文/王威揚(yáng)

化工工藝危害分析（PHA）的簡(jiǎn)介與發(fā)展趨勢(shì)——近年來，以江蘇省響水縣天嘉宜化工有限公司“3.21”特大爆炸事故為首的化工行業(yè)安全事故頻發(fā)，給人民的生命安全帶來極大威脅，對(duì)社會(huì)的穩(wěn)定運(yùn)行造成極大影響。在這一大背景下，國(guó)家應(yīng)急局及其下屬機(jī)構(gòu)開始對(duì)各類化工企業(yè)的工藝安全管理（Process Safety Management,簡(jiǎn)稱PSM）體系的構(gòu)建與運(yùn)營(yíng)進(jìn)行徹底的排查，就其中的不正確、不完善、不合規(guī)和不落地等問題進(jìn)行嚴(yán)格的糾正。在2019年8月出臺(tái)的應(yīng)急[2019]78號(hào)文中，提出了《化工園區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)排查治理導(dǎo)則（試行）》和《危險(xiǎn)化學(xué)品企業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)隱患排查治理導(dǎo)則》，并要求加以落實(shí)。而之前已經(jīng)出臺(tái)的如安監(jiān)總管三[2014] 116號(hào)文等，也被重新提上監(jiān)管議程。一時(shí)間，整個(gè)化工行業(yè)掀起了對(duì)PSM的學(xué)習(xí)研究與落地執(zhí)行的熱潮。

令人遺憾的是，即使在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，PSM的誕生也是由一系列嚴(yán)重的安全事故所推動(dòng)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(guó)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(tái)。1992年，美國(guó)職業(yè)安全健康署（簡(jiǎn)稱OSHA）發(fā)布了《高危險(xiǎn)化學(xué)品的工藝安全管理》，該法規(guī)也推動(dòng)了我國(guó)對(duì)于PSM的標(biāo)準(zhǔn)化工作，并在2010年發(fā)布了AQ/T 3034-2010 《化工企業(yè)工藝安全管理實(shí)施導(dǎo)則》，其內(nèi)容基本與OSHA保持了一致。

而在我國(guó)對(duì)PSM的啟蒙和導(dǎo)入的過程中，離不開美國(guó)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(guó)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(xiǎn)分析”（Process Hazard Analysis，簡(jiǎn)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(jiǎn)稱PHA，指：工藝危害和風(fēng)險(xiǎn)分析。

在化工企業(yè)中，其生產(chǎn)工藝的顯著特點(diǎn)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(duì)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(duì)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(duì)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(dòng)來發(fā)現(xiàn)和評(píng)估一個(gè)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(gè)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(jì)和操作維護(hù)的經(jīng)驗(yàn)，以及需要有危害與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、功能安全和HSE（Health、Safety、Environment）方面的知識(shí)。

PHA的流程其主要由如下的9個(gè)步驟組成：

1. 計(jì)劃與準(zhǔn)備；

2. 危害識(shí)別；

3. 工藝危害評(píng)估；

4. 后果分析；

5. 其他需要考慮的因素；

6. 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；

7. 建議措施與報(bào)告；

8. 記錄歸檔；

9. 管理層審核。

其中，工藝危害評(píng)估與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估為PHA的重中之重。

目前，國(guó)內(nèi)所運(yùn)用的主要的工藝危害評(píng)估的手法為：危害與可操作性分析（Hazard and Operability Analysis，簡(jiǎn)稱 HAZOP）。

在完成HAZOP之后所進(jìn)入的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估階段，主要所運(yùn)用的手法為：保護(hù)層分析（Layer of Protection Analysis，下簡(jiǎn)稱：LOPA），若分析后該危害的殘留風(fēng)險(xiǎn)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(jiǎn) 稱：SIF），并對(duì)安全完整性等級(jí)(Safety Integrated Level，下簡(jiǎn)稱SIL)進(jìn)行驗(yàn)證，從而來確認(rèn)殘留風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生概率是否降低至預(yù)期。

以下將會(huì)對(duì)上述的PHA分析手法進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

主要的PHA分析手法

在適用于化工企業(yè)的GB/T 21109-2017 《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(guó)，由化學(xué)工程師T.克萊茲在41歲時(shí)發(fā)明。1963年，HAZOP分析首次在帝國(guó)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(guó)普及推廣，并延續(xù)到全球。

HAZOP分析以小組討論會(huì)的方式對(duì)危害與可操作性問題進(jìn)行詳細(xì)研究。由小組長(zhǎng)（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(diǎn)，之后針對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)采用一系列的引導(dǎo)詞，系統(tǒng)性地辨識(shí)出與設(shè)計(jì)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(shí)，將提出相應(yīng)的建議措施。

圖2 基于GB/T 21109-2017的安全生命周期

圖3 HAZOP應(yīng)用示例

圖4 SIF基本構(gòu)成

關(guān)于HAZOP分析的具體實(shí)施方法與示例，見圖3，可參考AQ/T 3049-2013 《危險(xiǎn)與可操作性分析（HAZOP分析）應(yīng)用導(dǎo)則》。

LOPA分析

LOPA分析是一種半定量的分析評(píng)估技術(shù)，它以HAZOP的報(bào)告作為基礎(chǔ)，對(duì)所辨識(shí)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(xiǎn)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(xiǎn)降低措施，揭示是否需要額外的風(fēng)險(xiǎn)降低手段，確定所需要的SIF，以及SIF應(yīng)該滿足的SIL等級(jí)。

關(guān)于LOPA分析的具體實(shí)施方法與示例，可參考AQ/T 3054-2015 《保護(hù)層分析（LOPA分析）應(yīng)用導(dǎo)則》。

SIL驗(yàn)算

根據(jù)LOPA分析的結(jié)果，若要追加相應(yīng)SIL等級(jí)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(gè)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(yùn)用馬爾可夫模型，來算出SIF的SIL等級(jí)。把算出的SIL等級(jí)與LOPA分析所要求的SIL等級(jí)進(jìn)行對(duì)比，若達(dá)成，則選用儀器儀表組成的SIF能夠適用。

關(guān)于SIL驗(yàn)算的具體實(shí)施方法與實(shí)例，可參考：

GB/T 20438.5-2017 《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(jí)的方法示例》

GB/T 20438.6-2017 《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/T 20438.2和GB/T 20438.3 的應(yīng)用指南》。

國(guó)內(nèi)主流的PHA分析軟件

圖5 安全繼電器

早在1990年時(shí)，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(shí)的Windows功能很弱，所以軟件的功能也非常的簡(jiǎn)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(guó)內(nèi)市場(chǎng)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(shì)

未來的PHA分析及管理將往著一體化和平臺(tái)化的方向發(fā)展。特別是在SIS系統(tǒng)導(dǎo)入之后的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)管理，變更管理，行動(dòng)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(tái)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和匯總，從而形成并達(dá)到如GB/T 21109-2017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(tái)，相信在不久的將來，其會(huì)進(jìn)一步的普及，來使得安全風(fēng)險(xiǎn)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(duì)化工工藝危害分析（PHA）及其應(yīng)用軟件進(jìn)行了簡(jiǎn)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(duì)PHA分析軟件以及其未來的發(fā)展趨勢(shì)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(shí)，根據(jù)本文所梳理的標(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。