背景摘要

近年来,以江苏省响水县天嘉宜化工有限公司“3.21”特大事故为首的化工行业安全事故频发,给人民的生命安全带来极大威胁,对社会的稳定运行造成极大影响。在这一大背景下,国家应急局开始对各类化工企业的工艺安全管理(Process Safety Management,下简称:PSM)体系的构建与运营进行彻底的排查,就其中的不正确、不完善、不合规、不落地等问题进行严格的纠正。

在19年8月出台的:应急[2019] 78号文中,提出了《化工园区安全风险排查治理导则(试行)》和《危险化学品企业安全风险隐患排查治理导则》,并要求加以落实;而之前已经出台的如:安监总管三[2014] 116号文等也被重新提上监管议程,一时间,整个化工行业掀起了对PSM的学习研究与落地执行的风潮。

令人遗憾的是,即使在欧美发达国家,PSM的诞生也是由一系列严重的安全事故所推动的后果。追溯PSM的发展历史:

●1976年意大利塞维索的二恶英泄露事故

●1984年印度波帕尔的甲基氰酸酯泄露事故

这两起重大事故直接导致了相关法规的出台;在1992年,美国职业安全健康署(下简称:OSHA)发布了:《高危险化学品的工艺安全管理》。

该法规也推动了我国对于PSM的标准化工作,并在2010年发布了:AQ/T 3034-2010《化工企业工艺安全管理实施导则》,其内容基本与OSHA保持了一致。

而在我国对PSM的启蒙和导入的过程中,也离不开美国杜邦公司的大力推广普及。其通过各类培训,把PSM的理念、体系和管理模型进行传递,为我国化工行业的健康发展做出了巨大的贡献。

Picture Source:美国杜邦公开材料

本文以PSM模型中的工艺危害和风险分析(Process Hazard Analysis,下简称:PHA)这一模块进行展开,就PHA是什么,以及目前主要的PHA分析手法和其应用软件进行介绍,希望能够给予初入门的安全工程师一定的参考和启发。

什么是PHA?

Process Hazard Analysis,简称PHA,指:工艺危害和风险分析。

在化工企业中,其生产工艺的特点为:高温高压、易燃易。从而,其带来的典型危害有:火灾与有毒性气体的释放。

而PHA,即为:模拟化工生产过程,对可能导致的这几类危害进行建模分析,将复杂的问题或现象用数字模型来描述,对于这些危害的类别、出现条件、后果等进行概略性地分析并提出对策,从而来使得危害发生的概率降低到预期的范围。

PHA为PSM的中心要素,是通过一系列有组织的、系统性的、彻底的分析活动来发现、评估一个工艺过程的潜在危害,并且提出降低危害发生的措施。

PHA的工作由一个小组完成,小组成员应具备工艺、设备、仪表、电气的工程设计和操作维护的经验,以及需要有危害与风险评估、功能安全、HSE(Health、Safety、Environment)方面的知识。

PHA的流程其主要由如下的九个步骤组成:

1. 计划与准备

2. 危害识别

3. 工艺危害评估

4. 后果分析

5. 其他需要考虑的因素

6. 风险评估

7. 建议措施与报告

8. 记录归档

9. 管理层审核

其中,3. 工艺危害评估 与 6. 风险评估为PHA的重中之重。

目前,国内所运用的主要的工艺危害评估的手法为:危害与可操作性分析(Hazard and Operability Analysis,下简称:HAZOP)。

在完成HAZOP之后所进入的风险评估阶段,主要所运用的手法为:保护层分析(Layer of Protection Analysis,下简称:LOPA),若分析后该危害的残留风险的发生概率仍未达到预期,将通过追加安全仪表功能(Safety Instrument Function,下简称:SIF),并对安全完整性等级(Safety Integrated Level,下简称:SIL)进行验证,从而来确认残留风险的发生概率降低至预期。

在下一章节中,会对这些所提及的PHA分析手法进行简要介绍。

二、主要的PHA分析手法

在适用于化工企业的GB/T 21109-2017《过程工业领域安全仪表系统的功能安全》的标准中,定义了功能安全的全生命管理周期,上章所提及的PHA分析手法也分别匹配其中。

Picture Source:网络公开材料HAZOP分析

1.HAZOP

分析诞生在英国,由化学工程师T.克莱兹在41岁时发明。1963年,HAZOP分析第1次在帝国蒙德化学公司(ICI)新建苯酚工厂应用,在公司内部摸索和应用了10年之后才在英国普及推广,并延续到全球。

HAZOP分析以小组讨论会的方式对危害与可操作性问题进行详细研究。由小组长(也称作HAZOP组长)主导分析过程,并安排一位记录员做记录。它首先把P&ID图纸划分成若干节点,之后针对每个节点采用一系列的引导词,系统性地辨识出与设计意图的潜在偏差,并围绕着这些偏差,来探寻导致偏差的原因及其后果,以及已使用的安全装置。当小组确信这些装置的保护措施不当时,将提出相应的建议措施。

关于HAZOP分析的具体实施方法与示例,可参考AQ/T 3049-2013《危险与可操作性分析(HAZOP分析)应用导则》。

2.LOPA

分析起源于20世纪80年代末,当时的美国化学品制造商协会出版了《责任与关怀 -- 工艺安全管理实施准则》一书,建议将“足够的保护层”作为有效的过程安全管理系统的一个组成部分。之后到了1993年,美国化工过程安全中心(下简称:CCPS)出版了《化工过程安全自动化指南》一书,建议将LOPA作为确定安全仪表功能完整性水平的方法之一。由此LOPA分析开始普及发展,在2001年,CCPS又出版了《保护层分析--简化的过程风险评估》一书,确立了LOPA分析在PHA中的应用。

LOPA分析是一种半定量的分析评估技术,它以HAZOP的报告作为基础,对所辨识出的危害用图表列出其触发原因,防护措施(保护层),或者抑制其危险后果的减灾措施(抑制减轻层)。通过这些表格,确定总体上需要哪些风险降低措施,揭示是否需要额外的风险降低手段,确定所需要的SIF,以及SIF应该满足的SIL等级。

3.LOPA

根据LOPA分析的结果,若要追加相应SIL等级的SIF,则通过组建安全仪表系统,把系统中划分出的SIF适用到HAZOP分析中所要求的危害保护措施中去。

 一个SIF由三部分组成,分别为:传感器部分、逻辑控制器部分和执行机构部分。每部分中所用到的仪器仪表可按照结构约束进行冗余配置,并运用马尔可夫模型,来算出SIF的SIL等级。把算出的SIL等级与LOPA分析所要求的SIL等级进行对比,若达成,则选用仪器仪表组成的SIF能够适用。

对于上一章节所提及的PHA分析手法,为了提高工作效率,PHA分析软件被普遍得以使用。

早在1990年时,就有学者开始研究PHA分析软件。而1990年,Windows3.0才刚刚开始问世,那时的Windows功能很弱,所以软件的功能也非常的简单。后来随着Windows操作系统不断成熟,陆续地PHA分析软件也逐渐的发展了起来。

目前在国内市场上主流的PHA分析软件有三款,分别为:PHA-Pro、exSILentia和RiskCloud。

PHA-Pro

在2000年左右,位于加拿大的Dyadem公司推出了PHA-Pro,这款软件因实现了自定义模板功能,迅速地发展并被全球的用户所接受。自定义分析模板带来的价值之一就是,可以通过一套软件,实现了诸如JSA、HAZOP、LOPA、FMEA、HACCP、SVA等之类的分析方法。

在PHA-Pro发展了将近10年的时间后,随着互联网技术的兴起,以及越来越多的客户需要协同、分享,桌面版软件迁移到网络版的又越来越多,所以PHA-Pro推出了他们基于网页形式的网路版产品:Stature。网络版的好处是它可以将多种分析方法比的数据集中存储,对于跨国公司或是集团公司来说,可以进行协同PHA,从而便于数据的统计分析。

exSILenita

 由exida公司所开发的exSILentia分析软件凭借着其强大的仪表证书数据库和数十年的开发经验,根据IEC 61508/61511标准,引入失效数据和维护能力评估,提供了友好的平台,可令计算人员按照需求自由搭建SIF回路。在SIL验证中,exSILentia有着不可替代的地位。

RiskCloud

 此款PHA分析软件由国内的上海歌略软件有限公司于2011年推出,是一款网络版的PHA分析软件,软件的不仅有着与PHA-Pro类似的自定义分析模板功能,同时还带有SIL验算模块,弥补了PHA-Pro的缺憾。

 相比exSILentia,两款软件都是基于马尔可夫模型进行SIL计算,计算结果相差无几。RiskCloud有着更为丰富的国产仪表失效数据的数据库,这对于国内的SIL验算项目,RiskCloud在使用上更加的高效便捷。

小 结

本文对化工工艺危害分析(PHA)及其应用软件进行了简要分析,就PHA的分析过程和主要分析手法进行了说明,并对国内主流的PHA分析软件进行了介绍。

通过以上内容,可以使初入门的安全工程师了解与掌握PHA的基础知识,就本文所梳理的标准、所列举的步骤以及所介绍的分析软件,能够形成思维框架,并逐步地开展PHA的工作。

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