孫麗麗

（中國石化工程建設有限公司，北京100101）

隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展和安全環(huán)保要求日趨嚴格，我國的石化企業(yè)在發(fā)展壯大的同時也面臨著巨大的安全環(huán)保壓力。石化企業(yè)屬高溫高壓、易燃易爆、過程控制要求精準的復雜流程制造業(yè)，若發(fā)生事故易造成嚴重危害。這都迫切需要建設或改擴建一批現(xiàn)代化石化企業(yè)，以滿足大力實施安全環(huán)?？沙掷m(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略的需要。工程建設是石化企業(yè)全生命周期的源頭，本質(zhì)安全環(huán)保設計是構建安全環(huán)保型現(xiàn)代化企業(yè)的重要基礎和關鍵。

1 國內(nèi)石化工程項目安全環(huán)保設計的現(xiàn)狀分析

改革開放以來，石化行業(yè)得到了快速的發(fā)展，具備了依靠自主技術建設重大工程項目的能力，積累了豐富的工程建設經(jīng)驗。但是長期以來國內(nèi)以工程進度為驅動的項目管理模式使其本質(zhì)安全環(huán)保設計、審查、評估和改進等過程管控得不到有效實施，也沒有形成完整的標準體系，存在管理方法碎片化的現(xiàn)象，在5個方面存在不足。

1.1 對本質(zhì)安全和清潔環(huán)保的核心內(nèi)涵理解不夠充分

國內(nèi)安全系統(tǒng)工程、風險分析概念是在20世紀80年代引入的，比國外起步較晚、基礎相對薄弱。以往的安全設計多基于安全法規(guī)及長期工程設計過程中所積累的經(jīng)驗，缺少科學的危險辨識、全面的風險評估和系統(tǒng)的科學管理。近年來，國家高度重視安全環(huán)保，國內(nèi)本質(zhì)安全管理體系也正在從經(jīng)驗、制度管理向風險管控模式轉變。

1.2 安全設計標準尚未形成體系

國內(nèi)的標準規(guī)范主要是基于指令性的要求，不是基于性能化的要求。目前各項安全設計要求都分散在各專業(yè)的技術標準中，總的來說現(xiàn)有的安全設計標準還不能形成安全設計標準體系，基于風險的性能化設計理念還沒有融入到相關專業(yè)的設計標準中。

1.3 缺乏對建設項目全生命周期效益的綜合考量

項目啟動建設，“早投產(chǎn)、早見效益”的思維模式將項目變成了進度驅動型管理模式，嚴重擠壓了正常的工程設計周期，按照基于風險的本質(zhì)安全設計理念開展系統(tǒng)的風險評估和安全審查等系列活動得不到保障和有效實施，造成施工現(xiàn)場大量設計變更，甚至剛投產(chǎn)開車就要整改等現(xiàn)象，存在缺乏對建設項目全生命周期效益的綜合考量。

1.4 對安全設計過程管控和控制比較粗放

由于設計周期短，業(yè)主人力和費用投入相對較少。項目的設計管理基本都是設計單位作為承包商對設計過程進行管理，建設單位主要是靠設計合同進行原則性控制，主要負責控制設計產(chǎn)品的最終交付日期和政府的審批是否通過，而參與設計產(chǎn)品的過程控制和監(jiān)督檢查不夠深入。

1.5 定量風險評估缺乏技術標準和依據(jù)

安全評價主要在項目建設的可行性研究報告階段開展并完成，受項目階段的限制，其獲得的設計輸入信息非常有限，存在多種假設和不確定因素，直接影響了模擬計算和評估結果，因此，定量風險評估缺乏技術標準和依據(jù)。

2 國外石化項目本質(zhì)安全環(huán)保設計理念及過程管控方法與實踐

2.1 基于風險的安全環(huán)保設計理念

基于安全、環(huán)保風險的管理體系貫穿建設項目的全生命周期。在工程項目實施過程中，通過一系列危險評估技術方法和管理活動，對各類危險進行辨識并評估。經(jīng)過分析形成風險和后果注冊表、關鍵活動一覽表和整改行動計劃表等文件[1]。通過對所有辨識的風險、預防措施進行跟蹤關閉，最終形成操作運維安全、環(huán)保風險數(shù)據(jù)庫，在生產(chǎn)運維期間隨時對風險進行跟蹤?；陲L險的安全環(huán)保管理體系在項目全生命周期的管理過程見表1。

2.2 基于風險的安全設計管理標準體系

安全標準體系從20世紀80年代開始建立，目前已經(jīng)形成了較為成熟的標準體系。1982年歐洲首次頒布了《工業(yè)活動的重大事故危害》的指令，被稱為“賽維索指令Ⅰ”，1996年頒布了《設計危險物料的重大事故危害控制》，被稱“賽維索指令Ⅱ”，取代了“賽維索指令Ⅰ”。美國職業(yè)安全和健康管理署1992發(fā)布了OSHA 29 CFR 1910.119《高危險化學品工藝過程安全管理》[2]。圍繞著OSHA 29 CFR 1910.119，美國石油學會API頒布了一系列API設計標準和推薦做法。1993年前后，美國化學工程師學會下設的CCPS發(fā)布了30余本與過程安全有關的技術指南，主要目錄見表2。

表1 基于風險的安全環(huán)保管理過程

國外很多知名企業(yè)以美國OSHA PMS和英國COMAH管理體系為依托建立了企業(yè)的安全設計管理程序，形成一套較完整的基于風險的安全標準體系?；陲L險的理念貫穿于設計、采購、施工、預試車及試車、運行、維護的各個環(huán)節(jié)。僅以國外某工程項目采用的安全設計標準為例加以說明，其采用的安全設計標準匯總見表3。

表2 過程安全技術指南

表3 國外某工程項目安全設計標準

從表2和表3可以看出，國外先進的安全管理標準體系無論是從系統(tǒng)法規(guī)、技術標準和技術指南，還是從企業(yè)管理和項目管理標準都形成了一系列完整的體系，保證安全管理落實到工程項目的每一個環(huán)節(jié)。

2.3 系統(tǒng)的安全、環(huán)保設計過程管控

2.3.1 做好本質(zhì)安全和清潔環(huán)保設計與管理的策劃工作

根據(jù)項目合同要求、特性和工程階段不同，對項目安全設計進行系統(tǒng)策劃，并將策劃結果納入項目安全管理計劃。清潔環(huán)保設計則要在滿足各類環(huán)保法規(guī)和標準規(guī)范等要求的基礎上，尋求社會環(huán)境效益和企業(yè)經(jīng)濟利益最佳結合點。表4是國外某項目安全設計交付文件清單。

表4 國外某項目安全環(huán)保設計交付文件清單

從表4可以看出，項目安全環(huán)保設計交付文件清單涵蓋了在設計過程中所需要開展的安全環(huán)保審查和安全環(huán)保設計文件交付清單。按照編制的管理計劃，適時開展差異分析，提出不符合項，按重要程度進行分級并限期關閉。

2.3.2 本質(zhì)安全和環(huán)保設計管理的突出特點是每一項工作都有其對應的程序和標準

在項目定義階段，業(yè)主需要制訂一系列安全管理標準和程序。典型的項目安全、環(huán)保設計管理程序清單見表5，這些標準和程序作為招標文件中的強制性控制條款并要求承包商遵照執(zhí)行。相關管理程序還會對組織人員、工作責任、工作方法有明確的規(guī)定。在項目執(zhí)行階段承包商需要根據(jù)項目要求編制各項審查的程序文件，經(jīng)業(yè)主批復后才能進行安全審查。

表5 項目安全、環(huán)保設計管理程序清單

2.3.3 系統(tǒng)性過程安全管理的重要特征是基于風險進行安全設計的理念貫穿于設計的各階段和各專業(yè)

隨著設計的全面展開和不斷深入，項目將開展系統(tǒng)的危險辨識和風險評估活動。根據(jù)結果提出有針對性的風險控制措施，在設計過程中得到有效的落實，以保證整個項目的過程安全。

1）初步危險分析（PHA）。由于化工過程多在一定的溫度與壓力下操作，其處理的化學品一般具有毒性、腐蝕性、可燃性、助燃性，發(fā)生事故就可能造成人身傷害、健康損害、財產(chǎn)損失、環(huán)境破壞等嚴重后果，因此在設計早期階段開展PHA初步的風險識別和風險分析以幫助進行工藝技術路線選擇，工藝過程的危險有害因素分析。通過削減、替代、緩解、簡化等方法，優(yōu)化工藝過程，盡可能降低工藝過程本身的安全風險。

2）危險源辨識（HAZID）。在建設項目初期進行危險源的辨識，早期識別設計過程中或建成后可能存在的主要風險，為早期調(diào)整工藝方案、優(yōu)化總圖布置、提升本質(zhì)安全水平提供依據(jù)。建設項目可能造成作業(yè)人員傷亡的危險和有害因素，如粉塵、窒息、腐蝕、噪聲、高溫、低溫、物理傷害、放射性輻射等；建設項目外部或環(huán)境危險源，如建設項目所在地的自然災害、極端惡劣天氣、社會動亂、周邊設施、周邊環(huán)境等的不利影響等方面開展有關安全、環(huán)保、健康的重大危險源和危險有害因素辨識；同時針對火災爆炸危害、工藝危害、公用工程系統(tǒng)進行危險源辨識，通過辨識避免由于早期風險識別不足，導致后期增設補救措施、增加大量變更、追加安全投資等項目執(zhí)行風險的增加[3]。

3）健康風險評估（HRA）。對項目現(xiàn)場操作人員潛在的健康危害進行識別和分析評估，識別可能使勞動者暴露于健康危害下的工作類型、識別健康危害的特征，基于工作類型評估可能暴露于健康危害下的頻率和時間，并對暴露程度進行分級，進而提出對于存在的健康危害所采取控制、減緩和消除措施。

4）關鍵設備等級的劃分（ECA）。通過風險評估的方法對裝置內(nèi)的工藝設備、電氣設備、儀表等根據(jù)風險頻率和后果進行分類。分類的結果將作為各類設備的檢試驗計劃的依據(jù)，根據(jù)不同的關鍵設備等級進行不同級別的監(jiān)管和檢驗，以保證設備安全可靠。

5）危險與可操作性分析（HAZOP）。危險和可操作性分析是對工藝過程的危險和可操作性問題進行系統(tǒng)的分析，采用引導詞法或經(jīng)驗法確定HAZOP分析偏差；分析偏差產(chǎn)生的外部事件、設備故障和人員行為失誤等原因；分析偏差導致的可能對人員、財產(chǎn)和環(huán)境造成的不良后果，分析現(xiàn)有的保護措施，評估風險等級，提出建議措施，從而降低裝置風險，使裝置更加安全可靠。國內(nèi)引入HAZOP分析相對較為成熟。

6）風險管控措施與行動模型（Bow-tie）。將重大風險挑出進行Bow-tie分析，主要分析危險源如何釋放，并進一步發(fā)展導致的后果，識別當前的預防措施與減緩措施以及維護這些措施有效的關鍵管理或維護行動。這種方法將危險源、有害因素、預防性控制措施、頂上事件、減緩性措施和后果之間的關聯(lián)以領結的形狀圖形化展示出來（見圖1）。左側列舉可能發(fā)展或導致特定頂上事件的危險源及有害因素，同時對于每一危險源相應的有害因素列舉采取的控制措施；右側列舉減緩措施及危害事件進一步發(fā)展導致的后果。

圖1 Bow-tie 示意

7）安全儀表完整性等級評估（SIL）。對具有安全儀表功能（SIF）的儀表控制或聯(lián)鎖回路進行半定量化的風險分析和評估，按照安全儀表系統(tǒng)失效概率的方法為安全儀表功能的儀表回路確定相應的安全完整性等級。通過SIL驗證，確定SIL回路是否能夠達到預先設定的SIL等級。

8）火災安全評估（FSA）。采用安全檢查表的方法對火災發(fā)生后消防安全系統(tǒng)進行符合性檢查，包括火災氣體探測器、滅火器、主動防火系統(tǒng)、固定消防水系統(tǒng)、水噴淋系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、固定和半固定式泡沫滅火系統(tǒng)、消火栓、移動式消防設備、便攜式消防設備和被動防護保護等。確保消防設計符合火災安全系統(tǒng)的標準規(guī)范。

9）裝置可靠性評估（RAM）。裝置設計時要對裝置在線率進行評估，通過對設備可靠性分析，評估裝置是否能夠達到原來設定的開工在線率的目標，以及導致裝置非在線時數(shù)的因素，如計劃內(nèi)換催化劑或是非計劃設備故障等。通過評估可以分析出裝置內(nèi)將造成非計劃停工的關鍵設備，并對其進行可靠性評估，以保證裝置在線率。國內(nèi)多數(shù)項目在設計時通常只規(guī)定裝置開工時數(shù)，過程中不再對主要裝置開工在線率進行評估。

10）以可靠性為中心的維修（RCM）。RCM是以確定設備預防性維修需求的一種系統(tǒng)工程方法，通過對設備進行功能與故障分析和評估，明確設備各故障的風險、故障原因和根本原因，識別出固有的或前者的危險及其可能產(chǎn)生的后果；確定各故障的預防性維修策略和維修計劃，降低非計劃性停車，縮短大修維修時間；通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)統(tǒng)計、專家評估和定量化建模手段，在保證設備安全和完好的前提下，以維護停機損失最小為目標對設備的維修策略進行優(yōu)化，提高設備可靠度。通過RCM分析可指定出精準、目標性明確及最佳成本效益的維修維護策略，包括預防性維修、預測性維修和主動維修等。設備可靠性評估采用半定量化的分析方法對設備維修策略進行評估。通過故障失效模式分析，風險定級、維修分析和持續(xù)改進措施來降低事故的發(fā)生。

11）基于風險的材料腐蝕評估（RBI）。通過風險評估的方法對于裝置內(nèi)每臺靜設備及每條管道的材料腐蝕情況進行風險的分析和評估。通過專門風險評估軟件分析不同腐蝕環(huán)境中設備和管道腐蝕風險等級，對于高風險等級的部位提出檢測計劃和安全應對措施，將風險控制在可接受范圍。

12）獨立保護層分析（LOPA）。LOPA是一種半定量的風險評估技術，在定性危害分析的基礎上，進一步評估保護層的有效性，并進行風險決策的系統(tǒng)方法。通過分析識別已有的獨立保護層，判定該場景發(fā)生時系統(tǒng)所處的風險水平是否達到可容許風險標準的要求，并根據(jù)需要增加一個或多個獨立保護層，如采用本質(zhì)安全設計、基本過程控制系統(tǒng)（BPCS）、關鍵報警和人員干預、安全儀表聯(lián)鎖系統(tǒng)（SIS）、、物理保護（釋放措施）、釋放后物理保護（防火堤、隔堤）、工廠和周圍社區(qū)的應急響應等措施，將風險降低到可容許風險標準所要求的水平。如DOW化學獨立保護層分析法（LOPA），見圖2[4]。

圖2 獨立保護層設置模型

13）定量風險分析（QRA）。定量風險評估通過對系統(tǒng)或設備失效概率和失效后果的嚴重程度進行評價，在分析過程中不僅要求對事故的原因、過程、后果等進行定性分析，而且要求對事故發(fā)生的頻率和后果進行定量計算，并將計算的風險與風險標準相比較，判斷風險的可接受性，提出降低風險的建議措施。

定量風險分析包括危險源辨識與分析、頻率估算、重大事故后果計算與影響范圍分析評價和個人風險及社會風險分析的區(qū)域定量風險評價等[5-6]。通過定量風險分析可以對設計進行優(yōu)化，主要體現(xiàn)在：①廠區(qū)選址、廠區(qū)設計和平面布置過程中，確定界區(qū)內(nèi)以及界區(qū)外的安全防護距離；②為有針對性地采取相應的安全措施提供參考；③廠區(qū)內(nèi)人員集中建筑物的抗爆設計；④為制定應急救援計劃提供設計依據(jù)。

2.3.4 強化過程管控的關鍵是業(yè)主和項目管理團隊全部參與設計過程管控

在項目執(zhí)行過程中，業(yè)主可以授權項目管理團隊對承包商的設計過程進行管理，包括設計的策劃、文件交付清單、設計過程的各項危險分析和安全審查。業(yè)主的有效性管理不僅通過編制的項目管理規(guī)定對各項安全設計活動進行控制和管理，同時也要親自或授權代表參與各項安全設計活動，通過各項活動記錄和報告的簽署審批實施全過程監(jiān)督和管理。

綜上所述，任何一項單一的先進管理方法或者這些先進的管理方法的常規(guī)組合都不能很好地解決安全環(huán)保本質(zhì)安全設計問題，對項目管理尤其是對項目的安全環(huán)保設計的管理應更注重體系的建立和過程的有效管控，用整體化的管理方法重視項目實際的執(zhí)行力和執(zhí)行效果。

2.4 應用案例

某國外項目在設計階段采用HEMP《危害與影響管理過程》（HAZARD AND EFFECT MANAGEMENT PROCESS）的風險管理體系，從設計階段開始開展HSE風險管理，通過一系列危險評估工具和技術對各類HSE危險進行辨識，對相關風險進行評估，按ALARP原則確定控制危險和降低危險產(chǎn)生的措施。在項目的各個階段適時進行風險研究及時采取預防措施避免發(fā)生返工和費用。將PDCA的管理理念貫穿到項目HSE風險管理的各個環(huán)節(jié),是國內(nèi)項目值得借鑒和學習的新方法、新理念。HEMP的框架結構見圖3。

圖3 HEMP的框架結構

2.4.1 HEMP管理流程

HEMP管理流程見圖4。

圖4 HEMP管理流程

通過HAZID、HAZOP、HRA、PHA、Bow-tie、QRA等風險分析方法，識別出安全、環(huán)境、健康方面的危險源及危險有害因素，明確原因；評估危險源發(fā)生的可能性和后果嚴重程度，明確危險源對人、環(huán)境、資產(chǎn)和聲譽帶來的后果，確定風險等級及重大風險；通過預防性控制措施和減緩措施后，評估潛在的后果和影響是否減輕，確保糾正措施的必要性、充分性和有效性；對制定預防性措施和修訂的控制措施再評估；經(jīng)過再評估后，如果剩余風險仍在“很高”或“高”則提出進一步降低風險的措施，最終所有風險都降低在ALARP（As Low As Reasonably Practicable）內(nèi)。

2.4.2 風險管理過程

1）危險源和影響記錄表（HER）

通過在設計過程中做過的HSE分析，如HAZID、HAZOP、HRA、PHA分析等，將報告中識別的主要風險建議措施在HER中列出，包括危險源類別、原因、頂上事件、后果、風險等級、高風險、預防性控制措施和減緩措施等。對于識別出的高風險危險源進一步進行Bow-tie分析。

2）補救措施計劃（RAP）

將所有HSE提出的建議措施都列在整改計劃關閉記錄表中，在記錄表中逐一列出所有提出對策措施的關閉情況。

3）關鍵活動目錄（CAC）

將Bow-tie分析中生成重大風險形成關鍵活動歸類，主要記錄HSE關鍵措施，執(zhí)行標準，關鍵責任人，預防性控制措施和減緩措施的輸入輸出條件，控制措施采用的標準規(guī)范和設計成品包括平面圖、設計文件、分析報告和閉合報告等。

4）安全關鍵要素和執(zhí)行標準（SCE&PS）

將所有安全設施按照專業(yè)分類，分別列出這些安全設施的位號、采用標準、文件編號和圖紙?zhí)柕?，包括結構、設備、管線系統(tǒng)、加熱爐、電氣、消防、逃生、控制和報警系統(tǒng)、個人防護等。

5）ALARP

ALARP原則指在當前的技術條件和合理的費用下，對風險的控制要做到在合理可行的原則下“盡可能低”，見圖5。

圖5 ALARP原則

6）Design HSE Case

Design HSE Case是風險管理的終版文件，將高風險危險源的風險等級降低到ALARP內(nèi)，實現(xiàn)對安全風險的閉環(huán)管理。

3 構建本質(zhì)安全和清潔環(huán)保設計標準體系和系統(tǒng)的過程管控模式刻不容緩

3.1 加快建立和完善安全、環(huán)保設計標準體系

梳理石化行業(yè)現(xiàn)有的安全、環(huán)保設計標準，開展標準體系的頂層設計，加快石化行業(yè)設計標準和風險管理體系建設，促進安全、環(huán)保設計標準的系統(tǒng)性和完整性發(fā)展；借鑒先進標準，結合石化企業(yè)的工程實踐特點，編制具有可操作性的量化風險評估的指導性標準或指南，推動量化風險評估方法的標準化和制度化，確保風險評估結果在工程設計合理應用；突出基于風險的安全環(huán)保設計管理要求，將安全設計管理策劃、風險分析評估、安全、環(huán)保設計審查、變更控制管理等要求集成到設計管理流程中，完善工程項目安全環(huán)保設計過程管控程序。

3.2 推進綠色工藝，提升源頭控制和末端治理水平

創(chuàng)新研發(fā)和集成應用高效率、低消耗、低排放的安全綠色生產(chǎn)工藝，從源頭上提高資源利用率，減少資源消耗和污染物的排放。同時開展末端治理技術的研發(fā)和協(xié)同治理方案的創(chuàng)新，提升源頭控制和末端治理水平。

3.3 開展基于風險的安全、環(huán)保評估、審查和關閉活動

在項目建設的各個階段開展基于風險的安全環(huán)保設計審查，注重審查意見和措施在各環(huán)節(jié)的有效落實，并同步編制事項關閉報告。制定項目安全環(huán)保設計的系統(tǒng)管理程序，有效開展審查策劃、審查準備、審查實施、審查報告的編制等工作；對審查意見的跟蹤關閉要有嚴格的管理程序，其關閉狀態(tài)要有業(yè)主、管理團隊和承包商等各方管理人員的驗證和簽字批準，確保設計安全審查工作的有效實施。

4 結語

采用基于風險的系統(tǒng)管理方法，選擇從工藝過程本身做到本質(zhì)而永久地消除或減少危險物料的使用和產(chǎn)生，降低事故的發(fā)生概率，減小事故后果的影響。通過本質(zhì)安全設計、檢測控制、報警聯(lián)鎖、事故應急等科學的手段從源頭阻斷事故的發(fā)生。通過集成創(chuàng)新先進的技術和科學的管理方法，在設計過程中提升工藝的環(huán)境友好性，從源頭治理，杜絕重大環(huán)境污染，實現(xiàn)企業(yè)的本質(zhì)環(huán)保。通過建立一套體系完整的本質(zhì)安全與清潔環(huán)保設計標準和過程管控模式，保障企業(yè)安全環(huán)?？沙掷m(xù)健康發(fā)展。