Безопасность процессов — это междисциплинарная инженерная область, фокусирующаяся на изучении, предотвращении и управлении крупномасштабными пожарами , взрывами и химическими авариями (например, облаками токсичных газов) на технологических заводах или других объектах, связанных с опасными материалами , таких как нефтеперерабатывающие заводы и нефтегазовые ( наземные и морские ) производственные установки. Таким образом, безопасность процессов, как правило, связана с предотвращением, контролем, смягчением и восстановлением непреднамеренных выбросов опасных материалов, которые могут иметь серьезные последствия для людей (на месте и за его пределами), завода и/или окружающей среды. [1] [2] [3]
Американский институт нефти определяет безопасность процесса следующим образом:
Дисциплинированная структура для управления целостностью опасных операционных систем и процессов путем применения хороших принципов проектирования, проектирования, а также методов эксплуатации и обслуживания. Она занимается предотвращением и контролем событий, которые могут привести к выбросу опасных материалов или энергии. Такие события могут вызывать токсические эффекты, пожар или взрыв и в конечном итоге могут привести к серьезным травмам, повреждению имущества, потере производства и воздействию на окружающую среду. [4]
Такое же определение дает Международная ассоциация производителей нефти и газа (IOGP). [2] Центр безопасности химических процессов (CCPS) Американского института инженеров-химиков (AIChE) дает следующее:
Дисциплина, которая фокусируется на предотвращении пожаров, взрывов и случайных выбросов химических веществ на предприятиях химической промышленности. [5]
Область безопасности процесса обычно противопоставляется безопасности и охране труда (OSH). Хотя обе области имеют дело с опасными условиями и опасными событиями, происходящими на рабочих местах и/или во время выполнения должностных обязанностей, они различаются на нескольких уровнях. Безопасность процесса в первую очередь касается событий, которые связаны с опасными материалами и которые являются или могут перерасти в крупные аварии. Крупная авария обычно определяется как событие, приводящее к многочисленным смертельным случаям, обширному воздействию на окружающую среду и/или значительным финансовым последствиям. Последствия крупных аварий, хотя обычно ограничиваются рабочей площадкой, могут выходить за пределы границ завода или установки, тем самым вызывая значительное воздействие за пределами площадки. В отличие от этого, безопасность и охрана труда фокусируются на событиях, которые причиняют вред ограниченному числу работников (обычно одному или двум на событие), имеют последствия, ограниченные пределами рабочей площадки, и не обязательно подразумевают непреднамеренный контакт с опасным материалом. [6] Так, например, потеря герметичности резервуара для хранения бензина, приводящая к пожару, является событием безопасности процесса, в то время как падение с высоты, происходящее во время осмотра резервуара, является событием OSH. Хотя они могут привести к гораздо более сильному воздействию на людей, имущество и окружающую среду, несчастные случаи, связанные с безопасностью производства, происходят значительно реже, чем события по охране труда и промышленной безопасности, при этом последние составляют большинство смертельных случаев на рабочем месте. [7] Однако влияние одного крупного события, связанного с безопасностью производства, на такие аспекты, как региональные экологические ресурсы, репутация компании или общественное восприятие химической и перерабатывающей промышленности, может быть весьма значительным и обычно широко освещается в средствах массовой информации.
Ключевым шагом в аварии, связанной с безопасностью процесса, вокруг которого может быть выстроена цепочка причин и эскалации аварии (включая превентивные и контрольно-смягчающие барьеры безопасности), как правило, является потеря локализации опасного материала. [8] Именно это событие высвобождает химическую энергию, доступную для материализации вредных последствий. Ненадлежащая изоляция, перелив, неконтролируемая или незапланированная химическая реакция , неисправное оборудование, человеческая ошибка , нарушение процедур, неадекватные процедуры, закупорка, коррозия , ухудшение свойств материала, чрезмерное механическое напряжение, усталость , вибрация , избыточное давление и неправильная установка являются обычными непосредственными причинами такой потери локализации. [9] Если материал является воспламеняющимся и сталкивается с источником возгорания, произойдет пожар . При определенных условиях, таких как локальная перегрузка (например, возникающая из-за конструкций и трубопроводов в районе, где произошел выброс или мигрировало облако горючего газа), фронт пламени облака горючего газа может ускориться и перейти к взрыву , что может привести к повреждению близлежащего оборудования и конструкций из-за избыточного давления и нанести вред людям. Если выброшенный химикат представляет собой токсичный газ или жидкость, пары которой токсичны, то возникает облако токсичного газа, которое может нанести вред или убить людей локально у источника выброса или удаленно, если его размер и атмосферные условия не приведут немедленно к его разбавлению до уровня ниже пороговых значений опасной концентрации. Пожары, взрывы и токсичные облака являются основными типами аварий, с которыми связана безопасность процесса. [10]
В области добычи нефти и газа на шельфе, производства и подводных трубопроводов дисциплина безопасности процесса иногда понимается как распространяющаяся на крупные аварии, не связанные напрямую с обработкой, хранением или транспортировкой опасных материалов. В этом контексте потенциальные аварии, такие как столкновения судов с нефтяными платформами, потеря устойчивости корпуса FPSO или аварии при транспортировке экипажа (например, с вертолета или лодки), анализируются и управляются с помощью инструментов, типичных для безопасности процесса. [11]
Безопасность процесса обычно ассоциируется с фиксированными наземными процессами и хранилищами, а также фиксированными и плавучими морскими производственными и/или складскими установками. Однако инструменты безопасности процесса могут и часто используются (хотя и в разной степени) для анализа и управления транспортировкой опасных материалов насыпью, например, автоцистернами , железнодорожными цистернами , морскими танкерами , а также наземными и морскими трубопроводами . Промышленные области, которые имеют сходство с химическими перерабатывающими отраслями и к которым часто применяются концепции безопасности процесса, — это ядерная энергетика , производство энергии на ископаемом топливе , горнодобывающая промышленность , сталелитейное производство , литейное производство и т. д . Некоторые из этих отраслей, в частности ядерная энергетика, следуют подходу, очень похожему на безопасность процесса, который обычно называют безопасностью системы .
В ранней химической промышленности процессы были относительно простыми, а общественные ожидания относительно безопасности были низкими по сегодняшним меркам. По мере развития и усложнения химических технологий, и одновременно с этим, общественных ожиданий относительно безопасности в промышленной деятельности, стало ясно, что существует потребность во все более специализированной экспертизе и знаниях в области безопасности и предотвращения потерь для химической промышленности. [12] Организации в перерабатывающей промышленности изначально проводили обзоры безопасности для процессов, которые полагались на опыт и знания людей, участвующих в обзоре. В середине 20-го века начали появляться более формальные методы обзора. Они включали обзор опасности и работоспособности (HAZOP), разработанный ICI в 1960-х годах, анализ характера и последствий отказов (FMEA), контрольные списки и обзоры «что если» . Это были в основном качественные методы для выявления опасностей процесса. [13]
Количественные методы анализа, такие как анализ дерева неисправностей (FTA, который использовался в ядерной промышленности ), количественная оценка риска (QRA, также называемая количественным анализом риска) и анализ уровня защиты (LOPA) также начали использоваться в обрабатывающей промышленности в 1970-х, 1980-х и 1990-х годах. Были разработаны методы моделирования для анализа последствий разливов и выбросов, взрывов и токсического воздействия. [13]
Выражение «безопасность процесса» стало все чаще использоваться для определения этой области инженерного изучения. Обычно его считали отраслью химической инженерии , поскольку оно в первую очередь опиралось на понимание промышленных химических процессов, как это показано в методе HAZOP. Со временем оно вобрало в себя ряд элементов из других дисциплин (таких как химия и физика для математического моделирования выбросов, пожаров и взрывов, приборостроение , управление активами , человеческий фактор и эргономика , инженерия надежности и т. д.), таким образом, став относительно междисциплинарной инженерной областью, хотя по своей сути оно остается тесно связанным с пониманием химической технологии промышленных процессов. «Безопасность процесса» постепенно преобладала над альтернативными терминами; например, Фрэнк П. Лиз в своей монументальной работе «Предотвращение потерь в перерабатывающей промышленности » [14] использовал либо титульное выражение, либо «безопасность и предотвращение потерь», как и Тревор Клец [15] , центральная фигура в развитии этой дисциплины. Одной из первых публикаций, в которой этот термин используется в его нынешнем значении, является « Руководство по безопасности технологических процессов» компании Dow Chemical Company . [16]
К середине-концу 1970-х годов безопасность процессов стала признанной технической специальностью. Американский институт инженеров-химиков (AIChE) сформировал свое Отделение безопасности и охраны труда в 1979 году. [13] В 1985 году AIChE основал Центр безопасности химических процессов (CCPS), отчасти в ответ на трагедию в Бхопале, произошедшую годом ранее. [17]
Уроки, извлеченные из прошлых событий, стали ключевыми в определении достижений в области безопасности процессов. Вот некоторые из крупных аварий, которые сформировали ее как инженерную дисциплину: [10]
Ниже приведен список тем, охватываемых безопасностью процессов. [10] Существуют некоторые совпадения с эквивалентными областями из других дисциплин, особенно с охраной труда и техникой безопасности (OSH), хотя основное внимание в безопасности процессов всегда будет уделяться потере контроля при обращении с опасными материалами в промышленных масштабах.
Строго связанным с безопасностью технологических процессов, хотя по историческим причинам обычно не относящимся к ее области, является проектирование следующих систем (однако следует отметить, что их выбор часто является обязанностью специализированного инженера по безопасности технологических процессов):
Компании, чей бизнес в значительной степени зависит от добычи, переработки, хранения и/или транспортировки опасных материалов, обычно интегрируют элементы управления безопасностью процесса (PSM) в свою систему управления охраной труда и техникой безопасности. PSM в частности регулировалась OSHA США в 1992 году . [19] Модель OSHA для PSM по-прежнему широко используется не только в США, но и на международном уровне. С тех пор стали доступны другие эквивалентные модели и правила, в частности, EPA , [ 20] Центром безопасности химических процессов (CCPS), [21] и Институтом энергетики Великобритании . [22]
Схемы PSM организованы в «элементы». Различные схемы основаны на различных списках элементов. Это схема CCPS для безопасности процесса на основе риска, которая может быть согласована с большинством других установленных схем PSM: [21]
Хотя изначально элементы PSM были разработаны исключительно для предприятий на этапе эксплуатации, они могут и должны быть реализованы на протяжении всего жизненного цикла проекта, где это применимо. Это включает проектирование (от предварительной загрузки до детального проектирования), закупку оборудования, ввод в эксплуатацию , эксплуатацию, материальные и организационные изменения и вывод из эксплуатации.
Распространенная модель, используемая для представления и объяснения различных различных, но связанных систем, связанных с достижением безопасности процесса, описана в модели швейцарского сыра Джеймса Т. Ризона . [ 8] [23] В этой модели барьеры, которые предотвращают, обнаруживают, контролируют и смягчают крупную аварию, изображены в виде ломтиков, каждый из которых имеет ряд отверстий. Отверстия представляют собой несовершенства в барьере, которые можно определить как конкретные стандарты производительности. Чем лучше управляется барьер, тем меньше будут эти отверстия. Когда происходит крупная авария, это неизменно происходит потому, что все несовершенства в барьерах (отверстия) выстроились в ряд. Именно множество барьеров обеспечивает защиту.
Медиа, связанные с безопасностью процессов на Wikimedia Commons