HAZOP風(fēng)險(xiǎn)分析方法在醫(yī)藥工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

摘

要：簡(jiǎn)要闡述了工程設(shè)計(jì)階段HAZOP分析的目標(biāo)、需求及開(kāi)展時(shí)間，在此基礎(chǔ)上，從劃分節(jié)點(diǎn)、確定節(jié)點(diǎn)偏差、分析偏差、確定事故后果等級(jí)、確定事故頻率等級(jí)、確定事故風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)方面，介紹了HAZOP風(fēng)險(xiǎn)分析方法，并運(yùn)用該方法對(duì)醫(yī)藥工程中的液氨罐區(qū)進(jìn)行了實(shí)例分析，通過(guò)辨識(shí)液氨罐區(qū)設(shè)計(jì)中存在的隱患，計(jì)算隱患風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，可及時(shí)改進(jìn)工藝設(shè)計(jì)，提升工藝系統(tǒng)的安全性。關(guān)鍵詞：HAZOP；風(fēng)險(xiǎn)分析；保護(hù)措施；節(jié)點(diǎn)；事故頻率

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引言與石油化工行業(yè)相比，醫(yī)藥行業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模相對(duì)較小，其工藝復(fù)雜性及危險(xiǎn)性也相對(duì)較小?；卺t(yī)藥行業(yè)自身的特點(diǎn)及區(qū)域發(fā)展的不均衡，造成業(yè)主對(duì)工藝安全認(rèn)知及安全意識(shí)的差異較大，加上行業(yè)涉及安全設(shè)計(jì)方面的規(guī)范相當(dāng)不健全，導(dǎo)致醫(yī)藥工程設(shè)計(jì)中對(duì)安全設(shè)施的設(shè)計(jì)把握不準(zhǔn)，留下安全隱患。近年來(lái)，隨著醫(yī)藥行業(yè)迅速發(fā)展，企業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，儲(chǔ)存和使用易燃易爆等危險(xiǎn)化學(xué)品的數(shù)量越來(lái)越多，容易形成重大危險(xiǎn)源。對(duì)于化學(xué)原料藥項(xiàng)目，還存在應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)管的危險(xiǎn)化工工藝，在工藝運(yùn)行生命周期內(nèi)，一旦出現(xiàn)反應(yīng)失控或危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏，就有可能導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸及中毒事故的發(fā)生，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失、環(huán)境污染及惡劣的社會(huì)影響。一般來(lái)說(shuō)，工藝運(yùn)行過(guò)程中的安全性能和設(shè)施布置主要是在設(shè)計(jì)階段決定的。因此，在醫(yī)藥工程設(shè)計(jì)中，可以通過(guò)工藝危險(xiǎn)分析來(lái)識(shí)別設(shè)計(jì)缺陷，及時(shí)改進(jìn)設(shè)計(jì)，以提升工藝系統(tǒng)的安全性能。工藝管道儀表流程圖，即P&ID顯示了所有的設(shè)備、管道、工藝控制系統(tǒng)、安全聯(lián)鎖系統(tǒng)、物料互供關(guān)系、設(shè)備尺寸、設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力、管線(xiàn)尺寸、材料類(lèi)型和等級(jí)、安全泄放系統(tǒng)、公用工程系統(tǒng)等關(guān)于工藝運(yùn)行過(guò)程的關(guān)鍵信息。因此，通過(guò)分析P&ID，幾乎可以分析所有安全措施的充分性，檢查強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范在設(shè)計(jì)中的落實(shí)情況。本文介紹了以P&ID為主要分析對(duì)象的危險(xiǎn)與可操作性分析（HAZOP，HazardandOperability

Analysis）方法在工程設(shè)計(jì)階段的作用及要點(diǎn)，并以液氨罐區(qū)為實(shí)例進(jìn)行分析，對(duì)其安全設(shè)計(jì)進(jìn)行了審查，辨識(shí)出了操作和儲(chǔ)存中存在的安全隱患，對(duì)存在的隱患進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算，并提出了改進(jìn)措施。

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工程設(shè)計(jì)階段HAZOP分析的目標(biāo)1.1

檢查已有安全措施的充分性，保證工藝的本質(zhì)安全（1）在項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)階段，幫助審查設(shè)計(jì)方案，及時(shí)修正設(shè)計(jì)中的缺陷或不足。（2）為完善操作指標(biāo)和操作規(guī)程提供參考依據(jù)。（3）為制定完善的應(yīng)急處置預(yù)案提供依據(jù)。（4）分析的過(guò)程能夠幫助分析人員更透徹地了解裝置，分析的結(jié)果可以作為員工的教育培訓(xùn)材料。1.2

控制變更發(fā)生的階段，避免產(chǎn)生較大的變更費(fèi)用HAZOP分析的主要目的是檢查已有安全措施的充分性。在HAZOP分析過(guò)程中往往會(huì)提出大量的建議措施，這些措施的落實(shí)會(huì)產(chǎn)生變更費(fèi)用。從工藝裝置生命周期與設(shè)計(jì)變更費(fèi)用關(guān)系圖（圖1）中可以看出，如果在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行HAZOP分析，則執(zhí)行HAZOP分析提出的建議措施所產(chǎn)生的變更費(fèi)用是最少的。

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工程設(shè)計(jì)階段開(kāi)展HAZOP分析的需求及時(shí)間段在石化行業(yè)，HAZOP分析的需求往往來(lái)自業(yè)主。對(duì)于醫(yī)藥行業(yè)來(lái)說(shuō)，鑒于行業(yè)本身特點(diǎn)，加上國(guó)家安全總局提出進(jìn)一步加強(qiáng)危險(xiǎn)化學(xué)品建設(shè)項(xiàng)目安全設(shè)計(jì)管理的要求，涉及“兩重點(diǎn)一重大”和首次工業(yè)化設(shè)計(jì)的建設(shè)項(xiàng)目，必須在初步（基礎(chǔ)工程）設(shè)計(jì)階段開(kāi)展HAZOP分析，這種需求是正式的，而且應(yīng)體現(xiàn)在雙方的合同內(nèi)。為使HAZOP分析的結(jié)果以及對(duì)設(shè)計(jì)所作的變更體現(xiàn)在初步（基礎(chǔ)工程）設(shè)計(jì)審查文件中，HAZOP分析應(yīng)安排在初步（基礎(chǔ)工程）設(shè)計(jì)工作基本完成之后、上級(jí)主管部門(mén)審查之前開(kāi)展。

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HAZOP風(fēng)險(xiǎn)分析方法[2]傳統(tǒng)的HAZOP分析內(nèi)容包括：偏差、原因、后果、保護(hù)措施、建議措施。與傳統(tǒng)的HAZOP分析相比，HAZOP風(fēng)險(xiǎn)分析在傳統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合事故的后果嚴(yán)重等級(jí)和事故發(fā)生頻率等級(jí)，可以在5×5風(fēng)險(xiǎn)矩陣中確定事故的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，使傳統(tǒng)的HAZOP分析方法從純定性分析改進(jìn)為半定量分析，提高了HAZOP分析方法識(shí)別危險(xiǎn)的分辨率和對(duì)安全措施實(shí)際效能的判斷能力。3.1

劃分節(jié)點(diǎn)HAZOP分析的基礎(chǔ)是“引導(dǎo)詞檢查”，其仔細(xì)地查找出與設(shè)計(jì)意圖背離的偏離。為便于分析，可將系統(tǒng)分成多個(gè)節(jié)點(diǎn)。將系統(tǒng)劃分成節(jié)點(diǎn)時(shí)，一般會(huì)綜合考慮節(jié)點(diǎn)的目的與功能、節(jié)點(diǎn)物料及合理的切斷點(diǎn)等因素，如常見(jiàn)的節(jié)點(diǎn)類(lèi)型包括：反應(yīng)器、容器、塔、管線(xiàn)、換熱器、泵、壓縮機(jī)等。3.2

確定節(jié)點(diǎn)偏差對(duì)于每一個(gè)節(jié)點(diǎn)，HAZOP分析團(tuán)隊(duì)以正常操作的工藝參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值，分析運(yùn)行過(guò)程中工藝參數(shù)的變動(dòng)（即偏差），這些偏差通過(guò)引導(dǎo)詞和工藝參數(shù)引出。確定偏差最常用的方法是引導(dǎo)詞法，即偏差=引導(dǎo)詞+工藝參數(shù)。3.3

對(duì)偏差進(jìn)行分析確定了每個(gè)分析節(jié)點(diǎn)的偏差后，需要對(duì)每個(gè)偏差進(jìn)行分析。分析的內(nèi)容包括：原因、后果、保護(hù)措施、建議措施。3.4

確定事故后果等級(jí)HAZOP風(fēng)險(xiǎn)分析中，只對(duì)會(huì)產(chǎn)生下列后果的事故進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析：（1）員工傷害；（2）財(cái)產(chǎn)損失；（3）環(huán)境影響。事故后果等級(jí)分類(lèi)如表1所示。注：S即Severity，表示后果嚴(yán)重程度。3.5

確定事故頻率等級(jí)事故頻率分為兩種，一種是不考慮保護(hù)措施的事故頻率（Fu）；另一種是考慮保護(hù)措施的事故頻率（Fm）。3.5.1

不考慮保護(hù)措施的事故頻率（Fu）（1）事故頻率（Fu）由初始原因事件頻率和促使原因事件發(fā)展為后果事件的條件事故發(fā)生的概率決定。（2）事故頻率（Fu）計(jì)算公式如下：Fu=F×P1×P2×…×Pn式中

Fu——事故發(fā)生的頻率；F——初始原因事件頻率；P1、P2、Pn——條件事故發(fā)生的概率（條件1，條件2，…條件n）。3.5.2

考慮保護(hù)措施的事故頻率（Fm）保護(hù)措施是指可以獨(dú)立的行使安全保護(hù)功能而不受其他保護(hù)措施失效影響的安全保護(hù)措施。保護(hù)措施一般包括以下內(nèi)容：（1）基本過(guò)程控制系統(tǒng)；（2）報(bào)警、操作人員干預(yù)；（3）安全儀表系統(tǒng)（SIS）；（4）安全泄放設(shè)施；（5）物理防護(hù)；（6）應(yīng)急響應(yīng)。常用的保護(hù)措施及失效概率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表2所示。保護(hù)措施總失效概率（TPFD，TotalPFD）為已有保護(hù)措施失效概率的乘積，即：TPFD=PFD1×PFD2×…事故頻率（Fm）計(jì)算公式如下：Fm=Fu×TPFD式中

Fm——考慮保護(hù)措施的事故頻率；Fu——不考慮保護(hù)措施的事故頻率；TPFD——保護(hù)措施總失效概率。3.5.3

事故頻率等級(jí)分類(lèi)事故頻率等級(jí)分類(lèi)如表3所示。3.6

確定事故風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)是事故后果嚴(yán)重程度與發(fā)生頻率的結(jié)合。事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估包括兩個(gè)方面：（1）只考慮被動(dòng)安全防護(hù)的潛在風(fēng)險(xiǎn)（RRu）；（2）同時(shí)考慮保護(hù)措施和被動(dòng)安全防護(hù)的剩余風(fēng)險(xiǎn)（RRm）。潛在風(fēng)險(xiǎn)和剩余風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)別在于潛在風(fēng)險(xiǎn)沒(méi)有考慮保護(hù)措施，是對(duì)固有危險(xiǎn)程度的評(píng)估，而剩余風(fēng)險(xiǎn)考慮了保護(hù)措施，是對(duì)目前真實(shí)危險(xiǎn)程度的評(píng)估。兩種風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估后果是一致的，只是在頻率上有所不同，潛在風(fēng)險(xiǎn)考慮的事故頻率為Fu，剩余風(fēng)險(xiǎn)考慮的事故頻率為Fm。結(jié)合確定的事故后果等級(jí)和事故頻率（Fu或Fm）等級(jí)，在5×5風(fēng)險(xiǎn)矩陣（表4）中就可以查出事故的潛在風(fēng)險(xiǎn)和剩余風(fēng)險(xiǎn)。4

風(fēng)險(xiǎn)分析根據(jù)確定的事故風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，按照表4進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理。風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為II級(jí)、III級(jí)及IV級(jí)的事故，應(yīng)對(duì)現(xiàn)有工藝系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，或通知企業(yè)管理部門(mén)按照建議措施進(jìn)行補(bǔ)充。風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分如表5所示。5

HAZOP風(fēng)險(xiǎn)分析案例依據(jù)上述HAZOP風(fēng)險(xiǎn)分析方法，對(duì)液氨罐區(qū)進(jìn)行了HAZOP風(fēng)險(xiǎn)分析，將液氨罐區(qū)劃分為卸車(chē)區(qū)、壓縮機(jī)棚等4個(gè)節(jié)點(diǎn)，辨識(shí)出了液位偏高等7個(gè)偏差，得到5個(gè)不利后果。對(duì)這5個(gè)不利后果進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，得到剩余風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為I級(jí)的事故有4個(gè)，剩余風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為II級(jí)的事故有1個(gè)。槽車(chē)至壓縮機(jī)工藝單元的節(jié)點(diǎn)HAZOP風(fēng)險(xiǎn)分析如表6所示。經(jīng)過(guò)風(fēng)險(xiǎn)分析，如果發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有保護(hù)措施下事故的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)仍不能接受，就應(yīng)對(duì)該事故制定單獨(dú)的事故風(fēng)險(xiǎn)分析表。本文在事故風(fēng)險(xiǎn)分析表中提出了事故的預(yù)防、保護(hù)措施，并對(duì)提出的措施再實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，評(píng)估其剩余風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，使得風(fēng)險(xiǎn)在有效的預(yù)防或保護(hù)措施下降至可接受水平。

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結(jié)語(yǔ)（1）利用HAZOP風(fēng)險(xiǎn)分析方法可以辨識(shí)出工藝系統(tǒng)中存在的隱患，并通過(guò)計(jì)算隱患的風(fēng)險(xiǎn)，可以在設(shè)計(jì)階段解決高風(fēng)險(xiǎn)的安全隱患，這對(duì)工藝裝置的安全運(yùn)行意義重大。（2）修改HAZOP風(fēng)險(xiǎn)分析中的工藝參數(shù)，調(diào)整后果等級(jí)及事故頻率的判斷標(biāo)準(zhǔn)，利用風(fēng)險(xiǎn)矩陣可以對(duì)工藝方案布置是否合理、空調(diào)系統(tǒng)劃分是否合理