The Application of Hazard and Operability Analysis in Company Based on Different Purposes
陈全 CHEN Quan；陈俊涛 CHEN Jun-tao
（天津理工大学环境科学与安全工程学院，天津 300384）
（Institute of Environment Science & Safety Engineering，Tianjin University of Technology，Tianjin 300384，China）
摘要：通过介绍风险管理基本原理、企业风险控制基本措施、危险与可操作性分析（HAZOP），论述了基于不同目的和范围HAZOP分析方法应用的差异。分别论述对于完善企业安全管理措施和安全技术措施的HAZOP的不同分析方法，并以实例说明如何基于HAZOP完善企业的安全管理措施，以及基于HAZOP的分析结果，借助LOPA法评定安全仪表系统的SIL等级，并改进企业的安全技术措施。
Abstract: Through introducing the basic theory of risk management, the basic measures of risk controlling and Hazard and Operability Analysis ( HAZOP), this paper expounds the difference of the application of HAZOP based on different purpose and scope, discusses the different analytic method of HAZOP for improving safety management measure and safety technology measure of company, and then explains by an instance that how the company improved the safety management measures by HAZOP analysis and how the company utilized LOPA to evaluate safety integrity level (SIL) and improved their safety technology measures.
关键词：HAZOP分析；安全管理措施；安全技术措施；LOPA法；SIL等级
Key words: hazard and operability analysis (HAZOP)；safety management measure；safety technology measure；layers of protection analysis (LOPA)；safety integrity level (SIL)
中图分类号：X951 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）31-0116-04
0 引言
随着经济社会的快速发展，我国的企业在各行业各领域都取得了长足的进步，然而安全生产事故的频发仍然是企业长期面临的困扰，安全生产事故的发生不但给企业造成不可挽回的损失，而且阻碍着企业的进一步发展，甚至给社会的发展造成影响。自“8·12”天津港大爆炸事故以来，政府对安全监管工作可谓极其重视，社会舆论极其敏感，而企业对安全工作的觉悟也是空前提高。然而，就在这样的形势下，安全生产事故仍然时有发生。这让我们不禁思考，企业应如何对安全风险进行识别和管理，如何落实安全风险控制措施。HAZOP法是识别企业安全风险，查找可能导致事故发生的管理方面或技术方面缺陷的重要方法，基于不同的识别目的和范围，HAZOP的分析思路、方法以及输出结果是不同的，本研究以HAZOP分析为基础，基于完善管理手段和改进技术措施的不同目的，实施HAZOP辨识和分析，对企业安全风险控制措施有效性进行评审和改进研究，目的是为我国企业更好的管控安全风险、控制事故的发生提供参考。
1 安全风险管理基本原理介绍
1.1 安全风险管理基本原理
安全风险管理基本原理是一种以控制事故发生为目的的科学原理，基于安全风险管理基本原理，我们认为事故（accident）的发生是由一系列因果连锁事件所导致的，所谓因果事件就是不期待事件（incidents），这一系列因果连锁事件的源头称为初始事件（events），因此事故（accident）就是由初始事件（events）开始，经过一系列不期待事件（incidents）的连续发生而最终形成的[1]，如图1。
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企业想要控制事故的发生，就要切断这条事故因果联锁链条。在企业中，事故因果连锁链条不止一条，我们可以认为它是存在于企业生产经营各个环节的“隐形链条”。当然在任何位置切断它都能阻止事故的最终发生，但是在我国的安全生产领域以及在政府安全监管的引导下，企业寻求“关口前移”，即越早切断事故因果连锁链条越保险、安全管控效率越高。
而事故和不期待事件是由危险源或危害因素导致的，因此采用科学的方法识别和分析危险源和危害因素，在此基础上采取有效手段对危险源和危害因素进行控制和管理，这是企业进行安全风险管理、控制事故发生的基本手段。
1.2 企业安全风险控制基本措施
企业安全风险控制的基本措施包括技术措施和管理措施。技术措施是指通过技术手段控制事故的发生、降低事故率，甚至在技术水平高度发展的条件下达到本质安全。常见的技术措施大到企业的技术方案的改进、小到为电源开关加一个防护罩，这些都属于技术措施。而管理措施是希望通过较高的管理水平，降低由于管理缺陷而导致事故发生的可能性。在过去，我国企业的安全管理水平普遍不足，粗放式的管理模式酿成的事故带来了深刻的教训。目前许多企业在积极贯彻安全“标准化”工作，积极引进ISO组织的相关体系标准，目的就是为了提升管理水平，遏制事故的发生。常见的管理措施包括：企业安全规章、制度；教育、培训；规程、指导书；安全交底、特种作业审批等等。
2 HAZOP方法概述
危险与可操作性分析（Hazard and Operability Studies），简称HAZOP，是应用于化工工艺过程危险源辨识的重要方法。上世纪60年代，英国帝国化学工业公司（ICI）为解决除草剂制造过程中的危害，首次提出了这一套以引导词为思路指引的危害识别和分析方法，并将它应用于公司实际的危害识别当中，1974年，该方法正式对外发表[2]。
HAZOP方法可以对于工艺过程中的流体介质以及操作程序进行全面系统的危险源识别和分析，是企业识别风险、制定控制措施，有效预防各类事故发生的重要方法和手段。HAZOP的基础是“引导词检查”，通过引导词的思路指引仔细地查找工艺过程物料要素及特性与设计意图背离的偏差；然后分析偏差可能给生产系统带来的安全风险；进一步分析可能导致偏差的因素，进而形成一个完整的危险源辨识过程。
通常，一个企业的化工工艺过程是较为庞大和复杂的，分析起来难度较大，为便于分析，可将工艺系统分成多个部分或单元。所选单元的大小取决于工艺系统的复杂性和危害的严重程度。在划分工艺单元的基础上，进一步划分节点。节点的划分要考虑工艺复杂性、介质特性、危害程度、介质流动方向等因素，节点的划分以实际为基础，以便于开展分析工作为目标。节点划分清晰之后，在节点内进行危险源辨识将会更加方便和明确。
HAZOP分析需要由熟悉工艺系统的技术、管理、操作人员、以及安全工程专业人员共同来完成。在分析工作开展前期，要成立一个辨识小组，通常由安全工程师来担任辨识小组组长，由熟悉工艺系统的技术、管理、操作人员来担任组员，以小组讨论的形式来共同完成HAZOP分析工作。HAZOP分析一般按如下步骤进行：①准备：在进行分析之前要收集工艺系统的资料和其他类似工艺系统的资料。②运用引导词分析物料要素或特性与设计意图可能产生的偏差。③分析偏差可能给生产系统带来的安全风险。④分析可能导致偏差的因素。⑤运用适用的风险评价方法进行风险评价，确定风险的可接受性。⑥考虑增加措施来控制安全风险。⑦汇总分析结果。
值得强调的是，基于不同的辨识目的和范围，HAZOP方法的分析思路、方法以及输出结果是有所不同的，同样是应用HAZOP方法开展辨识和分析工作，由于目的的不同，结果会有很大差异。目前国内大部分企业并不能很好的理解和掌握这一点，因此，本研究就以企业完善管理措施和改进技术手段为具体目的，来应用HAZOP方法开展识别和分析，具体阐释方法应用的差异性。
3 基于HAZOP的企业安全风险控制措施有效性评审和改进
由于辨识的目的和范围的不同，HAZOP方法的分析思路、方法以及输出结果是不同的，因此在开展HAZOP分析工作之前首先应该明确目的和范围。依照前文，企业对安全风险控制的基本手段有两个，分别是技术措施和管理措施。因此，基于完善管理措施和改进技术措施的不同目的，我们分别开展HAZOP分析，在HAZOP分析基础上输出安全风险控制措施有效性评审和改进建议的不同结果。
3.1 基于HAZOP的企业安全管理措施有效性评审和改进
依据安全风险管理基本原理，危险源辨识是企业进行风险控制的基础。因此，首先我们利用HAZOP分析方法开展危险源、危害因素辨识工作。我们将整个生产系统划分为独立单元，再将每个单元划分为若干节点，逐一开展辨识和分析。在节点内，明确物料介质的种类和危险性，识别出物料介质所有的要素及特性（如温度、压力、流量、流速、流向、液位等），仔细地查找其与设计意图背离的偏差，然后分析偏差可能给系统带来的安全风险（即可能引起的事故场景），进一步分析可能导致偏差的因素（危害因素），最后对每一条导致偏差的因素（危害因素）识别出企业现有的控制措施。
在危险源、危害因素辨识工作基础上，进一步对企业现有控制措施进行逐一梳理和有效性评审。依据安全风险管理基本原理，每一条危害因素都是可能导致事故发生的不期待事件，因此每条危害因素都应该有对应的控制措施对其进行有效控制。在梳理过程中，若存在控制措施缺失的情况，就说明该条危害因素未得到有效的控制，这就是管理措施有待完善的薄弱环节。若该条控制措施有相应的控制措施，则需要评审控制措施的有效性，因为若控制措施不能很好的控制危害因素或者说控制措施失效，依旧可能导致事故的发生。通常评审管理措施是否有效的依据包括：国家、地方法律法规要求；国家标准、地方标准、行业标准；管理体系要求；行业内先进经验；公司优秀经验等。讨论方式依据采取小组讨论的形式，根据评审的依据，结合企业实际，给出合理的有效性评价。
依据对现有控制措施的有效性评价的结果，提出有针对性的改进建议或措施。该项工作的工作表格如表1。
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3.2 基于HAZOP的企业安全技术措施有效性评审和改进
3.2.1 独立保护层（IPL）
安全技术措施的有效性评审和改进相较于管理措施要复杂得多，而前期应用HAZOP进行危险源辨识的目的性也更加明确。根据安全风险管理基本原理，事故的发生往往是由初始事件开始经过一些列的因果连锁关系而最终导致的，安全技术措施就是逐个环节切断事故连锁关系的重要手段，因此安全技术措施在企业中的表现形式就是独立保护层（IPL）。独立保护层（IPL）是指能够阻止场景向不期望后果发展，并且独立于场景的初始事件或其它保护层的设备、系统或行动。常见的独立保护层包括：基本过程控制系统（BPCS）、报警与人员干预、安全仪表系统、物理保护（安全阀等）、释放后保护设施（如围堰）、工厂和社区应急响应等[3]。
其中安全仪表系统（SIS）是独立保护层的重要组成部分，这里我们就以安全仪表系统（SIS）为例，以对安全仪表系统（SIS）的安全完整性等级（SIL）评价和改进为目的，来说明HAZOP在安全技术措施有效性评审和改进方面的应用，重点强调其相较于在管理措施上应用的区别。
3.2.2 LOPA、SIL方法简介
安全完整性等级（SIL）是指在一定时间和条件下，安全相关系统执行其所规定的安全功能的可能性。SIL等级实际上反映的是安全仪表系统（SIS）在执行安全功能（SIF）时的可靠程度。根据标准IEC61508，SIL 4是最高的，SIL 1是最低的。目前对企业的安全仪表系统评定SIL等级的方法普遍采用HAZOP、LOPA及SIL结合的分析方法。其中LOPA即保护层分析法。HAZOP分析是这一方法的基础，首先应用HAZOP分析出模拟事故场景以及事故的风险等级，再应用LOPA方法考虑在独立保护层对事故风险进行有效降低的基础上，残余风险与可接受风险的差距，进而评价出SIL等级需要，在现有SIS系统满足该等级要求的情况下不需要进行改进，若现有SIS系统的不能满足该SIL等级，则需要提高系统的SIL等级。国内学者有关这一方面的研究也很多，在探讨这一方法的应用上也取得了不少的成果[2][4]。因此这里并不做过多的介绍，而是重点探讨基于评价和改进安全完整性等级的HAZOP分析方法的应用。
4 应用实例
4.1 企业概况
某企业是一家以橡胶防老剂为主要产品的大型橡胶化工企业，主要生产橡胶防老剂系列产品及中间体RT培司、不溶性硫黄、高纯度TMQ、硝基苯等，其中RT培司年产量达到15000吨以上，是国内生产规模最大的橡胶防老剂及中间体RT培司生产基地之一，是橡胶轮胎等人们经常使用的橡胶产品的重要供应商。公司下设多家工厂，本次我们选取其中一家工厂为研究对象，基于不同的目的和范围开展HAZOP分析，并对企业管理措施和技术措施有效性进行评审和提出改进建议。
4.2 基于HAZOP的管理措施评价与改进
我们选取某企业的A工厂为研究对象，对该工厂的工艺流程进行梳理，划分工艺单元，最终以其中相对典型的制氢单元为例，以完善企业管理措施为目的，开展HAZOP分析工作。依据前文介绍的思路和方法展开HAZOP辨识和分析工作，需要强调的是，这里我们以完善企业管理措施为目的，因此我们需识别出管理上的漏洞，而据此我们进一步评价现有措施有效性和提出改进建议。具体HAZOP分析结果如表2。
通过本次HAZOP分析，共划分10个节点，识别工艺要素43个，进一步分析得出91个偏差和423条危害因素，对这些危害因素逐一梳理管理措施，总结出有待完善或需要增加的管理措施19项。以上为HAZOP分析成果的一部分，这里只选取单一的要素“气柜压力”为例来进行说明。通过表2我们可以看出，通过分析“气柜压力”可能出现的偏差，可以分析出可能出现的事故后果以及导致偏差的因素，导致偏差的因素即危害因素，我们逐项梳理危害因素的现有的管理措施，评审这些管理措施能否有效控制危害因素，就能达到我们的预期目标，之后进一步增加和改进管理措施，达到提升管理的最终目的。
4.3 基于HAZOP的技术措施评价与改进
我们同样选取A工厂的制氢单元为研究对象，以改进技术措施为目的，开展HAZOP分析工作，目的是为了与以完善管理措施为目的的HAZOP分析工作形成清晰对比。其中风险等级的划分标准依据企业的风险等级矩阵，如图2，风险等级矩阵描述见表3。同样以单一要素“气柜压力”为例，展示HAZOP分析成果，具体结果表4。
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从HAZOP分析结果中选取“来气压力高”为危险场景进行LOPA分析和SIL等级评价，以达到技术措施有效性评价和改进的目的。事故场景描述为来气压力高导致气柜压力偏高，气柜进出口法兰处垫片或阀门填料及法兰处损坏，造成氢气泄漏，遇明火引起火灾、爆炸。参考标准中给出的范围[3]，确定上述场景的初始事件发生概率为1×10-1次/a，场景的现有独立保护层为：在线监测高压报警，根据统计数据，高压报警失效概率取1×10-1次/a，修正条件点火概率为0.5，人员暴露概率为0.5，依据企业可接受的风险等级，风险可容忍标准应小于1×10-4次/a，因此，安全仪表功能的失效概率应小于：
fSIF=1×10-4/1×10-1×1×10-1×0.5×0.5=4×10-2；
即安全仪表功能的失效概率为4×10-2次/a，根据IEC61508[5]，安全仪表功能的等级为SIL1。为改进技术措施，保证安全风险降低到可接受水平，建议在气柜之前增设一处安全联锁，等级达到SIL1。
5 结论
在基于完善企业安全管理措施和改进技术措施的不同目的下，分别应用HAZOP分析方法，对企业典型的工艺单元进行辨识和分析，得出不同的输出结果。以企业的实例来验证，HAZOP分析方法在基于不同目的和范围的情况下有不同的思路和方法，并在HAZOP分析的基础上对企业安全风险控制的管理措施和技术措施进行了有效性了评审和改进。为我国企业今后在进行HAZOP分析提供了新的思路，同时为HAZOP方法在广泛的领域应用奠定基础。
参考文献：
[1]孙立，吴琳，陈俊涛.港口设备安全隐患排查治理信息系统[J].港口科技，2018，2.
[2]李娜，孙文勇，宁信道，等.HAZOP、LOPA和SIL方法的应用分析[J].中国安全生产科学技术，2012，8（5）：101-106.
[3]国家安全生产监督管理总局.保护层分析（LOPA）方法导则[S].2015.
[4]周荣义，李石林，刘何清.HAZOP 分析中 LOPA 的应用研究[J].中国安全科学学报，2010，20（7）：76-81.
[5]IEC61508. Functional safety of electrical/electronic/ programmable electronic safety-related systems[S].2010. |
