令人遺憾的是，即使在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，PSM的誕生也是由一系列嚴(yán)重的安全事故所推動(dòng)的結(jié)果。追溯PSM的發(fā)展歷史，1976年意大利塞維索的二惡英泄露事故以及1984年美國(guó)印度波帕爾的甲基氰酸酯泄露事故直接導(dǎo)致了相關(guān)法規(guī)的出臺(tái)。1992年，美國(guó)職業(yè)安全健康署(簡(jiǎn)稱(chēng)OSHA)發(fā)布了《高危險(xiǎn)化學(xué)品的工藝安全管理》，該法規(guī)也推動(dòng)了我國(guó)對(duì)于PSM的標(biāo)準(zhǔn)化工作，并在2010年發(fā)布了AQ/T3034-2010《化工企業(yè)工藝安全管理實(shí)施導(dǎo)則》，其內(nèi)容基本與OSHA保持了一致。
而在我國(guó)對(duì)PSM的啟蒙和導(dǎo)入的過(guò)程中，離不開(kāi)美國(guó)杜邦公司的大力推廣普及，其通過(guò)各類(lèi)培訓(xùn)，把PSM的理念、體系和管理模型進(jìn)行傳遞，為我國(guó)化工行業(yè)的健康發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。本文就杜邦PSM模型中的 "工藝危害和風(fēng)險(xiǎn)分析”(Process Hazard Analysis，簡(jiǎn)稱(chēng)PHA)這一模塊進(jìn)行展開(kāi)，見(jiàn)圖1。本文將介紹PHA是什么，以及目前主要的PHA分析手法和其應(yīng)用軟件。
圖1 PSM模型
什么是PHA？
Process Hazard Analysis，簡(jiǎn)稱(chēng)PHA，指工藝危害和風(fēng)險(xiǎn)分析。在化工企業(yè)中，其生產(chǎn)工藝的顯著特點(diǎn)為：高溫高壓、易燃易爆炸，從而帶來(lái)的典型危害有：火災(zāi)、爆炸及有毒性氣體的釋放。而PHA，即為：模擬化工生產(chǎn)過(guò)程，對(duì)可能引起的這幾類(lèi)危害進(jìn)行建模分析，將復(fù)雜的問(wèn)題或現(xiàn)象用數(shù)字模型來(lái)描述，對(duì)于這些危害的類(lèi)別、出現(xiàn)條件以及后果等進(jìn)行概略性地分析并提出對(duì)策，從而使得危害發(fā)生的概率降低到預(yù)期的范圍。
PHA為PSM的核心要素，是通過(guò)一系列有組織的、系統(tǒng)性的以及徹底的分析活動(dòng)來(lái)發(fā)現(xiàn)和評(píng)估一個(gè)工藝過(guò)程的潛在危害，并且提出降低危害發(fā)生的措施。PHA的工作由一個(gè)小組完成，小組成員應(yīng)具備工藝、設(shè)備、儀表以及電氣的工程設(shè)計(jì)和操作維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)，以及需要有危害與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、功能安全和HSE(Health、Safety、Environment)方面的知識(shí)。
PHA的流程其主要由如下的9個(gè)步驟組成：
1、計(jì)劃與準(zhǔn)備；
2、危害識(shí)別；
3、工藝危害評(píng)估；
4、后果分析；
5、其他需要考慮的因素；
6、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；
7、建議措施與報(bào)告；
8、記錄歸檔；
9、管理層審核。
其中，工藝危害評(píng)估與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估為PHA的重中之重。
目前，國(guó)內(nèi)所運(yùn)用的主要的工藝危害評(píng)估的手法為：危害與可操作性分析(Hazard and Operability Analysis，簡(jiǎn)稱(chēng)HAZOP)。在完成HAZOP之后所進(jìn)入的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估階段，主要所運(yùn)用的手法為：保護(hù)層分析(Layer of Protection Analysis，下簡(jiǎn)稱(chēng)：LOPA)，若分析后該危害的殘留風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生概率仍未達(dá)到預(yù)期，將通過(guò)追加安全儀表功能(Safety Instrument Function，下簡(jiǎn)稱(chēng)SIF)，并對(duì)安全完整性等級(jí)(Safety Integrated Level，下簡(jiǎn)稱(chēng)SIL)進(jìn)行驗(yàn)證，從而來(lái)確認(rèn)殘留風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生概率是否降低至預(yù)期。以下將會(huì)對(duì)上述的PHA分析手法進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。
主要的PHA分析手法
在適用于化工企業(yè)的GB/T21109-2017《過(guò)程工業(yè)領(lǐng)域安全儀表系統(tǒng)的功能安全》的標(biāo)準(zhǔn)中，定義了功能安全的全生命管理周期，見(jiàn)圖2而上章所提及的PHA分析手法也分別匹配在其中。HAZOP分析HAZOP分析誕生在英國(guó)，由化學(xué)工程師T.克萊茲在41歲時(shí)發(fā)明。1963年，HAZOP分析首次在帝國(guó)蒙德化學(xué)公司(ICI)新建苯酚工廠(chǎng)被應(yīng)用，在公司內(nèi)部摸索和應(yīng)用了10年之后才在英國(guó)普及推廣，并延續(xù)到全球。
圖2 基于GB/T21109-2017的安全生命周期
HAZOP分析以小組討論會(huì)的方式對(duì)危害與可操作性問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)研究。由小組長(zhǎng)(也稱(chēng)作HAZOP主席)主導(dǎo)分析過(guò)程，并安排一位記錄員做記錄。它首先把P&ID圖樣劃分成若干節(jié)點(diǎn)，之后針對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)采用一系列的引導(dǎo)詞，系統(tǒng)性地辨識(shí)出與設(shè)計(jì)意圖的潛在偏差，并圍繞著這些偏差，來(lái)探尋導(dǎo)致偏差的原因及其后果，以及已使用的安全裝置。當(dāng)小組確信這些裝置的保護(hù)措施不當(dāng)時(shí)，將提出相應(yīng)的建議措施。
關(guān)于HAZOP分析的具體實(shí)施方法與示例，見(jiàn)圖3，可參考AQ/T3049-2013《危險(xiǎn)與可操作性分析(HAZOP分析)應(yīng)用導(dǎo)則》。
圖3 HAZOP應(yīng)用示例
LOPA分析
LOPA分析是一種半定量的分析評(píng)估技術(shù)，它以HAZOP的報(bào)告作為基礎(chǔ)，對(duì)所辨識(shí)出的危害用圖表列出其觸發(fā)原因，防護(hù)措施(保護(hù)層)，或者抑制其危險(xiǎn)后果的減災(zāi)措施(抑制減輕層)。通過(guò)這些表格，確定總體上需要哪些風(fēng)險(xiǎn)降低措施，揭示是否需要額外的風(fēng)險(xiǎn)降低手段，確定所需要的SIF， 以及SIF應(yīng)該滿(mǎn)足的SIL等級(jí)。
關(guān)于LOPA分析的具體實(shí)施方法與示例，可參考AQ/T3054-2015《保護(hù)層分析(LOPA分析)應(yīng)用導(dǎo)則》。
SIL驗(yàn)算
根據(jù)LOPA分析的結(jié)果，若要追加相應(yīng)SIL等級(jí)的SIF，則通過(guò)組建安全儀表系統(tǒng)，把系統(tǒng)中所劃分出的SIF適用到HAZOP分析中所要求的危害保護(hù)措施中去。一個(gè)SIF由3部分組成，分別為：傳感器部分、邏輯控制器部分和執(zhí)行機(jī)構(gòu)部分，見(jiàn)圖4。
每部分中所用到的儀器儀表可按照結(jié)構(gòu)約束進(jìn)行冗余配置，并運(yùn)用馬爾可夫模型，來(lái)算出SIF的SIL等級(jí)。把算出的SIL等級(jí)與LOPA分析所要求的SIL等級(jí)進(jìn)行對(duì)比，若達(dá)成，則選用儀器儀表組成的SIF能夠適用。
圖4 SIF基本構(gòu)成
圖5 安全繼電器
關(guān)于SIL驗(yàn)算的具體實(shí)施方法與實(shí)例，可參考：GB/T20438.5-2017《電氣/電子/可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全 第5部分：確定安全完整性等級(jí)的方法示例》GB/T20438.6-2017《電氣/電子/可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全第6部分：GB/T20438.2和GB/T20438.3的應(yīng)用指南》。
國(guó)內(nèi)主流的PHA分析軟件
早在1990年時(shí)，就有學(xué)者開(kāi)始研究PHA分析軟件。而1990年，Windows3.0才剛剛開(kāi)始問(wèn)世，那時(shí)的Windows功能很弱，所以軟件的功能也非常的簡(jiǎn)單。
后來(lái)隨著Windows操作系統(tǒng)不斷成熟，陸續(xù)地PHA分析軟件也逐漸的發(fā)展了起來(lái)。目前在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上主流的PHA分析軟件有3款，分別為：PHA-Pro、exSILentia 和 RiskCloud。
PHA的發(fā)展趨勢(shì)
未來(lái)的PHA分析及管理將往著一體化和平臺(tái)化的方向發(fā)展。特別是在SIS系統(tǒng)導(dǎo)入之后的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)管理，變更管理，行動(dòng)跟蹤管理，以及儀表和各控制元件的失效數(shù)據(jù)管理等，將由統(tǒng)一的軟件平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和匯總，從而形成并達(dá)到如GB/T21109- 2017中所構(gòu)筑的功能安全全生命周期的數(shù)字化、可視化以及網(wǎng)絡(luò)化安全體系。
目前，像HIMA、Honeywell、以及歌略等廠(chǎng)家已經(jīng)開(kāi)始著力開(kāi)發(fā)并陸續(xù)推出類(lèi)似的一體化安全管理平臺(tái)，相信在不久的將來(lái)，其會(huì)進(jìn)一步的普及，來(lái)使得安全風(fēng)險(xiǎn)的管理變得更加的規(guī)范，并具有可落地、可執(zhí)行性。
小結(jié)
本文對(duì)化工工藝危害分析(PHA)及其應(yīng)用軟件進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，就PHA的分析過(guò)程和主要分析手法進(jìn)行了說(shuō)明，并對(duì)PHA分析軟件以及其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了介紹。
相信通過(guò)以上內(nèi)容，可以使初入門(mén)的安全工程師了解和掌握PHA的基礎(chǔ)知識(shí)，根據(jù)昌暉儀表所梳理的標(biāo)準(zhǔn)、所列舉的步驟以及所介紹的分析軟件，能夠形成思維框架，并逐步地開(kāi)展PHA的工作。
