本质安全在过程安全管理中的重要性

卢朋慧(陶氏化学(张家港)有限公司，江苏 张家港 215633)

0 引言

过程安全管理中的本质安全主要是通过设计等手段使生产设备或生产系统本身具有安全性，即使在误操作或发生故障的情况下也不会造成事故的功能。危险物质和工艺过程的存在必然有其不可分割的本质特性。人们往往把关注点放在中后期的生产管理中，认为控制好工艺过程的日常运行安全就抓住了过程安全的本质，其实不然。有些风险是当形成过程雏形时已经与生俱来了其本质的基本特性，对于工厂设计，本质上更安全的方式是避免危险而不是通过增加保护设施来控制危险。其他被动、主动和管理程序上的控制措施则是通过其他手段对工艺风险管控策略的补充。

1 过程安全管理和本质安全的关系

过程安全，也称为工艺安全，也就是我们所说的一种风险管理，是指在分析、评估、控制风险中系统性地运用管理政策和程序。与风险评估不同，风险管理需要考虑资源配置、风险认知、可接受风险以及其他价值判断。工艺风险管理旨在通过长期的努力，解决有关人员、资产、和环境的风险，持续提高化工企业的安全、健康和环保表现。也包括各管理层对安全责任关怀的承诺。运用系统性的风险管理程序来评估和控制工厂有关物料、工艺或活动中的风险。这些风险可能导致人员受伤、财产损失或环境破坏。

由于导致事故发生的基本原因可以归纳为人的原因、物的原因以及环境的原因，因此系统安全管理就应该从消除事故发生的这三个方面入手[1]。由物引起的事故原因也有两个方面，一是设备设施的本质安全性，如：结构不稳定、无安全装置、安全关键件失效或不可靠、人机功效设计不合理等；二是指有毒有害物质及易燃易爆等。本质安全和物的安全管理密切相关，通过本质安全设计相对保护性的或程序的方法是更可靠的。

2 本质安全的基本途径

本质安全管理应该从工艺的全流程来考虑，比如包括化工园区规划和工厂的平面布局、装置和设备的本质安全设计、化学品的管控本质安全、工艺条件控制的本质安全等方面。从新的装置的初步设计开始，企业及设计单位往往会参照国家的法律法规等标准将相关本质安全的设计理念带到详细设计中。有些企业还有企业内部的损失预防标准，规定各专业方面的本质安全设计的要求。本质安全管理还需要从技术的改进和化学品的选择的角度来考虑，我国在最近几年陆续出台了淘汰落后危险化学品安全生产工艺设备技术设备目录旨在加快淘汰落后的危险化学品安全生产工艺技术设备，提升企业本质安全水平，防范化解重大安全风险。下面就总平面布局、设备设施、物料及工艺控制三个不同的方面来讨论本质安全的设计理念。

2.1 总平面布局和设备平面布置

根据企业所处的地理位置，考虑到周边环境的相互影响。从园区的角度需要按照所涉及化学品及工艺的危险特性规划出不同类危险等级的企业，综合考虑道路运输、仓储物流、公用配套设施、办公设施、周边社区等因素规划出不同的功能区。比如将危险性较大的重大危险源企业布置在边缘地带，远离社区和人员集中区；对于有些涉及剧毒危险品的装置在可研阶段就会被拒绝进入园区，比如新建一套光气装置就需要符合发改委的总体规划才可以入园。需要根据当地的地势和常年最大频率风向将易燃易爆和释放危险粉尘的工厂布置在下风向，并将储罐区布置在也低洼处。对于工厂厂界以内的平面布局和设备的布置，需要根据物料特性和工艺特点考虑哪些装置必须放置在室外，同时考虑哪些装置必须要布置在密闭环境中；通过过程安全风险评估来考虑工艺和设备的位置，限制可能成为潜在爆炸场所的工艺区域的大小，并在这些工艺区域之间提供适当的开放空间，以降低可能的爆炸事故带来的影响；对有人居住的办公楼、控制室或生产车间的建构筑的布置则需要和生产装置保持足够的安全间距或根据风险评估对建构筑物加以抗爆设计。

2.2 设备设施的本质安全设计

设备设施本质安全设计的目的是要在设备寿命周期的全过程中，采用各种技术措施，如设计阶段采取安全设计，提高防护标准。

(1)消除潜在的危险源，这是风险控制的首要途径，也是本质安全设计最直接有效地方法。通过利用新设备、新技术成果来消除作业环境的危险因素，使操作人员接触危险因素的可能性大大降低从而最大可能地达到本质安全的目的。

(2)开放危险释放通道降低事故后果的严重程度，例如对于有超温超压的场所通过安装安全释放装置来释放潜在的高压危险源导致超压的场景，从而避免灾难性的设备爆裂、有毒有害物料着火爆炸或毒气对周边的影响。基于不同的事故场景，计算压力释放需要的释放量及释放孔径，使设备不超过安全控制极限的要求，从而达到预防事故发生和降低事故后果的目的。

(3)安装保护装置，通过机械联锁或电气、光电联锁来实现自动停机防止机器伤人达到保证工作人员安全的目的。例如：通过红外线感应自动切断电源避免操作人员身体部位置于运转的设备危险中；或通过故障安全设计，一旦机器故障会自动复位至安全状态。

(4)替代或替换，用自动化控制替代人工操作，从工程的角度来控制风险而，行政的活程序的控制方法作为补充。例如进行设备改良，将手动加料的反应器改为自动加料反应器。

(5)提高设备设施的强度或坚固程度，通过提高安全设计标准、增加安全设计余量等提高设备的坚固程度。例如核电站，通过提高安全设计标准、增加安全余量等提高核电站的安全可靠程度，考虑是否通过设计具有足够强度的设备来完全控制最大压力，确保设备即使在“最坏情况的情况下”也不会损坏；化工工艺里面设计了相关的压力容器压力管道等承压设备就是确保设计压力超过最大工作压力，并且根据国家规范对这些压力设备管道定期检验确保其机械完整性。使用双层容器或管道来存放极度危险的材料，例如氯气和光气应用中的双壁管道、双壁密封容器。

2.3 物料及工艺控制的本质安全

化工工艺过程里面的化学品存在有易燃、易爆、有毒、遇水活性反应特性等危害因素；工艺过程控制中的有高温、高压、反应等操作风险。通过识别这些危害因素，在化工过程的生命周期中考虑本质安全设计至关重要，本质安全设计的方法应用到化学品管控和工艺控制上就需要从以下4个方面来考虑：

(1)尽可能使用少量的危险物质，减少危险物质的储存量和使用的数量，从而使泄漏时产生的危害控制到最小。例如：现场生产及尽量减少使用有害物料，根据工艺控制物料平衡对所有工艺过程中储罐或其尺寸进行评估，选用小容量的储罐以减少工艺过程中有害化学物质的数量；工艺设备的位置设计时要考虑尽可能减少有害物质管道的输送长度，将有害物质从储存到加工过程中以气态而不是液体的形式进料以减少管道库存。使用连续式反应器而不是批次式反应器来减少反应系统中有害物质的数量，连续反应器通过边进料边反应的原理，可以避免批次反应器中存在大量的危险物料。

(2)替换，使用危险相对较低的物质替换高危险物料。例如使用含水的或危险较低的有机物质来替换易燃易爆的有机溶剂；使用危险性较小的传热介质，用高闪点的媒介替换低沸点的媒介；考虑过稀释有害原料以降低潜在危害，如用氨水代替无水氨或用盐酸溶液代替无水盐酸，这样可以降低物料泄漏时的影响范围。可以通过以可燃燃料代替易燃燃料，比如选用柴油替换煤油作为蒸汽锅炉的燃料。

(3)缓和或减弱，缓和是指将运行的工艺更接近外界环境条件。用低风险工艺条件替换高风险工艺条件，常温常压的工艺会相对安全，而高温高压的工艺危险性会更高。通过使用催化剂可以提高反应的选择性或允许反应在较低的压力和温度下进行，在较低的温度和压力条件下操作该工艺。在环境压力条件下储存高蒸汽压的有害物质或将原材料的供应压力限制在低于容器的允许工作压力范围内。在物料泄漏事故发生时使用设计的泡沫系统可以用来覆盖溢出到水池的化学品，从而减少有毒有害物质蒸发降低事故带来损失和影响。

(4)简单化设计，设计工艺应消除不必要的复杂性，降低误操作的概率，并且包含较少的可能出现故障的设备。为了减少复杂程度和连接到特定容器上的原材料、公用设施和辅助设备的数量，考虑将加工步骤分成多个处理容器，而不是一个多用途容器。通过工艺简单化设计更有利于员工日常操作和工艺不稳定时紧急响应。

3 生命周期的本质安全管理

贯彻本质安全管理理念，还需要从整个装置或设施的生命周期来考虑，也叫全流程本质安全管控。以一套化工装置为例，按照项目管理的流程分为可行性研究、设计、施工、投产运营等4个阶段。

(1)在可行性研究阶段，就需要分析该装置的潜在的风险，完成过程安全风险评估，包括对周边环境，社区的影响。在选择合适工艺的时候，也需要考虑本工艺所用物料的风险特性，比如是否有氯气、光气等毒害性的物质，一旦泄漏就有导致群死群伤的严重后果。另外要考虑工艺应消除不必要的复杂性，降低误操作的概率。

(2)工艺设计阶段是应用本质安全理念最优的阶段，需要从各个方面将国标、行标的要求落实到初步设计中。很多企业还有企业规范，该规范可能结合了本企业由历年来事故总结出来的经验或最好的实践。我国对于工程设计的方方面面有相关的要求，其目的就是要实现项目的本质安全设计。

(3)项目施工阶段就需要将设计要求落实到现场安装，严格遵照设计要求施工，监理单位管控施工质量。施工完毕需要按照设计要求验收，合格后方可投产。

(4)投产后正常运营过程中，需要对设备设施加强维护，保证设计的保护措施正常有效。在运行中发现的问题要及时处理，加以改进，将新技术新方法应用到改进方案中来提高装置的本质安全性。

生命周期的本质安全管理需要有一套完善的管理流程，根据管理流程的指引在项目管理不同阶段和过程安全管理中贯彻本质安全的理念。

4 过程安全管理中的本质安全应用

过程安全对于企业风险管控和遏制重大事故的发生有及其重要的意义，回顾历史，国内外重特大伤亡事故中绝大多数都有过程安全管理有关[2-3]。AQT 3034—2010《 过程安全管理导则》为企业提供本质安全管理的思路和框架，包括了过程安全管理的十二个管理要素，同时企业设备设施的本质安全设计则是过程安全的基石。我们知道，工艺过程中风险是不可能完全消除，但是我们可以通过工程和行政的手段来管控风险，降低风险。本质安全设计旨在从工程的角度来管控风险，通过合理设计来降低工艺过程中人员、物料、环境出错的几率或最小化事故发生的负面影响；过程安全管理中的各个要素则是通过行政的手段来规范人的行为和提高设备的可靠性，从而降低风险。我们提倡通过本质安全设计的工程控制的手段，在项目早期评估工艺、操作中存在的风险，考虑人物环等各方面影响，针对具体的风险落实相应的解决方案管控风险，采取有效地本质安全设计为过程安全打好坚实的基础。

5 结语

本质安全是指通过设计等手段使生产设备或生产系统本身具有安全性，即使在误操作或发生故障的情况下也不会造成事故的功能。通过行政和管理的手段管控风险则是依靠工作流程和指引，实施操作纪律要求、变更管理、机械完整性计划、培训、项目评估等来规范人的行为降低事故风险。

本质安全的设计对于过程安全管理至关重要，本质安全设计需要项目初期设计和运行期间不断改进，前者是本质安全设计的重要阶段，后者是受限的能力进行更改，但即使在工厂建成后，也有机会可以在运转或工艺变更过程中实施改进。需要不断和技术人员讨论在本质安全中可以设计哪些行动或未来计划。在使用维护阶段制订安全操作规程、安全改造、改善维修等，所以我们管理者必须与时俱进，将本质安全全生命周期的理念应用到过程安全管理中。