プロセス安全
プロセスプラントにおける重大な危険物質事故の研究、予防、管理

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、プロセスプラントや危険物質を扱う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工学分野です。したがって、プロセス安全は一般的に、人（敷地内および敷地外）、プラント、および/ または環境に深刻な影響を与える可能性のある、意図しない危険物質の放出の予防、制御、緩和、および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・保守の実践を適用することにより、危険な運用システムおよびプロセスの完全性を管理するための規律ある枠組み。危険な物質またはエネルギーを放出する可能性のある事象の予防と制御を扱う。このような事象は毒性作用、火災、爆発を引き起こし、最終的には深刻な傷害、物的損害、生産損失、環境への影響につながる可能性がある。[4]

国際石油・ガス生産者協会（IOGP） も同様の定義を示しています。[2]アメリカ化学工学会（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]

プロセス安全の適用範囲は、通常、労働安全衛生（OSH）と対比されます。どちらの領域も、作業現場や職務遂行中に発生する危険な状況や危険な事象を扱っていますが、いくつかのレベルで異なります。プロセス安全は、主に危険物質を伴い、重大事故に発展する、または発展する可能性のある事象を対象としています。重大事故とは、通常、複数の死傷者、広範な環境への影響、および／または重大な経済的影響を引き起こす事象と定義されます。重大事故の影響は、通常は作業現場に限定されますが、プラントや施設の境界を越えて、敷地外にも重大な影響を及ぼ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（通常は1件あたり1～2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事象に焦点を当てています。[6]例えば、ガソリン貯蔵タンクの封じ込めが破られ火災が発生した場合はプロセス安全事象ですが、タンクの点検中に高所から転落した場合はOSH事象です。プロセス安全事故は、人、資産、環境に与える影響がはるかに大きいにもかかわらず、労働安全衛生事故よりも発生頻度ははるかに低く、後者は職場における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に及ぼす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、オーバーフロー、暴走または計画外の化学反応、欠陥のある装置、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。局所的な輻輳（放出が発生した場所や可燃性ガス雲が移動した場所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、その大きさと大気条件により直ちに危険濃度閾値以下に希釈されなければ、放出源の近くまたは遠隔地の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]

海洋石油・ガス採掘・生産、そして海底パイプラインの分野では、プロセス安全の専門分野は、危険物質の処理、貯蔵、輸送に直接関連しない重大事故にも及ぶと理解されることがあります。この文脈において、船舶と石油プラットフォームの衝突、FPSO船体安定性の喪失、乗組員輸送中の事故（ヘリコプターやボートによる事故など）といった事故の可能性は、プロセス安全の典型的なツールを用いて分析・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・貯蔵施設、および固定式および浮体式の海洋生産・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、程度の差はあれ、道路タンカー、鉄道タンク車、外航タンカー、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。プロセス安全性の概念がよく適用される化学プロセス産業と類似点を持つ産業分野には、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、通常システム安全性と呼ばれる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います。

歴史

初期の化学産業では、プロセスは比較的単純で、安全に関する社会の期待は今日の基準からすると低かった。化学技術が進化し複雑化するにつれ、同時に産業活動における安全に対する社会の期待も高まり、化学産業の安全と損失防止においてより専門的な専門知識と知識が必要となることが明らかになった。[12]プロセス産業の組織は当初、プロセスの安全性レビューを行っていたが、これはレビュー担当者の経験と専門知識に依存していた。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が開発した危険性と操作性（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、そして1990年代には、原子力産業で既に用いら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）、防護層解析（LOPA）といった定量分析技術がプロセス産業でも活用されるようになりました。流出や放出、爆発、そして毒性物質への曝露の影響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際にますます使われるようになりました。プロセス安全は、HAZOP手法に代表されるように、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と理解されていました。時が経つにつれ、プロセス安全は他の分野（例えば、放出、火災、爆発の数学的モデリングのための化学や物理学、計装工学、資産管理、ヒューマンファクターとエルゴノミクス、信頼性工学など）から様々な要素を吸収し、比較的学際的な工学領域となりましたが、その中核は依然として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。例えば、フランク・P・リースは、その記念碑的な著書『プロセス産業における損失防止』 [14]の中で、タイトルの「安全と損失防止」という表現を使用しました。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]も同様です。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。米国化学技術者協会（AIChE）は1979年に安全衛生部門を設立しました。[13] 1985年には、前年に発生したボパールの悲劇への対応もあって、AIChEは化学プロセス安全センター（CCPS）を設立しました。 [17]

過去の出来事から得られた教訓は、プロセス安全の進歩を決定づける鍵となってきました。プロセス安全を工学分野として確立させた主要な事故には、次のようなものがあります。[10]

プロセス安全に関するトピック

以下はプロセス安全で扱われるトピックのリストです。[10]プロセス安全の焦点は常に、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）の同等の領域と一部重複しています。

  • 過去数十年の間にいくつかの国で制定され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、プロセス事故の予防、管理、または軽減に不可欠であることが知られている事業管理および運用管理の側面を網羅しています。これには、規格の遵守、オペレータの能力、従業員の関与、運用手順および安全な作業慣行、資産の完全性管理（プラントの安全に不可欠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 技法(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軽減。これらは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る。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ハリケーン・ハービーによって引き起こされたアルケマ社の爆発事故が挙げられる。[18]
  • 以下の物理化学的研究およびモデリング:
    • 偶発的な封じ込め喪失により生じた液体の放出率。
    • 有毒ガスおよび可燃性ガスの濃度等高線の範囲を評価するためのガス拡散。
    • 発火源、広がり、放射パワー伝達、および煙の拡散の観点から見た火災（通常はプール火災、ジェット火災、閃光火災、または火の玉の形態）。
    • 暴走反応などによって引き起こされる爆発（蒸気雲爆発、BLEVE、粉塵爆発）および密閉容器の破裂。
  • 火災（熱放射、煙の吸入）、爆発（爆風による過圧、ミサイルなど）、および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、および統計学の要素が組み込まれています。
  • 建物やプロセス機器に対する火災や爆発の影響をモデル化し、事故が危険物質の追加在庫にまで拡大したり、緊急管理に不可欠な施設（減圧およびフレアシステム、消火施設、避難ビル、制御室、沖合施設の救命ボートなど）に損害を与える可能性を評価します。
  • プロセスリスク評価は、特定されたハザードシナリオの偶発的な結果、人や重要な資産への影響、そして想定される偶発的なシナリオの発生確率や頻度の評価を組み合わせたものです。リスク評価手法には、ハザード指標、予備的ハザード分析（PreHA、通常はリスクマトリックスを用いて実施）、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）を決定する際によく使用される）、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支援。リスクは排除できないことが一般的に認められており、危険なプロセスに伴う社会的、経済的、その他の利益が望ましいと判断される場合には、ある程度の残留リスクは許容される。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、時に議論の余地のある仮定を伴う費用便益分析が必要となる場合がある）などがあげられる。
  • 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考えられていないのが、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)。

管理

危険物質の抽出、処理、貯蔵、輸送に大きく依存する企業は、通常、プロセス安全管理（PSM）の要素を自社の健康・安全管理システムに統合しています。PSMは、1992年に米国の労働安全衛生局（ OSHA ）によって規制されました。 [19] OSHAのPSM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。その後、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[22]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。

PSMスキームは「要素」に基づいて構成されています。スキームごとに、異なる要素リストが採用されています。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、他のほとんどの既存のPSMスキームと整合しています。[21]

  • プロセス安全への取り組み
    • プロセス安全文化
    • 標準への準拠
    • プロセス安全能力
    • 労働力の関与
    • ステークホルダーへの働きかけ
  • 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、適用可能な範囲であれば、プロジェクトのライフサイクル全体を通してPSMの要素を導入することが可能であり、またそうあるべきです。これには、設計（初期設計から詳細設計まで）、機器調達、試運転、運用、材料および組織の変更、そして廃止措置が含まれます。

プロセス安全の達成に関連する、多種多様でありながら相互に関連したシステムを表現および説明するために用いられる一般的なモデルは、James T. Reasonのスイスチーズモデルによって説明されている。[8] [23]このモデルでは、重大事故を防止、検知、制御、緩和する障壁がスライスとして描かれ、各スライスには多数の穴がある。これらの穴は障壁の不完全性を表し、特定の性能基準として定義することができる。障壁の管理が適切であればあるほど、これらの穴は小さくなる。重大事故が発生するのは、必ずと言っていいほど、障壁の不完全性（穴）が一列に並んだためである。保護を提供するのは、障壁の多重性である。

参照

参考文献

  1. ^ CCPS. 「プロセス安全に関するFAQ」. AIChE . 2023年6月20日閲覧。
  2. ^ ab IOGP . 「プロセス安全性」. IOGP . 2023年6月20日閲覧。
  3. ^ Stand Together for Safety (2016). プロセス安全 - グッドプラクティスガイド(PDF) . Stand Together for Safety. p. 37.
  4. ^ API (2016). API推奨基準754 - 石油精製および石油化学産業におけるプロセス安全パフォーマンス指標（第2版）.アメリカ石油協会. p. 8.
  5. ^ CCPS (2012).プロセス安全のためのエンジニアリング設計ガイドライン（第2版）. ホーボーケン、ニュージャージー州: John Wiley & Sons . p. xxviii. ISBN 978-0-470-76772-6。
  6. ^ Hume, Alastair (2021年9月27日). 「プロセス安全の定義」. blog.safetysolutions.co.nz . 2023年6月20日閲覧。
  7. ^ ホプキンス、アンドリュー（2007年）「プロセス安全指標について考える」キャンベラ：オーストラリア国立大学、p.3。
  8. ^ CCPS; Energy Institute (2018).リスクマネジメントにおけるボウタイ：プロセス安全のためのコンセプトブック. ニューヨーク、ニューヨークおよびホーボーケン、ニュージャージー: AIChEおよびJohn Wiley & Sons . ISBN 9781119490395。
  9. ^ コリンズ、アリソン、キーリー、デボラ (2003). 格納容器喪失事故分析(PDF) . HSL/2003/07. シェフィールド:健康安全研究所.
  10. ^ abc マナン、サム(2012). Lees の「プロセス産業における損失防止」 (第 4 版)。オックスフォード:バターワース ハイネマン。ISBN 978-0-12-397189-0。
  11. ^ Khan, Faisal編 (2018).化学プロセス安全の方法. 第2巻 - オフショアプロセス安全. マサチューセッツ州ケンブリッジ:アカデミックプレス.
  12. ^ ヘンダーショット、デニス C. (2009). 「アメリカ化学技術者協会におけるプロセス安全と損失防止の歴史」 .プロセス安全進歩. 28 (2): 105– 113. doi :10.1002/prs.10318.
  13. ^ abc CCPS (2016).学部生とエンジニアのためのプロセス安全入門. ホーボーケン、ニュージャージー州: John Wiley & Sons . ISBN 978-1-118-94950-4。
  14. ^ Lees, Frank P. (1980). 『プロセス産業における損失防止』（第1版）Butterworth-Heinemann . ISBN 9780750615228。
  15. ^ Kletz, Trevor A. (1999). 「損失防止の起源と歴史」.プロセス安全と環境保護. 77 (3): 109– 116. doi : 10.1205/095758299529938 . ISSN  0957-5820.
  16. ^ ダウ・ケミカル・カンパニー(1964).ダウのプロセス安全ガイド（第1版）.
  17. ^ CCPS (2012年4月12日). 「歴史」. AIChE . 2023年6月21日閲覧。
  18. ^ OECD (2022). 自然災害が危険施設に与える影響(PDF) . パリ: OECD . 2023年6月26日閲覧。
  19. ^ 「連邦規則集、第29編、サブタイトルB、第17章、第1910部、サブパートH § 1910.119」。eCFR 。 2023年6月15日。 2023年6月20日閲覧。
  20. ^ EPA (2013年10月29日). 「リスク管理プログラム（RMP）規則の概要」. EPA. 2023年6月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。2023年6月22日閲覧。
  21. ^ ab CCPS (2007).リスクに基づくプロセス安全のためのガイドライン. ホーボーケン, ニュージャージー州: John Wiley & Sons . ISBN 978-0-470-16569-0。
  22. ^ エネルギー研究所(2010).プロセス安全管理のためのハイレベルフレームワーク（第1版）. ロンドン:エネルギー研究所. ISBN 978 0 85293 584 2。
  23. ^ リーズン、ジェームズ（1990年）『ヒューマンエラー』ケンブリッジ：ケンブリッジ大学出版局。
  • ウィキメディア・コモンズのプロセス安全関連メディア
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