基本原理。在QRA建模过程中将每个顶事件进一步发展为事故情景，由此产生完整范围的可能结果（底事件）。这个发展过程采用事件树进行。

2.风险评定。每个情景发生的频率和结果应结合起来，从中形成需要的风险控制措施，包括：个体风险（场内）、个体风险（现场外）和社会风险。

3.对人员或环境风险采用合理可行的最低水平。QRA报告应确定项目施工队伍和在周围1.5 km范围内的个体风险和可能的生命损失。QRA研究展示出所采取的安全措施将会把风险降到合理可行的最低水平。

4.主要考虑因素。量化风险评估工具考虑项目风向情况和气象条件、爆炸高限/低限、厂内和厂外人口密度、泄漏位置和情况、扩散模型火灾、可燃气体、有毒气体云、蒸汽云爆炸模型、泄放量和条件等。

5.应用阶段和目的。在项目评估和选择阶段，应用QRA进行分析，为本质安全设计提供基础风险评估数据，并将分析结果作为识别和选择备选方案的一个重要依据。其基础输入数据取自于项目可行性研究报告，包括最初平面布置图、过程流程图、物性数据和物料存量信息等。

6.依据的模型。QRA研究通常采用可燃蒸气云扩散模型、喷射火模型、火球模型、蒸气云爆炸模型等几种典型的数学模型。

上述内容是化工装置常见的PHA工具，每种工具适用于不同的项目阶段和场景，应根据实际需要，在项目的不同阶段进行应用。PHA分析的结果可能与过程安全管理的其他要素相关联，有助于提升化工装置的过程安全管理水平。不管是定量还是定性的工具，都不能代替人的主观能动性，分析出的差距和问题仍需要通过不断修订相关程序和提高风险识别能力来弥补与理想状态的差距，故PHA工具的应用也是持续改进的重要一环。

保护层分析概念示意图

现存问题及建议

不少企业都在推行各种过程危害分析方法，很多国内的企业都在尝试采用HAZOP、LOPA等方法为新建项目和运行中的工艺系统开展危害分析与风险评估。近几年，笔者对一些企业过程危害分析工作进行审核时发现了4类常见问题，并就此提出建议措施，供读者参考。

1.缺乏明确的过程危害分析管理制度

不少推行过程安全管理制度的企业，虽然开展过程危害分析，但是没有明确的程序规定该如何有效地开展过程危害分析工作。

建议：企业或工厂需要明确开展过程危害分析工作的具体要求，并将这些要求形成书面文件。例如，明确哪些工艺系统在什么阶段需要开展过程危害分析、应该采用哪些分析方法、对分析小组成员及组长的要求、企业或工厂可以接受的风险标准、对分析报告的要求、对跟踪完成建议项的要求、复审的要求以及各相关方的职责等等。

2.过程危害分析的质量不高

有些企业虽然开展了过程危害分析，但质量不高，主要体现在两个方面：一是没有充分识别工艺系统潜在的危害；二是建议措施不充分或不适当，例如多采用行政措施如操作程序（而非工程措施）来控制危害。

建议：需要根据导致过程危害分析质量不高的情形采取针对性的措施。

风险控制措施需考虑的3要素示意图

情形1：缺乏足够的过程安全信息资料。所采用的 P ＆ ID图纸质量不高，与现场设施的实际安装情况不一致，或对涉及的化学品缺乏足够的了解。

建议：在开展工艺危害分析工作之前，要尽可能收集相关的过程安全信息资料，确认有最新版本的图纸和文件。组长应在开展过程危害分析之前，确认具备开展分析所必要的资料。

情形2：过程危害分析小组经验不足。常见的情形是缺乏相关的专业成员，或组长经验不足。

建议：小组成员的经验直接影响过程危害分析的质量，需要根据项目的特点选择适当的组员；组长需要确认分析小组中包括所要求的专业成员，如果没有适当的操作人员和维护维修人员参与，应该停止分析工作。组长需要接受过相关分析方法的系统培训，并参与过实际的分析项目，以获得足够的实践经验。

情形3：过程危害分析采用的方法不全面。常见的情形是将HAZOP分析方法和过程危害分析等同，误以为开展工艺危害分析工作就只是利用 HAZOP方法进行分析。

建议：HAZOP分析方法只能分析工艺系统本身的问题，全面的过程危害分析还应该包括诸如设施布置分析和人为因素分析等等。组长需要根据工艺系统的特征选择适当的分析方法。

情形4：分析记录过于简单。有些分析报告的记录非常简单，可读性差，经过一段时间后，即使参与分析讨论的人也读不懂。

建议：应该详细描述讨论过程中识别的各种事故情景、相应的后果、现有的措施及必要的建议措施等。

情形5：开展过程危害分析的时间紧迫。应项目的进度要求压缩开展过程危害分析的时间，往往会影响分析工作的质量。

建议：为了既不影响项目进度，又保证有足够的时间开展过程危害分析，对于新建的项目宜尽早开展过程危害分析工作，如果在详细设计阶段开展危害分析，宜在第一版P ＆ ID图纸完成后尽快开展。很多企业将过程危害分析工作分阶段完成，在项目不同阶段对应不同深度的分析，这也是值得借鉴的实践方法。

3.过程危害分析报告不完整

有些企业虽然有非常详细的过程危害分析记录，但是报告中却没有对应的 P ＆ ID图纸，也有些企业用新版 P ＆ ID图纸替代开展分析时所采用的 P ＆ ID图纸。这两种情况都会严重影响报告的使用。

建议：应该在分析报告中附上当时开展危害分析时所使用的P ＆ ID图纸，并宜在这些图上用不同颜色描出各个节点，以保证报告的完整性和可读性。

4.分析报告的建议措施未能有效落实

有些企业虽然开展了过程危害分析，却没有落实分析时提出的建议措施，要么是设施现场的客观条件限制了这些建议措施的落实，要么是出于经济方面的考虑将之搁置。

建议：对于分析过程中识别的某种危害，一般有很多解决的方法，分析小组在提出建议措施时应考虑工厂的实际情况，选择适当的、可执行的措施。此外，管理层对安全的认知和承诺，也是解决好过程安全和经济投入矛盾的重要前提。