本质安全的基本策略.docx

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本质安全的基本策略

本质安全的基本策略

一、 “本质安全”的基本出发点

工艺危害及其可能会造成的后果

1、谈及"工艺安全"的时候，我们就会想到"工艺危害"。

"工艺危害"是工艺系统内在的物理或化学特性，当它被激活时就可能导致事故，造成人员伤害、环境破坏或财产损失。

我们化工和石化工业发展过程中，工艺过程越来越复杂。

一旦规模庞大的工艺装置中所存在的危害被激活，导致的事故后果可能异常严重，通常表现在以下三个方面:

（1）工厂员工或周围公众的严重伤亡；

（2）财产的巨大损失；

（3）对环境的严重破坏。

2、化工或石化工艺过程中存在的危害通常源于以下两个方面:

（1）工艺系统中所涉及的化学品的危害。

例如，硫化氢对人体有毒、硫酸对皮肤有腐蚀性、氢气易燃等。

只要工艺系统涉及到这些化学品，就同时也接纳了它们自身所具有的这些危害。

（2）工艺过程的特征所决定的危害。

对于同样的工艺介质，不同的工艺过程或处理方式可能带来不同程度的危害。

对于同一工艺介质，不同的处理方式可能形成不同形式和不同程度的危害。

“保护层”法

化工和石化工艺过程中总会涉及各种化学品，并且包括对它们进行储存和处理等活动，因此注定这些工艺过程中会存在某种危害，除非消除这些化学品或者改变它们的储存和处理方式，否则系统所具有的危害就总会存在。

为了确保化工和石化工艺系统的安全，控制危害，较传统的做法，是在危险物料（或能量）与外部环境之间设计或安排保护措施（也称为"保护层"）来控制危害，

这种做法犹如用笼子关老虎。

为了防止老虎伤人，所以用铁笼子把它关起来，为了防止老虎抓破铁笼子跑出来伤人，就安排足够层数的铁笼子，这样一来，只要还有一层没有被抓破，就可以把老虎牢牢地关起来，避免人员伤害。

这些"保护层"通常按照一定的次序发挥作用，来降低事故发生的频率、减轻事故发生时的后果，或者二者兼顾。

但用笼子关老虎有时候也不完全可靠，如笼子年久失修自己破了，或者笼子的层数不够多最后都被老虎抓破了，这样老虎还是可以伤人。

为了关住老虎，需要经常检查和维护这些笼子，确保它们处于可靠的状态。

类似地，对于工艺系统而言，由于危害总是存在，假如有足够数量的"保护层"并且它们都可靠，当然可以将事故风险降到某个可以接受的水平。

但是，一旦所有的"保护层"同时失效（虽然可能性很低，但仍然可能发生），"危害"这只老虎就会跑出来，并酿成严重的事故。

本质安全的基本出发点是要从根本上消除或减少系统存在的危害。

换句话说，就是要把"老虎"变成"羊或者把"大老虎"变成"小老虎"。

如果老虎变成了羊，就可以省掉关老虎的笼子，对于工艺系统而言，就可以省略不必要的保护层，不仅节约成本，而且可以使生产操作和维护维修变得更加容易和安全。

二、 “本质安全”的策略及其实际应用

"本质安全"的基本思路是通过改变工艺系统中所使用的材料和化学品，或者改变工艺条件，来消除或减少危害。

通过这种方式消除了的危害不再存在于工艺系统中，使"本身不存在危害或危害更小"成为工艺系统内在的一种特征，也就是说，工艺系统本身具有了所谓的"本质上更加安全"的特征。

相应地，只需要更少的安全保护层，就可以将"本质上更加安全"的工艺系统的风险降低到某个可以接受的水平。

针对化工与石化等行业的特征，从损失预防的角度，可运用以下四项实现"本质安全"的策略：

（1）减少（Minimize）：

这个单词也可以译成"最小化"，尽可能减少危险化学品的使用量。

（2）替代（Subtitute）：

用危害小的物质（或工艺）替代危害较大的物质（或工艺）。

（3）缓和（Moderate）：

使物质或工艺系统处于危险性更小的状态。

（4）简化（Simplify）：

尽量剔除工艺系统中繁琐的、冗余的部分，使操作更加容易，减少操作人员犯错误的机会；即使出现操作错误，系统也具有较好的容错性来确保安全。

下面就每种策略进行一个具体阐述。

减少（Minimize）

本策略的要点是减少工艺过程中（反应器、精锢塔、储罐和输送管道等）危险物料的滞留量和工厂范围内危险物料的储存量，以降低工艺系统的风险。

具体的作法有：

1、通过创新工艺技术和改变现有工艺，减少工艺系统中危险物料的滞留量。

2、减少设备数量和采用容积更小的设备。

在设计工艺设备时，用最少数量和容积更小的设备满足工艺需要，不但有助于减少系统内危险物料的滞留量，也节约投资。

3、安排合理的原料和中间产品储存量。

通常设计方总是围绕"生产操作需要"来安排原料和中间产品的储存量，结果往往是原料和中间产品的储存量远超出生产的实际需要，不但不经济，而且增加了潜在的危害。

因此，在考虑原料和中间产品的储存量时，要综合考虑整个供应链，在满足工艺基本要求的前提下，尽量减少危险原料和中间产品的储存量。

4、提高工厂维护和维修水平，减少危险中间产品的储存量。

加强预防性维修，特别是提高关键设备的可靠性，可以减少不必要的停车和生产故障，从而显著地减少危险中间产品的储存量。

5、应用合理的工艺控制，在满足工艺操作要求的情况下，将危险物料储罐的液位控制在较低的范围内，也可以减少工艺系统中危险物料的滞留量。

6、选择合适的储存地点。

7、尽可能就地生产和消耗危险物料，以减少它们的运输。

对于化工厂或石化厂而言，危险化学品的运输是危害较大的操作（包括管道输送、车辆运输和船舶运输），宜减少化学品的运输量和减少运输途中的中转。

替代（Subtitute）

本策略的要点是用危害小的物质替代危害较大的物质，或者用危害小的工艺替代危害较大的工艺。

例如：

采用闪点更低的导热液；改变现有的危害较大的化学品运输方式；用新材料替换工艺系统中与工艺介质不相容的施工材质等。

"替代"策略的另一方面重要应用是，假如工艺过程中存在某种危害很大的原料或中间产品，可以通过调整工艺路线，避免使用该原料或生成危害大的中间产品。

缓和（Moderate）

本策略的要点是通过改善物理条件（如操作温度、化学品的浓度）或改变化学条件（如化学反应条件）使工艺过程的操作条件变得更加温和，万一危险物料或能量发生泄漏时，可以将后果控制在较低的水平。

以下是一些应用"缓和"策略的途径：

1、稀释。

对于沸点低于常温的化学品，通常储存在常温带压的系统中。

假如工艺条件许可，可以采用沸点较高的溶剂来稀释，从而降低储存压力。

不幸发生泄漏时，储罐内、外压差相对较小，泄漏速度会较低;如果容器破裂，泄漏区的危险物料浓度相对较低，可减轻事故造成的后果。

2、冷冻。

这种方法通常用来储存氨和氯等危险物质。

与稀释的效果类似，冷冻可以降低储存物的蒸气压，使储存系统与外部环境之间的压差降低，如果容器出现破口或裂缝，漏速度会明显降低。

3、温和的工艺条件。

采用更温和的工艺生产条件，可以减轻事故的后果。

能够在常温常压下进行的工艺过程，尽量在常温常压下进行；倘若必须在高温或高压条件下进行生产，在满足工艺要求的前提下，尽量设法降低操作温度和压力。

4、泄漏容纳。

储罐区的围堤、泵区的地面围堪等都是典型的泄漏容纳系统，它们在发挥作用时，不需要有人去开启，也不依赖自控装置的触发。

简化（Simplify）

"简化"策略的要点是在设计中充分考虑人的因素，尽量剔除工艺系统中繁琐的、不必要的组成部分，使操作更简单、更不容易犯错误，而且，系统要有好的容错性，即使在操作人员犯错误的情况下，系统也能保障安全。

“本质安全”策略的实际应用

1、"本质安全"的概念与策略可以应用于企业生命周期的各个阶段：

研究、工艺开发、工程设计、生产操作维护、改造和关闭等。

前期的研究阶段和工艺开发阶段有充分的自由度来改变工艺过程，它们是应用"本质安全"概念和策略提升工艺系统安全的良好时机。

2、应用"本质安全"策略提升工艺系统安全性的实际例子

①消除或明显减少原料、中间产品和产品的储存量；

②减小反应器的容积；

③用危险性小的化学品替代危险性较大的化学品（包括溶剂），或用水稀释；

④用热水系统替代热油系统；

⑤降低操作温度（或压力），同时也降低了放热反应失控的风险；

⑥将可燃粉末制成浆料，以降低运输途中的风险；

⑦简化复杂的工艺系统；

⑧修改模棱两可的操作指令，以避免误操作；

⑨将靠近危险生产装置的办公楼迁移到更远的地方；

⑩修建围堤，用于泄漏容纳等。

根据实际应用调查结果，在应用"本质安全"的概念和策略时，并不一定会增加成本；如果在项目的早期（如研发阶段）就应用这些概念和策略，可以明显地节约投资和投产后的运营费用。

三、 本质安全与工艺风险控制的关系

风险是对经济损失、人员伤亡或环境破坏的度量。

它包括两方面的内容，一是事故发生的可能性（频率），二是经济损失、人员伤亡或环境破坏的后果严重程度。

因此，在化工或石化工艺系统的操作过程中，尝试减小风险的途径可以是设法降低事故发生的可能性、减轻事故可能导致的后果，或者二者兼顾。

工艺系统风险控制的途径按照可靠性的降序排列依次为分成本质安全、被动保护、主动保护及程序运用四大类。

本质安全（Inherent）

使用没有危害或危害更小的化学品，或者通过改善工艺条件以消除或明显减少危害，使安全性成为工艺系统本身的一种属性。

上面已经进行了较多的叙述，就不多说了。

被动保护（Passive）

依靠工艺或设备设计上的特征，降低事故发生的频率、减轻事故的后果，或者二者兼顾。

这类"保护"在发挥作用时，不依赖任何人为的启动或控制元件的触发。

例如，在设计反应器时，使它们本身能够承受工艺过程中可能存在的最高压力，即使反应器内压力出现波动，也总能保障安全，而且可以省掉复杂的压力联锁控制系统和超压泄放系统如收集罐、洗涤器、火炬等（根据法规要求，可能仍然需要安装安全阀等泄压装置）。

我们也可以将此策略归于广义的"本质安全"。

主动保护（Active）

主动保护也可以翻译为工程控制，就是采用基本的工艺控制、联锁和紧急停车等手段，及时发现、纠正工艺系统的非正常工况。

例如，当化学品储罐的压力升高到设定压力时，调节阀自动开启调压以防止储罐超压，就属于此类保护。

程序运用（Procedural）

程序运用也可以翻译为管理控制，就是运用操作程序、维修程序、作业管理程序、应急反应程序或通过其他类似的管理途径来预防事故，或者减轻事故所造成的后果。

例如，我们在生产区域焊接作业时，为了控制着火源，需要严格执行动火作业许可证制度。

人总是可能犯错误，而且可能出现判断上的失误，所以程序运用属于低层次的风险控制策略，但它仍然是风险控制的一个重要环节。

程序运用的另一方面重要意义在于，它是被动保护装置和主动保护装置处于可靠、可工作状态的保障，例如，工厂依据维护检测程序确保各种关键联锁的正常工作。

"本质安全"是工艺风险控制的基本途径和有机组成部分。

在考虑工艺风险控制时，宜优先考虑"本质安全"和"被动保护"两种途径，因为它们更加可靠，且不依赖于仪表控制、管理程序和人的努力等外部因素；仪表可能失灵、管理程序可能不完善或疏于落实，人则难免会犯错。

上述四类风险控制途径主要是预防事故，为了在事故发生时保护操作人员，有必要采取必要的个人防护。

个人防护是保护操作人员免受伤害的最后环节。

四、总结

追求工艺系统的"本质安全"是一种超越传统的事故预防思想，可以运用"减少"、"替代"、"缓和"和"简化"等策略尽可能消除或减少工艺系统本身的危害，从而省略或减少用于危害控制的"保护层"。

"本质安全"的概念可以应用于企业生命周期的各个阶段，即使在已经投入运营的企业也可以从中受益。

"本质安全"策略的应用是工艺风险控制的一个重要方面，值得优先考虑。

"本质安全"的策略不一定能够完全消除工艺系统的危害，但是对于同样的工艺系统，如果可以接受的风险标准不变，运用本质安全策略可以减少保护层，节约投资和运营费用。

因此，运用本质安全策略在实现安全的同时，还可以节约成本，这也从一个侧面说明安全工作不仅需要投入，也可以帮助企业节省戚本。