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對HAZOP風險評價方法的改進與常見誤解總結

類別:文章分享 發布時間:2018-01-02 瀏覽人次:

摘要:HAZOP方法是一種使用簡單卻高度專業化、系統化,能夠覆蓋過程工業安全評價各個環節的危險辨識與評估方法。但是,HAZOP方法作為一種定性風險分析方法,僅僅是從定性方面分析裝置中是否存在的潛在風險,對于存在的潛在風險,不能量化其嚴重度和可能性,HAZOP定量/半定量化分析成為本研究領域的發展趨勢。本文從三個方面提出了改進HAZOP分析方法。首先,由于工藝參數和引導詞構成偏差,根據工藝參數的分類,將偏差劃分為數值型和邏輯型,進行了一步半定量化;其次,引入了毒性參數,對后果嚴重等級重新劃分為五級;最后根據風險矩陣理論,運用風險矩陣C=X+Y規則,計算出風險矩陣,按照風險評價的需要并且根據生產的實際安全管理狀況,劃分風險等級為四級,得到了新的風險矩陣,從而把HAZOP分析法從一種定性的方法改進為一種半定量的方法。


1、概述


1974年由ICI英國帝國化學工業公司提出HAZOP(hazardandoperabilitystudy)———危險與可操作性研究方法,目前,經過一系列改進后的HAZOP方法廣泛應用于全球,HAZOP分析的目的是對工藝過程進行全面系統的審查,通過這種審查找出裝置本身或裝置操作方面存在的安全隱患,提出針對性的改進建議,以消除隱患,提高裝置的安全可靠性。

對HAZOP風險評價方法的改進與常見誤解總結


HAZOP分析既適用于工程設計階段,又適用于現有的生產裝置。在工程設計階段通過HAZOP分析,能夠識別工程設計中存在的問題,盡可能消除項目中可能存在的隱患,進一步完善設計方案,提高建設項目的本質安全水平。在對現有的生產裝置分析時,如能吸收有操作經驗和管理經驗的人員共同參加,會達到更好的效果。但是HAZOP分析只是一種定性分析方法,世界上銷量第一的PHA-Pro7軟件也只是定性判識過程風險的大小和等級。HAZOP分析的定量化或半定量化就成了方法改進的趨勢。


2、HAZOP風險評價


2.1HAZOP評價


對于連續的工藝操作過程,HAZOP分析的節點為工藝單元;而對于間歇操作程,HAZOP分析的節點則為順序不同的關鍵操作步驟。HAZOP的分析流程如圖1所示。

圖1HAZOP分析流程圖

圖1HAZOP分析流程圖




2.1.1劃分節點


節點是工藝或操作中的特殊點。為了邏輯、有效地進行風險分析,要按照連續生產過程的工藝流程圖或間歇過程的操作步驟將工藝劃分為分析節點或操作步驟。對于連續的生產工藝操作過程,HAZOP分析的節點為按照生產過程劃分的工藝單元;而對于間歇操作過程來說,分析的節點為不同時間順序的關鍵操作步驟。一般按照工藝流程序貫進行,從進入的生產系統的物料管線開始,按照時間延伸次序縱向分析,直至設計意圖的改變,或工藝條件的改變,或直至下一個設備。


2.1.2確定偏差


對于每一個劃分的節點,HAZOP分析組以正常操作運行的工藝參數為參考值,分析運行過程中工藝參數的變動,從而產生工藝參數的偏差,這些偏差通過引導詞和工藝參數引出。確定偏差最常用的方法是引導詞法,即:偏差=引導詞+工藝參數。


在化工生產過程中常見的工藝參數如表1所示,根據工藝參數控制的標準及其本身的特性,把工藝參數分為二類:數值型和邏輯型。數值型的工藝參數有:流量、溫度、壓力、液位等;邏輯型的工藝參數有:密封、反應、混合等。數值型的工藝參數和引導詞就組成了數值型的偏差,邏輯型的工藝參數和引導詞就組成了邏輯型的偏差。見表1。

表 1 常見工藝參數

流量時間頻率混合
壓力成分濃度密封
溫度PH值電壓分離
液位速度黏度反應


對于邏輯型偏差,我們很容易從實際生產中判斷工藝的工藝參數是否發生,是否產生邏輯型偏差。對于數值型偏差,針對具體的分析節點,可以設定一個參考值。以分析節點儲罐為例,對于偏差“溫度高”,在實際生產過程中,溫度高多少稱得上構成“溫度高”呢?假設儲罐的控制溫度是27℃,但是27±3℃都屬于正常可控制范圍,當指示器溫度顯示29℃時是否構成偏差“溫度高”呢?顯然是否定的。對于數值型工藝參數的控制范圍具體設定多少,根據具體的工藝,由工藝設計、控制人員及安全檢查員共同設定。這樣設定了標準,我們就能按照量化指標確定偏差的構成,然后分析小組按確定的程序對每個節點的偏差進行分析,得到一系列偏差的原因、后果、保護裝置、建議措施等,分析結果更為科學、準確。


2.2風險等級確定


2.2.1事故后果等級


關于事故后果嚴重程度等級的劃分,不同的行業根據各自的工作性質有著各自不同的劃分標準。下面四種后果嚴重程度等級劃分是我國有關部門頒布實施的。


(1)中國國家質量技術監督檢驗檢疫總局,將失效后果嚴重度劃分為5個等級:特別重大事故、特大事故、重大事故、嚴重事故和一般事故。見表2。



表2中國國家質量技術監督檢驗檢疫總局后果等級分類表

后果等級說明
一般事故

無人員傷亡,設備損壞不能正常運行直接經濟損失 50

萬元以下的設備事故

嚴重事故

死亡 1 - 2 人以不上或者受傷 19 人以下直接經濟損失

50 萬元( 含 50 萬元) 以上 100 萬元以下的設備事故

重大事故

死亡 3 - 9 人以上或者受傷 20 - 49 人以上; 直接經濟損

失 100 萬元( 含 100 萬元) 以上 500 萬元以下的設備事故

特大事故

死亡 10 - 29 人以上或者受傷 50 - 99 人以上; 直接經濟

損失 500 萬元( 含 500 萬元) 以上 1000 萬元以下的設備事故

特別重大

死亡 30 人( 含 30 人) 以上或者受傷 100 人( 含 100) 以

上; 直接經濟損失 1000 萬元( 含 1000 萬元) 以上的設

備事故


(2)中國石油化工集團公司將事故后果嚴重度劃分為3個等級:特大事故、重大事故、一般事故。見表3。


表3中國石油化工集團公司后果等級分類表

后果等級說明
一般事故

造成 1 - 2 人死亡,或者 1 - 9 人重傷直接經濟損失在

10 萬元以上 - 100 萬元以下的事故

重大事故

造成 3 - 9 人死亡,或者 10 人以上重傷直接經濟損失

在 100 萬元以上 500 萬元以下的事故

特大事故造成10 人以上死亡直接經濟損失在500 萬元以上的事故


(3)按照國家標準,企業職工傷亡事故分類:輕傷事故、重傷事故、死亡事故。見表4。

表4后果等級分類表—國家標準

后果等級說明
輕傷事故只有輕傷的事故,損失工作日 1 - 105 日
重傷事故有重傷無死亡的事故,損失工作日 105 - 6000 日
死亡事故

每一個死亡人按照損失 6000 工作日計算, 其中一次

死亡 1 - 2 人的事故為重點死亡事故, 一次 3 人以上

的事故為特大死亡事故


(4)按照國家標準職業性接觸毒物危害程度分級。以動物實驗中呼吸道吸入后半數致死的濃度(LC50)和經皮膚或經口半數致死量(LD50)作為毒性等級劃分的基準。見表5。


由表5信息可知,事故后果的嚴重性,除了按照人員傷亡、財產損失等指標進行評價外,還必須考慮多方面因素的影響,如毒物對人肌體潛在的傷害,生產停頓損失,設備損壞可修復性,建筑物破壞程度的估計,產品市場銷售和企業聲譽損失以及環境污染等。


表5職業性接觸毒物危害程度等級劃分


在HAZOP分析中,我們從人員(職工、公眾)傷害、環境破壞、財產損失(設備,財產)、介質毒性危害(介質濃度單位mg/m3)四個方面進行分析,把后果等級劃分為五級:微后果(Negligible)、低后果(Minor)、中后果(Moderate)、高后果(Serious)、很高后果(Critical)。能產生下列后果的事故后果等級分類見表6。

表 6 后果等級分類表

 等級

( S)

嚴重程度說明
1

微后果

Negligible

人員———對人無傷害; 對公眾無任何影響

環境———事件影響未超過界區

設備產 品———最 小 的 設 備 損 害, 估 計 損 失 低 于

10000 元,沒有產品損失

毒性危害———不含毒性介質

2

低后果

Minor

人員———對人很小傷害或無傷害, 無時間損失; 對

公眾無傷害,危險

環境———事件不會受到管理部門的通告或違反允

許條件

設備產 品———最 小 的 設 備 損 害, 估 計 損 失 大 于

10000 元,沒有產品損失

毒性危害———含有毒性介質,但符合最高容許濃度

3

中后果

Moderate

人員———人受到傷害, 不是特別嚴重, 可能會損失

時間; 因氣味或噪聲等引起公眾的抱怨

環境———釋放事件受到管理部門的通告或違反允

許條件

設備產品———有些設備受到損害, 估計損失大于

100000 元或有小量的產品損失

毒性危害———高度危害物質,濃度 0. 1 - 1. 0; 中度危

害物質,濃度 1. 0 -10; 輕度危害物質,濃度大于 10

4

高后果

Serious

人員———一人或多人嚴重受傷; 公 眾 一 人 或 多 人

受傷

環境———重大泄漏,給工作場所外帶來嚴重影響

設備產品———生產過程設備受到損害, 估計損失大

于 1000000 元或損失部分產品

毒性危害———極度危害物質,濃度 0. 1 - 1. 0; 高度危

害物質,濃度 1. 0 -10; 中度危害物質,濃度大于 10

5

很高后果

Critical

人員———人員死亡或永久性失去勞動能力的傷害;

公眾一人或多人嚴重受傷

環境———重大泄漏,給工作場所外帶來嚴重的環境

影響,且會導致直接或潛在的健康危害

設備產品———生產設備嚴重或全部損害, 估計損失

大于 10000000 元或產品嚴重損失

毒性危害———含有極度危害物質, 濃度大于 1. 0; 高度危害物質,濃度大于 10


2.2.2事故頻率等級


事故頻率主要依據事件樹原理來計算的。事故的頻率分為兩種,一種是不考慮保護措施的事故頻率(Fu);另一種是計及保護措施后的事故頻率(Fm),這里把事故頻率等級分為7級,參照表7。

表 7 事故頻率等級( L) 分類表
頻率等級( L)頻率說明( F)
1事故頻率 = 10-6- 10-7
2事故頻率 = 10-5-10-6
3
事故頻率 = 10-4-10-5
4事故頻率 = 10-3-10-4
5事故頻率 = 10-2-10-3
6事故頻率 = 10-1-10-2
7事故頻率 = 1 - 10-1


2.2.3事故風險等級


隨著風險評價技術的發展,將風險矩陣應用到HAZOP分析中。對任一節點的任一偏差,分別確定事故的后果等級和事故原因的頻率等級,然后通過風險矩陣圖就能確定該事故的風險等級。


通常來說風險是事故后果嚴重程度與事故發生頻率共同決定的。這里我們定義的潛在事故風險等級由事故后果等級S和不考慮安全保護措施的事故頻率等級Lu決定。剩余事故風險等級由事故后果等級S和考慮安全保護措施后的事故頻率等級Lm決定。


如果事故后果等級較高,但發生事故的頻率較低,風險等級相對來說不會很高;如果事故后果等級較低,但是發生事故的頻率較高,風險等級可能也不會很低。對這二個變量決定的風險等級,這里我們采用風險矩陣的加法規則:F(X,Y)=X+Y其中:X變量代表事故原因頻率等級,Y變量代表事故后果等級。這里定義C=F(X,Y),即C=X+Y,C代表事故風險等級。


考慮風險矩陣的加法法則的實際意義,事故所造成的損失一部分由事故的嚴重程度決定,事故比較嚴重,造成的損失就比較大,事故不嚴重,造成的損失就相對較小;一部分是由事故出現的頻率造成的,事故發生頻率較高,造成的損失可能累計較大,事故發生頻率較小,事故幾乎不發生,造成的損失累計也相對較小。見表8。

8 風險矩陣
5
6789101112
45
67891011
345
678910
2345
6789
12345
678
S12345
67



L




風險矩陣橫軸為事故頻率等級L,分為7個等級。縱軸為后果等級S,分為五個等級。根據變量C的值域范圍是[1,12],按照風險評價的需要并且根據生產的實際安全管理情況,把風險等級劃分為四個等級[13]。這里我們確定值域范圍[1,5]為風險等級一級None,值域范圍[6,7]為風險等級二級Opt,值域范圍[8,9]為風險等級三級Next,值域范圍[10,12]為風險等級四級Immed。因此得到風險矩陣圖,見圖2。


在工程設計階段,當風險等級為一級None時,不需要修改設計;當風險等級為二級Opt時,需要評估可選擇的方案,并據此對設計方案進行局部修改;當風險等級為三級Next時,結合設計專家、企業管理部門綜合意見修改現行設計方案;當風險等級為四級Immed時,應當撤銷原設計方案,提出新的設計方案。針對現役的生產裝置,當風險等級為一級None時,不需要采取行動;當風險等級為二級Opt時,評估可選擇的方案,據此有選擇地采取行動;當風險等級為三級Next時,通知企業管理部門,選擇合適的時間采取行動;當風險等級為四級Immed時,通知企業管理部門,必須立即采取行動。


如果風險等級為Next和Immed,則通知企業管理部門按照建議措施進行整改,最終達到在安全措施保護下把風險降至可以接受的水平。


總的來說,采用HAZOP風險評價方法,能有效排除工藝裝置在設計和實際生產過程中可能存在的重大隱患,從而提高裝置運行的本質安全性,同時可持續提升企業的生產效率和經濟效益。


對hazop分析工作的一些常見誤解總結


誤解1:【開展HAZOP分析的動因不完全正確】誤認為開展HAZOP分析僅僅是為了滿足國家相關政策的要求。沒有真正理解這項工作的基本出發點是識別危害以防止事故。


有些企業之所以開展HAZOP分析工作,純粹是因為國家有要求(如76號令的要求)。因此,在開展分析過程中就以“通過評審”為唯一的目標。選擇咨詢單位也以“價格最低”為標準,完全不考慮分析工作的質量。


滿足法規的要求當然是應該的,但是,法規提出這項要求的基本出發點是希望企業應用好HAZOP分析的工具,系統地識別工藝過程中的危害并及時采取措施,從工程和管理上消除或控制事故的源頭(即危害)。


如果唯“通過評審”為目的,企業就會失去事前消除隱患、避免事故的良機。一些開展HAZOP分析很多年的公司,已經體會到這個工具的價值,即使不是法規要求的工藝裝置,他們也會根據裝置的危險程度,自發開展HAZOP分析工作,他們的根本出發點是事故預防,而非簡單地滿足法規要求。


誤解2:【責任主體不明確】誤認為開展HAZOP分析是企業安全管理部門的職責。


很多企業誤以為開展HAZOP分析是安全管理部門的責任,與其它部門(如工程、生產、維護維修等部門)關系不大。


開展HAZOP分析是為了更好地應用工程手段和管理手段、系統地消除或控制工藝過程中的危害,以消除事故。因此,工程部門和生產部門才是開展HAZOP分析工作的主體。在HAZOP分析工程中,分析小組中必須有懂工藝生產的人,必須有維護維修的代表,而安全工程師和自控工程師等是以普通專業人員的身份參與HAZOP分析工作。


對于新建項目,項目經理需要負責安排資源(含人力資源)和預算來完成HAZOP分析工作。對于在役的工廠,工廠廠長應確保定期對工藝危害分析工作進行復審(Revalidation),復審中最主要的工作任務是對此前完成的HAZOP分析進行復審。


誤解3:【沒有業主參與的HAZOP分析】誤認為在HAZOP分析過程中,業主的代表可以不參與,完全由咨詢機構、設計單位、評價機構或大專院校的人員包攬。


某些項目的HAZOP分析純粹是由第三方機構完成的。第三方機構從業主處獲得圖紙,然后在自己的辦公地點完成分析,并提交分析報告。這是非常錯誤的做法!另一種現象是完全由設計人員去完成HAZOP分析工作,這種自己設計自己評審(既是運動員又是裁判員)的做法顯然是不當的!


HAZOP分析是團隊的工作,分析團隊中大部分的成員都應該是業主的人員,包括懂工藝、懂生產、懂維修、懂自控、懂設備等方面的專業工程師。對于新建項目,通常需要邀請設計單位的代表、關聯工廠的專業人員或咨詢機構的人員參加。設計單位代表的主要任務是回答分析小組提出的問題、一起探討如何改進設計、并理解所提出的建議項以便后續改進設計。業主人員在參與HAZOP分析工程中,可以充分貢獻自己的專業意見(包括對設計的一些特殊要求)、加深對工藝系統的理解、并及時參與設計修訂的決策;對于后續HAZOP建議項的落實也非常有幫助。


誤解4:【誰可以擔任HAZOP分析小組組長的疑問】有一種廣泛的誤解,認為HAZOP分析組長必須是持證上崗;另一個極端的認知是,認為參加過HAZOP分析培訓后就可以擔任分析小組的組長。


HAZOP分析一種技術工具。應用HAZOP分析工具對工藝過程進行分析,與我們通過工藝計算來確保一臺泵正常運轉的工作在本質上并沒有差異。因此,雖然HAZOP分析方法在歐美等地應用了將近50年,但從來沒有正式的法規要求必須持證上崗。很多公司都是自己根據項目或裝置的情況臨時組建HAZOP分析小組,指派或外聘有經驗的專家擔任分析小組的組長。擔任HAZOP分析小組組長的人,需要經過系統的培訓并有足夠的參與HAZOP分析的經驗,對危害和風險及其控制應該有明晰的概念和較多的經驗,清楚理解了公司的風險標準及相關的技術標準。


目前,國家開始大力推廣HAZOP的應用,各種培訓班遍地開花,容易造成“經過培訓取得證書就可以擔任HAZOP分析組長”的誤解。雖然對HAZOP組長沒有取證的要求,但是工作本身對他(她)提出了極高的要求,例如必須有足夠的工程經驗和知識、對風險及其控制有深刻的理解、對本公司的風險控制策略及要求非常清楚、不但接受過系統的HAZOP培訓而且應該有大量的參與過HAZOP分析的經驗等等。


國內目前呈現出了一種較混亂狀態,一些人可能只是從書本上了解到HAZOP分析的一些基礎知識就承擔起分析組長的職責,對于企業和本人,這都是非常有害的事情。


誤解5:【使用文件圖紙的疑問】在開展HAZOP分析時,沒有適當的文件圖紙,誤以為采用DCS或PLC的屏幕流程圖就可以開展HAZOP分析工作。


開展HAZOP分析的前提條件是有足夠的工藝安全信息資料。對于在役的裝置,應該采用反映現場實際安裝狀況的帶控制點的管道儀表流程圖(即P&ID圖紙)。因為現場多或少了一個閥門,有時也可能導致災難性的事故和后果。除了P&ID圖紙,HAZOP分析還需要更多其它的文件資料,例如安全技術說明書(MSDS)、工廠平面布置圖、設備規格文件、控制聯鎖的因果圖、粉塵物料的關鍵參數(如最小點火能MIE)、安全閥計算書等等。


一些多年前建造的工廠,因為歷史的原因,缺乏足夠的、準確的P&ID圖紙(甚至沒有這些圖紙)。在開展HAZOP分析時,是否可以采用DCS或PLC的平面畫面來開展分析工作呢?顯然是不可以的!這些畫面或許可以作為主要危害識別的參考資料(例如開展HAZID分析),它們不具備開展HAZOP分析的條件。在開展HAZOP分析之前,還是需要花時間把P&ID等文件圖紙準備好,磨刀不誤砍柴工!


備注:HAZID是主要危害識別的分析方法。目的是識別工藝裝置中一些顯而易見的大的危害,并提出危害消除或控制措施。


誤解6:【劃分節點的疑問】有人認為HAZOP分析時,劃分節點是工作的核心,因此花費大量精力糾結在如何劃分節點上。


開展HAZOP分析時,通常會劃分節點,把工藝系統劃分成若干個節點,然后逐個節點開展分析工作。有人誤以為劃分節點是HAZOP分析工作最核心、最重要的內容,在劃分節點時花費很多精力和時間。


實際上,開展HAZOP分析的核心是識別工藝系統中可能存在的危害(廣義上講是工藝系統中值得關注的可信的事故情形),并及時采取預防和/或控制措施。劃分節點的目的主要是便于分析小組集中精力分析和討論。在HAZOP方法發明之初,開展分析工作時并不劃分節點,劃分節點是后續進化出來的。


對于同一工藝系統,不同的分析小組劃分節點的方式很可能是不同的,但是,如果都識別了可信的事故情形,其結果都是可以接受的,只是報告的形式不同而已。還有些其它的誤解,例如,節點必須在同一張P&ID圖上,這也是不正確的想法,例如,有一串換熱器,被加熱的介質穿過這一系列的換熱器并分布在多張P&ID圖紙上,劃分節點時,被加熱介質所在的節點的設備就會分布多張P&ID圖紙上。


誤解7:【HAZOP分析與工藝危害分析關系】有些誤解,認為HAZOP分析和工藝危害分析是兩回事,或者HAZOP分析就是工藝危害分析的全部內容。


我們重視HAZOP分析,是因為它的用途廣、可以系統分析工藝過程中的問題。但HAZOP分析不是工藝危害分析的全部。


工藝危害分析是一項分析任務(如果放在整個過程安全管理體系中,工藝危害分析是一個管理要素),完成這項任務的方法很多,諸如檢查表法、What-if、保護層分析(LOPA)、故障樹分析(FTA)、后果分析等等,當然也包括HAZOP分析。HAZOP分析是完成工藝危害分析任務的主要方法之一。


一個完整的工藝危害分析可能同時采用多種分析方法,例如利用檢查表法開展設施布置分析,作為對HAZOP分析的有益補充。


誤解8:【對HAZOP分析的建議項的接納】有些誤解,認為HAZOP分析質量好不好,關鍵看有多少建議項被用戶(如工廠的生產團隊)采納,采納的比例(%)高,說明分析質量好,采納得少,說明分析質量差。


這是最有害的一種誤解之一!HAZOP分析的目的是識別危害并預防事故。提出多少建議項取決于兩個方面,一是當前設計或安裝的現狀,如果設計完善,需要的建議項就很少,反之,可能有很多甚至數百條改進設計的建議項;一是分析小組的能力,一個稱職的分析小組會根據風險控制的需要,提出適當的建議項。


如果負責落實建議項的部門自身安全意識不強,可以找出許多理由拒絕執行建議項(其后果可能是災難性的)。假如將建議項的接納率作為衡量HAZOP分析的工作質量,就會給分析小組帶來巨大的壓力,出現該提建議項不提,特別是會回避落實時需要較多努力和資源的建議項,因為它們很容易被“拒絕落實”,恰恰這些建議項對于某些災難性事故的預防是至關重要的。


3、結論


HAZOP是從定性的方面分析裝置存在的主要危險,沒有一個量化的指標。本文通過對偏差的定量化,后果嚴重程度等級的重新劃分,以及引用風險矩陣的思想,從定量方面對其進行進一步的風險評估,量化裝置中主要危險帶來的風險,使得HAZOP分析法從一種定性的方法改進為一種半定量的方法,大大提高風險辨識的可區分性和準確性。


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