安全阀蒸汽测试系统危险源辨识及其应对方法研究

2022-12-08翟启超廖作佳

装备制造技术 2022年9期

高坤，翟启超，廖作佳，薛瑞

（1.中国航天科工集团第六研究院二一〇所，陕西西安 710065；

2.西安交通大学航天航空学院，机械结构强度与振动国家重点实验室，陕西西安 710049）

0 引言

安全阀作为一种超压保护的特种设备，广泛应用于石油、化工、电力、冶金等诸多行业。它是一种自动阀门，不借助任何外力而利用介质本身的力来排出一定质量的流体，以防止压力超过额定的安全值[1]。当压力恢复正常后，阀门再行关闭并阻止介质继续流出。依照国家法规要求：“用于蒸汽的安全阀，其试验应当使用蒸汽进行”，其蒸汽测试系统能够满足蒸汽安全阀压力测试及性能测试[2]。测试系统由能源和介质系统、蒸汽制备系统以及蒸汽储存与试验系统三大部分组成。

安全阀蒸汽测试系统使用蒸汽介质进行测试，系统包含多类特种设备，系统运行过程中具有高温高压等特点，易造成工伤事故。为保证测试系统能够安全可靠运行，避免生产事故，需要对系统安全控制体系进行系统梳理与研究，并采取相应的安全管理方法。

1 危险源梳理与识别

系统安全管理及应对方法需要先明确系统存在的危险源类别，因而需要对系统及其内部重要设备进行梳理甄别。安全阀蒸汽测试系统主要包含3个分系统。

（1）能源和介质系统：该系统主要指市政天然气系统，为蒸汽发生器提供能源燃料。

（2）蒸汽制备系统：该系统主要指成套蒸汽发生器设备，该设备通过燃烧天然气产生蒸汽介质，为试验系统供应试验介质。

（3）蒸汽储存与试验系统：该系统为实现试验测试功能部分，主要包含蓄热器、压力容器、测控间、消音器及压力管道及元件等重要设备。蒸汽通过各种容器和管路元件进行贮存调压操作，达到对安全阀产品测试的目的。

基于以上测试系统工作原理及工艺过程，根据《生产过程危险和有害因素分析与代码》（GB/T13861-2009）和《企业职工伤亡事故分类》（GB6441-1986）中危险因素的分类，对安全阀蒸汽测试系统中危险有害因素进行梳理辨识。根据《危险化学品重大危险源辨识》（GB18218-2009）所规定的要求，对系统中危险源进行辨识。

1.1 危险有害物质识别与分析

（1）天然气。为安全阀蒸汽测试系统提供能源的介质为天然气。天然气由市政管网提供，存在火灾爆炸和窒息的危险。

天然气主要成分为甲烷，还有少量的乙烷、丁烷、氮气和二氧化碳。无色无臭气体；微溶于水，溶于醇、乙醚，熔点-182.5℃，沸点-161.5℃；易燃，与空气混合能形成爆炸性混合物，遇热源和明火有燃烧爆炸的危险[3]。

天然气对人体基本无毒，但浓度过高时，使空气中氧含量明显降低，使人窒息[4]。当空气中天然气浓度达到25%～30%时，可引起头痛、头晕、乏力、注意力不集中、呼吸和心跳加速、共济失调。若不及时脱离，可窒息死亡。

（2）试验介质。安全阀蒸汽测试系统的主要试验介质为水、蒸汽及压缩空气，均属于无毒性非易燃介质。根据《危险化学品重大危险源辨识》（GB18218-2009）的规定，经过辨识安全阀蒸汽测试系统不使用危险化学品，未构成重大危险源。

1.2 测试过程危险有害因素辨识与分析

系统在测试过程中，某些作业或操作可能会涉及一些危险有害因素。一旦发生设备故障、操作不当等情形容易诱发安全事故的发生。因此需要对系统内部各项危险有害因素逐一进行梳理识别，方能有的放矢采取相应安全控制措施加以管控。经过识别，测试系统内可能存在容器爆炸、火灾爆炸、灼烫伤害、触电、噪声、高处坠落与起重伤害等7项危险有害因素。

（1）容器爆炸。安全阀蒸汽测试系统包含蒸汽蓄热器和试验容器两个压力容器，容器最高工作压力可达到12 MPa。压力容器作为特种设备存在爆炸的危险。

（2）火灾爆炸。安全阀蒸汽测试系统采用蒸汽发生器生产试验介质。蒸汽发生器使用天然气作为燃料，若天然气泄漏后遇明火存在燃烧爆炸的可能性。导致火灾爆炸事故的主要原因为通风不良，造成有机气体浓度达到爆炸极限和电火花、静电火花、电气设备过热产生的点火源。

（3）灼烫伤害。灼烫包括火焰烧伤、高温物体烫伤、化学灼伤和物理灼伤四类。安全阀蒸汽测试系统涉及的烫伤主要为高温物体烫伤。系统蒸汽最高温度为325℃，若防护措施不当容易造成灼烫伤害。

（4）触电。安全阀蒸汽测试系统中各类设备广泛分布着供电线路和照明灯具等。线路和用电设备的安装布置和本身的缺陷以及设备使用中的失误等均可导致触电危害的发生。

（5）噪声。生产过程中的噪声主要为机械的撞击、摩擦、转动而引起的机械性噪声和气流起伏运动或气动力引起的气动力性噪声。安全阀蒸汽测试系统噪声源一方面[5]来自于试验过程中被测安全阀产品阀腔内部产生的气动力噪声，另一方面蒸汽发生器内部水泵等设备也会产生机械性噪声。

（6）高处坠落。高处坠落指在操作基准面2.0 m及以上的安装、检修和生产作业中发生的坠落造成人员伤亡事故。安全阀蒸汽测试系统试验工位操作平台高约3 m，操作人员在试验阀门拆装搬运过程中存在高处坠落的危险。

（7）起重伤害。起重机械（吊车）造成的起重伤害事故是指在进行各种起重作业（包括吊装、安装、检修、试验等工序）过程中发生的事故。起重机械作业是与生产安全的关系密切，主要伤害为：重物坠落打击、夹挤、碰撞、触电及其他伤害等。安全阀蒸汽测试系统试验工位处建设有一台悬臂吊车用于拆装被测安全阀，作业人员在该设备作业区域内存在起重伤害的危险。结合安全阀蒸汽测试系统主要设备操作和工艺流程，可以明确设备或区域操作会引起危险有害因素的产生。通过识别与分析，危险有害因素种类与可能发生位置详见表1。

表1 安全阀蒸汽测试系统危险有害因素识别表

1.3 小结

经过识别与分析，安全阀蒸汽试验系统中危险有害物质与危险有害因素的种类、致危原理、发生位置等重要信息已经清晰。有效开展相应的安全应对措施方能实现有效避免安全事故的目的。安全应对措施应当从2方面入手：（1）测试系统结构复杂，且系统中设备多涉及危险级别较高的特种设备。整个测试系统设计的科学合理性与各类设备设计的可靠性、安全性决定了系统运行的本质安全水平。（2）系统安全运行主体在于作业人员，对于人员、设备、物料以及环境等重要因素的管理控制能力与方法同样是安全管控的重中之重。因此，有效开展系统安全管理，提升系统安全运行能力应从设计安全控制与管理安全控制两方面同时入手，双管齐下。

2 重点危险源安全分析与安全应对

通过危险因素辨识与分析，安全阀蒸汽测试系统主要危险源分布于蒸汽发生器、燃气系统及试验系统中。本节将依据危险源的致危机理进行安全分析，并形成相应的安全应对措施。

2.1 总体安全应对

安全阀蒸汽测试系统在设计建设过程中就需要在总体设计和运行管理上给予安全控制考虑。从设计安全控制和管理安全控制两方面，该系统进行以下安全应对控制：

2.1.1 设计安全控制

（1）资质要求：试验系统内部特种设备和重要设备的设计、制造及安装均严格依照国家相关法规及标准的要求执行。例如：蒸汽发生器、压力容器、吊车等特种设备生产制造厂家均具备相应特种设备设计制造许可，产品设计生产制造均由特种设备监管机构监检完成；试验系统内压力管道的设计、制造，特种设备及压力管道的安装均由有资质企业及人员完成；燃气系统设计、施工以及监理验收均由相关资质企业分包完成。

（2）布局设计：试验区域内部及蒸汽发生器设备等均预留有必要的检修、通行的通道，压力容器储罐距离周边墙体的距离不小于1 m。试验区域设置有逃生疏散通道。

（3）工业安全监控设计：试验区设置视频监控、报警及扩音警示系统，试验过程中防护墙隔离试验区域，保证无人员滞留试验区域。

（4）测试系统设计：测控系统设置一键紧急停车。紧急停车后，自动断开蒸汽发生器与试验系统之间所有阀门，自动压力容器所有进气阀，自动打容器与管路的放气排空阀。

2.1.2 管理安全控制

（1）落实相关安全评价：将安全阀蒸汽测试系统中危险源辨识、评价等内容形成文件，并登记测试系统环境因素评价。文件应随着实际使用状态及时修正更新。

（2）编制测试系统技安操作规程：为避免人员操作失误引发危险事故，应对试验系统各分系统分别详细编制技安操作规程。规程及重要设备使用说明书应落实到岗。

（3）编制测试系统应急预案：危险应急处置方式应该及早编制，以应对可能出现的危险事故。应急预案编制完成后须经过评审、演练等环节进行把关并落实到位。对实际生产过程中暴露出的新危险，应及时完善应急预案，并开展人员训指导。

（4）设备管理：特种设备按照相关规定办理特种设备使用登记证，并做好维修和校验等工作。编制相关设备保养规定，并严格进行巡检及相应维护维修。

（5）安全防护措施及消防措施落实到位。现场悬挂安全警示标志，张贴操作规程及应急逃生图等。

（6）落实测试系统安全责任人。定员定岗并落实岗位职责，加强外来人员安全管理。

（7）积极开展各类人员培训工作，加强人员安全意识。特种设备作业人员均须持证上岗。

2.2 测试系统分系统安全应对

对于分系统也需要逐一开展设计安全控制和管理安全控制，详细控制内容详见表2、表3和表4。

表2 蒸汽发生器分系统安全应对表

表3 燃气分系统安全应对表

表4 试验分系统安全应对

2.3 小结

至此，整个蒸汽测试系统形成了系统总体安全控制和各分系统安全控制方法。安全控制方式均从设计控制和管理控制两方面入手。依照分析辨识出的危险因素，逐一制定安全控制方法，以达到不遗漏任何一项安全隐患的目的，进而提高系统可靠性和安全运行能力。本研究的危险源辨识分析方法和安全管控手段同样适用于其他测试系统的安全管理，具有一定参考借鉴价值。