工艺技术_工艺危害分析方法的比较

目录1 工艺安全管理系统11.1工艺安全11.2工艺安全管理12 工艺危害分析32.1工艺危害分析的目的32.2工艺危害分析的特点42.3工艺危害分析应用42.4主要内容42.5工艺危害分析过程42.5.1工艺危害分析的计划和准备42.5.2危害辨识52.5.3工艺危害评审62.5.4人为因素分析62.5.5本质安全工艺分析72.5.6建议的制定和管理72.5.7文件管理83 工艺危害分析方法的比较83.1故障假设/检查表（WHAT IF/CHECKLIST）93.2故障类型及影响分析（FMEA）103.3事故树分析（FTA）123.4危险性和可操作性研究（HAZOP）143.4.1介绍143.4.2HAZOP方法的背景143.4.3HAZOP分析方法的特点153.4.4HAZOP的目标153.4.5分析步骤153.4.6HAZOP的应用153.4.7HAZOP的优缺点173.4.8HAZOP的适用范围173.5保护层分析（LOPA）173.5.1介绍173.5.2保护层193.5.3 LOPA分析步骤213.5.4 LOPA分析的优缺点233.6小结244 工艺危害分析的应用阶段28我们总羡慕别人的幸福，却常常忽略自己生活中的美好。其实，幸福很平凡也很简单，它就藏在看似琐碎的生活中。幸福的人，并非拿到了世界上最好的东西，而是珍惜了生命中的点点滴滴，用感恩的心态看待生活，用乐观的态度闯过磨难。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（OSHA 29 CFR 1910.119）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API RP750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API RP750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OSHA PSM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（WHAT IF/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：l 故障假设/检查表法（WHAT IF/CHECKLIST）l 故障类型及影响分析（FMEA）l 危险与可操作性研究（HAZOP）l 事故树分析（FTA）l 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（WHAT IF/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：n 了解作为分析对象的系统、装置或设备。n 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）。n 确定系统分析的边界。n 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：u 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。u 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。u 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方法对系统进行危害分析，以提高系统的安全性和可操作性。例如，可以应用HAZOP方法对新建项目的工艺设计、现有工艺系统的变更以及当前正在运行的工艺装置进行系统的危害分析。当运用HAZOP方法对复杂的工艺系统进行分析时，分析小组在组长的组织下，选择节点或操作步骤解释工艺指标或操作步骤选择某工艺参数或任务使用引导词于工艺参数建立有意义的偏差分析偏差后果(假设所有保护失效)列出偏差的可能原因识别已有避免偏差的保护装置根据后果、原因估计风险提出措施下一个引导词下一个工艺参数下一个节点或操作步骤图2 基于引导词法的HAZOP分析流程图需要事先将复杂的工艺系统划分成不同的部分，称为节点（Node），然后针对每个节点进行具体的分析。目前HAZOP已经是化工、石化、炼油、海上油气开采、制药等流程工业普遍应用的危害分析工具，大部分的西方石化、化工和医药企业都要求应用HAZOP方法对新建项目和运行工厂进行危害分析。据佩里（Perry）化学工程手册，根据统计，在运用HAZOP方法进行危害分析的过程中，所提出的改进措施中有40%是为了提升系统的安全，另外60%是为了改善系统的可操作性或者为了便于维修。可见，使用这种方法不仅利于安全，也利于提升工艺系统的可靠性和可操作性。3.4.7HAZOP的优缺点HAZOP方法的一个显著的优点是，对工艺系统的分析非常系统、全面，它可以涵盖几乎各种可能的异常工况。它还可以帮助操作人员加深对工艺系统的理解，完成的分析报告可以作为编制操作程序的指导文件，也是编写培训材料的有益参考。而且不需要使用特别的软件，可以采用微软Excel或Word等日常办公软件来记录分析的结论。事实上，只要有纸和笔就可以运用这种方法进行危害分析。这种方法也有不足之处，主要是非常耗费时间。其次是只适用于工艺系统或操作程序，不考虑工艺系统以外的方面，如安全距离和工厂内的交通等等，因此最好有安全检查表法一起配合应用。此外，使用者的经验对于危害分析的质量影响非常显著，使用者需要接受正规的培训。3.4.8HAZOP的适用范围图3 HAZOP的适用范围HAZOP研究在项目定义阶段、装置的初步（基础）设计阶段、装置的详细设计阶段、装置试车阶段、装置运行阶段、装置工艺变更/改造过程、直至装置退役等各阶段都可以展开如图3所示。3.5保护层分析（LOPA）3.5.1介绍保护层分析方法是一种半定量的危险性评价方法，它通过评价防护层的要求故障概率来判断现有防护措施是否满足系统的安全需要。它主要应用在化工过程工业中，它通过分析系统中各个防护层的失效概率来评估潜在事故的危险性，并与事故可接受标准进行比较，从而实现对防护系统防护性能的判断。这种半定量的危险性评价方法既可以减少定性评价方法的主观性，又较完全的定量评价方法容易实行，已经成为系统危险性评价技术的发展趋势。它从系统工程角度出发，首次将防护措施系统化，使人们对防护系统的认识更加直观，并且从保护层分析得到的信息可以对保护措施进行判断，确定哪些保护层是关键性的安全设施，从而分配更多的安全资源到这类关键性的保护层。同时，该方法把工艺危险和必须采取的安全措施直接联系起来，避免了以往分析中较易发生的漏项问题。通过保护层分析，可以发现可行方案，如增设其他防护层、改变工艺等，从而选择最经济有效的降低危险性的措施。LOPA分析方法，作为一种简化的半定量的风险评价方法，使得对事故场景的分析和评价比其他定量风险评价方法更省时间和精力；更重要的是，它提供了查找风险和事故场景的方法，并且将其与风险允许界限比较，以确定现有的安全措施是否合适，是否需要增加新的安全措施。LOPA分析由于通过展开分析事故场景的全过程，能很好地识别中间事件、安全措施和事故后果，因此，其分析评价结果也更具客观性和准确性。它通过对现有保护措施的可靠性进行量化的评估，确定其消除或降低风险的能力。它首先分析未采取安全保护措施之前的风险水平，然后分析各种安全保护措施将风险水平降低的程度。其基本特点是基于事故场景（或危险剧情）进行风险研究。基于事故场景是指在运用保护层分析方法进行风险评价时，首先要辨识工艺过程中所有可能的事故场景及其发生的后果和可能性。事故场景是发生事故的事件链，包括起始事件、一系列中间事件和后果事件。一般情况下以后果严重的事件作为事故场景进行分析。事故场景通常可通过HAZOP、FMEA、What If/Checklist等方法获得。保护层分析的思路，可以用一个“洋葱”来形象地描述其模型，每一层洋葱皮就相当于一个保护层，由于所有的洋葱皮对内核都起到独立保护作用，从而洋葱内核外侵的风险就大大降低。因此，在对某个事故场景进行保护层分析时，确定哪些保护层措施能够起到预防事故的目的尤为重要。尤其需考虑相互独立的保护层措施，即独立保护层（independent protection layer，IPL）措施作为预防事故的安全保护措施。保护层分析的目的就是通过各种安全保护措施及其失效概率（probability of failure on demand，PFD）将事故概率（或频率）降低到可接受范围内，具体思路过程如图4所示。图4 保护层分析思路过程图在LOPA分析中，将未考虑任何安全保护措施的情况下，发生某种事故的事件称为未减轻事件，其风险称为潜在风险；将采取独立保护层安全保护措施之后，发生事故的事件称为减轻事件，其风险称为剩余风险。因此，进行保护层分析时，首先应分析事件链的发展过程以及事件概率，掌握未减轻事件的潜在风险水平；然后分析各种安全保护措施及其失效概率，确定减轻事件的剩余风险水平。从原则上讲，保护层分析方法可以运用于一个工程项目的任何阶段，但最有效的阶段是可行性研究至初步设计阶段，即项目原则流程图已完成，但带控制点的流程（P&ID）尚未完成的阶段。当然对于在役装置，也可以结合HAZOP等定性分析方法进行保护层分析。3.5.2保护层在本质安全的基础上，针对残余危险需要采取各种安全防护措施（如紧急关闭系统、安全警报系统、自动灭火系统等）来预防重大事故的发生和减少事故损失。也就是说为了防止残余危险造成事故，必须针对残余危险的大小设置可靠的防护措施。把这些预防和控制事故的各层防护措施称为保护层。保护层的作用主要有两个方面：一是预防和阻止初始事件发展成为事故；二是减少和降低已发生事故的后果。保护层各层的组成（见图5）及作用如下：图5 保护层的组成（1）工艺设计层。它是指在系统设计初期就采取较安全的生产工艺和方法，即实现系统的本质安全。（2）基本工艺控制系统（BPCS）层。它是指保证系统正常运行的工艺控制系统，包括各种工艺操作、程序控制（如温度控制系统）等措施，它将保证系统处于正常工作状态。（3）工艺监控与人为干预层。它是指各类工艺监控报警系统（如高压报警传感器）及报警后操作者采取措施，人为干预排除异常状态。这里说的人为干预是指当某个或多个工艺参数超限报警时，操作人员介入，通过操纵工艺过程控制系统进行抑制，以防止危险状态进一步扩大。（4）安全仪表控制系统（SIS）层。由传感器、逻辑模块和执行部分组成。紧急关闭系统就是最常见的安全仪表控制系统之一。安全仪表控制系统不仅可以预防危险事件的发生，也可以降低事故后果。（5）机械防护层。它是指安全阀、泄压阀、放散阀、爆破片等防护机械，在前期的几个防护层失效的情况下，机械防护层可以起到预防事故发生的作用。（6）结构防护层。它是指各种防护堤、防护沟、防爆墙等各类结构性防护措施，通过切断对水源、土壤、地下水、大气的污染，起到降低事故后果的作用。上述机械防护层和结构防护层都属于物理防护层，前者是在危险物质释放前就发挥作用的防护措施，属于积极类的防护措施；而后者是在危险物质释放后才发挥作用的防护措施，相对来说比较被动。因此，两者也被称为主动物理防护层和被动物理防护层。（7）应急响应系统层。它是指事故发生后的各种应急救援行动，包括企业内的应急和企业外的应急。企业外应急是指企业之外的社会应急。可见，工艺设计层（本质安全）、基本工艺控制系统层、工艺监控与人为干预层、安全仪表控制系统（安全警报系统等）层、机械防护层、结构防护层、应急响应系统层共同构成了过程工业防护层。各个防护层之间是并联的关系，即只有所有防护层失效才会导致事故发生。3.5.3 LOPA分析步骤熟悉系统确认事故场景确定事故场景的后果辨识初始事件和频率辨识IPLs和相应PFD估计风险评估风险风险可接受？考虑风险降低措施下一个场景是否图6 保护层分析的步骤保护层分析的步骤如图6所示，其具体步骤如下：a)熟悉所分析的工艺过程并收集资料，包括定性分析（如HAZOP分析）所需资料、设计资料、运行记录、泄压阀设计和检测报告等。 b)利用定性分析（如HAZOP等）的分析结果将可能发生的严重事故作为事故场景。 c)确定事故场景的后果。根据确定的后果严重程度划分标准，确定当前事故场景的后果等级。后果分析不仅包括短期或现场影响，而日还包括事故对人员、环境和设备的长期影响。d)辨识事故场景的起始事件、中间事件和后果事件，根据每个事件的发生频率，计算潜在事故的发生频率并确定等级。在分析事故场景时，工作组应考虑发生事故场景的所有事件。根据后果的严重程度以及发生频率，确定潜在事故的风险等级。e)列举所有的独立保护层措施，确定其失效概率。根据独立保护层失效概率，确定剩余风险等级。需要特别指出的是，如果某个独立保护层失效作为起始事件，那么该独立保护层不应作为安全保护措施。例如工艺控制回路失效为事故的起始事件，那么由工艺控制产生的报警不应作为降低风险的独立保护层措施。f）估计风险，评估风险是否可接受。若不可接受，根据剩余风险等级，提出切实可行的安全对策措施，直至达到可承受的风险。评价小组应尽可能地提出多种安全对策措施，为找出最佳方案提供帮助。3.5.4 LOPA分析的优缺点优点：1）LOPA分析和定量分析方法相比需要更少的时间，因此特别适用于事故场景比较复杂，只用纯定性分析并不能满足要求的危险事件。2）基于风险接受标准的LOPA分析和主观的带有感情色彩的分析相比提供了一个比较好的风险判断基础，它提供了一种一致的、简单的构架来评估情景的风险水平，从而在讨论时提供了共同的语言。3）LOPA分析有利于更精确的原因-后果的确定，因此提高了场景识别。如果公司用同样的LOPA分析方法和一致的风险标准，LOPA分析也提供了一个在装置与装置之间或者是工厂与工厂之间进行比较的手段。4）LOPA因为有更加严格的文件和明确的频率和后果数据，因此相比定性分析提供了更可靠保险的风险判断。5）LOPA能够帮组公司决定风险是不是低于可接受水平，从而帮组公司作出特别的调整计划。6）LOPA提供的信息能帮助公司决定在操作、维护和培训时需要集中注意哪些防护措施。缺点：LOPA分析是一个简化的半定量的风险分析方法，并不适用于所有的情况。LOPA分析和HAZOP分析或WHAT-IF/CHECKLIST分析方法相比，需要更多的时间来完成分析。LOPA分析需要依靠定性分析如HAZOP和What If/Checklist的结果来确定危险事件并确定一系列的初始事件和安全措施。3.6小结图7对这五种方法各自的特点进行了总结。故障假设/检查表分析法团队根据他们的经验识别危害。大范围识别危害。定性分析系统故障。故障类型及影响分析故障类型和影响分析将分析对象系统的每个部件列表。识别零部件故障，指出可能的后果。按发生概率和严重程度将危害排序。考虑人为故障、缺损部件和丧失密封性。HAZOP分析识别与设计条件之间的偏差，记录关于可能发生的故障与后果方面的信息。使用列表的“引导词”方法和非量化的讨论格式。事故树分析识别那些会诱发顶上事件的零部件故障。使用逻辑模型，确定发生概率。用量化风险分析帮助决策。保护层分析一般需要用定性分析方法来确定事故场景。分析系统中的保护层及失效概率与可接受标准比较评估风险，考虑风险降低措施半定量的风险评价方法图7 五种工艺危害分析方法的特点故障假设/检查表分析法应当是最先用于工艺的一种方法。应当在其它方法之前，用故障假设/检查表分析法对工艺作出评估使用。对于相对较为简单的工艺，可以在工艺的每个操作步骤用操作程序、P&ID图和仔细列出的检查表从头至尾地提出一些“假如，会发生什么”之类的假定推测性问题。然后回答这些问题，评估零部件故障或程序错误对工艺所产生的影响，团队应对答案和提出的建议达成一致意见。故障类型和影响分析（FMEA）方法着重针对零部件故障和人为故障的后果。对工艺中的一部分或设备中的某一项进行研究时可以使用这个方法。危险性和可操作性研究（HAZOP）方法系统地审视假如偏离预定设计条件和工艺条件所产生的影响。对每项工作参数应用引导词产生有意义的偏差，评估其安全后果。故障树分析法重点针对一个重大的不良事件，方法是对诱发这个顶上事件所需要的若干小事件排出可能的顺序，并将其组合。通常来说，这种不良事件发生的概率可以用零部件故障和人为故障的概率来计算。保护层分析是一种半定量的风险评价方法，基于事故事故场景进行风险研究。它提供了查找风险和事故场景的方法，并且将其与风险允许界限比较，以确定现有的安全措施是否合适，是否需要增加新的安全措施。图8说明了不同的方法是怎样确定导致危害后果的事件链之间的关系的。所有的事故（危害结果）都始于一个“原因”，要么是设备的某一部分的故障，要么是人为错误。这个原因产生了对系统设计条件的“偏差”，如高压或高温。接着这个偏差可能会导致一个危害“结果”，如容器破裂。每一种方法都是从这个顺序中的一个不同的点开始的。除了故障假设/检查表分析法，它是对所有的步骤提出置疑的，HAZOP/LOPA始于偏差，FMEA始于故障原因，而故障树则始于结果。原因FMEA HAZOP/LOPA FTA偏差FMEA HAZOP/LOPA FTA 结果FMEA HAZOP/LOPA FTA忽略了与其它危险间的相互影响不能全面找到系统存在的危险忽略了工艺系统以外的方面图8 不同分析方法之间的区别五种工艺危害分析方法可归纳为定性分析、半定量分析和定量分析三种不同的层次，图9描述了三种不同层次的风险分析工具。其中What If/Checklist、HAZOP属于定性分析，LOPA属于半定量的分析，FMEA既可以进行定性分析，又可以进行定量分析，FTA一般归属于定量分析。在实际应用中，需要根据分析的目的决定采用哪一层次的分析方法：定性分析通常用于危险以及事故场景的辨识，并定性判断风险是否可以容忍；半定量分析可用于评估风险数量级的大小；定量分析可分析更为复杂的场景，对风险进行完全定量的评估，其结果可用于风险比较和风险决策。3种不同方法的使用比例见图，图中所示的百分比仅作为示意，通常情况