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プロセス安全は、製油所や石油・ガス（陸上および海上）生産施設など、危険物質を扱うプロセスプラントやその他の施設における大規模な火災、爆発、化学事故（有毒ガス雲など ）の研究、予防、管理に焦点を当てた学際的なエンジニアリング領域です。したがって、プロセス安全は一般に、人（現場および現場外）、プラント、環境に重大な影響を及ぼす可能性のある意図しない危険物質の放出の予防、制御、緩和、回復に関係しています。[1] [2] [3]
定義と範囲
アメリカ石油協会はプロセス安全性を次のように定義しています。
優れた設計原則、エンジニアリング、運用および保守の実践を適用して、危険な運用システムとプロセスの整合性を管理するための規律あるフレームワーク。危険な物質やエネルギーを放出する可能性のあるイベントの防止と制御を扱います。このようなイベントは毒性、火災、爆発を引き起こす可能性があり、最終的には重大な傷害、財産の損害、生産の損失、環境への影響につながる可能性があります。[4]
国際石油・ガス生産者協会（IOGP） も同様の定義を行っています。[2]アメリカ化学技術者協会（AIChE）の化学プロセス安全センター（CCPS）は以下のように定義しています。
化学プロセス施設における火災、爆発、化学物質の偶発的な放出の防止に焦点を当てた分野。[5]
プロセス安全の範囲は、通常、労働安全衛生(OSH) と対比されます。両方のドメインは、作業現場や職務遂行中に発生する危険な状況や危険なイベントを扱っていますが、いくつかのレベルで異なります。プロセス安全は、主に危険物質が関与し、重大事故に発展する可能性のあるイベントに関係しています。重大事故は通常、複数の死者、広範囲にわたる環境への影響、および/または重大な経済的影響を引き起こすイベントとして定義されます。重大事故の影響は、通常、作業現場に限定されますが、プラントまたは設備の境界を越えて、重大なオフサイトの影響を引き起こす可能性があります。これとは対照的に、労働安全衛生は、限られた数の労働者 (通常、イベントごとに 1 人または 2 人) に危害をもたらし、影響が作業現場の境界内に限定され、必ずしも危険物質との意図しない接触を伴わないイベントに焦点を当てています。[6]したがって、たとえば、ガソリン貯蔵タンクの封じ込めが失われて火災が発生するのはプロセス安全イベントですが、タンクの検査中に高所から落下するのは OSH イベントです。プロセス安全事故は、人、資産、環境に対してはるかに大きな影響を及ぼす可能性があるにもかかわらず、労働安全衛生事故よりも発生頻度は大幅に低く、後者は職場での死亡事故の大半を占めています。[7]しかし、単一の主要なプロセス安全事故が地域の環境資源、企業の評判、化学およびプロセス産業に対する社会的認識などの側面に与える影響は非常に大きく、通常、メディアで大きく取り上げられます。
プロセス安全事故における極めて重要な段階は、一般的に、危険物質の封じ込めの喪失であり、これを中心にして事故の因果関係と拡大の連鎖（予防および制御/緩和の安全バリアを含む）が構築される。[8]この出来事によって化学エネルギーが解放され、有害な結果が顕在化する。不適切な隔離、溢れ、暴走または計画外の化学反応、欠陥のある機器、人為的ミス、手順違反、不適切な手順、閉塞、腐食、材料特性の劣化、過度の機械的ストレス、疲労、振動、過圧、不適切な設置が、このような封じ込めの喪失の通常の直接的な原因である。[9]物質が可燃性で発火源に遭遇すると、火災が発生する。局所的な混雑（放出が発生したエリアや可燃性ガス雲が移動したエリアの構造物や配管に起因するものなど）などの特定の条件下では、可燃性ガス雲の火炎面が加速して爆発に移行する可能性があり、近くの機器や構造物に過圧による損傷を与え、人々に危害を及ぼす可能性があります。放出された化学物質が有毒ガスまたは蒸気が有毒な液体である場合、有毒ガス雲が発生し、その大きさと大気の状態によりすぐに危険濃度閾値以下に希釈されない場合は、放出源の近くまたは遠隔地で人々に危害を加えたり、死亡させたりする可能性があります。火災、爆発、有毒雲は、プロセス安全性が懸念される主な種類の事故です。[10]
沖合の石油・ガス採掘、生産、海底パイプラインの分野では、プロセス安全の分野は、危険物質の処理、貯蔵、輸送に直接関連しない重大事故にまで及ぶと理解されることがあります。この文脈では、船舶の石油プラットフォームへの衝突、FPSO船体安定性の喪失、乗組員輸送事故（ヘリコプターやボートによる事故など）などの事故の可能性は、プロセス安全の典型的なツールで分析され、管理されます。[11]
プロセス安全性は、通常、固定式の陸上プロセスおよび貯蔵施設、および固定式および浮体式の海洋生産および/または貯蔵設備に関連付けられます。ただし、プロセス安全性ツールは、程度の差はありますが、道路タンカー、鉄道タンク車、海上タンカー、陸上および海洋パイプラインなどによる危険物質のバルク輸送の分析と管理に使用できます。化学プロセス産業と類似点があり、プロセス安全性の概念がよく適用される産業分野には、原子力、化石燃料発電、鉱業、製鉄、鋳造所などがあります。これらの産業の一部、特に原子力は、プロセス安全性と非常によく似たアプローチを採用しており、これは通常システム安全性と呼ばれます。
歴史
初期の化学産業では、プロセスは比較的単純で、安全性に関する社会的期待は今日の基準からすると低かった。化学技術が進化して複雑性が増し、同時に産業活動における安全性に対する社会的期待が高まるにつれて、化学産業の安全性と損失防止に関する専門知識と知識がますます専門化される必要があることが明らかになった。 [12]プロセス産業の組織は当初、レビュー担当者の経験と専門知識に依存するプロセスの安全性レビューを行っていた。20世紀半ばには、より正式なレビュー手法が登場し始めた。これには、1960年代にICIによって開発された危険性と操作性（HAZOP）レビュー、故障モード影響解析（FMEA）、チェックリスト、およびwhat-ifレビューなどが含まれる。これらは主に、プロセスの危険性を特定するための定性的な手法であった。[13]
1970年代、1980年代、1990年代には、原子力産業で使用されていたフォルトツリー解析（FTA ）、定量リスク評価（QRA、定量リスク分析とも呼ばれる）、防護層分析（LOPA）などの定量分析技術もプロセス産業で使用され始めました。流出や放出、爆発、有毒物質への曝露の結果を分析するためのモデリング技術が開発されました。[13]
「プロセス安全」という表現は、この工学研究分野を定義するためにますます使われるようになりました。これは、HAZOP 技術に例示されるように、主に工業化学プロセスの理解に依存していたため、一般的に化学工学の一分野であると理解されていました。やがて、他の分野 (放出、火災、爆発の数学的モデリングのための化学と物理学、計装工学、資産管理、ヒューマンファクターと人間工学、信頼性工学など) からさまざまな要素を吸収し、その結果、比較的学際的な工学領域になりましたが、その中核は工業プロセス化学技術の理解と強く結びついています。「プロセス安全」は徐々に他の用語に取って代わられました。たとえば、フランク P. リースは、記念碑的な著書「プロセス産業における損失防止」[14]で、タイトルの表現または「安全と損失防止」のいずれかを使用しました。また、この分野の発展の中心人物であるトレバー クレッツ[15]も同様でした。この用語を現在の意味で使用した最初の出版物の一つは、ダウ・ケミカル社の「プロセス安全ガイド」である。[16]
1970年代半ばから後半にかけて、プロセス安全は技術的な専門分野として認められました。アメリカ化学技術者協会（AIChE）は1979年に安全衛生部門を設立しました。 [13] 1985年にAIChEは、前年に発生したボパールの悲劇への対応の一環として、化学プロセス安全センター（CCPS）を設立しました。 [17]
過去の事故から学んだ教訓は、プロセス安全の進歩を決定する上で重要な役割を果たしてきました。プロセス安全を工学分野として形作った主な事故のいくつかは次のとおりです。[10]
- フリックスボロー災害（1974年）
- セベソ有毒ガス雲（1976年）
- ボパールの有毒ガス雲（1984年）は、死者数で史上最悪の産業事故であった。
- パイパーアルファ石油プラットフォーム災害（1988年）
- テキサスシティ製油所爆発（2005年）
- バンスフィールドタンクファーム火災（2005年）
- ディープウォーター・ホライズンの 爆発と原油流出（2010年）。
プロセス安全に関するトピック
以下はプロセス安全性で扱われるトピックのリストです。[10]プロセス安全性の焦点は常に、産業規模での危険物質の取り扱いにおける制御の喪失に置かれますが、他の分野、特に労働安全衛生（OSH）の同等の領域と重複する部分もあります。
- 過去数十年にわたりいくつかの国で制定されてきたプロセス安全規制。
- 過去のプロセス安全イベントの傾向と統計をまとめます。
- 過去のプロセス事故履歴事例の調査。
- プロセス事故調査。
- 本質的に安全な設計。
- プロセス安全文化。
- プロセス安全管理(PSM)。PSM は、プロセス事故の防止、管理、または軽減に重要であることが知られているビジネスおよび運用管理の側面をカバーします。これには、標準の遵守、オペレーターの能力、従業員の関与、運用手順と安全な作業慣行、資産の完全性の管理(プラントの安全性にとって重要なシステムのパフォーマンスを確保するため)、請負業者管理、変更管理、運用準備、プロセス安全指標の選択と維持、安全監査などが含まれますが、これらに限定されません。
- 監査、チェックリスト、 MSDSのレビュー、履歴分析、危険特定 (HAZID) レビュー、構造化 What-If 手法(SWIFT)、危険性と操作性(HAZOP) 調査、故障モード影響解析(FMEA)などの方法を使用した危険特定。
- ヒューマンファクターと人間工学の側面、特にバルブの重要性と操作性、アラーム管理、制御室オペレータのエラーの防止と軽減などに関するもの。
- ナテック（技術的事故を引き起こす自然災害）、すなわち地震や異常気象などの外部環境要因の回避と緩和。プロセス施設が影響を受けると、重大なプロセス事故に発展する可能性があります。ナテック事象の一例として、 2017年にテキサス州クロスビーで発生したアルケマ爆発が挙げられます。これはハリケーン・ハービーによって引き起こされました。[18]
- 以下の物理化学的研究およびモデリング:
- 火災（熱放射、煙の吸入）、爆発（爆風過圧、ミサイルなど）、有毒ガスの吸入の影響に対する人々の脆弱性を理解し、モデル化します。この領域には、人体生理学、毒物学、統計学の要素が組み込まれています。
- 火災や爆発が構造物やプロセス機器に与える影響をモデル化し、事故が拡大して危険物質の在庫が増えたり、緊急管理に不可欠な施設（減圧・フレアシステム、消火施設、避難所、制御室、海上施設の救命ボートなど）が損傷したりする可能性を評価します。
- プロセスリスク評価は、特定された危険シナリオの偶発的な結果の評価、人々や重要な資産への影響、およびwhat-ifの確率や偶発的なシナリオの発生が予想される頻度を組み合わせたものです。リスク評価手法には、ハザードインデックス、予備的ハザード分析（PreHA、通常はリスクマトリックスを使用して実施）、フォールトツリー分析（FTA）、イベントツリー分析（ETA）、保護層分析（LOPA、安全計装機能の安全度水準（SIL）を決定するためによく使用される）、定量化リスク評価（QRA）、動的リスク評価などがあります。
- リスクに基づく意思決定のサポート。リスクは排除できないと一般に考えられており、危険なプロセスの社会的、経済的、またはその他の利点が望ましい場合は、ある程度の残留リスクが受け入れられます。意思決定ツールの例としては、土地利用計画基準やALARP原則 (人命の価値に関する議論の余地のある仮定を伴う費用便益分析が必要になる場合があります) などがあります。
- プロセス事故に対するオンサイトおよびオフサイトの緊急管理。
プロセス安全性と厳密に関連しているものの、歴史的な理由から通常はその領域に属するとは見なされていないのが、以下のシステムの設計です (ただし、これらのシステムの選択は多くの場合、専門のプロセス安全性エンジニアの責任であることに注意してください)。
- プロセス機器および配管の機械的および熱的仕様の定義 (プロセスおよび機械エンジニアによる)。
- 破裂ディスクや安全弁などの圧力安全装置の設計（機械エンジニアが担当し、プロセスエンジニアがサポート）。
- 減圧およびフレアシステムの設計（プロセスエンジニアによる）。
- 緊急排水設備の設計（プロセスエンジニアによる）。
- 圧力容器の不活性化（通常はプロセス工学の領域）、火炎防止装置（機械工学）、爆発性雰囲気で使用する機器（主に電気技術者が担当）などの点火防止システムの設計。
- 受動的な防火設備と能動的な消火設備（消火水ポンプ、配水など）の設計は、通常、防火専門家の管轄下にあります。
管理
危険物質の抽出、処理、保管、輸送に大きく依存する事業を展開する企業では、通常、プロセス安全管理（PSM）の要素を自社の健康および安全管理システムに組み込んでいます。PSMは、1992年に米国のOSHAによって規制されました。 [19] PSMのOSHAモデルは、米国だけでなく国際的にも現在でも広く使用されています。それ以来、EPA 、 [ 20]化学プロセス安全センター（CCPS）、[21]英国エネルギー研究所などによって、同等のモデルや規制が利用可能になりました。[22]
PSMスキームは「要素」で構成されています。異なるスキームは異なる要素リストに基づいています。これはリスクベースのプロセス安全のためのCCPSスキームであり、他のほとんどの確立されたPSMスキームと調和することができます。[21]
- プロセスの安全性への取り組み
- 危険とリスクを理解する
- プロセス知識と文書管理
- 危険の特定とリスク分析
- リスク管理
- 経験から学ぶ
PSM の要素は、もともとプラントの運用段階向けに設計されましたが、該当する場合はプロジェクトのライフサイクル全体を通じて実装できますし、実装する必要があります。これには、設計(フロントエンドのロードから詳細設計まで)、機器の調達、試運転、運用、材料および組織の変更、廃止が含まれます。
プロセス安全の達成に関連する、様々に異なっていながらも相互に関連したシステムを表現および説明するためによく使用されるモデルは、 James T. Reasonのスイスチーズモデルによって説明されています。[8] [23]このモデルでは、重大事故を防止、検出、制御、緩和する障壁がスライスとして表され、それぞれに多数の穴があります。穴は障壁の不完全性を表し、特定のパフォーマンス基準として定義できます。障壁がより適切に管理されるほど、これらの穴は小さくなります。重大事故が発生する場合、これは常に障壁の不完全性 (穴) がすべて一列に並んだためです。保護を提供するのは障壁の多重性です。
参照
参考文献
- ^ CCPS. 「プロセス安全性に関するFAQ」。AIChE 。2023年6月20日閲覧。
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズのプロセス安全に関連するメディア