基于风险的化工工艺过程安全的研究

2023-01-04王茜安徽省应急管理科学研究院安徽合肥230061

化工管理 2022年6期

王茜(安徽省应急管理科学研究院，安徽合肥 230061)

0 引言

社会不断进步，技术不断革新，给化工带来了巨大变化，新材料、新设备、新技术不断涌现，相应化学的品种越来越多，其应用工艺越来越复杂。在当今化工工艺操作条件较为苛刻，而且操作过程中危险性较大的情况下。为了进一步提高化工工艺的安全，必须要对工艺过程进行分析研究，控制好生产、储存、运输等各个环节，避免产生人员的大量伤亡以及经济损失问题。化工过程风险无处不在，在过程中要根据实际情况制定应急预案，从工艺设计风险进行把控，在安全方面进行管理，不断降低重大事故发生概率。

1 化工工艺过程的研究现状

对化工工艺过程的风险研究，我国从20世纪80年代才开始，在对风险研究过程中确定了一些评价方法，比如：故障类型及影响分析、事故分析，安全检查表等评价方法，但在理论、技术上与发达国家相比仍存在较大的差距。随着时间的逐步推移，我国相继丰富了风险分析的方法，建立了相关的灾害模拟分析模型，丰富了模拟分析系统，此外还建立了相关的化工企业安全网站系统。并利用超压模型碎片穿透模型与热辐射通量模型，提出化工装置定量风险评价初选指标。

在国外，1964年，火灾爆炸指数评价法出现，20世纪70年代化工企业的安全评价法得到广泛的应用，基于后果和基于风险的两种评价方法也进一步得到推行。2009年安全管理技术得到发展，化学灾害事故逐渐变少，化学分析在工厂工艺设计的早期阶段具有重要意义，在早期阶段可以通过风险分析降低过程中的风险。2014年提出了一种新的方法，该方法可以将个体风险定义为年死亡率，进一步完善了相关的经典耐受型模型计算，该耐受性被定义为人体耐受到一定浓度极限[1]。

2 化工工艺过程安全的内涵

工艺安全的侧重点是工艺系统或设施本身，在一定程度上要关心操作人员以及工厂周围人员的安全，把握工艺系统和设施本身所存在的缺陷问题，进一步防范安全事故的发生。在工艺过程产生的危害主要包括两个方面：其一，工艺过程所赋予的危害主要包括对介质的储存、处理和加工；其二，工艺介质本身的危害，主要是介质本身所带来的危害。比如氯气是有毒的一种介质，在储存过程中施加一定的压力，能够使氯气具备一定的能量，从而给化学工艺过程带来危险。工艺系统一旦泄漏，将会导致灾害性的事故发生，比如爆炸可以造成周围设备或管道破裂。

工艺安全主要对象是处理加工或储存危险化学品的工厂或设施，在化工工艺风险分析过程中，要从设计上确保工艺系统具备可以接受的安全性，强调应用系统的管理手段，进一步控制工艺的危害。较多工艺事故是由于工艺系统的变化所导致的，这种变化包括操作工况超出设计安全范围，因此要将这些变化纳入到适合管理过程中[2]。

3 化工工艺过程事故特征

在化工工艺过程分析中，要对相应的事故特征进行了解，同时要对事故进行预测。化工事故中，火灾爆炸的次数较多，其次是泄漏、中毒事故。在爆炸事故中所产生的危害性较大，通常是通过非受限蒸气云爆炸形成的，在爆炸过程中会加大事故发生的力度，所造成损失较大，火灾、爆炸、中毒是三种典型的化工事故。

在化学工艺过程中，火灾爆炸具有不同产生因素，有化学爆炸、物理爆炸、火灾引发爆炸等情况，在爆炸发生过程中要根据相应的系统介质采取相应的措施。机械失效也是化工事故所产生的原因之一，该原因主要是由于维护的问题所造成，因此要加大对控制设备泵、阀门维护，要加强操作者的操作训练，提高操作水平，按照正确的顺序进行操作，减少事故的发生[3]。

4 化工工艺过程物质安全

化工工艺过程物质安全主要分为以下几个部分：

其一，物理参数。密度、蒸气压、沸点等物理参数在化工工艺过程分析中具有较大的价值，比如化工工艺体系存在蒸汽压容器，内部的压力不得高于某限值，此现值就是该体系的压力上限。当发生泄漏时，要考虑物质在水中的溶解度，设定工艺温度时需要注意，当温度低于物质溶解时要对物质进行凝固。

其二，毒性。很多毒害品水溶性和脂溶性较强，毒性越大对人体产生的危害也就越大，有毒化学品挥发性较强，很容易通过气体或蒸汽让人吸入中毒，固体毒物颗粒较小，分散性越好，空气中的毒物颗粒更容易被人吸收。因此，在化工工艺风险分析过程中要对相应的毒性进一步了解，掌握毒性对生命的危害性，此外，要通过定量的指标进一步观察毒性，重点观察毒物进入皮肤、眼睛所产生的变化，通过相应的性质对毒性进行分类汇总。相关企业要采用适当的技术与医疗措施来保护作业人员，可以采取相应的医疗措施进行治疗，采用个体防护设备进一步减少人员暴露，利用封闭系统来避免人体与物质的直接接触。还应该限制操作人员的数量，关注毒物对环境所造成的影响。

其三，火灾爆炸参数。除爆炸物外，有机过氧化物的液态或固态有机物质容易放热自加速分解，在火灾爆炸参数分析过程中，要进一步对易燃固体、易燃液体、易燃气体、自然固体进行分类，了解相关的特质。爆炸极限是指可燃物质可以点燃的浓度范围，为了进一步判断是否能发生爆炸，要了解最低燃点。爆炸可以用最大爆炸压力和最大压力上升速率等参数来进一步描述，在化工过程中泵送、搅动、气动输送等存在分离过程，要根据相应的情况进行分析。弱导电率过低，静电不易释放，就会可能导致爆炸。在爆炸参数分析过程中，摩擦感度以及撞击感度也是重要的参数[4]。

其四，相互作用。在化工工艺过程中，要对化学物质的反应性进行评估，根据相互作用建立相应的三角矩阵分析模型，此外还要了解构件材料、废液、不同流体之间的相互作用，综合考虑化学物质和混合物。

5 化工工艺过程设备安全

化工设备是化工过程中重要的物质基础，为了进一步确保复杂工艺能够顺利进行，相应的设备要具备承受低温、高压、真空、有毒介质的功能特性。根据工艺用途可以分为分离设备、储存设备和反应设备等。化工设备在进行选择过程中，应及时根据相应的情况选择合理的设备，对相应的材质进行合理选择，若材质韧性较低，将会引发严重的事故，为了进一步保证化工工艺过程设备的安全，需要对以下几个方面进行控制：

其一，化工设备要具有足够大的强度。为了进一步确保设备安全、稳定、长期地运行，必须要保证所有的零部件具有足够的强度。在设计过程中要牢牢按照设计要求进行，相关的设计和制造单位要对设计、制造进行把关，消除不良的隐患。此外，在制造过程中要按照国家相应的标准进行制造，严格对相应的质量进行检查。在设备运行过程中要加强维护管理，检查设备的状况，对设备的磨损、机器的腐蚀情况进一步分析。当设备发生问题时，要及时进行更换和维修，防止因为设备出现问题而引发重大的事故发生。

其二，密封可靠。由于设备与机器密封不严也会产生相应的泄漏问题，从而引发燃烧爆炸、中毒等安全事故。因此，在化工、化肥、炼油等企业中应特别重视化工设备的密封可靠性能。

其三，安全保护装置必须配套。为了进一步确保化工设备的安全运行，必须在过程中采用信号报警、自动控制等先进技术手段，通过相应的技术手段，能够有效降低安全事故的发生[5]。

其四，适用性强。化工设备在当外界压力、温度等条件发生变化时，能够完全适应并维持正常运行，化工设备状况的好坏严重影响工业生产的连续性、稳定性以及安全性，当系统发生故障时，会影响功能的实现，导致事故的发生。对于化工工艺过程设备，要建立相应的评价判断指标，当事故发生时，要立即采取措施防止事故的进一步扩大。相关企业要建立经验丰富的维修团队，方便修复合理结构，要强化过程设备的安全，提高职工队伍的安全素质，保证过程设备的安全运行，化工工艺设备的可靠性越高，其事故发生的可能性越小。

6 化工工艺过程技术安全

化工反应过程中工艺条件苛刻，化工工艺过程技术安全主要包括以下几个方面内容：(1)操作压力。操作压力是化工生产的主要控制参数之一，为了避免容器设备的爆炸事故发生，要对相应的设备进行检查，对于管道容器按照一定的承压范围选取合适的材料。(2)物料配比和投料速度。对于放热反应，物料温度的急剧变化将会进一步影响安全事故的发生，若温度控制不良，将会超出正常指标，导致事故发生。(3)工艺温度。温度过高还会使降温设施发生故障。

7 化工工艺过程风险分析

可能性是对事故发生的预期概率或频率的度量，风险指可能发生的事件、后果严重程度和事件发生的可能性，化工过程中存在多种多样的风险，包括燃性、化学反应性、毒性等。对于化工工艺过程中的具体情况，还有评价火灾爆炸危险性的道化学火灾、爆炸指数评价法，当具体分析时需要依据具体情况运用不同的方法进行分析。基于风险的化工工艺过程安全分析，包括危险源的辨识，事故发生的可能性及后果严重程度的分析。

7.1 危险源辨识

发生强烈化学反应的化工装置、存储危险物质的设备、产生、供给能量的化工装置等都是化工工艺过程中存在的危险源，可采用故障模式及影响分析、检查表法。故障假设法是集中常用的危险源辨识方法，具有较大的灵活性，可以让分析人员将精力集中在主要的危险方面，是一种对系统工艺过程或操作的创造性分析方法，实施过程较为简易，该方法适用于工程、项目的任何阶段，能够有效地节约时间，但此方法也存在一些缺陷，比如危险与后果是合并在一起的，描述的内容并没有明确的规定等。检查表分析法检查过程比较容易，能够较为全面地发现工艺过程中的不安全因素，最简单的风险辨识技术，是识别已知风险的有效方法，但存在一些不足，检查表法只能用来初步大致分析，而不适合进行详细的风险分析，比如在分析复杂系统中不同条件时，不能够辨识由于系统中各单元要素相互作用导致的危险，此不可避免遗漏可能性较大的危险情况。故障类型与影响分析可以根据以往运行经验或试验情况确定元素的故障类型，对元素进行可靠性分析来确定元素的故障类型，这种分析方

法是一种以系统的组成部件、元素为对象的分析方法。可以通过考察主要的系统参数及其变化来确定故障类型对系统功能的影响，通常从3个方面来研究元素故障类型的影响：(1)对整个系统的影响；(2)对相邻元素的影响；(3)对邻近系统及周围环境的影响。

7.2 可能性分析

过程中的设备失效通常是多个部件之间相互作用的结果，系统或设备失效主要指的是当系统或设备运行过程在规定的条件下无法按规定的程序实现其预定的功能，过程的整体失效率高度依赖于这种相互作用的性质。过程单元的失效是由单个部件的失效概率计算得到的，是显性失效和隐性失效的概率不能够立即确定的失效[6]。

7.3 后果严重程度分析

后果分析往往从物质的泄漏分析开始，根据物质的泄漏机理，可分为完全破裂和有限孔泄漏两大类，基本泄漏源模型有气体泄漏模型、液体泄漏模型等，然后研究泄漏物质的流动、扩散情况，贮罐的破裂是典型的烟团模型，最后分析火灾、爆炸、中毒事故造成的人员伤亡和财产损失情况。当可燃液体泄漏时，液体向地面扩散形成液池，液池表面形成蒸气云。