姜莉文,劉 朔,陳向東,王 濤,賀輝宗

(1.中石化安全工程研究院有限公司,山東青島 266104 2.中石化管理體系認(rèn)證(青島)有限公司,山東青島 266104 3.中國石油化工股份有限公司鎮(zhèn)海煉化分公司,浙江寧波 315207)

0 前言

煉化企業(yè)施工作業(yè)通常具有環(huán)境復(fù)雜、時間緊、任務(wù)重、多專業(yè)立體或平面交叉等特點,作業(yè)風(fēng)險難以預(yù)期,安全事故易發(fā)多發(fā)。近年來,煉化企業(yè)廣泛通過定性判定事故發(fā)生可能性及嚴(yán)重度等級對風(fēng)險等級進(jìn)行評價。當(dāng)前,國內(nèi)外學(xué)者基于Bow-tie模型和保護(hù)層分析方法對設(shè)備設(shè)施失效風(fēng)險和作業(yè)風(fēng)險評估開展了相關(guān)研究和應(yīng)用。Bow-tie模型最早于1979年出現(xiàn)在澳大利亞昆士蘭大學(xué)關(guān)于帝國化學(xué)工業(yè)公司(ICI)危害分析的課程講義[1],隨后殼牌公司將其融入業(yè)務(wù)實踐[2]。2013年,白永忠,等[3]提出集合HAZOP分析、保護(hù)層分析、Bow-tie分析于一體的復(fù)合型工藝危害分析與控制技術(shù);2015年,王旭,等[4]構(gòu)建Bow-tie-LOPA集成分析方法研究事故演變過程,評估剩余風(fēng)險等級。隨后,眾多學(xué)者運用Bow-tie模型、保護(hù)層分析等方法對特定作業(yè)風(fēng)險分析及管控展開探索研究[5,6]。

縱觀國內(nèi)外學(xué)者在該領(lǐng)域的研究進(jìn)展,關(guān)于特定作業(yè)類型的風(fēng)險識別、分析和管控均形成了較為成熟的風(fēng)險評價方法,但未充分考慮特定作業(yè)環(huán)境場景對作業(yè)人員人為因素的影響。人因可靠性理論是研究人員認(rèn)知可靠性和分析不同情景下人因失誤的發(fā)生機(jī)理和概率的方法,目前較多應(yīng)用于核電領(lǐng)域和民航領(lǐng)域。2002年,高文宇,等[7]應(yīng)用認(rèn)知可靠性和失誤分析方法(Cognitive Reliability and Error Analysis Method,CREAM)分析某核電站的人因可靠性。2011年,孫彥招[8]結(jié)合LOPA、HAZOP、CREAM等方法首次探索煉油裝置操作與維修班組基于保護(hù)層的人因可靠性分析流程。

風(fēng)險由發(fā)生事故的可能性和后果嚴(yán)重程度兩方面構(gòu)成,其中,在發(fā)生事故的可能性方面,調(diào)研結(jié)果顯示,目前用定性方法對作業(yè)風(fēng)險可能性的判定標(biāo)準(zhǔn),對于特定復(fù)雜場景下的作業(yè)風(fēng)險管控存在一定不足;同時,煉化企業(yè)作業(yè)環(huán)境復(fù)雜、人為因素影響大,有必要改進(jìn)現(xiàn)有的施工作業(yè)事故可能性評價方法,在精確識別風(fēng)險的基礎(chǔ)上定量分析風(fēng)險事件概率,并考慮人因失誤對作業(yè)風(fēng)險的影響。

本文以發(fā)生事故的可能性為研究對象(不討論后果嚴(yán)重程度)。首先,運用保護(hù)層分析彌補Bow-tie模型無法定量分析的短板;其次,從人因可靠性角度深入分析人因失誤機(jī)理,運用CREAM方法[9]研究人因失誤的機(jī)理和概率,對施工作業(yè)事故可能性評價進(jìn)行修正,強(qiáng)化人因失誤管控。

1 施工作業(yè)事故可能性評價模型

典型的Bow-tie模型主要包含頂上事件、威脅、后果、屏障、退化因素及退化控制措施等要素,該模型優(yōu)勢在于可精準(zhǔn)識別風(fēng)險事件的威脅、后果和屏障,但通常由于歷史數(shù)據(jù)不足、數(shù)據(jù)獨立性不足等原因難以定量評估風(fēng)險。為彌補該缺陷,引入保護(hù)層分析方法。保護(hù)層分析(Layer of Protection Analysis,LOPA)是一種基于危險場景進(jìn)行的定量風(fēng)險評估工具。危險場景由初始事件、使能事件、獨立保護(hù)層和后果4部分構(gòu)成,通過初始事件頻率、獨立保護(hù)層失效頻率和后果嚴(yán)重程度的數(shù)量級表征場景風(fēng)險。

在煉化企業(yè)作業(yè)場景下,人為因素是關(guān)鍵一環(huán),作業(yè)人員是作業(yè)活動中最為活躍的、最容易受到影響的主體,作業(yè)人員的人因失誤機(jī)理分析對相關(guān)作業(yè)風(fēng)險事件概率具有重要影響。因此,將人因可靠性分析引入施工作業(yè)事故可能性評價模型,并將人因失誤定義為由于偏離預(yù)期結(jié)果的人的行為所引發(fā)的負(fù)面影響。Hollnagel[10]針對人為因素提出了兩種觀點,其中,Safety-I觀點將人為因素視為導(dǎo)致系統(tǒng)失效和故障的原因,即作為Bow-tie模型的威脅或屏障故障;Safety-II觀點認(rèn)為,人的思想和行為適應(yīng)性能夠在復(fù)雜環(huán)境下盡可能確保系統(tǒng)正常運行,即作為Bow-tie模型的有效屏障。本文采用Safety-II觀點,在構(gòu)建Bow-tie模型時將人員正確操作視為有效屏障,對該屏障識別出相應(yīng)退化因素和退化控制措施,運用CREAM理論計算失效概率。構(gòu)建施工作業(yè)事故可能性評價模型如圖1所示。

圖1 施工作業(yè)事故可能性評價模型

由圖1可知,以Bow-tie模型的風(fēng)險識別結(jié)果為基礎(chǔ),引入LOPA分析對Bow-tie模型的事故發(fā)生可能性進(jìn)行量化計算,運用CREAM理論得出作業(yè)人員的人因失效概率,最終得出施工作業(yè)事故可能性評價結(jié)果。

2 施工作業(yè)事故可能性分析方法

運用LOPA對Bow-tie模型中的威脅發(fā)生概率和屏障失效概率進(jìn)行定量分析。在獨立保護(hù)層作用下,初始事件發(fā)生事故的頻率,如公式(1)所示。

(1)

PFDij——初始事件i中第j個阻止后果C的獨立保護(hù)層的需求時失效概率。

其次,運用CREAM理論對Bow-tie模型中的退化因素及退化控制措施失效概率進(jìn)行定量分析。CREAM理論的研究基礎(chǔ)是 COCOM(Contextual Control Model)模型[9,11],具體如圖2所示。

圖2 COCOM模型

該模型按認(rèn)知功能將人的行為分為觀察、解釋、計劃和執(zhí)行等4類,按環(huán)境條件將控制模式分為混亂型、機(jī)會型、戰(zhàn)術(shù)型、戰(zhàn)略型等4種模式,4種控制模式所對應(yīng)的人因失效概率見表1。4類認(rèn)知功能經(jīng)過驗證的人因失誤概率基本值見表2。

表1 控制模式與人因失效概率區(qū)間

表2 認(rèn)知功能失效模式概率

CREAM理論將作業(yè)環(huán)境歸納為9種不同的因素,稱為共同績效條件(Common Performance Condition,CPC),用于描述環(huán)境對人的行為的影響,具體分為改進(jìn)、不顯著和降低3類情況,如表3所示。

CPC值用Sn表示,將單個CPC因子的分值記作Sn,則Sn的取值規(guī)則的具體取值,見公式(2)。

(2)

設(shè)變量I和變量R為環(huán)境影響指數(shù)。其中,變量I為改進(jìn)影響的總分值,見公式(3),變量R為降低影響的總分值,見公式(4)。

(3)

(4)

式中:Wn——不同環(huán)境下CPC值的相應(yīng)權(quán)重。

設(shè)HFP為人因失效概率,HFPI為只考慮改進(jìn)影響因子的HFP,如公式(5)所示;HFPR為只考慮降低影響因子的HFP,如公式(6)所示;HFP0為所有CPC影響均不顯著情況下的HFP。

HFPI=HFP0×10k1I

(5)

HFPR=HFP0×10k2R

(6)

將以上取值代入公式(5)、公式(6),得出k1=-1.45,k2=-2.17。

因此,基于CREAM理論的人因失效概率模型,見公式(7)。

HFP=HFP0×(10-1.45I+10-2.17R-1)

(7)

最后,綜合LOPA和CREAM的定量分析模型,得出該作業(yè)中,事故i發(fā)生可能性的計算模型如公式(8)所示。

(8)

3 某原料罐拆除作業(yè)事故可能性評價

以某煉化企業(yè)液態(tài)烴脫硫裝置原料罐拆除作業(yè)為例,應(yīng)用上述方法進(jìn)行事故發(fā)生可能性評價,液態(tài)烴脫硫裝置原料罐為臥式罐(直徑2 m,高7.08 m),重量6 800 kg。原料罐位于一座三層框架的二層平臺上,罐頂有平臺。

3.1 建立Bow-tie模型

本例中,Bow-tie模型的頂上事件為該液態(tài)烴脫硫裝置原料罐拆除作業(yè)事故,通過演繹推理得出拆除作業(yè)事故的威脅,通過歸納推理得出拆除作業(yè)事故的后果,結(jié)合歷史數(shù)據(jù)記錄及現(xiàn)場施工經(jīng)驗,構(gòu)建Bow-tie模型如圖3所示。

圖3 某液態(tài)烴脫硫裝置原料罐拆除作業(yè)事故Bow-tie模型

原料罐拆除作業(yè)事故屏障如表4所示,其中,依據(jù)Safety-II觀點,將“作業(yè)人員正確操作”(X10)作為威脅“抬吊原料罐作業(yè)異?！甭窂街械钠琳?對其退化控制措施進(jìn)一步分析如表5所示。

表4 原料罐拆除作業(yè)事故屏障

表5 屏障X10“作業(yè)人員正確操作”退化控制措施

3.2 事故發(fā)生可能性

3.2.1 初始事件頻率和屏障失效概率

根據(jù)所構(gòu)建作業(yè)風(fēng)險評估模型中的保護(hù)層分析方法,計算圖3中各路徑事件發(fā)生概率。其中,威脅的發(fā)生頻率(IEF)和屏障需求時失效概率(PFD)數(shù)據(jù)可從CCPS數(shù)據(jù)手冊中查閱[12],部分?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)合該作業(yè)特性及所處環(huán)境進(jìn)行修正后,IEF值和PFD值分別如表6和表7所示。

表6 初始事件頻率(IEF)

表7 屏障需求時失效概率(PFD)

3.2.2 人因失效概率

根據(jù)人因可靠性分析CREAM理論,將Bow-tie模型中屏障X10的退化因素“作業(yè)人員違規(guī)操作”作為人因失誤進(jìn)行定量分析。

根據(jù)公式(2)評估該人因失誤的CPC因子分值Sn,結(jié)果如表8所示。

將Sn代入公式(3)、公式(4),得出該作業(yè)的環(huán)境影響指數(shù)I和R。

依據(jù)表2給出的失效概率,對應(yīng)退化控制措施的認(rèn)知行為和失效模式,得出各退化控制措施的失效概率,見表9。

表9 退化控制措施的認(rèn)知行為、失效模式和失效概率

將環(huán)境影響指數(shù)I、R和表9的失效概率(HFP0)代入公式(7),分別得出退化因素“作業(yè)人員違規(guī)操作”的退化控制措施Y1、Y2、Y3、Y4的失效概率如下:

因此,該方法對比采用傳統(tǒng)Bow-tie模型對事故可能性評價方法具有較大改進(jìn)。

4 結(jié)論

煉化企業(yè)施工作業(yè)是一個涉及多因素的復(fù)雜系統(tǒng),本文基于Bow-tie、LOPA和CREAM提出了事故可能性評價方法與模型,針對施工作業(yè)風(fēng)險環(huán)境復(fù)雜、人為因素影響大等特點進(jìn)行事故可能性定量評價。

a) 應(yīng)用Bow-tie模型對目標(biāo)事件開展風(fēng)險識別和風(fēng)險管控措施分析,關(guān)注該場景下人為因素導(dǎo)致系統(tǒng)失效的機(jī)理和原因并設(shè)置有效屏障。

b) 在Bow-tie模型中引入保護(hù)層分析方法,以提升該模型定量評價事故可能性的能力。

c) 運用CREAM人因可靠性分析方法對Bow-tie模型中的人為因素進(jìn)行分析和量化,對人因失誤事件的失效概率進(jìn)行修正。

d) 以某液態(tài)烴脫硫裝置原料罐拆除作業(yè)為例,對該事故可能性評價模型進(jìn)行應(yīng)用。該模型破解了煉化企業(yè)作業(yè)事故可能性定量評價的難題,能夠為實現(xiàn)環(huán)境因素和人因失誤因素影響下的定量風(fēng)險評估提供理論支撐,對降低作業(yè)事故發(fā)生可能性,尤其是作業(yè)人員失誤概率具有積極的指導(dǎo)意義。