工艺危害分析方法的比较.docx
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工艺危害分析方法的比较
工艺危害分析方法的比较
1工艺安全管理系统
1.1工艺安全
定义：
能够避免任何处理、使用、制造及储存危险化学物质场所，产生重大意外事故的营运方式，须考虑技术、物料、人员与设备等动态因素，其核心是一个化工过程得以安全操作和维护，并长期维持其安全性。
基本出发点：
预防工艺物料泄漏。
目的：
设计、建造、操作和维修工厂工艺设备和设施过程中，运用工程知识、原料与经验，消除和减少与工艺过程相关的危害。
侧重点：
工艺系统或设施本身。
工艺安全与传统安全的区别：
传统的安全主要指使用各类个人防护用品和建立相应的规章制度来保护作业人员，防止发生人员伤害事故。
工艺安全强调采用系统的方法对工艺危害进行辨识，根据工厂不同生命周期或阶段（研发、设计、投产前和生产过程中）的特点，采取不同的方式辨别存在的危害、评估危害可能导致的事故的频率及后果，并以此为基础，设法消除危害以避免事故，或减轻危害可能导致的事故后果。
工艺安全重视应用以往设计的经验教训，强调严格执行相关的设计标准和规范。
1.2工艺安全管理
工艺安全管理是利用管理的原则和系统以辨识、掌握和控制化工过程的危害，确保设备和人员的安全。
主要目的：
预防危险化学品（或能量）的意外泄漏，特别是防止它们泄漏到员工或其他人员活动的区域，使相关人员遭受伤害。
长期以来，重大工业事故的发生是促进工艺安全技术发展与应用的催化剂。
在国外，一些重大事故的发生，一方面：
引起欧美等国家政府部门的高度重视，相继颁布了有关的法规用于预防和遏制重大事故的发生。
如：
美国职业安全健康局（OSHA29CFR1910.119）针对危险性化学物质运作所颁布的工艺安全管理法规（PSM）。
另一方面：
表明了单纯的工艺技术的应用，无法有效杜绝意外事故的发生，必须依靠完整的管理制度的配合，以弥补安全制度应用的不足。
美国石油协会（API）针对OSHA的PSM法规制定的标准APIRP750工艺危险管理，这一工业标准的颁布把PSM理念推向了石油及石油化工界。
在APIRP750中有14个要素与PSM完全对应。
美国化学工程师协会（ALChE）的过程安全中心（CCPS）在总结了PSM实施经验的基础上出版了“化工过程安全管理指南”，使PSM管理理念更好的应用到全世界化工与石油化工工业生产中。
“指南”中针对过程设计、建造、试车、操作、维修变更及停车等7个不同阶段制定了12类管理制度、68项要素。
工艺安全工作的重点就是通过技术、设施及员工建立完备的“保护层”并维持其完整性和有效性。
技术——首先要考虑的是只要可行就必须选择危害性最小或本质安全的技术，并从技术上保证设备本体的安全。
设施——硬件上的安全考虑应包括：
安全控制系统、安全泄放系统、安全隔离系统、备用电力供应等。
员工——最后的保护措施是员工适当的训练，提高其卓越操作的能力。
美国职业安全健康局（OSHA）为工艺安全管理系统PSM规定了十四个关键要素：
工艺安全信息、工艺危害分析、变更管理、投产前安全检查、操作程序、培训、机械完整性、热工作业许可、承包商、应急预案与应急反应、事故调查、商业机密、符合性审计、员工参与。
并作为法规的形式存在，不仅具有权威性，也说明工艺安全管理具有必要性和适用性。
为满足OSHA的PSM要求，杜邦、陶氏化学等国际化工企业也相继建立了自己的PSM系统。
目前，发达国家的大型化工和石化公司都建立了完善的工艺安全管理系统，制定了相关法规及配套实施指南，并在工厂的各个时期落实执行。
国内的部分研究单位和企业对工艺安全管理系统进行了消化吸收，对关键要素正在进行深入的研究和推广。
杜邦公司的安全体系由12个行为安全要素及14个工艺安全要素构成。
这12个行为安全要素包括：
管理层承诺；综合性的安全组织；安全目标；直线管理层责任；激励机制；培训；有效的检查；专业安全人员；事故调查；高标准的安全规定和程序等。
14个工艺安全要素包括：
工艺安全信息；工艺危害分析；操作程序和安全惯例；技术变更管理；质量保证；启动前安全评价；机械完整性；设备变更管理；培训及表现；承包商；事故调查；人员变更管理；应急计划和响应；审核。
可以看出杜邦的工艺要素与OSHAPSM的14个要素是相匹配的，其中工艺危害分析是工艺安全管理系统的核心要素。
图1为杜邦工艺安全与风险管理系统。
图1杜邦工艺安全与风险管理系统
2工艺危害分析
2.1工艺危害分析的目的
工艺危害分析是工艺安全管理系统的一个核心要素，用于系统地识别、评估和研究控制重大工艺危险的方法。
一个工艺危害分析由两部分组成：
后果分析和工艺危害评审。
项目生命周期各阶段开展工艺危害分析应从理论和实践两个角度，深入、系统地检查工艺对人员、财产和环境的影响。
其重点应放在生产过程的潜在危险因素上，如：
反应限值、杂质对工艺流程的影响、防火和防爆控制装置的适宜性、联锁和控制、设备设计、建造材料、可靠性检查结果、人员因素、操作程序和安全管理制度等，以及这些因素之间的相互影响等。
完成的工艺危害分析报告经批准后，相关方应对报告中所提出的建议进行跟踪处理，且该报告可作为沟通培训之用。
2.2工艺危害分析的特点
1）在工艺寿命周期内识别、评估和控制危险的有效工具。
2）使用有组织的、系统的研究方法。
3）在危险控制方面，寻求实现多学科的一致性。
4）供今后使用的文件。
2.3工艺危害分析应用
1）新设施（新建装置）。
2）现有的工艺（在役装置）。
3）技术和设施的变更（装置改造）停机和/或拆卸（装置退役）。
4）定期分析所有包含危险化学品的工艺单元（按OSHA要求每五年至少一次）。
2.4主要内容
主要内容包括：
危险识别、后果分析、危险评估、人为因素和设施选址的评估、固有较安全工艺的评估、建议的提出。
2.5工艺危害分析过程
2.5.1工艺危害分析的计划和准备
2.5.1.1章程的制定
直线领导必须制定章程，规定工作组职责、任务和目标。
2.5.1.2工作组成员的选择
必须根据研究对象所需要的专业技能来选择工作组成员，工作组成员应包括具有以下技能的个人：
1）了解与工艺和设备操作有关的基础科学和技术，以及设备设计依据；
2）工艺或系统的实际操作经验；
3）工艺或系统的实际维修经验；
4）接受过在选择和使用危害评估方法方面的资格培训，或对所使用的专门方法有丰富的经验；
5）为完成分析所需要的其它相关知识或专业技术（如机械完整性、自动化等）。
工艺危害工作组实际参加的人数可以根据工艺危害分析的需要和目的来确定的。
工作组内全程参加人数一般以5-6人为宜。
2.5.1.3工作组成员的培训
1）工作组的工艺危害技术核心人员或组长在选择和应用工艺危害分析方法方面必须经过资格培训，并有参加工艺安全分析的经验；
2）工作组成员必须接受有关工艺危害分析步骤以及研究所要用到的工艺危害分析方法的培训。
2.5.1.4工作组的准备
工作组组长应组织工作组成员一起研讨工作组的章程，研讨应当包括分析工作的范围、要求完成的时间、章程中包括的特殊工作、工作组已有何种资源、向何处求助、以及如何解决优先的矛盾等。
工作组必须制定工艺安全分析的工作计划，包括工作组成员任务、完成计划的总体时间表。
2.5.1.5工艺技术资料的准备
直线领导应负责提供最新的和准确的工艺技术资料包，工艺技术资料包包括但不限于以下内容：
1）物料的危害；
2）工艺设计依据；
3）设备设计依据；
4）操作程序；
5）标准操作条件以及安全操作极限；
6）自上次工艺危害分析以来的变更管理文件；
7）自上次工艺危害分析以来的严重事故的调查报告；
8）上几次工艺危害分析报告。
2.5.2危害辨识
在工艺安全分析的起始阶段必须对工艺危害进行辨识并列出清单。
2.5.2.1危害辨识方法
1）审阅待分析的工艺和类似装置的严重事故调查报告；
2）审阅变更管理文件；
3）审阅待分析的工艺和类似装置以往的工艺危害分析报告；
4）通用危害辨识检查表；
5）化学品相互反应矩阵；
6）经验，如：
专家顾问。
2.5.2.2现场查看
工艺危害分析工作组必须对所分析的装置进行现场察看，确定工艺图纸的准确性，并识别危害，补充完善危害清单。
2.5.3工艺危害评审
2.5.3.1工艺危害分析工作组对工艺进行系统的、综合的研究和分析，工作内容包括：
1）辨识每个危害事件可能出现的所有方式；
2）辨识针对这些事件现有的重要防护措施；
3）评估每个重要防护措施的完好性。
2.5.3.2工艺危害分析方法的选择
工艺危害分析工作组应根据项目的不同阶段、研究对象的性质、危险性的大小、复杂程度和所能获得的资料数据情况等，选用合适的工艺危害分析方法。
方法如下：
1）故障假设/检查表（WHATIF/CHECKLIST）；
2）故障类型及影响分析（FMEA）；
3）危险和可操作性研究（HAZOP）；
4）事故树分析（FTA）；
5）事件树分析（ETA）；
6）保护层分析（LOPA）
2.5.4人为因素分析
在工艺危害分析过程中必须对人为因素进行分析。
人为因素分析主要分析人员与其工作环境中的设备、系统和信息之间的关系，辨识和避免人为失误可能发生的情况。
工艺危害分析工作组可以运用人为因素检查表辨识和评估人为因素，或者使用“故障假设/检查表”作为人为因素分析的方法。
2.5.5本质安全工艺分析
在工艺危害分析过程中必须进行本质安全工艺分析。
本质安全工艺分析的原则如下：
1）仅用少量危害物质（或最小化）；
2）采用低危害物料替代高危害物料（取代/消除）；
3）采用低危害性工艺条件（如低压）或低危害性物料形态（缓和/减弱）；
4）装置的设计将危害物料释放量或能量的影响降至最小；
5）装置的设计使发生操作失误的可能性减低到最小，或增加对操作失误的容忍度。
2.5.6建议的制定和管理
2.5.6.1风险评估
工艺危害分析工作组必须评估辨识出的危害事件的风险，并根据风险的大小确定是否应当提出建议。
2.5.6.2工艺危害分析建议的提出
在提出工艺危害分析建议时应考虑以下的关键因素：
1）建议内容应与工艺危害和危害事件直接相关；
2）风险水平；
3）建议应合理可行。
2.5.6.3直接领导对建议的回复
工艺危害分析建议必须经直线领导审核。
直线领导有权接受建议，并以书面形式回复。
1）建议所依据的分析是建立在确实有错误的资料上；
2）建议对于保护员工或承包商的安全和健康不是必需的；
3）另有可供选择的方法能提供足够的保护；
4）建议是不可行的。
2.5.6.4建议的关闭和追踪
1）建议的关闭
当直线领导对建议作出回复后，建议即关闭。
2）建议的追踪
直线领导必须对建议落实情况进行追踪，制定建议措施实施计划。
对于运行设施的工艺危害分析建议，至少应当每季度发布报告列出尚未完成的建议。
如果项目管理单位或设施拥有单位不能保证实施计划所需资源，由直线领导向上级主管部门申请支持。
2.5.7文件管理
2.5.7.1工艺危害分析报告
工艺危害分析报告原件必须在基层单位永久存档。
2.5.7.2分发
直线领导负责将工艺危害分析报告分发给：
1）所分析装置的领导；
2）工艺危害分析工作组成员；
3）档案馆。
2.5.7.3工艺危害分析结果的沟通
直线领导应就所有工艺危害分析的结果，包括所采取的行动，与所有在装置内工作以及任何受影响的人员进行沟通。
3工艺危害分析方法的比较
工艺危害分析方法较多，它们各有其优缺点。
OSHA在它颁布的PSM中规定了一些危害分析方法，即：
1）“如果……会怎么样？
”提问法（what-if）；
2）安全检查清单（checklist）；
3）“如果……会怎么样？
”提问法/安全检查清单（what-if/checklist）；
4）危险与可操作性研究（HAZOP）；
5）故障类型及影响分析（FMEA）；
6）事故树分析（FTA）——此方法也广泛用于定量风险评价；
7）等效的其他方法。
工艺危害分析方法的选择受到多种因素的影响，例如工艺系统的规模和复杂程度、操作人员是否有相关的生产操作经验及对工艺系统的掌握程度、工艺系统已经投产的时间和变更的情况（变更是否频繁）等等。
对于同一套工艺系统，可以同时采用两种或两种以上的危害分析方法。
工艺危害分析通常采用的方法有以下5种：
●故障假设/检查表法（WHATIF/CHECKLIST）
●故障类型及影响分析（FMEA）
●危险与可操作性研究（HAZOP）
●事故树分析（FTA）
●保护层分析（LOPA）
这五种方法也是最有效的工艺危害分析方法，现对通常采用的这五种工艺危害分析方法进行比较。
3.1故障假设/检查表（WHATIF/CHECKLIST）
故障假设/检查表法组合了两个基本危害评估方法：
故障假设法和检查表法。
故障假设法运用头脑风暴的形式，让工作组对研究的对象提出各种可能故障问题的假设，然后识别现有设计中对应的防护措施并判断其合适性和充分性，需要的话做出建议措施。
检查表法利用预先准备的检查表，对研究对象进行逐项查对，如有不符合地方，进行判断，需要的话做出建议措施。
如果正确实施故障假设/检查表分析法，这是一种强有力的工艺危害评估方法，故障假设/检查表分析法相对比较容易使用。
我们建议对所有系统的首次工艺危害分析使用这一方法。
分析步骤：
1）选择要研究的工艺段。
2）列出最坏情况的后果和其它更可能发生的危害事件。
3）产生一系列的“故障假设”问题。
a．不讨论答案。
b．没有“傻”问题。
c．涵盖工艺段的所有部分。
4）当步骤3中的自发提问枯竭的时候，用检查表来引出更多的问题。
5）使用检查表，把问题分配给每个人，让他们去准备问题的回复。
a．这是一个危害吗？
如果是的话，当前的保护是什么？
b．如果认为当前的保护是充分的，记下这个结论，并继续下一个问题。
c．如果当前的保护不充分，一般会怎么建议？
d．为所有问题准备回复。
6）确保小组就所有的回复和建议达成共识。
7）总结建议，突出高优先级建议。
优点：
1）覆盖的危险范围广。
2）不需要什么事先培训，相对容易应用。
3）作为学习工具很有效。
4）挑战设计。
5）可分辨相邻工艺的影响。
6）可将工艺与以前的工艺进行比较。
局限性：
1）方法简便导致评审不充分。
2）分析的深度有限。
3）仅在询问正确的问题时才起作用。
3.2故障类型及影响分析（FMEA）
FMEA是有关组件故障的方法研究。
每个工艺组件在FMEA的表单上列出，对于每个组件，评价小组都要问这样的问题“此组件怎样才会发生故障？
”以及“此故障将怎样影响整个系统？
”然后，确定每个故障的等级，以便反应这些风险的严重程度和故障发生概率。
这些数值结果用于对风险的相对排序，以及用于评估哪些故障模式应当引起危害评估小组的更多注意。
虽然FMEA包括了组件故障的危害严重性和发生概率的数值，但它主要还是一个定性的方法。
有关工艺安全防护的充分性的最终决定，由评估小组共同决定。
它主要是面向系统的组成单元，分析工艺系统各个组成单元的故障模式及其原因，并记录可能导致的所有后果。
这种方法适用于分析单个设备，以改进设备或工艺单元的设计，也广泛应用于系统的可靠性分析。
所完成的分析报告通常包含工艺系统各组成单元的各种故障模式与后果的列表，直观易读。
这种方法的缺点是只关心系统的组成单元，不考虑人为错误和系统单元之间的相互影响，此外，这种方法较耗费时间且枯燥，使用者需要接受必要的培训，而且分析工作的质量好坏很大程度上取决于使用者的经验。
FMEA研究的目标如下：
1）确定可能造成危害事件的组件故障和人为故障。
2）根据后果的严重程度和发生概率对这些事件作大致上的排序。
3）确定可能对系统产生多重影响那个的组件（共模故障）。
4）评估现有工艺安全防护的充分性，提出改进建议。
5）将评估调查结果形成文件以保证未来评估小组工作的连续性。
建议将FMEA用于对高潜在危害性工艺的一部分工艺的分析，如反应堆或蒸馏塔，而不是对整个生产操作或操作大楼的分析。
通常FMEA倾向于对设备的分析。
因此，它的分析人员可能不会给予人为因素以充分的重视，例如：
1）对操作程序的疏忽和错误。
2）启动和停车顺序不正确。
3）其它操作错误。
4）为了评估与工艺的这些人为因素有关的危害，可能需要运用其它的作业研究，如故障假设/检查表。
分析步骤：
1）掌握和了解对象系统
对故障类型及影响分析进行分析之前，必须掌握被分析对象系统的有关资料，以确定分析的详细程度。
确定对象系统的边界条件包括以下内容：
⏹了解作为分析对象的系统、装置或设备。
⏹确定分析系统的物理边界，划清对象系统、装置、设备与子系统、设备的界线，圈定所属的元素（设备、元件）。
⏹确定系统分析的边界。
⏹收集元素的最新资料，包括其功能、与其他元素之间的功能关系等。
2）对系统元件的故障类型和产生原因进行分析
在对系统元素的故障类型进行分析时，要将其看作是故障原因产生的结果。
首先，找出所有可能的故障类型，同时尽可能找出每种故障类型的所有原因，然后确定系统元素的故障类型。
3）故障类型对系统和元件的影响
故障类型的影响可以从以下三种情况来分析：
◆元素故障类型对相邻元素的影响，该元素可能是其他元素故障的原因。
◆元素故障类型对整个系统的影响，该元素可能是导致重大故障或事故的原因。
◆元素故障类型对子系统及周围环境的影响。
4）汇总结果和提出改正措施。
优势：
1）对故障模式和结果的有条理的研究方法。
2）将不寻常的工艺分解为部分以便进行关键分析。
3）经过适当培训，易于使用并形成文件。
局限性：
1）针对“运行-故障”的状况（仪表和设备）。
2）对设计依据不做质疑。
3.3事故树分析（FTA）
事故树分析方法是贝尔电话实验室的沃森（Watson）在1961年提出的一种分析方法，它采用布尔数学逻辑，按照逆推的方式，清晰地表达事故、设备故障、人为错误和环境因素等的相互关系。
可以采用这种方法单一工艺故障或多项工艺故障同时作用导致的事件（或事故）的可能性。
FTA使用逻辑图来描述所有导致特定顶上时间（不期望事件）的故障路径。
分析是从一特定的不期望事件作为开始，逻辑推导出产生顶端事件所需的多系列子事件（或分支）
这种分析方法从一起顶事件（如具体的事故）开始着手，逐层逆向追溯造成顶事件的原因，直至追溯到管理上的缺陷或工厂界区范围以外的影响因素。
分析的焦点是导致顶事件的工艺系统构件和上一级的事件（Event）。
如果能够获得相关工艺系统构件的故障率数据，如安全阀未能正常起跳的故障率、调节阀的故障率等等，就可以定量计算出顶事件发生的概率。
因此，除了用于定性分析外，故障树分析方法也广泛用于定量风险评价。
事故树分析是一种系统分析方法，帮助实现更安全、更可靠的设施的设计和操作。
它用图形的方式来表示系统各部分之间的关系。
该分析描绘了导致不希望发生的顶上事件的故障链，以及可能导致这种顶上事件的部件故障的组合。
逻辑图用于描述和分析具有潜在危险的根源原因、顶上事件和中间事件。
注意：
事故树分析只能由精通该方法的人进行。
这种方法可以应用于工厂的设计、风险评价和事故调查。
通常由一个人完成，然后交给一个有经验的小组审查。
使用者需要接受培训、有丰富的工程经验并积累了使用这种方法的实际经验。
分析步骤：
1）熟悉系统：
要详细了解系统状态及各种参数，绘出工艺流程图或布置图。
2）调查事故：
收集事故案例，进行事故统计，设想给定系统可能发生的事故。
3）确定顶上事件：
要分析的对象即为顶上事件。
对所调查的事故进行全面分析，从中找出后果严重且较易发生的事故作为顶上事件。
4）确定目标值：
根据经验教训和事故案例，经统计分析后，求解事故发生的概率（频率），以此作为要控制的事故目标值。
5）调查原因事件：
调查与事故有关的所有原因事件和各种因素。
6）画出事故树：
从顶上事件起，逐级找出直接原因的事件，直至所要分析的深度，按其逻辑关系，画出事故树。
7）分析：
按事故树结构进行简化，确定各基本事件的结构重要度。
8）事故发生概率：
确定所有事故发生概率，标在事故树上，并进而求出顶上事件（事故）的发生概率。
9）比较：
比较分可维修系统和不可维修系统进行讨论，前者要进行对比，后者求出顶上事件发生概率即可。
10）分析：
在分析时可视具体问题灵活掌握，如果事故树规模很大，可借助计算机进行。
优点：
1）确定导致顶上事件的各种途径。
2）量化顶上事件发生的概率。
3）提供用于决策的客观信息。
4）分析故障组合情况。
5）分析人为错误。
6）可以将经过技改的工艺和未经过技改的工艺的损失率（美元/年）进行比较；这些数据可以同技改成本一起用于成本/效益分析。
局限：
1）读者不易理解。
2）着重点在于特定事件而非工艺过程（范围有限）。
3）需要专业人员。
4）可能需要相当的投入和费用，且故障树可能变得过于庞大而难以运用。
3.4危险性和可操作性研究（HAZOP）
3.4.1介绍
危险性和可操作性研究（HAZOP）是一种系统性、创造性、在引导词指导下进行的用于辨识潜在问题的方法。
尽管HAZOP通常与化学工业相关，但它的方法原理也可以灵活运用于其它工业活动。
HAZOP概念是假定系统在设计条件下运行是安全的，但在与设计条件发生偏差时就会产生问题。
开发HAZOP方法的初衷是为了对那些基于经验的危害分析方法进行补充，但是当用于评估新设计或新技术时，HAZOP方法几乎能运用于一个工厂生命周期的所有阶段。
HAZOP方法建立在这样一个原则上：
几个具有不同背景的专家在一起工作进行互动比其单独工作然后将其结果结合起来能识别更多的问题。
3.4.2HAZOP方法的背景
在二十世纪六十年代，化学工业发展迅速且化工厂变得越来越大并且越来越复杂。
对于很多工艺流程来说，一个意外事件的规模已变得如此庞大以至于单凭一个注重于操作规程、规则和预防措施的，追溯性的传统安全方法已无法满足工艺安全的要求。
正是出于这种担心才出现了HAZOP方法。
一个项目应经各阶段的检查来识别潜在危险。
工艺危害审核（PHR）在不同阶段的深度也不同。
当已有完整的管道和仪表布置图（P&ID）时，它们应进行详细的关键检查，借组HAZOP方法来发现任何可能的偏离设计意图的影响和危害。
3.4.3HAZOP分析方法的特点
1）从生产系统中的工艺参数出发来研究系统中的偏差，运用启发性引导词来研究因温度、压力、流量等状态参数的变动可能引起的各种故障的原因、存在的危险以及采取的对策。
2）HAZOP分析所研究的状态参数正是操作人员控制的指标，针对性强，利于提高安全操作能力。
3）HAZOP分析结果既可用于设计的评价，又可用于操作评价；即可用来编制、完善安全规程，又可作为可操作的安全教育材料。
4）HAZOP分析方法易于掌握，使用引导词进行分析，既可扩大思路，又可避免漫无边际地提出问题。
3.4.4HAZOP的目标
根据HAZOP方法，由一支多学科小组在一系列研究会议期间集思广益地讨论具体的工艺设计。
该小组按照引导词所提供的结构、检查程序和组长的经验进行分析研究。
由于小组成员之间的互动及其他们各自不同的背景，这种集思广益地讨论可以激发创意并产生新想法。
该小组一次专注于设计中的一部分，对这部分中的每一个参数均根据引导词来检查工艺参数中的偏差。
使用引导词可确保从一切想得到的方面来探究该设计。
该小组在识别偏差时，必须对每项偏差进行讨论以便能确定其潜在原因和后果。
3.4.5分析步骤
图2为基于引导词法的HAZOP分析流程图。
3.4.6HAZOP的应用
HAZOP方法可以应用于不同行业、不同规模和复杂程度各异的工艺系统，只要是包含工艺流程的系统，都可以采用HAZOP方
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