危害与可操作性分析

✍ dations ◷ 2025-06-30 00:50:52 #化学工程,安全,安全工程

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。

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,现在有许多软件可以协助HAZOP会议的进行。

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,有以下这些引导词:

(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。

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。

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(其他参考资料可能会有不同的名称):

早期的版本有建议研究负责人也要是记录者,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,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,但一般建议一次开会不会超过8人。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。

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,以下为其描述的摘要。

1963时为了要研究酚制造厂的设计,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。1977年时化学工业协会(英语:Chemical Industries Association)发行了相关指南,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。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。

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