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危害与可操作性分析

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危害与可操作性分析HAZOP)是为了识别及评估在制程上可能产生的问题,结构化及系统化的检视流程及作业的方法,流程及作业可以是正在计划中的,也可以是既有的,所关注的问题是可能造成人员或设备的风险,或是影响正常作业的问题。

危害与可操作性分析一开始是用来分析化工厂的程序控制系统,但之后延伸到其他类型的系统,也包括复杂系统及软件系统。危害与可操作性分析是一种以引导词(guide-word)配合制程参数(温度、压力等)为基础的定性危害分析技术,一般会由多部门组成的团队(HAZOP团队)脑力激荡,透过多次的会议来进行。

方式

简介

此分析方式可适用于有相关设计资讯的程序,现有的或规划中的皆可。一般会包括一个程序流程图英语process flow diagram,其中包括许多个别的设备以及连接设备的管路。每一个设备或管路皆标示其“设计意图”。例如在化工厂中,一个管路的设计意图是要输送浓度为96%、温度为20°C的硫酸,质量流率为2.3 kg/s,从泵浦输送到热交换器,热交换器的设计意图是将质量流率为2.3 kg/s,浓度为96%的硫酸、温度由20°C上升到80°。HAZOP团队要找出每个意图中最可能的明显偏差,可能原因及影响。可以用来判断现有的安全防护是否足够,或是需要加入其他行动,使风险降低至允许程度以下。

HAZOP的会议一般是规划一天三至四小时。一个中型的化工厂中,设备及管路约有一千二百个,大约需要进行四十次HAZOP会议才能确认完所有的项目[1],现在有许多软件可以协助HAZOP会议的进行。

参数及引导词

HAZOP需要针对设计意图选择适当的参数,常见的字包括流量、压强、温度及成分。从上例中可以看出,各参数的偏差就会造成设备和原始设计意图的偏差。为了识别偏差,可以用一组“引导词”(Guide Words)配合程序中设计意图的各参数。依英国标准BS:IEC 61882:2002[2],有以下这些引导词:

引导词 意义
无(NO) 完全不符合设计意图
较多(MORE) 定量的增加
较少(LESS) 定量的减少
不仅……又(AS WELL AS) 定性的变化/增加
只有部分(PART OF) 定性的变化/减少
相反(REVERSE) 和设计意图的逻辑恰好相反
除……以外(OTHER THAN) 完全取代
早(EARLY) 相对于某一时间
晚(LATE) 相对于某一时间
以前(BEFORE) 相对于某一程序
以后(AFTER) 相对于某一程序

(后面四项适用于批量操作或是序列操作)

引导词可以和参数组合,形成例如“无流量”、“较多压力”之类的组合,若组合有意义,即为一个潜在的偏差。在以上例子中,“较少成分”表示硫酸的浓度低于96%,而“错误成分”(OTHER THAN COMPOSITION0)表示其中含有其他物质(例如油)。

下表列出一些常用的引导词及参数的组合,以及这些组合的说明。

参数/引导词 较多 较少 相反 不仅……又 只有部分 除……以外
流量 较多流量 较少流量 无流量 倒流 浓度偏差 污染 材料偏差
压强 较多压强 较少压强 真空 压强不同 爆炸
温度 高温 低温
水位 水位过高 水位过低 无水位信号 水位不同
时间 太长/太迟 太短/太早 跳过程序中某步骤 程序逆行 省略动作 额外的动作 时间错误
搅动 快速混合 慢速混合 无混合
反应 快速反应/ 失控 慢速反应 无反应 不想到的反应
启动/停机 太快 太慢 动作未进行 配方错误
排水/通风 时间太长 时间太短 压力变化 时序错误
惰性化 高压 低压 污染 材料错误
工具故障(设备中的气体,电力) 故障
DCS故障 故障
维护
振动 太小 太大 频率错误

只要建立了系统潜在危害的原因及其影响,就可以研究如何修改系统,提升安全性。修改的系统要再进行一次危害与可操作性分析,确定没有新的问题出现。

团队

危害与可操作性分析一般会以团队的方式来进行,其角色如下[2](其他参考资料可能会有不同的名称):

名称 其他名称 角色
研究负责人(Study leader) 主席(Chairman) 对危害与可操作性分析有经验,但没有参与此项设计的人,以确认有谨慎的依危害与可操作性分析的要求进行
记录者(Recorder) 秘书(Secretary)或抄写员(scribe) 确认问题有记录下来,建议有传递出去
设计者(Designer) (或是此制程设计团队的代表) 解释设计细节,提供进一步资讯
使用者(User) (或是使用者中的代表) 考虑使用情形,询问其操作性,以及偏差后的影响
专家(Specialist) (or specialists) 在此技术领域有专业知识的人
维护者(Maintainer) 未来需维护此程序的人

早期的版本有建议研究负责人也要是记录者[3],但现在多半建议有另一个人来记录。一般建议团队至少要有五个人[4],在大型的制程中,可能会有许多个危害与可操作性分析会议,可能会依领域不同,团队中的专家会不同,设计者也会不同,但一般而言研究负责人及记录者是不会更换的。团队最多可以到20人[3],但一般建议一次开会不会超过8人[4]。现在有许多不同供应商的软件可以协助研究负责人也要是记录者。

历史

此分析技术起源自帝国化学工业(ICI)的有机重化事业部(Heavy Organic Chemicals Division),当时是英国的国际级化学公司。此公司1968年到1982年的安全顾问特雷弗·克雷兹英语Trevor Kletz曾描述过当时的情形[3][5],以下为其描述的摘要。

1963时为了要研究制造厂的设计,由三个工程师成立团队,每周花三天的时间开会讨论,持续了四个月之久。一开始用的技术是称为“严格审查”(critical examination)的技术,但之后就将目的改为寻找设计中的变异。公司后来又进一步的改善此流程,称为“可操作性研究”(operability studies),在是公司中危害分析英语hazard analysis程序的第三阶段(第一及第二阶段分别是概念阶段及规格阶段) ,在第一个细部设计产出后进行。

1974年英国发生了傅立可斯工厂爆炸事件英语Flixborough disaster,傅立可斯附近的化工厂爆炸,厂内的72人有28人死亡,36人重伤。之后不久化学工程师协会专业认证委员会英语Institution of Chemical Engineers(IChemE)在提赛德大学举办了一个一周的安全课程,其中也包括上述的分析技术。此课程和之后陆续几年的课程都全部额满。在1974年也发表了公开文献中的第一篇相关论文[6]。1977年时化学工业协会英语Chemical Industries Association发行了相关指南[7],但一直到此时都还没有在正式出版物中出现HAZOP的名称。克雷兹在1983年首次使用HAZOP,用在IChemE课程的课堂笔记中[3]。自此时开始,危害与可操作性分析成为英国化学工程课程中必修的一部分[3]

相关条目

参考资料

  1. ^ Swann, C. D., & Preston, M. L., (1995) Journal of Loss Prevention in the Process Industries, vol 8, no 6, pp349-353 "Twenty-five years of HAZOPs"
  2. ^ 2.0 2.1 British Standard BS: IEC61882:2002 Hazard and operability studies (HAZOP studies)- Application Guide British Standards Institution. “This British Standard reproduces verbatim IEC 61882:2001 and implements it as the UK national standard.”
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 Kletz, T. A., (1983) HAZOP & HAZAN Notes on the Identification and Assessment of Hazards IChemE Rugby
  4. ^ 4.0 4.1 Nolan, D.P. (1994) Application of HAZOP and What-If Safety Reviews to the Petroleum, Petrochemical and Chemical Industries. William Andrew Publishing/Noyes. ISBN 978-0-8155-1353-7
  5. ^ Kletz, T., (2000) By Accident - a life preventing them in industry PVF Publications ISBN 0-9538440-0-5
  6. ^ Lawley, H. G.,(1974) Chemical Engineering Progress, vol 70, no 4 page 45 "Operability studies and hazard analysis" AIChE
  7. ^ Chemical Industries Association (1977) A Guide to Hazard and Operability Studies

延伸阅读