化工生产过程的安全人机工程探讨

卢建涛福州大学物理与信息工程学院 福州350108

戴加法 福建省特种设备检验研究院泉州分院 泉州362011

化学工业作为高危行业之一，其成品或生产过程的中间产品往往自身带有易燃易爆、对人体有毒有害的特性，安全生产尤为重要。随着化工生产装置自动化、大型化的发展，生产工艺高参数化和高能量化的发展，化工企业生产效率提高的同时，对企业的安全生产提出了更高的要求。当前，我国化工行业的生产安全形势仍然严峻，安全事故频频发生，造成了严重的人员伤亡、经济损失和环境污染。对此，国家安监总局、中国石油和化学工业联合会等均把化工安全生产作为工作的重点，采取多种措施进行强化管理［1］。

如何强化安全生产管理，人们通常从设备上找原因。化学工业的机械设备有动力机械和静止设备两大类十余种，其失效和破坏的因素有载荷、压力、温度、腐蚀等，对此，管理部门提出了如“特种设备安全监察条例”、“压力管道安全管理与监察规定”等数十种规范、标准和措施。然而，化工生产过程和控制主要由人与设备机器之间的交互完成，人、机以及周围的环境构成了化工生产过程的人－机－环境系统。因此，安全人机工程学理论的应用成为化工行业强化管理的重要手段。安全人机工程学从安全的角度，运用人机工程学的原理和方法去解决人机结合面的安全问题。安全人机工程学研究人、机械、环境三者之间的相互关系，探讨如何使机械、环境符合人的形态学、生理学、心理学方面的特性，使人、机械、环境相协调，以求达到人的能力与作业活动要求相适应，创造舒适、高效、安全的劳动条件的学科［2］。本文运用安全人机工程学的理论分析化工生产过程的人－机－环境系统，探讨预防事故发生的有效途径，提出了行之有效的强化安全生产管理新思路，从而建立“以人为本”的管理新观念。这对于实现化学工业安全生产和保障人的健康有现实意义。

1 化工生产过程人机系统的三个因素分析

化工生产常常在高温、高压、易燃、易爆、易中毒的严峻条件下进行，对人的身体健康和安全生命容易造成危害。虽然化工生产中的事故往往由许多复杂因素引起，但生产过程和控制都是在人－机－环境系统进行，典型的化工厂人－机－环境系统的相互关系见图1。究其事故原因也必然源于生产系统中的人、机、环境三个因素。这三个因素相互联系，相互影响，系统安全性程度决定了化工生产过程的安全性程度。

图1 化工厂人－机－环境系统

1.1 人的因素

在人－机－环境系统中，人是最重要的因素，对系统起着主导支配作用，但同时也是最难控制的因素，任何设备运行都需要人的参与，即使在高度自动化的生产系统中，也需要人的监控，因此，在生产过程中，必须高度重视由人的因素引起的安全隐患。据有关资料统计显示，由于人的因素而导致人－机－环境系统发生事故的比率占了70%～80%［3］。

1.1.1 人的失误操作

在化工生产中，由于人的误操作而造成的事故经常发生，误开阀门、压力温度参数调节失误等等都可能引起储罐、管道的泄漏爆炸。操作失误因素及避免措施见表1。

表1 人的误操作因素及避免措施

1.1.2 人的违规操作

部分工人的安全意识淡薄，不按安全规程作业，“三违”问题较多。一些工人有时会按照自己的主观意识来操作设备，认为自己的操作动作才是最简单、最有效率的，而这些动作往往都存在安全隐患。例如，对设备进行检修时，认为很安全，在设备没有停运的情况下检修，这将对人的生命安全造成极大的威胁。对此，可以对各种作业动作进行安全人机分析，改进不安全的作业方法，并据此制定安全高效的标准化作业规范。

1.1.3 人和环境的安全管理

在化工生产企业中，一线工人文化程度偏低，技术素质差，并且流动性大，工作经验欠缺，操作不熟练。生产车间高温、潮湿、通风不畅等环境导致人的生理、心理异常，造成反应迟钝、操作失误。应提高人员素质和改善环境条件，尤其提高应对突发事件的安全管理。

1.2 机的因素

化工生产的设备管道繁多，包括各种压缩机、泵、换热设备、反应设备、塔设备、干燥设备、分离设备、储罐、管道、管件等，随着生产工艺的高参数化、高能量化，这些设备管道大多数也处于高温、高压、易燃、易爆、强腐蚀的工作环境中，安全可靠性差。所以，化工设备的安全问题必须予以高度的重视，一旦发生故障，将造成严重的人员伤亡和经济损失。在化工生产过程中，从安全人机的角度来看，机的因素及避免措施见表2。

表2 机的因素及避免措施

1.3 环境的因素

化工生产过程所处的环境条件通常较差，锅炉车间内的高温、反应车间内的高压、压缩车间的振动噪音以及各种易燃易爆有毒气体都对处于生产环境中的人和机器造成威胁。

1.3.1 厂区选择及总图布置

化工厂厂址选择对周围环境的保护会带来重大的影响，其选择需考虑到人机系统中的“人机关系”，即人们所处的环境是否满足安全保障的基本条件，人流和物流的顺畅和有序，同时要避免对周围生活区和作物区产生影响。总图布置要考虑风向、地形标高、平面布局与安全防火的关系［4］。

1.3.2 装备区

化工厂装备区是化工安全生产控制的重要区域，也是高温高压、易燃易爆区，一旦发生事故，对人的伤害也最大，装备区的布置应根据各种装备的不同功能进行，布置必须符合安全生产要求，如加热炉应位于上风向或侧风向，以免从设备泄漏出的可燃性气体吹向加热炉，造成爆炸事故。装备的布置还应满足良好的操作条件，考虑采光(应背光操作)、通风等因素。储罐区各操作通道尺寸应符合行走及操作时人体结构参数。装置内的操作尺寸应保证操作人员操作时在最佳操作区内进行。储罐区危险处应张贴悬挂醒目色警示牌以提示小心操作。

1.3.3 控制室

现代化工企业的自动化程度较高，工作人员大多数工作时间是在控制室内，控制室内的操作失误有时将导致严重的安全事故，因此，控制室内作业空间应保证工作人员安全舒适地操作。对于各工序车间，常伴有有毒、振动环境，其控制室应与车间环境相对隔离，并设置消音吸振结构;化工生产的连续性要求控制室内工作人员的视野需长时间保持在仪表显示器和控制面板上，容易造成视觉疲劳，仪表设计布置时要根据人机工程学的基本原理，保证工作人员保持清醒状态。

2 人－机－环境系统的协调关系

从安全人机工程学理论来看，化工生产过程是一个“人、机、环境”生产系统。人、机、环境三个因素中的每个因素是整个生产系统中的一个子系统，各个子系统都存在着一定的潜在危险因素。同时，三个子系统互相联系、互相制约、互相影响，构成一个有机整体，需要协调系统的相互关系。例如，人们对化工设备的设计、制造的缺陷或维护保养不当，使设备存在安全隐患和不安全状态，机的不安全状态又会在客观上造成人有不安全行为的环境条件。因此，化工生产中的事故往往就不是由单一的因素引起，而是系统中各子系统之间相互影响而发生的，当系统中三个子系统同时存在安全隐患时，其发生事故的概率是最高的。在化工生产过程中，应当“充分考虑人－机－环境之间的系统协调，保持良好的人－ 机 －环境界面关系”［5］。

在设计化工生产人机系统时，首先要把人和机器作为一个整体来考虑，一台设备的性能好坏并不仅仅是设备本身，而应当注重人的使用和维护的安全有效性。其次要合理地或最优地分配人和机器的功能，把一些温度压力的预判和调节的工作或需要在高温有毒环境下进行的工作交给机器，而人主要负责监控工作。保持工作环境的整洁、明亮，让人在舒适的作业环境下工作。保证系统在环境变动下同样达到规范要求的目标。根据安全人机工程学原理，研究“人、机、环境”三个方面潜在的危险因素有机出现的条件和形成事故的规律，探讨控制危险和预防事故系统控制手段，使整个化工生产“人、机、环境”系统达到协调、舒适、高效、安全。

3 安全人机工程的应用实践

以某制药厂的发酵车间为例，发酵是该厂生产的第一道工艺程序，其原料包括氨水、片碱、液碱、硫酸等，是具有强腐蚀性或毒性的物料，且生产过程包括高温蒸汽和压力空气等许多管道。但在该车间的设计上，没有很好地考虑人－机－环境之间的系统协调的作用，以设备功能的要求随意遍布蒸汽管道，显得很杂乱且没有任何防护装置，在控制室外即可闻到因氨水泄漏而产生的刺激性气味，由于没有明显的对人产生直接的危害，因而没有引起企业管理人员的足够重视。但是，环境的恶化，潜移默化地影响人的操作行为。据了解，该车间的生产人员在取样和消毒时经常不慎被蒸汽烫伤;在拆检阀门时忽视安全规范，不按照操作规程，没有关闭前后阀门并排走管内剩余蒸汽;拆洗板框时不慎摔伤、拆卸阀门时被砸伤的事故时有发生。按照安全人机工程学人－机－环境系统的协调要求，该车间多处都存在着明显的或潜在的不符合安全人机工程学的安全隐患。人、机、环境三个因素互相影响，事故发生实为必然。

对于化工生产事故的原因，人们往往归咎于设备也就是机的因素，习惯于仅仅从机上找原因。实际上人和环境的因素无处不在。通常的发酵工艺流程与人的关系方块图见图2。

因此，要避免该车间的安全事故和彻底消除安全隐患，根据安全人机工程学原理，应充分考虑人－机－环境之间的系统协调，保持良好的人－机－环境界面关系。由此该车间采取一系列措施，如加强罐体和阀门的密封性，防止泄漏，避免有毒气体的污染，改善环境。工人在取样时穿高温防护服，严格操作规程，以防被蒸汽烫伤;对拆卸阀门进行动作分析，制定标准化作业动作，安装阀门设置附加报警装置，加强人员培训等等，取得了良好的实效。

图2 发酵工艺流程与人的关系

4 结语

做好安全生产工作，对于保证从业人员在生产中的安全健康，搞好企业的生产，促进社会安全发展，构建和谐社会，具有非常重要的意义。化工生产应建立科学的安全管理制度，应用安全人机工程学的原理对人、机、环境三方面进行科学的管理，控制人的不安全行为，避免机的不安全状态，排除环境的不安全隐患。可见，安全人机工程学的应用有利于全面贯彻“安全第一，预防为主”的基本方针，是采取多种措施，强化化学工业安全管理的重要手段。

1 庞利萍.化工安全管理工作紧急加码［N］.北京:中国化工报，2013－01－09.

2 欧阳文昭，廖可兵主编.安全人机工程学［M］.北京:煤炭工业出版社，2002.

3 张全义.我国化工行业安全生产现状及控制策略［J］.北京:中国化工贸易2012，4(1)105－107.

4 宋建池，范秀山，王训道主编.化工厂系统安全工程［M］.北京:化学工业出版社，2004.

5 龙升照.人－机－环境系统工程理论及应用基础［M］.北京:科学出版社，2004.