起重運(yùn)輸機(jī)械種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，相關(guān)安全事故屢見不鮮。在其設(shè)計(jì)階段推行安全設(shè)計(jì)，可以大幅度消除設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)及拆除等各個(gè)階段的危害，避免或減少傷亡事故，保障人員的安全和健康。文中重點(diǎn)介紹了 HAZOP/CHAZOP分析、RAMBO設(shè)計(jì)審查、SIL評(píng)估等三種成熟有效的安全設(shè)計(jì)方法。

Abstract: Safety accidents are just too common in various complicated hoisting and conveying machinery. It is believed that, if safety is taken more seriously in design stage, it may significantly eliminate hazards in design, construction, commissioning, operation, maintenance and demolition, avoid or reduce casualties, and ensure safety and health of personnel. Thepapercentersonthreematureandeffectivesafetydesignmethods, i.e., HAZOP/CHAZOPanalysis,RAMBO design review and SIL evaluation.

關(guān)鍵詞：起重運(yùn)輸機(jī)械;安全設(shè)計(jì);HAZOP/CHAZOP 分析;RAMBO 設(shè)計(jì)審查;SIL 評(píng)估Keywords: hoisting and conveying machinery; safety design; HAZOP/CHAZOP analysis; RAMBO design review; SIL evaluation

我國(guó)起重運(yùn)輸機(jī)械行業(yè)從 20 世紀(jì)五、六十年代開始建立并逐步發(fā)展壯大，已形成各種門類的產(chǎn)品范圍和龐大的企業(yè)群體，服務(wù)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)，如冶金、煤炭、電力、建筑、采礦、化工、造船、港口、交通運(yùn)輸、裝備制造等。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，起重運(yùn)輸機(jī)械作為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程機(jī)械化、自動(dòng)化、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的特種設(shè)備的突出地位進(jìn)一步突顯。現(xiàn)代起重運(yùn)輸機(jī)械已經(jīng)向大型、精密、高效、多功能、宜人化的機(jī)電液氣一體化方向發(fā)展。多年來由于對(duì)起重運(yùn)輸機(jī)械的設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用維護(hù)等缺乏嚴(yán)格、科學(xué)化的系統(tǒng)安全管理，致使發(fā)生在起重運(yùn)輸機(jī)械中的傷亡事故突出。

1 典型事故和原因

由于起重運(yùn)輸機(jī)械種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加之我國(guó)近二十多年來起重運(yùn)輸機(jī)械發(fā)展速度較快，不僅在產(chǎn)品的品種規(guī)格、質(zhì)量穩(wěn)定性、生產(chǎn)效率、自動(dòng)化水平、安全裝置可靠度及生產(chǎn)管理水平等方面與世界發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有一定差距，而且還有諸多問題一時(shí)適應(yīng)不了起重運(yùn)輸機(jī)械發(fā)展的需要，因此發(fā)生在起重運(yùn)輸機(jī)械作業(yè)中的傷亡事故屢見不鮮。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)各地區(qū)、各行業(yè)發(fā)生在起重運(yùn)輸機(jī)械作業(yè)中的傷亡事故，約占全部傷亡事故的 1/5~1/3。傷亡事故在起重運(yùn)輸機(jī)械的安裝、使用和維護(hù)作業(yè)中皆有明顯表現(xiàn)，典型的傷亡事故有：高空墜落、吊具或貨物墜落、擠壓碰撞、卷入旋轉(zhuǎn)或輸送裝置中、設(shè)備傾翻等。導(dǎo)致起重運(yùn)輸機(jī)械傷亡事故的原因很多，除了操作安全管理規(guī)范和制度不健全不落實(shí)之外，設(shè)備及其零部件本身的可靠性、可接近性、可操作性以及可維護(hù)性等方面的缺陷和不足是造成很多傷亡事故的根源。

2 起重運(yùn)輸機(jī)械的安全設(shè)計(jì)

2.1 推行安全設(shè)計(jì)的意義

安全問題不僅局限在一個(gè)項(xiàng)目或設(shè)備的建設(shè)施工和運(yùn)行階段，而是發(fā)生在項(xiàng)目或設(shè)備的全壽命周期內(nèi)，包括設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試和拆除等各個(gè)階段。很多影響設(shè)備安全的可能因子 / 危險(xiǎn)源，早在啟動(dòng)概念設(shè)計(jì)時(shí)就開始侵入了。因此，一些發(fā)達(dá)國(guó)家，如澳大利亞國(guó)家職業(yè)安全衛(wèi)生委員會(huì) (NOHSC)把“在設(shè)計(jì)階段(安全設(shè)計(jì)) 消除危害作為 2002～2012年國(guó)家職業(yè)健康與安全戰(zhàn)略的五大優(yōu)先領(lǐng)域之一，并于 2005 年 1 月公布了“安全設(shè)計(jì)指南”草案。Szymberski R 在美國(guó) TAPPI 協(xié)會(huì)雜志發(fā)表的“Construction Project Safety Planning”一文也指出，在概念設(shè)計(jì)至詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，影響設(shè)備安全的可能因子是最高的，見圖 1。安全問題如果沒有被合理處置， 其結(jié)果是將增加項(xiàng)目或設(shè)備運(yùn)行的危險(xiǎn)水平。也就是說， 設(shè)計(jì)的好壞對(duì)項(xiàng)目或設(shè)備的生命周期和安全性起決定性作用。

圖 1 項(xiàng)目周期內(nèi)影響設(shè)備安全的可能因子

在設(shè)計(jì)階段推行安全設(shè)計(jì)，除了要提高設(shè)備內(nèi)在固有安全性，還要充分考慮設(shè)計(jì)對(duì)建造施工、運(yùn)行及維護(hù)等階段相關(guān)人員的安全和健康的影響，通過改進(jìn)設(shè)計(jì)、增加安全設(shè)計(jì)等方式預(yù)先消除或降低建造施工、運(yùn)行及維護(hù)等過程中可能出現(xiàn)的各種風(fēng)險(xiǎn)，為項(xiàng)目或設(shè)備的全壽命周期的安全管理奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.2 安全設(shè)計(jì)的方法

在設(shè)計(jì)前，有必要制定一份安全設(shè)計(jì)計(jì)劃，也稱之為設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)管理計(jì)劃。該計(jì)劃需考慮項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)和業(yè)主的需求，以及既往項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，提出杜絕和防范的方法。設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)的管理通常按控制效果層次高低來實(shí)施， 首選的控制方式是“消除”，隨后依次是“替代”、“隔離”、“重新設(shè)計(jì)”、 “管理控制”和“PPE防護(hù)”。設(shè)計(jì)者要始終把對(duì)危險(xiǎn)源的控制融入到設(shè)計(jì)要考慮的要素中去，并在各學(xué)科各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)以及設(shè)計(jì)評(píng)審中展開評(píng)估和分析。常用的成熟有效的評(píng)估分析方法有：

HAZOP/CHAZOP分析、RAMBO設(shè)計(jì)審查、SIL評(píng)估等。通過這些方法對(duì)設(shè)計(jì)中的危險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別進(jìn)而改進(jìn)設(shè)計(jì)。安全設(shè)計(jì)的流程和方法如圖 2。

圖 2 安全設(shè)計(jì)流程和方法

HAZOP 即危險(xiǎn)與可操作分析通常基于 PFD、PID 資料，從系統(tǒng)的角度出發(fā)對(duì)工程項(xiàng)目或生產(chǎn)裝置中潛在的危險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)先的識(shí)別、分析和評(píng)價(jià)，識(shí)別出工藝缺陷、工藝過程危險(xiǎn)及操作性問題，并提出改進(jìn)意見和建議， 以提供系統(tǒng)或裝置的安全性和可靠性，也為制定基本防災(zāi)措施和應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行決策提供依據(jù)。CHAZOP 分析法則側(cè)重于系統(tǒng)或設(shè)備的儀表元器件、控制系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)等方面的危險(xiǎn)和可操作分析。

RAMBO 設(shè)計(jì)審查關(guān)注的是系統(tǒng)或設(shè)備的可靠性、可接近性、可維護(hù)性性、可施工性以及可操作性。

RAMBO 設(shè)計(jì)審查從多個(gè)維度對(duì)包含機(jī)械、結(jié)構(gòu)、電氣和控制等各個(gè)專業(yè)信息的圖紙展開聯(lián)合審查，圍繞安全設(shè)計(jì)的目標(biāo)提出改進(jìn)設(shè)計(jì)的要求和措施。例如，起重運(yùn)輸機(jī)械通過 RAMBO 設(shè)計(jì)審查方式可以發(fā)現(xiàn)：有必要通過增加回轉(zhuǎn)緩沖止擋器提高回轉(zhuǎn)限位失效后的設(shè)備可靠性，有必要設(shè)計(jì)額外的平臺(tái)實(shí)現(xiàn)待檢構(gòu)件的可接近性， 有必要設(shè)計(jì)防墜支撐實(shí)現(xiàn)吊掛回程托輥從側(cè)面抽取或滑入，有必要在限制空間設(shè)計(jì)吊耳提高其他構(gòu)件安裝或維護(hù)的便利性，有必要在驅(qū)動(dòng)控制箱周邊設(shè)計(jì)足夠大的平臺(tái)提高操作的便利性等。

SIL 評(píng)估意為安全完整性等級(jí)的評(píng)估。安全完整性是指在規(guī)定條件下、規(guī)定時(shí)間內(nèi)成功實(shí)現(xiàn)所要求的安全功能的平均概率，是對(duì)電氣 / 電子 / 可編程電子控制系統(tǒng)功能安全的一種評(píng)估(IEC62061)。SIL 共分 4 個(gè)等級(jí)，SIL4 為最高等級(jí)。很多大型起重運(yùn)輸機(jī)械是很復(fù)雜的機(jī)電液氣一體化設(shè)備，運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)多，檢測(cè)限位及控

制系統(tǒng)復(fù)雜。設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)設(shè)備中硬件的故障裕度差異展開 SIL 評(píng)估，提高安全性設(shè)計(jì)。比如用于輸送帶速度檢測(cè)和料斗堵料檢測(cè)的開關(guān)一般不會(huì)對(duì) SIL 等級(jí)提出要求，而諸如電氣設(shè)備的隔離開關(guān)、急停開關(guān)、設(shè)備防撞檢測(cè)的功能失效，極可能會(huì)造成重大危險(xiǎn)，因此往往需要提高其 SIL 等級(jí)。

3 結(jié)論

起重運(yùn)輸機(jī)械種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在其設(shè)計(jì)階段推行安全設(shè)計(jì)，可以大幅度降低設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)及拆除等各個(gè)階段的危險(xiǎn)，避免或減少傷亡事故，保障人員的安全和健康。HAZOP/CHAZOP 分析、RAMBO 設(shè)計(jì)審查、SIL 評(píng)估等是國(guó)外廣泛應(yīng)用的、成熟有效的安全設(shè)計(jì)方法，值得借鑒和應(yīng)用。