本質安全在過程安全管理中的重要性

盧朋慧(陶氏化學(張家港)有限公司，江蘇 張家港 215633)

0 引言

過程安全管理中的本質安全主要是通過設計等手段使生產設備或生產系統本身具有安全性，即使在誤操作或發生故障的情況下也不會造成事故的功能。危險物質和工藝過程的存在必然有其不可分割的本質特性。人們往往把關注點放在中后期的生產管理中，認為控制好工藝過程的日常運行安全就抓住了過程安全的本質，其實不然。有些風險是當形成過程雛形時已經與生俱來了其本質的基本特性，對于工廠設計，本質上更安全的方式是避免危險而不是通過增加保護設施來控制危險。其他被動、主動和管理程序上的控制措施則是通過其他手段對工藝風險管控策略的補充。

1 過程安全管理和本質安全的關系

過程安全，也稱為工藝安全，也就是我們所說的一種風險管理，是指在分析、評估、控制風險中系統性地運用管理政策和程序。與風險評估不同，風險管理需要考慮資源配置、風險認知、可接受風險以及其他價值判斷。工藝風險管理旨在通過長期的努力，解決有關人員、資產、和環境的風險，持續提高化工企業的安全、健康和環保表現。也包括各管理層對安全責任關懷的承諾。運用系統性的風險管理程序來評估和控制工廠有關物料、工藝或活動中的風險。這些風險可能導致人員受傷、財產損失或環境破壞。

由于導致事故發生的基本原因可以歸納為人的原因、物的原因以及環境的原因，因此系統安全管理就應該從消除事故發生的這三個方面入手[1]。由物引起的事故原因也有兩個方面，一是設備設施的本質安全性，如：結構不穩定、無安全裝置、安全關鍵件失效或不可靠、人機功效設計不合理等；二是指有毒有害物質及易燃易爆等。本質安全和物的安全管理密切相關，通過本質安全設計相對保護性的或程序的方法是更可靠的。

2 本質安全的基本途徑

本質安全管理應該從工藝的全流程來考慮，比如包括化工園區規劃和工廠的平面布局、裝置和設備的本質安全設計、化學品的管控本質安全、工藝條件控制的本質安全等方面。從新的裝置的初步設計開始，企業及設計單位往往會參照國家的法律法規等標準將相關本質安全的設計理念帶到詳細設計中。有些企業還有企業內部的損失預防標準，規定各專業方面的本質安全設計的要求。本質安全管理還需要從技術的改進和化學品的選擇的角度來考慮，我國在最近幾年陸續出臺了淘汰落后危險化學品安全生產工藝設備技術設備目錄旨在加快淘汰落后的危險化學品安全生產工藝技術設備，提升企業本質安全水平，防范化解重大安全風險。下面就總平面布局、設備設施、物料及工藝控制三個不同的方面來討論本質安全的設計理念。

2.1 總平面布局和設備平面布置

根據企業所處的地理位置，考慮到周邊環境的相互影響。從園區的角度需要按照所涉及化學品及工藝的危險特性規劃出不同類危險等級的企業，綜合考慮道路運輸、倉儲物流、公用配套設施、辦公設施、周邊社區等因素規劃出不同的功能區。比如將危險性較大的重大危險源企業布置在邊緣地帶，遠離社區和人員集中區；對于有些涉及劇毒危險品的裝置在可研階段就會被拒絕進入園區，比如新建一套光氣裝置就需要符合發改委的總體規劃才可以入園。需要根據當地的地勢和常年最大頻率風向將易燃易爆和釋放危險粉塵的工廠布置在下風向，并將儲罐區布置在也低洼處。對于工廠廠界以內的平面布局和設備的布置，需要根據物料特性和工藝特點考慮哪些裝置必須放置在室外，同時考慮哪些裝置必須要布置在密閉環境中；通過過程安全風險評估來考慮工藝和設備的位置，限制可能成為潛在爆炸場所的工藝區域的大小，并在這些工藝區域之間提供適當的開放空間，以降低可能的爆炸事故帶來的影響；對有人居住的辦公樓、控制室或生產車間的建構筑的布置則需要和生產裝置保持足夠的安全間距或根據風險評估對建構筑物加以抗爆設計。

2.2 設備設施的本質安全設計

設備設施本質安全設計的目的是要在設備壽命周期的全過程中，采用各種技術措施，如設計階段采取安全設計，提高防護標準。

(1)消除潛在的危險源，這是風險控制的首要途徑，也是本質安全設計最直接有效地方法。通過利用新設備、新技術成果來消除作業環境的危險因素，使操作人員接觸危險因素的可能性大大降低從而最大可能地達到本質安全的目的。

(2)開放危險釋放通道降低事故后果的嚴重程度，例如對于有超溫超壓的場所通過安裝安全釋放裝置來釋放潛在的高壓危險源導致超壓的場景，從而避免災難性的設備爆裂、有毒有害物料著火爆炸或毒氣對周邊的影響。基于不同的事故場景，計算壓力釋放需要的釋放量及釋放孔徑，使設備不超過安全控制極限的要求，從而達到預防事故發生和降低事故后果的目的。

(3)安裝保護裝置，通過機械聯鎖或電氣、光電聯鎖來實現自動停機防止機器傷人達到保證工作人員安全的目的。例如：通過紅外線感應自動切斷電源避免操作人員身體部位置于運轉的設備危險中；或通過故障安全設計，一旦機器故障會自動復位至安全狀態。

(4)替代或替換，用自動化控制替代人工操作，從工程的角度來控制風險而，行政的活程序的控制方法作為補充。例如進行設備改良，將手動加料的反應器改為自動加料反應器。

(5)提高設備設施的強度或堅固程度，通過提高安全設計標準、增加安全設計余量等提高設備的堅固程度。例如核電站，通過提高安全設計標準、增加安全余量等提高核電站的安全可靠程度，考慮是否通過設計具有足夠強度的設備來完全控制最大壓力，確保設備即使在“最壞情況的情況下”也不會損壞；化工工藝里面設計了相關的壓力容器壓力管道等承壓設備就是確保設計壓力超過最大工作壓力，并且根據國家規范對這些壓力設備管道定期檢驗確保其機械完整性。使用雙層容器或管道來存放極度危險的材料，例如氯氣和光氣應用中的雙壁管道、雙壁密封容器。

2.3 物料及工藝控制的本質安全

化工工藝過程里面的化學品存在有易燃、易爆、有毒、遇水活性反應特性等危害因素；工藝過程控制中的有高溫、高壓、反應等操作風險。通過識別這些危害因素，在化工過程的生命周期中考慮本質安全設計至關重要，本質安全設計的方法應用到化學品管控和工藝控制上就需要從以下4個方面來考慮：

(1)盡可能使用少量的危險物質，減少危險物質的儲存量和使用的數量，從而使泄漏時產生的危害控制到最小。例如：現場生產及盡量減少使用有害物料，根據工藝控制物料平衡對所有工藝過程中儲罐或其尺寸進行評估，選用小容量的儲罐以減少工藝過程中有害化學物質的數量；工藝設備的位置設計時要考慮盡可能減少有害物質管道的輸送長度，將有害物質從儲存到加工過程中以氣態而不是液體的形式進料以減少管道庫存。使用連續式反應器而不是批次式反應器來減少反應系統中有害物質的數量，連續反應器通過邊進料邊反應的原理，可以避免批次反應器中存在大量的危險物料。

(2)替換，使用危險相對較低的物質替換高危險物料。例如使用含水的或危險較低的有機物質來替換易燃易爆的有機溶劑；使用危險性較小的傳熱介質，用高閃點的媒介替換低沸點的媒介；考慮過稀釋有害原料以降低潛在危害，如用氨水代替無水氨或用鹽酸溶液代替無水鹽酸，這樣可以降低物料泄漏時的影響范圍。可以通過以可燃燃料代替易燃燃料，比如選用柴油替換煤油作為蒸汽鍋爐的燃料。

(3)緩和或減弱，緩和是指將運行的工藝更接近外界環境條件。用低風險工藝條件替換高風險工藝條件，常溫常壓的工藝會相對安全，而高溫高壓的工藝危險性會更高。通過使用催化劑可以提高反應的選擇性或允許反應在較低的壓力和溫度下進行，在較低的溫度和壓力條件下操作該工藝。在環境壓力條件下儲存高蒸汽壓的有害物質或將原材料的供應壓力限制在低于容器的允許工作壓力范圍內。在物料泄漏事故發生時使用設計的泡沫系統可以用來覆蓋溢出到水池的化學品，從而減少有毒有害物質蒸發降低事故帶來損失和影響。

(4)簡單化設計，設計工藝應消除不必要的復雜性，降低誤操作的概率，并且包含較少的可能出現故障的設備。為了減少復雜程度和連接到特定容器上的原材料、公用設施和輔助設備的數量，考慮將加工步驟分成多個處理容器，而不是一個多用途容器。通過工藝簡單化設計更有利于員工日常操作和工藝不穩定時緊急響應。

3 生命周期的本質安全管理

貫徹本質安全管理理念，還需要從整個裝置或設施的生命周期來考慮，也叫全流程本質安全管控。以一套化工裝置為例，按照項目管理的流程分為可行性研究、設計、施工、投產運營等4個階段。

(1)在可行性研究階段，就需要分析該裝置的潛在的風險，完成過程安全風險評估，包括對周邊環境，社區的影響。在選擇合適工藝的時候，也需要考慮本工藝所用物料的風險特性，比如是否有氯氣、光氣等毒害性的物質，一旦泄漏就有導致群死群傷的嚴重后果。另外要考慮工藝應消除不必要的復雜性，降低誤操作的概率。

(2)工藝設計階段是應用本質安全理念最優的階段，需要從各個方面將國標、行標的要求落實到初步設計中。很多企業還有企業規范，該規范可能結合了本企業由歷年來事故總結出來的經驗或最好的實踐。我國對于工程設計的方方面面有相關的要求，其目的就是要實現項目的本質安全設計。

(3)項目施工階段就需要將設計要求落實到現場安裝，嚴格遵照設計要求施工，監理單位管控施工質量。施工完畢需要按照設計要求驗收，合格后方可投產。

(4)投產后正常運營過程中，需要對設備設施加強維護，保證設計的保護措施正常有效。在運行中發現的問題要及時處理，加以改進，將新技術新方法應用到改進方案中來提高裝置的本質安全性。

生命周期的本質安全管理需要有一套完善的管理流程，根據管理流程的指引在項目管理不同階段和過程安全管理中貫徹本質安全的理念。

4 過程安全管理中的本質安全應用

過程安全對于企業風險管控和遏制重大事故的發生有及其重要的意義，回顧歷史，國內外重特大傷亡事故中絕大多數都有過程安全管理有關[2-3]。AQT 3034—2010《 過程安全管理導則》為企業提供本質安全管理的思路和框架，包括了過程安全管理的十二個管理要素，同時企業設備設施的本質安全設計則是過程安全的基石。我們知道，工藝過程中風險是不可能完全消除，但是我們可以通過工程和行政的手段來管控風險，降低風險。本質安全設計旨在從工程的角度來管控風險，通過合理設計來降低工藝過程中人員、物料、環境出錯的幾率或最小化事故發生的負面影響；過程安全管理中的各個要素則是通過行政的手段來規范人的行為和提高設備的可靠性，從而降低風險。我們提倡通過本質安全設計的工程控制的手段，在項目早期評估工藝、操作中存在的風險，考慮人物環等各方面影響，針對具體的風險落實相應的解決方案管控風險，采取有效地本質安全設計為過程安全打好堅實的基礎。

5 結語

本質安全是指通過設計等手段使生產設備或生產系統本身具有安全性，即使在誤操作或發生故障的情況下也不會造成事故的功能。通過行政和管理的手段管控風險則是依靠工作流程和指引，實施操作紀律要求、變更管理、機械完整性計劃、培訓、項目評估等來規范人的行為降低事故風險。

本質安全的設計對于過程安全管理至關重要，本質安全設計需要項目初期設計和運行期間不斷改進，前者是本質安全設計的重要階段，后者是受限的能力進行更改，但即使在工廠建成后，也有機會可以在運轉或工藝變更過程中實施改進。需要不斷和技術人員討論在本質安全中可以設計哪些行動或未來計劃。在使用維護階段制訂安全操作規程、安全改造、改善維修等，所以我們管理者必須與時俱進，將本質安全全生命周期的理念應用到過程安全管理中。