第二節(jié)　化工過(guò)程本質(zhì)安全研究技術(shù)

一、本質(zhì)安全概念

本質(zhì)安全概念最初起源自第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后的世界宇航技術(shù)界,當(dāng)時(shí)主要是指電氣系統(tǒng)具備防止可燃物燃燒時(shí)釋放能量的安全性。英文中的本質(zhì)安全(inherent safety)具有“本質(zhì)的”“內(nèi)在的”“固有的”等含義,所以本質(zhì)安全也常被稱作內(nèi)在的安全、固有的安全。不同于依靠人員管理來(lái)實(shí)現(xiàn)安全,本質(zhì)安全強(qiáng)調(diào)機(jī)械設(shè)備、工藝過(guò)程、生產(chǎn)裝置等生產(chǎn)方面上的安全?；どa(chǎn)中化學(xué)反應(yīng)種類繁多、生產(chǎn)工藝復(fù)雜,實(shí)際上是本質(zhì)不安全,但可以通過(guò)工藝設(shè)計(jì)、工程控制及應(yīng)急處置等手段,使生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)系統(tǒng)本身具有安全性。

實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全,同時(shí)要保證工藝安全、設(shè)備安全和管理有效。人們通常把安全事故歸因于管理問(wèn)題,認(rèn)為管理問(wèn)題是引發(fā)事故的關(guān)鍵因素。我們?cè)谧非笙冗M(jìn)技術(shù)方法的同時(shí),也需要提高管理水平,特別是重視變更管理。本質(zhì)安全需要關(guān)注的兩種技術(shù)措施分別為安全設(shè)計(jì)和安全防護(hù)。安全設(shè)計(jì)作為實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全的一種技術(shù)理念,在各個(gè)技術(shù)工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在進(jìn)行本質(zhì)安全設(shè)計(jì)時(shí),首先要辨識(shí)系統(tǒng)中可能存在的危險(xiǎn)源,然后針對(duì)辨識(shí)出來(lái)的危險(xiǎn)源,選擇消除、控制等效果最好的技術(shù)方法,并體現(xiàn)在后續(xù)的工程設(shè)計(jì)中。由于不同系統(tǒng)中存在的危險(xiǎn)源不同,因此采取的具體技術(shù)措施也不盡相同。

通過(guò)本質(zhì)安全設(shè)計(jì),可以消除或控制系統(tǒng)中的危險(xiǎn)源,從而達(dá)到降低系統(tǒng)危險(xiǎn)性的目的,然而在系統(tǒng)中仍然存在著“殘余危險(xiǎn)”。系統(tǒng)中的殘余危險(xiǎn)經(jīng)常會(huì)高于可接受的危險(xiǎn)水平,此時(shí)就需要通過(guò)進(jìn)一步采取安全防護(hù)措施,降低系統(tǒng)存在的危險(xiǎn)性直至達(dá)到可接受的水平為止。從發(fā)揮作用的原理上區(qū)分,安全防護(hù)措施可以分為被動(dòng)防護(hù)措施與主動(dòng)防護(hù)措施兩種。被動(dòng)防護(hù)措施主要是指一些沒(méi)有動(dòng)作的部件被動(dòng)地減緩、限制能量釋放或者危險(xiǎn)物質(zhì)意外釋放的物理屏蔽;主動(dòng)防護(hù)措施則是指檢查非正常狀態(tài)并使系統(tǒng)處于安全狀態(tài)的報(bào)警、聯(lián)鎖,甚至緊急停車等控制措施。

二、化工過(guò)程本質(zhì)安全及研究技術(shù)

化工行業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)行業(yè),為社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步提供了重要的物質(zhì)基礎(chǔ),但同時(shí)它也是高危行業(yè)。由于化工生產(chǎn)通常具有有毒有害、易燃易爆、高溫高壓等危險(xiǎn)特性,火災(zāi)、爆炸、泄漏和中毒等安全事故頻繁發(fā)生,不僅造成了人員傷亡和財(cái)產(chǎn)重大損失,同時(shí)也對(duì)環(huán)境造成了持久的破壞。在世界范圍內(nèi),化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大,化工生產(chǎn)過(guò)程中的潛在危險(xiǎn)也隨之增加,化工生產(chǎn)過(guò)程中存在的危害也被廣泛的關(guān)注,促進(jìn)了全世界對(duì)安全技術(shù)的研究。

傳統(tǒng)上通過(guò)在危險(xiǎn)源與人、物及環(huán)境之間建立保護(hù)層等技術(shù)方法和手段達(dá)到控制危險(xiǎn)的目的,這種依靠附加安全系統(tǒng)的傳統(tǒng)方法在一定程度上改善了化工行業(yè)的安全狀況,但該方法在實(shí)施過(guò)程中也存有諸多弊處。首先,在建立保護(hù)層及后期維護(hù)過(guò)程中投入很高,包括最初的設(shè)備裝置投入、安全培訓(xùn)、維修保養(yǎng)費(fèi)用等;其次,保護(hù)層在失效后其自身也有可能成為新的危險(xiǎn)源,一旦發(fā)生事故,后果可能更加嚴(yán)重;最后,保護(hù)層只起到限制危險(xiǎn)的作用,但危險(xiǎn)仍然存在,在某種誘因的作用下,仍然有可能會(huì)引發(fā)事故,這就增加了事故發(fā)生的突然性。面對(duì)這種現(xiàn)狀,人們亟需找到一種新的安全技術(shù)手段,從源頭上盡可能地消除危險(xiǎn),即“本質(zhì)”安全化。20世紀(jì)70年代,英國(guó)教授克萊茲(Trevor Kletz)首次提出了化工過(guò)程本質(zhì)安全化的概念,賦予了過(guò)程安全的新含義。他指出,避免化學(xué)工業(yè)中重大事故發(fā)生最有效的手段,不是通過(guò)依靠更多、更可靠的附加安全設(shè)施,而是在根源上消除或者減少系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生重大事故的可能性,通過(guò)工藝設(shè)計(jì),達(dá)成減少或者消除工藝過(guò)程中潛在危險(xiǎn)的目的,使之達(dá)到可接受的水平。在1985年,克萊茲把化工工藝過(guò)程中的本質(zhì)安全歸納為五條基本原理:最小化/強(qiáng)化、替代、緩和、后果影響控制和簡(jiǎn)化。1991年克萊茲又提出了六條基本原則來(lái)定義“本質(zhì)安全化”,內(nèi)容如表2?6所示。1997年,歐盟的INSIDE項(xiàng)目探討了歐洲本質(zhì)安全技術(shù)在過(guò)程工業(yè)中的應(yīng)用情況,并驗(yàn)證了在化工行業(yè)中本質(zhì)安全設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用是可行的。2001年,Mansfield提出了關(guān)于本質(zhì)安全的健康環(huán)境分析方法工具箱(INSET)理論,其中包含多達(dá)31種本質(zhì)安全設(shè)計(jì)的方法,在總體上可分為四個(gè)過(guò)程:化學(xué)路線選擇、化學(xué)路線的具體評(píng)估分析、工藝過(guò)程設(shè)計(jì)及工藝設(shè)備設(shè)計(jì)。

表2?6　本質(zhì)安全化通則

化工行業(yè)中,大多數(shù)原材料及工藝過(guò)程都具有危險(xiǎn)性,想要完全消除這些危險(xiǎn)是不可能的,但可以通過(guò)合理地利用本質(zhì)安全相關(guān)理論,并使之能夠與化工過(guò)程更好地結(jié)合,做到在最大程度上減少或消除化工生產(chǎn)過(guò)程中存在的潛在危險(xiǎn)。

在化工本質(zhì)安全設(shè)計(jì)中,先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)在保障安全生產(chǎn)方面具有重要作用,主要體現(xiàn)在原料路線、反應(yīng)路線及反應(yīng)條件三個(gè)方面,特別是針對(duì)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的危險(xiǎn)性進(jìn)行深入和透徹的分析,例如:化學(xué)物質(zhì)的危險(xiǎn)性評(píng)估、化學(xué)物質(zhì)的不穩(wěn)定性分析、反應(yīng)放熱預(yù)測(cè)、反應(yīng)過(guò)程的壓力變化、爆炸性氣體的形成、爆炸范圍分析等。本質(zhì)安全設(shè)計(jì)目的是要從根本上減少或消除危險(xiǎn)源[5],長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,本質(zhì)安全設(shè)計(jì)不僅減少了對(duì)外部安全裝置的使用及維護(hù)費(fèi)用,同時(shí)降低了事故的危害及事故發(fā)生所造成的經(jīng)濟(jì)損失、社會(huì)影響和環(huán)境污染,具有一定的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。在化工技術(shù)不斷發(fā)展的今天,仍然有一些本質(zhì)上不太安全的技術(shù)在廣泛使用,作為研究者應(yīng)該不斷尋找本質(zhì)上更為安全的替代方法。探索本質(zhì)上更安全的工藝也許需要很大的投資,但是,本質(zhì)安全化新技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用,會(huì)給化學(xué)工業(yè)帶來(lái)更可靠、更經(jīng)濟(jì)的前景。