安全閥蒸汽測試系統危險源辨識及其應對方法研究

高 坤，翟啟超，廖作佳，薛 瑞

（1.中國航天科工集團第六研究院二一〇所，陜西 西安 710065；

2.西安交通大學 航天航空學院，機械結構強度與振動國家重點實驗室，陜西 西安 710049）

0 引言

安全閥作為一種超壓保護的特種設備，廣泛應用于石油、化工、電力、冶金等諸多行業。它是一種自動閥門，不借助任何外力而利用介質本身的力來排出一定質量的流體，以防止壓力超過額定的安全值[1]。當壓力恢復正常后，閥門再行關閉并阻止介質繼續流出。依照國家法規要求：“用于蒸汽的安全閥，其試驗應當使用蒸汽進行”，其蒸汽測試系統能夠滿足蒸汽安全閥壓力測試及性能測試[2]。測試系統由能源和介質系統、蒸汽制備系統以及蒸汽儲存與試驗系統三大部分組成。

安全閥蒸汽測試系統使用蒸汽介質進行測試，系統包含多類特種設備，系統運行過程中具有高溫高壓等特點，易造成工傷事故。為保證測試系統能夠安全可靠運行，避免生產事故，需要對系統安全控制體系進行系統梳理與研究，并采取相應的安全管理方法。

1 危險源梳理與識別

系統安全管理及應對方法需要先明確系統存在的危險源類別，因而需要對系統及其內部重要設備進行梳理甄別。安全閥蒸汽測試系統主要包含3個分系統。

（1）能源和介質系統：該系統主要指市政天然氣系統，為蒸汽發生器提供能源燃料。

（2）蒸汽制備系統：該系統主要指成套蒸汽發生器設備，該設備通過燃燒天然氣產生蒸汽介質，為試驗系統供應試驗介質。

（3）蒸汽儲存與試驗系統：該系統為實現試驗測試功能部分，主要包含蓄熱器、壓力容器、測控間、消音器及壓力管道及元件等重要設備。蒸汽通過各種容器和管路元件進行貯存調壓操作，達到對安全閥產品測試的目的。

基于以上測試系統工作原理及工藝過程，根據《生產過程危險和有害因素分析與代碼》（GB/T13861-2009）和《企業職工傷亡事故分類》（GB6441-1986）中危險因素的分類，對安全閥蒸汽測試系統中危險有害因素進行梳理辨識。根據《危險化學品重大危險源辨識》（GB18218-2009）所規定的要求，對系統中危險源進行辨識。

1.1 危險有害物質識別與分析

（1）天然氣。為安全閥蒸汽測試系統提供能源的介質為天然氣。天然氣由市政管網提供，存在火災爆炸和窒息的危險。

天然氣主要成分為甲烷，還有少量的乙烷、丁烷、氮氣和二氧化碳。無色無臭氣體；微溶于水，溶于醇、乙醚，熔點-182.5℃，沸點-161.5℃；易燃，與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇熱源和明火有燃燒爆炸的危險[3]。

天然氣對人體基本無毒，但濃度過高時，使空氣中氧含量明顯降低，使人窒息[4]。當空氣中天然氣濃度達到25%～30%時，可引起頭痛、頭暈、乏力、注意力不集中、呼吸和心跳加速、共濟失調。若不及時脫離，可窒息死亡。

（2）試驗介質。安全閥蒸汽測試系統的主要試驗介質為水、蒸汽及壓縮空氣，均屬于無毒性非易燃介質。根據《危險化學品重大危險源辨識》（GB18218-2009）的規定，經過辨識安全閥蒸汽測試系統不使用危險化學品，未構成重大危險源。

1.2 測試過程危險有害因素辨識與分析

系統在測試過程中，某些作業或操作可能會涉及一些危險有害因素。一旦發生設備故障、操作不當等情形容易誘發安全事故的發生。因此需要對系統內部各項危險有害因素逐一進行梳理識別，方能有的放矢采取相應安全控制措施加以管控。經過識別，測試系統內可能存在容器爆炸、火災爆炸、灼燙傷害、觸電、噪聲、高處墜落與起重傷害等7項危險有害因素。

（1）容器爆炸。安全閥蒸汽測試系統包含蒸汽蓄熱器和試驗容器兩個壓力容器，容器最高工作壓力可達到12 MPa。壓力容器作為特種設備存在爆炸的危險。

（2）火災爆炸。安全閥蒸汽測試系統采用蒸汽發生器生產試驗介質。蒸汽發生器使用天然氣作為燃料，若天然氣泄漏后遇明火存在燃燒爆炸的可能性。導致火災爆炸事故的主要原因為通風不良，造成有機氣體濃度達到爆炸極限和電火花、靜電火花、電氣設備過熱產生的點火源。

（3）灼燙傷害。灼燙包括火焰燒傷、高溫物體燙傷、化學灼傷和物理灼傷四類。安全閥蒸汽測試系統涉及的燙傷主要為高溫物體燙傷。系統蒸汽最高溫度為325℃，若防護措施不當容易造成灼燙傷害。

（4）觸電。安全閥蒸汽測試系統中各類設備廣泛分布著供電線路和照明燈具等。線路和用電設備的安裝布置和本身的缺陷以及設備使用中的失誤等均可導致觸電危害的發生。

（5）噪聲。生產過程中的噪聲主要為機械的撞擊、摩擦、轉動而引起的機械性噪聲和氣流起伏運動或氣動力引起的氣動力性噪聲。安全閥蒸汽測試系統噪聲源一方面[5]來自于試驗過程中被測安全閥產品閥腔內部產生的氣動力噪聲，另一方面蒸汽發生器內部水泵等設備也會產生機械性噪聲。

（6）高處墜落。高處墜落指在操作基準面2.0 m及以上的安裝、檢修和生產作業中發生的墜落造成人員傷亡事故。安全閥蒸汽測試系統試驗工位操作平臺高約3 m，操作人員在試驗閥門拆裝搬運過程中存在高處墜落的危險。

（7）起重傷害。起重機械（吊車）造成的起重傷害事故是指在進行各種起重作業（包括吊裝、安裝、檢修、試驗等工序）過程中發生的事故。起重機械作業是與生產安全的關系密切，主要傷害為：重物墜落打擊、夾擠、碰撞、觸電及其他傷害等。安全閥蒸汽測試系統試驗工位處建設有一臺懸臂吊車用于拆裝被測安全閥，作業人員在該設備作業區域內存在起重傷害的危險。結合安全閥蒸汽測試系統主要設備操作和工藝流程，可以明確設備或區域操作會引起危險有害因素的產生。通過識別與分析，危險有害因素種類與可能發生位置詳見表1。

表1 安全閥蒸汽測試系統危險有害因素識別表

1.3 小結

經過識別與分析，安全閥蒸汽試驗系統中危險有害物質與危險有害因素的種類、致危原理、發生位置等重要信息已經清晰。有效開展相應的安全應對措施方能實現有效避免安全事故的目的。安全應對措施應當從2方面入手：（1）測試系統結構復雜，且系統中設備多涉及危險級別較高的特種設備。整個測試系統設計的科學合理性與各類設備設計的可靠性、安全性決定了系統運行的本質安全水平。（2）系統安全運行主體在于作業人員，對于人員、設備、物料以及環境等重要因素的管理控制能力與方法同樣是安全管控的重中之重。因此，有效開展系統安全管理，提升系統安全運行能力應從設計安全控制與管理安全控制兩方面同時入手，雙管齊下。

2 重點危險源安全分析與安全應對

通過危險因素辨識與分析，安全閥蒸汽測試系統主要危險源分布于蒸汽發生器、燃氣系統及試驗系統中。本節將依據危險源的致危機理進行安全分析，并形成相應的安全應對措施。

2.1 總體安全應對

安全閥蒸汽測試系統在設計建設過程中就需要在總體設計和運行管理上給予安全控制考慮。從設計安全控制和管理安全控制兩方面，該系統進行以下安全應對控制：

2.1.1 設計安全控制

（1）資質要求：試驗系統內部特種設備和重要設備的設計、制造及安裝均嚴格依照國家相關法規及標準的要求執行。例如：蒸汽發生器、壓力容器、吊車等特種設備生產制造廠家均具備相應特種設備設計制造許可，產品設計生產制造均由特種設備監管機構監檢完成；試驗系統內壓力管道的設計、制造，特種設備及壓力管道的安裝均由有資質企業及人員完成；燃氣系統設計、施工以及監理驗收均由相關資質企業分包完成。

（2）布局設計：試驗區域內部及蒸汽發生器設備等均預留有必要的檢修、通行的通道，壓力容器儲罐距離周邊墻體的距離不小于1 m。試驗區域設置有逃生疏散通道。

（3）工業安全監控設計：試驗區設置視頻監控、報警及擴音警示系統，試驗過程中防護墻隔離試驗區域，保證無人員滯留試驗區域。

（4）測試系統設計：測控系統設置一鍵緊急停車。緊急停車后，自動斷開蒸汽發生器與試驗系統之間所有閥門，自動壓力容器所有進氣閥，自動打容器與管路的放氣排空閥。

2.1.2 管理安全控制

（1）落實相關安全評價：將安全閥蒸汽測試系統中危險源辨識、評價等內容形成文件，并登記測試系統環境因素評價。文件應隨著實際使用狀態及時修正更新。

（2）編制測試系統技安操作規程：為避免人員操作失誤引發危險事故，應對試驗系統各分系統分別詳細編制技安操作規程。規程及重要設備使用說明書應落實到崗。

（3）編制測試系統應急預案：危險應急處置方式應該及早編制，以應對可能出現的危險事故。應急預案編制完成后須經過評審、演練等環節進行把關并落實到位。對實際生產過程中暴露出的新危險，應及時完善應急預案，并開展人員訓指導。

（4）設備管理：特種設備按照相關規定辦理特種設備使用登記證，并做好維修和校驗等工作。編制相關設備保養規定，并嚴格進行巡檢及相應維護維修。

（5）安全防護措施及消防措施落實到位。現場懸掛安全警示標志，張貼操作規程及應急逃生圖等。

（6）落實測試系統安全責任人。定員定崗并落實崗位職責，加強外來人員安全管理。

（7）積極開展各類人員培訓工作，加強人員安全意識。特種設備作業人員均須持證上崗。

2.2 測試系統分系統安全應對

對于分系統也需要逐一開展設計安全控制和管理安全控制，詳細控制內容詳見表2、表3和表4。

表2 蒸汽發生器分系統安全應對表

表3 燃氣分系統安全應對表

表4 試驗分系統安全應對

2.3 小結

至此，整個蒸汽測試系統形成了系統總體安全控制和各分系統安全控制方法。安全控制方式均從設計控制和管理控制兩方面入手。依照分析辨識出的危險因素，逐一制定安全控制方法，以達到不遺漏任何一項安全隱患的目的，進而提高系統可靠性和安全運行能力。本研究的危險源辨識分析方法和安全管控手段同樣適用于其他測試系統的安全管理，具有一定參考借鑒價值。

3 結語

（1）安全閥蒸汽測試系統包含多類特種設備，系統運行過程中具有高溫高壓等特點，易造成工傷事故。結合測試系統工作原理及工藝過程進行分析，測試系統內可能存在容器爆炸、火災爆炸、灼燙傷害、觸電、噪聲、高處墜落與起重傷害等7項危險有害因素。

（2）針對危險有害因素有效開展相應的安全應對措施方能實現避免安全事故的目的。安全應對措施應當從兩方面入手：一方面應基于設計安全角度，從測試系統整體設計的科學合理性與各類設備設計的可靠性、安全性入手保證系統的本質安全。另一方面，應基于系統安全運行主體開展系統安全管理工作。

（3）結合系統工作原理及工藝系統開展危險有害因素識別分析與識別，從設計和管理兩方面入手對重點危險源開展安全管控，能夠提升系統安全可靠性、避免安全事故的發生。