本文涉及“機器”危害，這些危害特定於與壓力容器、加工設備、強大的機器和其他具有內在風險的操作相關的工業過程中使用的附屬物和硬件。 本文不涉及工人危害，這些危害涉及個人的行為和行為，例如在工作表面滑倒、從高處墜落以及使用普通工具造成的危害。 本文重點關注機器危害，這是工業工作環境的特徵。 由於這些危害威脅到在場的每一個人，甚至可能對周圍環境和周圍環境造成威脅，因此分析方法和防控手段與工業活動環境風險的處理方法類似。
機器危害
質量好的硬件是非常可靠的，大多數故障都是由火災、腐蝕、誤用等二次效應引起的。 然而，在某些事故中可能會突出顯示硬件，因為發生故障的硬件組件通常是事件鏈中最顯眼或最明顯的環節。 雖然術語 硬件 在廣義上使用，硬件故障的說明性示例及其在事故原因中的直接“環境”已從工業工作場所中獲取。 “機器”危害調查的典型候選人包括但不限於以下內容：
- 壓力容器和管道
- 電動機、發動機、渦輪機和其他旋轉機械
- 化學和核反應堆
- 腳手架、橋樑等
- 激光和其他能量輻射器
- 切割和鑽孔機械等
- 焊接設備。
能量的影響
硬件危害可能包括錯誤使用、構造錯誤或頻繁超載，因此它們的分析和緩解或預防可能遵循截然不同的方向。 然而，逃避人類控制的物理和化學能量形式通常存在於硬件危害的核心。 因此，識別硬件危險的一種非常通用的方法是尋找通常由實際設備或機械控制的能量，例如含有氨或氯的壓力容器。 其他方法使用實際硬件的用途或預期功能作為起點，然後尋找故障和故障的可能影響。 例如，一座橋樑未能實現其主要功能將使橋上的主體面臨墜落的風險； 橋樑倒塌的其他影響將是掉落物品的次要影響，無論是橋樑的結構部分還是位於橋上的物體。 在後果鏈的下游，可能會產生與系統其他部分的功能相關的派生影響，這些影響取決於橋樑是否正常執行其功能，例如因另一事件中斷應急響應車輛交通。
除了“受控能量”和“預期功能”的概念外，危險物質還必須通過提出諸如“X 劑如何從容器、儲罐或管道系統中釋放以及 Y 劑如何產生？”等問題來解決。 （兩者之一或兩者都可能是危險的）。 X 劑可能是加壓氣體或溶劑，Y 劑可能是一種毒性極強的二噁英，在某些化學過程中，“正確”的溫度有利於其形成，或者它可能是由於火災導致的快速氧化而產生的. 然而，可能的危害加起來遠不止危險物質的風險。 可能存在允許特定硬件項目對人類造成有害後果的條件或影響。
工業工作環境
機器危險還涉及從長遠來看可能造成危險的負載或壓力因素，例如：
- 極端工作溫度
- 高強度的光、噪音或其他刺激
- 空氣質量差
- 極端的工作要求或工作量。
可以識別這些危險並採取預防措施，因為危險條件已經存在。 它們不依賴於硬件的某些結構變化來產生有害結果，也不依賴於某些特殊事件來造成損壞或傷害。 長期危害在工作環境中也有特定的來源，但必須通過觀察工人和工作來識別和評估，而不是僅僅分析硬件結構和功能。
危險的硬件或機器危險 通常是異常的，在良好的工作環境中很少見，但不能完全避免。 幾種不受控制的能量，例如以下風險因素， 可能是硬件故障的直接後果：
- 危險氣體、液體、粉塵或其他物質的有害釋放
- 火災和爆炸
- 高壓
- 墜落物體、導彈等
- 電場和磁場
- 切割、陷印等
- 氧置換
- 核輻射、X射線和激光
- 洪水或溺水
- 熱液體或蒸汽的噴射。
風險代理人
移動物體。 墜落和飛行的物體、液體流動和液體或蒸汽的噴射，如所列，往往是硬件或設備故障的第一個外部後果，它們在事故中佔很大比例。
化學物質。 化學危害還會導致工傷事故並影響環境和公眾。 Seveso 和 Bhopal 事故涉及影響眾多公眾的化學品洩漏，許多工業火災和爆炸將化學品和煙霧釋放到大氣中。 涉及汽油或化學品運輸卡車或其他危險品運輸的交通事故，結合了兩個風險因素——移動物體和化學物質。
電磁能量。 電場和磁場、X射線和伽馬射線都是電磁的表現形式，但由於它們在不同的情況下遇到，所以經常被分開對待。 然而，電磁的危險有一些普遍的特徵：場和輻射會穿透人體，而不僅僅是接觸應用區域，並且不能被直接感知，儘管非常大的強度會導致受影響的身體部位發熱。 磁場是由電流的流動產生的，在大型電動機、電弧焊設備、電解設備、金屬工廠等附近都會發現強磁場。 電場伴隨著電壓，即使是 200 至 300 伏的普通電源電壓也會在數年內造成污垢積累，這是電場存在的明顯標誌，這種效應也與高壓電線、電視顯像管有關、電腦顯示器等。
電磁場大多發現在離它們的來源很近的地方，但電磁場 輻射 是長途旅行者，雷達和無線電波就是例證。 電磁輻射在穿過空間並遇到中間物體、表面、不同物質和大氣等時會發生散射、反射和衰減； 因此，它的強度以多種方式降低。
電磁 (EM) 危險源的一般特徵是：
- 需要儀器來檢測 EM 場或 EM 輻射的存在。
- EM 不會以“污染”的形式留下主要痕跡。
- 危險的影響通常是延遲的或長期的，但在嚴重的情況下會立即造成灼傷。
- X 射線和伽馬射線會被鉛和其他重元素減弱，但不會被阻止。
- 當電源斷電或設備關閉時，磁場和 X 射線會立即停止。
- 關閉發電系統後，電場可以持續很長時間。
- 伽馬射線來自核過程，這些輻射源無法像許多 EM 源一樣關閉。
核輻射。 與核輻射有關的危害是核電廠和處理核材料的工廠（如燃料製造和放射性物質的後處理、運輸和儲存）的工人特別關注的問題。 核輻射源也用於醫學和一些行業的測量和控制。 一種最常見的用途是火災報警器/煙霧探測器，它們使用像镅這樣的 α 粒子發射器來監測大氣。
核危害主要圍繞五個因素：
- 伽馬射線
- 中子
- β粒子（電子）
- 阿爾法粒子（氦原子核）
- 污染。
危險來自於 放射性的 核裂變過程和放射性物質的衰變。 這種輻射來自反應堆過程、反應堆燃料、反應堆減速劑材料、可能產生的氣態裂變產物，以及因暴露於反應堆運行產生的放射性排放而被激活的某些建築材料。
其他風險代理人。 釋放或發射能量的其他類別的風險因素包括：
- 紫外線輻射和激光
- 次聲
- 高強度聲音
- 振動。
觸發硬件危害
任何一種 突 和 緩 從受控 - 或“安全” - 狀態轉變為危險增加的狀態可以通過以下情況發生，可以通過適當的組織方式來控制，例如用戶體驗、教育、技能、監視和設備測試：
- 磨損和過載
- 外部影響（火災或影響）
- 老化和失敗
- 供應錯誤（能源、原材料）
- 維修保養不足
- 控製或過程錯誤
- 誤用或誤用
- 硬件故障
- 屏障故障。
由於正確的操作不能可靠地彌補不正確的設計和安裝，因此重要的是要考慮從選擇和設計到安裝、使用、維護和測試的整個過程，以評估硬件項目的實際狀態和條件。
危險案例：加壓儲氣罐
氣體可以裝在合適的容器中進行儲存或運輸，例如焊工使用的氣瓶和氧氣瓶。 通常，氣體在高壓下進行處理，從而大大增加了存儲容量，但事故風險更高。 加壓儲氣罐中的關鍵意外現像是儲罐中突然出現一個洞，結果如下：
- 坦克的限制功能停止
- 封閉的氣體可以立即進入周圍的大氣。
這種事故的發展取決於以下因素：
- 罐中氣體的類型和數量
- 孔的位置與罐內物品的關係
- 洞的初始大小和隨後的增長率
- 氣體和設備的溫度和壓力
- 直接環境中的條件（火源、人員等）。
儲罐內容物幾乎可以立即釋放或在一段時間內釋放，並導致不同的情況，從破裂的儲罐中游離氣體的爆裂，到小孔的適度且相當緩慢的釋放。
各種氣體在洩漏情況下的行為
在開發釋放計算模型時，最重要的是確定以下影響系統潛在行為的條件：
- 孔後面的氣相（氣態還是液態？）
- 溫度和風力條件
- 其他物質可能進入系統或它們可能存在於周圍環境中
- 壁壘和其他障礙。
與液化氣體以射流形式從孔中逸出然後蒸發（或者首先變成液滴霧）的釋放過程相關的精確計算是困難的。 合成雲的後期擴散的規範也是一個難題。 必須考慮氣體釋放的運動和擴散，氣體是形成可見雲還是不可見雲，以及氣體是上升還是停留在地面。
雖然與任何大氣相比，氫氣都是一種輕質氣體，但氨氣 (NH3, 分子量為 17.0) 在相同溫度和壓力下的普通空氣狀氧氮氣氛中會上升。 氯氣（Cl2, 分子量為 70.9) 和丁烷 (C4H10，摩爾。 wt.58) 是氣相比空氣密度更大的化學品的例子，即使在環境溫度下也是如此。 乙炔（C2H2，摩爾。 重量26.0）的密度約為0.90g/l，接近空氣的密度（1.0g/l），這意味著在工作環境中，洩漏的焊接氣體不會有明顯的上浮或下沉趨勢； 因此它很容易與大氣混合。
但是從壓力容器中釋放出來的液態氨首先會由於蒸發而冷卻，然後可能會通過幾個步驟逸出：
- 加壓的液態氨從罐中的孔中噴出，呈噴射狀或云狀。
- 液氨海可以在最近的表面形成。
- 氨蒸發，從而冷卻自身和附近的環境。
- 氨氣逐漸與周圍環境進行熱交換並與環境溫度達到平衡。
即使是一團輕質氣體也可能不會因液化氣體釋放而立即升起； 它可能首先形成霧——一團水滴——並停留在地面附近。 氣體雲的移動和與周圍大氣的逐漸混合/稀釋取決於天氣參數和周圍環境——封閉區域、開放區域、房屋、交通、公眾的存在、工人等。
油箱故障
氣體生產和氣體處理系統（丙烷、甲烷、氮氣、氫氣等）、氨氣或氯氣罐以及氣焊的經驗表明，儲罐故障的後果可能包括火災和爆炸、窒息、中毒和窒息（使用乙炔和氧氣）。 究竟是什麼開始在儲罐中形成一個洞，對洞的“行為”有很大的影響——這反過來又會影響氣體的流出——並且對於預防工作的有效性至關重要。 壓力容器的設計和製造是為了承受特定的使用條件和環境影響，並用於處理特定的氣體，或者可能是選擇的氣體。 坦克的實際能力取決於它的形狀、材料、焊接、保護、使用和氣候； 因此，評估其作為危險氣體容器的充分性時，必須考慮設計者的規格、儲罐的歷史、檢查和測試。 關鍵區域包括大多數壓力容器上使用的焊縫； 入口、出口、支架和儀表等附件與容器的連接點； 圓柱形罐體的扁平端，如鐵路罐體； 以及更差的幾何形狀的其他方面。
通過 X 射線或樣品的破壞性測試對焊縫進行目視檢查，因為這些可能會揭示局部缺陷，例如強度降低的形式可能危及容器的整體強度，甚至是急性儲罐的觸發點失敗。
儲罐強度受儲罐使用歷史的影響 - 首先是正常磨損過程以及特定行業和應用中典型的划痕和腐蝕侵襲。 其他特別感興趣的歷史參數包括：
- 偶然超壓
- 極端加熱或冷卻（內部或外部）
- 機械衝擊
- 振動和壓力
- 儲存在或通過儲罐的物質
- 清潔、維護和修理過程中使用的物質。
建築材料 - 鋼板、鋁板、非加壓應用的混凝土等 - 可能會因這些影響而劣化，而在測試過程中如果不超載或損壞設備則無法始終進行檢查。
事故案例：Flixborough
1974 年在弗利克斯伯勒（英國）發生的大片環己烷爆炸造成 28 人死亡並造成大範圍的工廠破壞，這是一個很有啟發性的案例。 觸發事件是用作反應堆裝置替代品的臨時管道破裂。 事故是由一個硬件故障“引起”的，但經過仔細調查後發現，故障是由於超載造成的，臨時搭建的設施實際上不能滿足其預期用途。 使用兩個月後，由於 10 巴 (106 Pa) 150℃左右的環己烷含量。 管道和附近反應器之間的兩個波紋管破裂，釋放出 30 至 50 噸環己烷並很快被點燃，可能是被距離洩漏點一定距離的熔爐點燃。 （參見圖 1。）在 Kletz (1988) 中可以找到一個非常易讀的案例說明。
危害分析
為發現可能與設備、化學過程或特定操作相關的風險而開發的方法稱為“危害分析”。 這些方法會提出以下問題：“可能會出現什麼問題？” “會不會很嚴重？” 和“我們能做些什麼呢？” 進行分析的不同方法通常會結合起來以實現合理的覆蓋範圍，但除了指導或協助聰明的分析師團隊做出決定外，任何此類方法都無濟於事。 危害分析的主要難點如下：
- 相關數據的可用性
- 模型和計算的局限性
- 新的和不熟悉的材料、結構和工藝
- 系統複雜度
- 人類想像力的局限
- 實際測試的限制。
為了在這些情況下產生可用的風險評估，重要的是嚴格定義適合手頭分析的範圍和“雄心”水平； 例如，很明顯，保險目的和設計目的，或保護計劃的規劃和應急安排的構建，人們不需要同一類信息。 一般而言，必須通過將經驗技術（即統計）與演繹推理和創造性想像相結合來填充風險圖景。
不同的風險評估工具——甚至是用於風險分析的計算機程序——都非常有用。 危害和可操作性研究 (HAZOP) 以及失效模式和影響分析 (FMEA) 是調查危害的常用方法，尤其是在化學工業中。 HAZOP方法的出發點是基於一組引導詞追踪可能的風險場景； 對於每一種情況，都必須確定可能的原因和後果。 在第二階段，人們試圖找到降低概率或減輕那些被認為不可接受的情景的後果的方法。 可以在 Charsley (1995) 中找到對 HAZOP 方法的回顧。 FMEA 方法針對每個可能的風險組件提出一系列“假設”問題，以便徹底確定可能存在的任何故障模式，然後確定它們可能對系統性能產生的影響； 這種分析將在本文後面介紹的演示示例（針對氣體系統）中進行說明。
故障樹和 事件樹和適用於事故因果結構和概率推理的邏輯分析模式絕不是硬件危害分析所特有的，因為它們是系統風險評估的通用工具。
跟踪工業廠房中的硬件危害
要識別可能的危險，可以從以下位置獲取有關結構和功能的信息：
- 實際設備和廠房
- 替代品和模型
- 圖紙、電氣圖、管道和儀表 (P/I) 圖等。
- 過程描述
- 控制方案
- 操作模式和階段
- 工單、變更單、維護報告等。
通過選擇和消化這些信息，分析人員形成了風險對象本身、其功能和實際用途的圖景。 如果事物尚未建造 - 或無法進行檢查 - 則無法進行重要觀察，評估必須完全基於描述、意圖和計劃。 這樣的評估可能看起來很差，但實際上，大多數實際風險評估都是這樣進行的，或者是為了申請新建築的權威批准，或者是為了比較替代設計方案的相對安全性。 對於正式圖表上未顯示或採訪口頭描述的信息，將參考現實生活過程，並驗證從這些來源收集的信息是否真實並代表實際情況。 其中包括：
- 實踐與文化
- 額外的故障機制/構造細節
- “潛行路徑”（見下文）
- 常見錯誤原因
- 來自外部來源/導彈的風險
- 特定暴露或後果
- 過去的事件、事故和接近的事故。
大多數這些附加信息，尤其是潛行路徑，只能由富有創造力、技術嫻熟且經驗豐富的觀察者檢測到，而且有些信息幾乎不可能用地圖和圖表追踪。 潛行路徑 表示系統之間意外和不可預見的交互，其中一個系統的操作通過功能性方式以外的其他方式影響另一個系統的狀況或操作。 這通常發生在功能不同的部件彼此靠近的地方，或者（例如）洩漏的物質滴在下面的設備上並導致故障。 潛行路徑作用的另一種模式可能涉及在操作或維護期間通過儀器或工具將錯誤的物質或部件引入系統：通過潛行路徑改變預期結構及其預期功能。 經過 共模故障 一種是指某些情況——如洪水、閃電或停電——會同時擾亂多個系統，可能導致意外的大停電或事故。 通常，人們試圖通過適當的佈局和在工作操作中引入距離、絕緣和多樣性來避免潛行路徑效應和共模故障。
危害分析案例：從船到罐的氣體輸送
圖 2 顯示了用於將氣體從運輸船輸送到儲罐的系統。 該系統的任何地方都可能出現洩漏：船舶、傳輸線、儲罐或輸出線； 鑑於有兩個儲罐，管道上某處的洩漏可能會持續數小時。
該系統最關鍵的組件如下：
- 儲罐
- 油罐與船舶之間的管道或軟管
- 其他軟管、管線、閥門和連接件
- 儲罐上的安全閥
- 緊急關閉閥 ESD 1 和 2。
具有大量液化氣庫存的儲罐位於此列表的頂部，因為很難在短時間內阻止儲罐洩漏。 列表中的第二項 - 與船舶的連接 - 至關重要，因為管道或軟管中的洩漏以及連接件或接頭鬆動且墊圈磨損以及不同船舶之間的差異可能會導致產品洩漏。 軟管和波紋管等柔性部件比剛性部件更重要，需要定期維護和檢查。 儲罐頂部的壓力釋放閥和兩個緊急關閉閥等安全裝置至關重要，因為必須依靠它們來揭示潛在或發展中的故障。
到目前為止，系統組件在可靠性方面的重要性排名只是一般性的。 現在，出於分析的目的，將注意系統的特定功能，其中最主要的功能當然是將液化氣體從船運到儲罐，直到連接的船罐為空。 最重要的危險是氣體洩漏，可能的促成機制是以下其中一種或多種：
- 聯軸器或閥門洩漏
- 油箱破裂
- 管道或軟管破裂
- 坦克擊穿。
FMEA方法的應用
FMEA 方法或“假設”分析的中心思想是明確記錄系統的每個組件、其故障模式以及每次故障以找出對系統和環境可能造成的後果。 對於儲罐、管道、閥門、泵、流量計等標準組件，故障模式遵循一般模式。 例如，對於閥門，故障模式可能包括以下情況：
- 閥門不能按需關閉（通過“打開”閥門的流量減少）。
- 閥門洩漏（通過“關閉”的閥門存在殘餘流量）。
- 閥門不能按需打開（閥位擺動）。
對於管道，故障模式將考慮以下項目：
- 流量減少
- 洩漏
- 流量因阻塞而停止
- 斷線
洩漏的影響似乎很明顯，但有時最重要的影響可能不是第一個影響：例如，如果閥門卡在半開位置會發生什麼？ 輸送管路中的開關閥未按需完全打開會延遲儲罐填充過程，這是一種非危險的後果。 但是，如果在提出關閉要求的同時出現“半開卡住”情況，則在油箱幾乎滿的時候，可能會導致過滿（除非成功激活緊急關閉閥）。 在正確設計和運行的系統中，這兩個閥門被卡住的可能性 同時 將保持相當低。
顯然，安全閥不能按需運行可能意味著災難； 事實上，人們可能有理由說，潛在故障不斷威脅著所有安全裝置。 例如，洩壓閥可能會因腐蝕、污垢或油漆（通常是由於維護不善）而出現缺陷，而在液態氣體的情況下，這些缺陷與氣體洩漏時的溫度下降相結合可能會結冰，從而減少或可能停止材料通過安全閥的流動。 如果洩壓閥未按需運行，壓力可能會在儲罐或儲罐的連接系統中積聚，最終導致其他洩漏或儲罐破裂。
為簡單起見，圖 2 中未顯示儀器； 當然會有與壓力、流量和溫度相關的儀器，這些是監測系統狀態的基本參數，相關信號被傳輸到操作員控制台或控制室以進行控制和監測。 此外，除了用於材料運輸的那些之外，還將有供應線 - 用於電力，液壓等 - 以及額外的安全裝置。 還必須對這些系統進行綜合分析並尋找故障模式 以及這些成分的作用。 特別是，共模效應和潛行路徑的檢測工作需要構建主要係統組件、控制、儀器、供應、操作員、工作時間表、維護等的整體圖景。
需要考慮的與氣體系統相關的共模效應示例通過以下問題解決：
- 輸送閥和緊急關閉閥的激活信號是否在公共線路（電纜、電纜通道）上傳輸？
- 兩個給定的閥門是否共用同一條電源線？
- 是否由同一個人根據給定的時間表進行維護？
即使是具有冗餘和獨立電源線的設計精良的系統也可能因維護不當而受到影響，例如，閥門及其備用閥（在我們的案例中為緊急關閉閥）在一次故障後處於錯誤狀態測試。 氨處理系統的一個顯著共模效應是洩漏情況本身：由於部署了所需的緊急保護，中度洩漏會使工廠組件上的所有手動操作變得相當尷尬 - 並且會延遲。
總結
硬件組件很少是事故發展的罪魁禍首； 相反，有 根本原因 在鏈條的其他環節發現：錯誤的概念、糟糕的設計、維護錯誤、操作錯誤、管理錯誤等等。 已經給出了可能導致故障發展的特定條件和行為的幾個示例； 廣泛收集此類代理將考慮以下因素：
- 碰撞
- 腐蝕、蝕刻
- 負載過大
- 失敗的支持和老化或磨損的零件
- 低質量的焊接工作
- 導彈
- 缺少的部分
- 過熱或過冷
- 振動
- 使用了錯誤的建築材料。
控制工作環境中的硬件危害需要審查所有可能的原因，並尊重發現的對實際系統至關重要的條件。 這對風險管理計劃的組織的影響在其他文章中進行了處理，但是，正如前面的列表清楚地表明的那樣，硬件條件的監視和控制可能是必要的，一直回溯到概念和設計的選擇選定的系統和流程。