令人遺憾的是，即使在歐美發(fā)達(dá)國家，PSM的誕生也是由一系列嚴(yán)重的安全事故所推動的結(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。1992年，美國職業(yè)安全健康署(簡稱OSHA)發(fā)布了《高危險化學(xué)品的工藝安全管理》，該法規(guī)也推動了我國對于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)工藝安全管理實施導(dǎo)則》，其內(nèi)容基本與OSHA保持了一致。
而在我國對PSM的啟蒙和導(dǎo)入的過程中，離不開美國杜邦公司的大力推廣普及，其通過各類培訓(xùn)，把PSM的理念、體系和管理模型進(jìn)行傳遞，為我國化工行業(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)險分析”(Process Hazard Analysis，簡稱PHA)這一模塊進(jìn)行展開，見圖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，簡稱PHA，指工藝危害和風(fēng)險分析。在化工企業(yè)中，其生產(chǎn)工藝的顯著特點為：高溫高壓、易燃易爆炸，從而帶來的典型危害有：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)過程，對可能引起的這幾類危害進(jìn)行建模分析，將復(fù)雜的問題或現(xiàn)象用數(shù)字模型來描述，對于這些危害的類別、出現(xiàn)條件以及后果等進(jìn)行概略性地分析并提出對策，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，是通過一系列有組織的、系統(tǒng)性的以及徹底的分析活動來發(fā)現(xiàn)和評估一個工藝過程的潛在危害，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)計和操作維護(hù)的經(jīng)驗，以及需要有危害與風(fēng)險評估、功能安全和HSE(Health、Safety、Environment)方面的知識。
PHA的流程其主要由如下的9個步驟組成：
1、計劃與準(zhǔn)備；
2、危害識別；
3、工藝危害評估；
4、后果分析；
5、其他需要考慮的因素；
6、風(fēng)險評估；
7、建議措施與報告；
8、記錄歸檔；
9、管理層審核。
其中，工藝危害評估與風(fēng)險評估為PHA的重中之重。
目前，國內(nèi)所運用的主要的工藝危害評估的手法為：危害與可操作性分析(Hazard and Operability Analysis，簡稱HAZOP)。在完成HAZOP之后所進(jìn)入的風(fēng)險評估階段，主要所運用的手法為：保護(hù)層分析(Layer of Protection Analysis，下簡稱：LOPA)，若分析后該危害的殘留風(fēng)險的發(fā)生概率仍未達(dá)到預(yù)期，將通過追加安全儀表功能(Safety Instrument Function，下簡稱SIF)，并對安全完整性等級(Safety Integrated Level，下簡稱SIL)進(jìn)行驗證，從而來確認(rèn)殘留風(fēng)險的發(fā)生概率是否降低至預(yù)期。以下將會對上述的PHA分析手法進(jìn)行簡要介紹。
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，由化學(xué)工程師T.克萊茲在41歲時發(fā)明。1963年，HAZOP分析首次在帝國蒙德化學(xué)公司(ICI)新建苯酚工廠被應(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分析以小組討論會的方式對危害與可操作性問題進(jìn)行詳細(xì)研究。由小組長(也稱作HAZOP主席)主導(dǎo)分析過程，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，之后針對每個節(jié)點采用一系列的引導(dǎo)詞，系統(tǒng)性地辨識出與設(shè)計意圖的潛在偏差，并圍繞著這些偏差，來探尋導(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，將提出相應(yīng)的建議措施。
關(guān)于HAZOP分析的具體實施方法與示例，見圖3，可參考AQ/T3049-2013《危險與可操作性分析(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估技術(shù)，它以HAZOP的報告作為基礎(chǔ)，對所辨識出的危害用圖表列出其觸發(fā)原因，防護(hù)措施(保護(hù)層)，或者抑制其危險后果的減災(zāi)措施(抑制減輕層)。通過這些表格，確定總體上需要哪些風(fēng)險降低措施，揭示是否需要額外的風(fēng)險降低手段，確定所需要的SIF， 以及SIF應(yīng)該滿足的SIL等級。
關(guān)于LOPA分析的具體實施方法與示例，可參考AQ/T3054-2015《保護(hù)層分析(LOPA分析)應(yīng)用導(dǎo)則》。
SIL驗算
根據(jù)LOPA分析的結(jié)果，若要追加相應(yīng)SIL等級的SIF，則通過組建安全儀表系統(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，并運用馬爾可夫模型，來算出SIF的SIL等級。把算出的SIL等級與LOPA分析所要求的SIL等級進(jìn)行對比，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驗算的具體實施方法與實例，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》。
國內(nèi)主流的PHA分析軟件
早在1990年時，就有學(xué)者開始研究PHA分析軟件。而1990年，Windows3.0才剛剛開始問世，那時的Windows功能很弱，所以軟件的功能也非常的簡單。
后來隨著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。目前在國內(nèi)市場上主流的PHA分析軟件有3款，分別為：PHA-Pro、exSILentia 和 RiskCloud。
PHA的發(fā)展趨勢
未來的PHA分析及管理將往著一體化和平臺化的方向發(fā)展。特別是在SIS系統(tǒng)導(dǎo)入之后的運營和維護(hù)管理，變更管理，行動跟蹤管理，以及儀表和各控制元件的失效數(shù)據(jù)管理等，將由統(tǒng)一的軟件平臺進(jìn)行統(tǒng)計和匯總，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、以及歌略等廠家已經(jīng)開始著力開發(fā)并陸續(xù)推出類似的一體化安全管理平臺，相信在不久的將來，其會進(jìn)一步的普及，來使得安全風(fēng)險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)
本文對化工工藝危害分析(PHA)及其應(yīng)用軟件進(jìn)行了簡要分析，就PHA的分析過程和主要分析手法進(jìn)行了說明，并對PHA分析軟件以及其未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行了介紹。
相信通過以上內(nèi)容，可以使初入門的安全工程師了解和掌握PHA的基礎(chǔ)知識，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，并逐步地開展PHA的工作。
