PHA操作概要与范例解析

PHA操作概要與範例解析

授課老師：李育明 教授

組員：李靜宜 張智淵

謝文章 李春齡

2005.01.10

目錄

一、製程危害分析(PHA)簡介............................................................2 (一) PHA概述..................................................................................2 (二) PHA分析方法...........................................................................3 二、PHA-Pro6軟體操作....................................................................7 (一)軟體簡介....................................................................................7 (二)操作概要與範例解析..................................................................8 三、結論..........................................................................................24 四、參考文獻..................................................................................24

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一、製程危害分析(PHA)簡介

(一) PHA概述

許多因毒性或爆炸性物質外洩等重大工業災害的發生，其原因多為製程的管理缺失，因此，有關製程安全管理的實施已逐漸受到重視，希望可預防或減少此類重大工業的危害發生。

1992年美國聯邦政府公佈實施的「高危害性化學製程安全管理法規(PSM)」中，其對安全衛生管理的執行具有較完整的規範，要求業者執行製程危害分析(PHA)，特色是以製程的操作特性為基礎訂定安全管理計畫；即依操作特性建立製程安全資訊，利用製程安全資訊執行製程危害分析，再運用危害分析的結果加強人員訓練、設備的管理及各項操作管理。 而PSM法令中有關製程安全分析的標準如下：

1.應以系統化的方法辨識危害，並評估其危害控制措施失效時的可能後果 2.由對製程熟悉或合格的適當人員組成評估小組為之 3.定義執行時程與再評估頻率 4.分析結果記錄與追蹤

對於製程危害分析(process hazard analysis，PHA）的要求包括： 1.製程危害分析應評估下列項目： (1)辨識危害

(2)由類似製程曾發生之事故研究所發現之工作場所潛在危害 (3)工程及管理控制措施 (4)設備設施配置 (5)人因工程考量

(6)對人員安全與健康之可能影響的評估 2.可選用的分析方法有： (1)what-if腦力激盪法 (2)檢核表(Checklist)分析 (3) what-if與檢核表分析 (4)危害及可操作性分析(HAZOP) (5)失誤模式與影響分析(FMEA)

(6)失誤樹分析(Fault Tree Analysis, FTA) (7)其他具有同等效力的方法

3.危害分析應由對工程、操作及製程有經驗的人員組成評估小組來完 成。評估小組至少有一人需熟悉評估方法。

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4.針對評估小組之發現與建議應有追蹤系統。 5.至少每五年再評估一次。

6.只要製程繼續運作，PHA 的相關資料與紀錄都應保存。

除了美國的PSM法令之外，各國也有類似法規。例如1982年歐盟公布施行的「重大意外危害控制法案指導綱要(Control of Major Accident Hazards, COMAH)」；日本於1976年公告施行「化學工廠安全評估指針」，要求特定工業建立新廠或修改部分既有設施的事業單位應於申請時提出安全評估報告；我國勞委會於1994年5月2日公布「危險性工作場所審查暨檢查辦法」，要求危險性工作場所需執行製程安全評估。 因此，製程危害分析(Process Hazard Analysis, PHA)是應用有組織、有系統的方法來辨識及分析高危害的化學物質在處理或製程中的重大潛在危害。首先需辨認出製程中可能的危害，進而分析事故發生的因果關係，最後評估事故所造成的影響及其重要性。

(二)PHA分析方法

製程危害分析有許多的分析方法，常用的有如果-會如何(What-if)、初步危害分析(Preliminary Hazard Analysis, PrHA)、檢核表分析(Checklist Analysis)、相對危害等級(Relative Ranking)、危害與可操作性分析(Hazard and Operability Study, HAZOP)、失誤模式與影響分析(Failure Modes and Effects Analysis, FMEA)、失誤樹分析(Fault Tree Analysis, FTA)、工廠巡查(Plant Walk-through)、安全稽核(Safety Audit)等。有些方法屬於定量評估方法，有些則是定性評估方法，依評估製程及目的不同，使用的分析方法也不盡相同，通常可採用一種或一種以上的方法評估製程危害。 表1說明了有關製程生命週期各階段適用的分析方法。一個製程工廠在設計規劃階段，其評估重點是製程對環境的影響，因此適用What-If與初步危害分析等方法評估製程單元是否會造成火災、爆炸、外洩等危害；而完成細部設計、確定工廠設備與流程後，可以HAZOP、FMEA針對細部設計進行系統化的安全分析；面對工廠擴建或修改時，可用相對危害等級分析、HAZOP、FMEA、FTA等評估方法分析。

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表1 製程各階段之危害分析方法 製程階段 分析評估方法 文獻搜尋/工業實務調查 如果-會如何(What-If) 初步危害分析(PrHA) 檢核表(Checklist) 相對危害等級分析 危害與可操作性分析(HAZOP) 失誤模式及影響分析(FMEA) 失誤樹分析(FTA) 工場巡查 安全稽核 資料來源：王世煌，2002

基本設計 試驗工廠 細部設計 建廠階段 試車階段 正常運轉 擴廠或修改 停廠拆除 製程研發 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○○ ○ ○ ○ 以下分別說明PHA常用的分析方法： 1.如果-會如何(What-If)

此方法適用分析每一階段的裝置或製程，是一種非結構性的腦力激盪

方法，完全以小組成員的專業經驗為導向，藉由「如果裝置失效或操作失誤會造成什麼影響？」的問題來辨識潛在危害。因為此法採開放式問答，可激發出許多被忽略的潛在危害；但小組的專業經驗會影響分析結果，故較不易引導與規範危害分析之進行品質。

2.初步危害分析(Preliminary Hazard Analysis, PrHA)

「危險性工作場所審查暨檢查辦法」中指出：「實施初步危害分析以分析工作場所的重大潛在危害，並針對重大潛在危害進行Checklist、what-if、HAZOP、FMEA、FTA方法之一的安全評估」，因此，初步危害分析適用在製程研發與基本設計階段，其評估對象主要是工廠的危害物質與主要製程區域。

此方法透過確認物質及環境的危害特性以找出重大危害，再藉由不同危害等級之分類，作為排定安全改善建議的參考，是一種具全盤性、省時簡便的方法。 3.檢核表(Checklist)

由具有經驗之專業人員將檢查要項製做成列表，再由查核人員針對檢查區域，回答檢核表上的問題，並根據分析結果提出改善建議。其適用範

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圍廣泛、使用快速簡便、分析成本也較低，但檢核表的品質好壞會受到專業人員經驗與知識的影響。

亦可將What-If與Checklist兩種方法合併，運用What-If對可能發生的事故進行因果分析，再利用檢核表輔助分析，其程序依序是分析前的準備工作、列出What If 問題的清單、完成Checklist、實施分析、處理分析結果，可以使用於製程的任一階段。 4.相對危害等級(Relative Ranking)

相對危害等級評估是依據物質性質、製程條件和特性來評估排序各製程區的相對危害等級，找出最具有危害的單元，此方法可界定製程火災、爆炸或毒性危害，以及相關安全、衛生、環境與經濟的影響。目前常用的方法為陶氏(Dow)化學公司所發展的Dow火災爆炸指數(Dow F&EI)與化學暴露指數(CEI)。

5.危害及可操作性分析(Hazard and Operability, HAZOP)

危害與操作性分析是1961 年由英國ICI化學公司所發展出來的評估方法，透過不同背景的專家組成，以創造性、系統性的方式相互交換意見來鑑別出問題，可應用於工廠設計和操作的任何階段。

HAZOP的討論集中在製程或操作的特定點上，稱為研討節點(study nodes)、製程區段或操作步驟，小組使用一組已經建立的引導字

(Guidewords)，以一次一個的方式檢驗每個製程區段或步驟，找出具有潛在危害的偏離(deviation) ，並辨識其可能原因、後果以及安全防護，同時提出改善措施，是一種較完整的定性分析技術；其中使用引導字的目的，是要確保所有與製程參數(parameter)有關的偏離均被估計，即利用引導字與製程參數的組合成為偏離，以檢討每個研討節點，表2為HAZOP分析中所使用的引導字與意義，表3為引導字與製程參數組合的製程偏離。 表2 HAZOP分析的引導字與意義

引導字(Guidewords)

無(no) 較少(less) 較多(more)

只有部分(part of) 不僅…又(as well as) 相反(reverse)

除…之外(other than)

資料來源：王世煌，2002

意義

完全不具備設計目的 定量減少 定量增加 定性減少 定性增加

與設計目的邏輯上相反 完全取代

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表3 HAZOP分析常用的製程偏離 引導字 高 低 無 反 只有部分不僅又 完全取代參數 流量 高流量低流量 無流量逆流 組成錯誤雜質 錯誤物質壓力 高壓 低壓 真空 溫度 高溫 低溫 液位 高液位低液位 無液位分離不良 反應 高反應低反應 無反應其他反應 錯誤反應 資料來源：王世煌，2002 6.失誤模式與影響分析(Failure Modes and Effects Analysis, FMEA) 失誤模式與影響分析是評估製程中可能失效、或不當操作的途徑及其影響的分析方法，目的在於鑑別單一設備和系統的失誤模式，以及對系統或工廠的潛在影響，方法是將製程設備做為分析主體，列出製程中的設備元件以及各元件的失誤模式，以失誤模式檢討設備失效或不當操作時可能引起的危害，再將危害加以定量分析，用以評估相對災害的防止對策，藉以提昇製程的安全性。

失誤模式與影響分析可以由單一人員來負責執行，但分析結果應由其他人員來審核，確保分析結果的完整性。 7.失誤樹分析(Fault Tree Analysis, FTA)

失誤樹分析是一種於定性與定量的方式，主要針對一特定的意外事件或系統失誤，一般為樹狀圖形表示，由圖形中的數學與統計邏輯關係，描繪出意外事件中的人為錯誤與設備失效之組合，找出所有可能的危害因素，並以量化方式找出機率最高的危害因素。 8.安全稽核(Safety Audit)

安全稽核目的在於評估製程安全管理制度的設計與效用，並檢查工作現場的安全衛生狀況是否遵照公司的程序實行。管理階層可藉由安全稽核找出問題，並加強製程安全管理的弱點，以增進整個製程安全管理的效用。 稽核應由熟悉製程的人員或小組來執行，並撰寫成書面報告及存檔，針對管理不當之處提出改善建議。安全稽核至少應每三年實施一次，以確保製程安全管理的適用性。

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二、PHA-Pro6軟體操作

(一)軟體簡介

PHA-Pro6是一個製程危害分析的軟體，提供使用者綜合HAZOP、What-If/Checklist、FMEA、LOPA、SVA、SIL 等分析方法的介面，不但讓使用者容易上手，也提供了使用者選擇較低風險、較安全之工作場所的資訊。

PHA-Pro6可幫助企業進行危害鑑定，並期望降低危害的發生。軟體中的試算表(Worksheet)提供嚴重性(severity，S)與可能性(likelihood，L)的等級排序，並依據使用者輸入的風險矩陣值建置出一個排序等級，使用者還可在分析結束時將檔案格式轉換成HTML、Microsoft Word、PDF等格式。目前PHA-Pro6 已經被國際上許多大型的化學企業、化工企業、石油業、汽車業、製藥業與採礦業等廣泛使用。

PHA Pro6利用引導的方式使風險與安全專家團隊透過下列型式的範例，快速且有效地完成企業的製程危害分析。

□ 危害及可操作性分析(Hazard and Operability, HAZOP) □ 如果/會如何與檢核表(What If/Checklist)

□ 失誤模式與影響分析(Failure Modes and Effects Analysis, FMEA) □ 初步危害分析(Preliminary Hazard Analysis, PrHA) □ 作業安全分析(Job Safety Analysis, JSA) □ 安全完整性等級(Safety Integrity Levels, SIL)

□ 危害分析重要管制點(Hazard Analysis and Critical Control Points, HACCP)

□ 階層保護分析(Layer of Protection Analysis, LOPA)

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(二)操作概要與範例解析

當使用者安裝完PHA-Pro6軟體時，可以透過軟體的「Sample

Studies」來配合學習操作過程，另外「Templates」內也提供使用者針對欲採行的分析工具選取一個空白樣本，只需將相關資料依步驟輸入即可。以下就PHA-Pro6軟體提供的「Sample Studies」中HACCP 的包裝案例、HAZOP、What If三種危害分析的範例來說明： 1.HACCP

HACCP(Hazard Analysis Critical Control Points)，稱為危害分析重要管制點，用來分析食物製造過程可能出現的污染或危害，並且找出食品製程中重要管制點，使危害不致發生於最終成品內的危害預防系統。其分析步驟分別為執行危害分析、確定關鍵控制點(Critical Control Points,

CCP)、確定關鍵控制限度、制定CCP的監控方法及程序、建立改善行動、建立有關程序及記錄的文件體系以及制定驗證程序。 (1)軟體操作

分別在Administration、Process Steps、Worksheet、Correction Action、等介面中輸入資料，在由Analysis之介面進行資料分析，最後在Setting、與Date Check兩介面進行資料與數據檢查。

□ Administration：介面如圖1，於此使用者可以輸入一些基本資料，如參與組員的基本資料、會議時間與出席紀錄、製程的圖示。 □ Process Steps：介面如圖2，於此使用者可以輸入各製程簡要概述。 □ Worksheet：介面如圖3，依據各製程危害與風險程度建立風險矩陣，危害類型(物理性、化學性與生物性等)。 □ Correction Action：介面如圖4，將要改善之項目與所需花費之成本輸入。 □ Analysis：介面如圖5，主要是透過之前的的步驟，以3-D 圖形繪製出x-y平面為嚴重性(Severity, S)與可能性(Likelihood, L)的圖形，z 軸為重要管制點的數量(Number of CCPs)，其中CCP是藉由使用者自己所訂立的風險矩陣(見圖4)而求得。另外也可以由Overview與Breakdown by Process Step中觀察。

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(2)操作介面

組內成員 開會時間 出席狀況 作業流程

圖1 HACCP操作介面－Administration

製程步驟 作業敘述

圖2 HACCP操作介面－Process Steps

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危害敘述 危害種類 控制方法 頻率 負責限制指標 監控程序

圖3 HACCP操作介面－Worksheet

風險矩陣(自訂)

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改善地方 完成花費成本 改善行動

圖4 HACCP操作介面－Correction Action

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可能性 重要管制點 圖5 HACCP操作介面－Analysis 嚴重性

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2.HAZOP (1)軟體操作

分別在Administration、Nodes、Deviations、Worksheet、

Recommendations、Analysis等介面中輸入資料，在由Analysis之介面進行資料分析，最後在Setting、與Date Check兩介面進行資料與數據檢查。

□ Administration：介面如圖6，於此使用者可以輸入一些基本資料，如

參與組員的基本資料、會議時間與出席紀錄、製程的圖示。 □ Nodes：介面如圖7，輸入要分析之製程點、種類、操作參數等資料。 □ Deviations：介面如圖8，輸入偏離種類項目、引導詞、影響參數與

預期操作目的。 □ Worksheet：介面如圖9，於介面中輸入控制與改變因素、引發後果、

對人體及生態環境風險矩陣、防護措施、建議等事項。 □ Recommendations：介面如圖10，於介面中輸入建議事項、負責人、

發展程度、花費成本等數據。 □ Analysis：介面如圖11與圖12，主要是透過之前的的步驟，以3-D 圖

形繪製出x-y平面為嚴重性(Severity, S)與可能性(Likelihood, L)的圖形，z 軸為產生結果數(Number of Consequences)。於此圖11為對人體之影響；圖12為對環境之影響。 (2)操作介面

組內成員 開會時間 出席狀況

圖6 HAZOP操作介面－Administration

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分析點 種類 操作參數

圖7 HAZOP操作介面－Nodes

偏離種類 引導參數 預期操作目的

圖8 HAZOP操作介面－Deviations

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成因 後果 防護措施 建議

圖9 HAZOP操作介面－Worksheet

風險矩陣(自訂)

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建議事項 完成花費成本

圖10 HAZOP操作介面－Recommendations

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結果數 嚴重性 可能性 圖11 HAZOP操作介面－Analysis- (Personal Safety)

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圖12 HAZOP操作介面－Analysis-(Environment Release)

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3.What If (1)軟體操作

分別在Administration、System、Subsystem、Worksheet、

Recommendation等介面中輸入資料，在由Analysis之介面進行資料分析，最後在Setting、與Date Check兩介面進行資料與數據檢查。 □ Administration：介面如圖13，於此使用者可以輸入一些基本資料，

如參與組員的基本資料、會議時間與出席紀錄、製程的圖示。 □ System：介面如圖14，輸入所使用之系統資料。

□ Subsystem：介面如圖15，為上述系統中之子系統，敘述更詳細。 □ Worksheet：介面如圖16，於此可輸入可能發生問題、產生結果、風

險矩陣、防護措施等資料。 □ Recommendation：介面如圖17，於此介面輸入建議事項、所使用之

系統項目、花費之成本、所面對之最大風險等。 □ Analysis：介面如圖18，主要是透過之前的的步驟，以3-D 圖形繪

製出x-y平面為嚴重性(Severity, S)與可能性(Likelihood, L)的圖形，z 軸為產生結果數(Number of Consequences)。 (2)操作介面

組內成員 開會時間 出席狀況

圖13 What If操作介面－Administration

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分析之系統

圖14 What If操作介面－System

分析之子系統

圖15 What-If操作介面－Subsystem

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萬一 後果 預防措施 建議 圖16 What-If操作介面－Worksheet

風險矩陣(自訂)

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所使用之系統項目 最大風險值建議事項 花費成本

圖17 What-If操作介面－Recommendation

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結果數 可能性 嚴重性 圖18 What If操作介面－Analysis

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三、結論

PHA-Pro為現在較完整的風險分析軟體，建立了一系列之範本可供使用者利用，同時更綜合了其他風險分析軟體，基於使用方便簡單之功能，使用者在使用時可依據不同之情境而選用最方便軟體進行分析，可降低分析風險危害時花費之時間與成本，並提升效率。

PHA-Pro各種分析方法之風險矩陣只能以定性分析法執行，不能以定量之數值清楚地分析出危害因子，所以顯示出的只是相對層級之風險程度，因此，或許會有某些危害程度更高之因子不能顯示出來，若因而忽略將可能造成無法彌補之傷害；相對的，危害程度非常低之因子，卻被顯示出來，可能造成無謂成本之浪費。另外，在風險嚴重性(Severity, S)與可能性(Likelihood, L)界定過程中，是由所謂「專業人士」擬定而成的，界定的認知上過於主觀，若界定者之專業知識與經驗不足，將無法明確正確指出危害風險。

四、參考文獻

1.王世煌，2002，「工業安全風險評估」，台北：揚智文化

2.張承明，1993，「製程安全管理」，『勞工安全衛生簡訊』，8期：1-5 3.DYADEM風險分析軟體，2005.1，

http://www.dyadem.com/products/pha-pro/index.htm

4.清潔生產管理與技術工具，風險評估－製程危害分析之危害及可操作性分析，2005.1，http://www.nccp.org.tw/cptool/

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