危害與可操作性分析(HAZOP)是為了識別及評估在製程上可能產生的問題,結構化及系統化的檢視流程及作業的方法,流程及作業可以是正在計劃中的,也可以是既有的,所關注的問題是可能造成人員或設備的風險,或是影響正常作業的問題。
危害與可操作性分析一開始是用來分析化工廠的程序控制系統,但之後延伸到其他類型的系統,也包括複雜系統及軟體系統。危害與可操作性分析是一種以引導詞(guide-word)配合製程參數(溫度、壓力等)為基礎的定性危害分析技術,一般會由多部門組成的團隊(HAZOP團隊)腦力激盪,透過多次的會議來進行。
方式
簡介
此分析方式可適用於有相關設計資訊的程序,現有的或規劃中的皆可。一般會包括一個程序流程圖,其中包括許多個別的設備以及連接設備的管路。每一個設備或管路皆標示其「設計意圖」。例如在化工廠中,一個管路的設計意圖是要輸送濃度為96%、溫度為20°C的硫酸,質量流率為2.3 kg/s,從泵浦輸送到熱交換器,熱交換器的設計意圖是將質量流率為2.3 kg/s,濃度為96%的硫酸、溫度由20°C上昇到80°。HAZOP團隊要找出每個意圖中最可能的明顯偏差,可能原因及影響。可以用來判斷現有的安全防護是否足夠,或是需要加入其他行動,使風險降低至允許程度以下。
HAZOP的會議一般是規劃一天三至四小時。一個中型的化工廠中,設備及管路約有一千二百個,大約需要進行四十次HAZOP會議才能確認完所有的項目[1],現在有許多軟體可以協助HAZOP會議的進行。
參數及引導詞
HAZOP需要針對設計意圖選擇適當的參數,常見的字包括流量、壓強、溫度及成份。從上例中可以看出,各參數的偏差就會造成設備和原始設計意圖的偏差。為了識別偏差,可以用一組「引導詞」(Guide Words)配合程序中設計意圖的各參數。依英國標準BS:IEC 61882:2002[2],有以下這些引導詞:
引導詞
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意義
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無(NO)
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完全不符合設計意圖
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較多(MORE)
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定量的增加
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較少(LESS)
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定量的減少
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不僅……又(AS WELL AS)
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定性的變化/增加
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只有部份(PART OF)
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定性的變化/減少
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相反(REVERSE)
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和設計意圖的邏輯恰好相反
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除……以外(OTHER THAN)
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完全取代
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早(EARLY)
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相對於某一時間
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晚(LATE)
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相對於某一時間
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以前(BEFORE)
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相對於某一程序
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以後(AFTER)
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相對於某一程序
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(後面四項適用於批量操作或是序列操作)
引導詞可以和參數組合,形成例如「無流量」、「較多壓力」之類的組合,若組合有意義,即為一個潛在的偏差。在以上例子中,「較少成份」表示硫酸的濃度低於96%,而「錯誤成份」(OTHER THAN COMPOSITION0)表示其中含有其他物質(例如油)。
下表列出一些常用的引導詞及參數的組合,以及這些組合的說明。
參數/引導詞
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較多
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較少
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無
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相反
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不僅……又
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只有部份
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除……以外
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流量
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較多流量
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較少流量
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無流量
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倒流
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濃度偏差
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污染
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材料偏差
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壓強
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較多壓強
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較少壓強
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真空
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壓強不同
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爆炸
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溫度
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高溫
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低溫
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水位
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水位過高
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水位過低
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無水位信號
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水位不同
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時間
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太長/太遲
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太短/太早
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跳過程序中某步驟
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程序逆行
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省略動作
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額外的動作
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時間錯誤
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搅动
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快速混合
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慢速混合
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無混合
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反應
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快速反應/ 失控
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慢速反應
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無反應
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不想到的反應
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啟動/停機
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太快
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太慢
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動作未進行
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配方錯誤
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排水/通風
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時間太長
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時間太短
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無
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壓力變化
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時序錯誤
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惰性化
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高壓
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低壓
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無
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污染
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材料錯誤
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工具故障(設備中的氣體,電力)
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故障
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DCS故障
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故障
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維護
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無
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振動
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太小
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太大
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無
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頻率錯誤
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只要建立了系統潛在危害的原因及其影響,就可以研究如何修改系統,提昇安全性。修改的系統要再進行一次危害與可操作性分析,確定沒有新的問題出現。
團隊
危害與可操作性分析一般會以團隊的方式來進行,其角色如下[2](其他參考資料可能會有不同的名稱):
名稱
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其他名稱
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角色
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研究負責人(Study leader)
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主席(Chairman)
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對危害與可操作性分析有經驗,但沒有參與此項設計的人,以確認有謹慎的依危害與可操作性分析的要求進行
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記錄者(Recorder)
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秘書(Secretary)或抄寫員(scribe)
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確認問題有記錄下來,建議有傳遞出去
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設計者(Designer)
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(或是此製程設計團隊的代表)
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解釋設計細節,提供進一步資訊
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使用者(User)
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(或是使用者中的代表)
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考慮使用情形,詢問其操作性,以及偏差後的影響
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專家(Specialist)
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(or specialists)
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在此技術領域有專業知識的人
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維護者(Maintainer)
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未來需維護此程序的人
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早期的版本有建議研究負責人也要是記錄者[3],但現在多半建議有另一個人來記錄。一般建議團隊至少要有五個人[4],在大型的製程中,可能會有許多個危害與可操作性分析會議,可能會依領域不同,團隊中的專家會不同,設計者也會不同,但一般而言研究負責人及記錄者是不會更換的。團隊最多可以到20人[3],但一般建議一次開會不會超過8人[4]。現在有許多不同供應商的軟體可以協助研究負責人也要是記錄者。
歷史
此分析技術起源自帝国化学工业(ICI)的有機重化事業部(Heavy Organic Chemicals Division),當時是英國的國際級化學公司。此公司1968年到1982年的安全顧問特雷弗·克雷茲曾描述過當時的情形[3][5],以下為其描述的摘要。
1963時為了要研究酚製造廠的設計,由三個工程師成立團隊,每週花三天的時間開會討論,持續了四個月之久。一開始用的技術是稱為「嚴格審查」(critical examination)的技術,但之後就將目的改為尋找設計中的變異。公司後來又進一步的改善此流程,稱為「可操作性研究」(operability studies),在是公司中危害分析程序的第三階段(第一及第二階段分別是概念階段及規格階段) ,在第一個細部設計產出後進行。
1974年英國發生了傅立可斯工廠爆炸事件,傅立可斯附近的化工廠爆炸,廠內的72人有28人死亡,36人重傷。之後不久化學工程師協會專業認証委員會(IChemE)在提賽德大學舉辦了一個一週的安全課程,其中也包括上述的分析技術。此課程和之後陸續幾年的課程都全部額滿。在1974年也發表了公開文獻中的第一篇相關論文[6]。1977年時化學工業協會發行了相關指南[7],但一直到此時都還沒有在正式出版物中出現HAZOP的名稱。克雷茲在1983年首次使用HAZOP,用在IChemE課程的課堂筆記中[3]。自此時開始,危害與可操作性分析成為英國化學工程課程中必修的一部份[3]。
相關條目
參考資料
- ^ 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"
- ^ 2.0 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.”
- ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 Kletz, T. A., (1983) HAZOP & HAZAN Notes on the Identification and Assessment of Hazards IChemE Rugby
- ^ 4.0 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
- ^ Kletz, T., (2000) By Accident - a life preventing them in industry PVF Publications ISBN 0-9538440-0-5
- ^ Lawley, H. G.,(1974) Chemical Engineering Progress, vol 70, no 4 page 45 "Operability studies and hazard analysis" AIChE
- ^ Chemical Industries Association (1977) A Guide to Hazard and Operability Studies
延伸閱讀