基于安全信息化对化工生产装置进行动态风险值量化计算方法研究

程 俊 杨武明

(四川永祥新能源有限责任公司，四川乐山，614800)

1 信息化的发展以及在化工生产领域的应用情况

工业的发展始终沿着机械化、自动化和智能化的路线稳步前进，而信息化正是工业生产从自动化走向智能化的过渡和支撑。目前，随着5G、人工智能、大数据与云计算等先进技术的发展与落地，我国正稳步实现中国智造2025的宏伟蓝图。而作为社会发展基石的化工生产行业，如果不及时拥抱信息化，接受信息化的改造助力，提升化工安全管理水平，将无法有效管控化工生产规模化、集中化而带来的风险集中与加大。同时随着信息化技术的不断发展，不管是设备终端费用、还是软件开发成本都在不断下降，使得化工企业的信息化建设成本不断下降。让信息化在化工生产管理领域有了运用基础。因此，越来越多的化工企业都在积极引入和运用信息化技术，来提升风险管控和安全管理水平。

2 化工生产企业风险评价现状

目前化工生产企业的安全风险分析与评价，均建立在特定的时间节点或者特定的设备设施范围上。不管是采用定性分析、半定量分析还是定量分析，如PHA、HAZOP、LOPA以及SCL等，都只体现出化工生产装置在单一状态下的风险考量。但在化工生产装置连续运行过程中，因设备劣化出现跑冒滴漏等隐患，以及为了消除隐患或者进行其他改善性质的施工作业而导致出现在装置内的人员数量增加，均会造成装置风险增加。因此，在进行装置风险的计算和评价时，除了考虑装置内物料性质、装置自动化控制水平、人员日常巡检的频次、各项独立保护层的效果分析，还应考虑装置实时运行情况，人员变动情况，进行实时动态分析与监控。

3 化工生产装置动态风险的变化因素

3.1 导致装置动态风险发生变化的因素选择

根据事故的交叉轨迹理论，引起装置的动态风险发生变化的情景，主要考虑设备状态以及人员参与因素两个方面。

3.1.1 装置运行的安全稳定情况

化工装置运行的稳定情况主要通过DCS自动控制监测，对于装置的工艺运行安全，有一套相关的复杂系统进行衡量与评价。而作为安全管理体系，主要关注点仍为危险介质的受控情况。以现场有毒有害报警系统监测装置内物料的泄漏情况，包括检修过程中置换不彻底导致的物料残留，设备劣化导致管道、阀门泄漏，高温、误操作导致设备憋压造成泄漏等。

3.1.2 现场非常规作业人员的多少

发生事故的后果严重性，除了取决于第一危险源存在的量值大小之外，也与事故现场人员密集情况息息相关。即在计算装置固定风险时考虑的常规作业人员之外，其他临时性作业、施工、甚至参观、检查而增加的外来人员，也会增加事故后果的严重性，导致装置风险的增加。

3.2 数据来源

对于数据的变化，通过信息化应该能做到实时监测。因此，在安全信息化体系中，需要将现场所有可燃、有毒报警信息进行实时监测和显示，以此来判断装置的实时泄漏情况。对外来人员进入装置开展作业活动时，需要在信息化中进行相关审批，同时进行自动计数，以此来监测装置内实时的外来人员数量变化。

4 动态风险评价指标选择和计算方法选择

考虑到化工生产装置运行过程中可能存在不同程度的泄漏情况，以及不同人数的实时作业情况，会导致装置整体风险不断变化。需要设计一套符合逻辑的装置实时风险动态计算方法，通过设置参数，预设评价指标，跟踪参数的实时变化，来计算不同时间装置的风险变化情况，通过信息化实时显示更新，以方便各级管理人员对装置的风险变化进行掌控。

经过思考，结合装置设备设施风险评价和特殊作业风险评价指标，可将装置动态风险计算公式设计如下：

R=K×(A+B×n1+C×n2)

式中：R——装置实时风险值；K——装置实时泄漏系数；A——装置固定风险值；B——装置内特殊作业风险系数；n1——装置内特殊作业人数；C——装置内一般作业风险系数；n2——装置内一般作业实时人数。

其中，由R值产生的风险等级评价及管控层级，依旧采用LS的等级评价表(见表1)。

表1 不同管控层级的风险值

4.1 K——泄漏系数

泄漏系数的选择应根据装置内存在的危险物料种类和物料的危险特性，即可燃性与有毒性，进行综合考虑。每一种物料的危险性不同，加上空间的密封性不同，对K值的选择应有所区别。原则上来讲，物料可燃性越强，毒性越强，空间通风效果越差，泄漏系数取值应越大。装置多种物料同时发生泄漏时，泄漏系数选最危险介质的系数，即：K=max(K1, K2,Kn)；K1、K2、…Kn为各种不同物料的泄漏系数；如果装置内同一种物料同时具有可燃性和有毒性，则按两种性质选择其中的最大值进行计算。针对密闭空间的危险物料介质，结合物料性质和泄漏评价，可参考取值如表2。

表2 泄漏系数K值取值参考(相对密闭空间)

针对开放式空间，物料泄漏后聚集风险降低，相应取值可适量减小，参考如表3。

表3 泄漏系数K值取值参考(室外开放空间)

4.2 装置固定风险取值说明

装置固定风险取值取决于对风险评价中对装置风险的定性评价，主要评价因素仍为装置内物料介质的性质和装置内进行日常操作的岗位员工数量。评价分数可采用结合LOPA分析后的安全评价分数，通过LS评价方法结合对保护层分析，剩余的风险值即为装置存在的固定风险值。举例如表4。

从表4可知，该球罐固定风险值取值为5。

一般有良好管控措施、保护层防护效果达到要求的装置，计算出的固定风险值都应在9分以下(即风险评价体系中的D及以下风险)。

4.3 作业活动风险取值说明

根据事故轨迹交叉理论，发生事故的大小、概率很大程度上与人员暴露频次相关。因此在进行装置风险动态计算时，必须考量现场实时人数。针对现场检修活动来讲，特殊作业风险明显大于一般作业风险。因此装置内的特殊作业风险系数应大于一般作业风险系数。另外现场人员的风险系数，应综合考虑现场人员应对风险的安全理论水平和应急处置能力，通过长期的安全培训的人员，安全素质相对较高，可考虑降低风险系数。相反，如果现场人员经验缺失，安全素质较低，则应考虑增加风险系数。建议参考取值如下：

B——装置内特殊作业风险系数，取值为1.5；

C——装置内一般作业风险系数，取值为1。

n1,n2——装置内进行特殊作业和一般作业的人数，其中同一个人涉及多项作业的，也只按一人计算；在计算人数时，按标准进行常规操作的人员在进行装置固定风险评价时已经进行了考量，固在此不进行重复计数。只考虑非本岗位员工进行非标准作业的人员数量。

4.4 以多晶硅企业球罐区动态风险计算举例说明

(1)球罐区储存物料为三氯氢硅和四氯化硅，属于开放式空间。在无泄漏情况下，泄漏系数取值为1，装置固定风险取值为5，同时进行一般作业人数为10人时，现场无泄漏，装置风险为：

R= K×(A+B×n1+C×n2)=1×5+1×10=15

装置风险从D级升到B级，满足风险分级管控要求内容：易燃易爆区同时作业人数超过10人，应定为B级风险，需要部门级管理人员进行关注和管控风险。

(2)当球罐区同时进行特殊作业人数为5人以上时，现场无泄漏，装置风险为：

R= K×(A+B×n1+C×n2)=1×(5+1.5×7)=15.5

装置风险从D级升到B级，即防爆区内，如有7人以上特殊作业同时进行时，需要部门级管理人员进行关注和管控风险。

(3)如果出现三氯氢硅轻微泄漏，K取值为1.5(遇湿自燃品，中等毒性)，R=1.5×5=7.5；装置固定风险上升。当此时有特殊作业人员3人时，装置动态风险为R=1.5×(5+1.5×3)=14.25，风险升为C级，需要车间级管理人员进行现场安全风险确认和安全管控；当特殊作业人员超过3人时，装置动态风险上升到B级，需要部门级管理人员进行现场安全风险评估确认。特殊作业人员超过6人时，需公司级管理人员进行现场安全风险确认。

(4)如出现三氯氢硅较大泄漏时，K值取值为2，泄漏初期风险直接上升到R=2×5=10，风险升为C级，需要车间级管理人员进行现场安全风险确认和安全管控。需要人员进行处置时，现场风险将继续上升，公司级领导将及时进行关注，立即做出相应部署，并跟踪现场处置情况，直至风险降低。

5 生产装置动态风险量化计算对安全管理带来的好处

目前，随着信息化的发展，信息传输实时高效。在预设计算逻辑，实时取数计算的基础上，完全可以轻松实现风险等级实时评价并推送相关人员进行关注管控。既减少了中间汇报流程，避免汇报的不准确性，又能实现异常事件快速响应，及时掐灭事故苗头。

另外，通过装置动态风险的长期监测，可以有效评价管理人员对装置风险控制水平，对于安全绩效考核和改进方向提供科学依据。有效推动落实各级领导的安全生产责任制，提高企业整体安全管理水平。

6 结论

化工生产行业生产过程中的高风险性和高不确定性，都要求化工生产的安全管理必须严格落实到位。有效管控风险，提前扼杀风险因素，实现安全管控的关口前移，这是安全管理的根本。在工业生产自动化不断发展，信息化不断加深的背景下，安全管理也需要结合科技手段和信息手段，不断与时俱进，创新突破，才能应对越来越高的安全要求、人身健康要求以及环境保护要求。