基于風(fēng)險的化工工藝過程安全的研究

王茜(安徽省應(yīng)急管理科學(xué)研究院，安徽 合肥 230061)

0 引言

社會不斷進步，技術(shù)不斷革新，給化工帶來了巨大變化，新材料、新設(shè)備、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，相應(yīng)化學(xué)的品種越來越多，其應(yīng)用工藝越來越復(fù)雜。在當(dāng)今化工工藝操作條件較為苛刻，而且操作過程中危險性較大的情況下。為了進一步提高化工工藝的安全，必須要對工藝過程進行分析研究，控制好生產(chǎn)、儲存、運輸?shù)雀鱾€環(huán)節(jié)，避免產(chǎn)生人員的大量傷亡以及經(jīng)濟損失問題?；み^程風(fēng)險無處不在，在過程中要根據(jù)實際情況制定應(yīng)急預(yù)案，從工藝設(shè)計風(fēng)險進行把控，在安全方面進行管理，不斷降低重大事故發(fā)生概率。

1 化工工藝過程的研究現(xiàn)狀

對化工工藝過程的風(fēng)險研究，我國從20世紀(jì)80年代才開始，在對風(fēng)險研究過程中確定了一些評價方法，比如：故障類型及影響分析、事故分析，安全檢查表等評價方法，但在理論、技術(shù)上與發(fā)達國家相比仍存在較大的差距。隨著時間的逐步推移，我國相繼豐富了風(fēng)險分析的方法，建立了相關(guān)的災(zāi)害模擬分析模型，豐富了模擬分析系統(tǒng)，此外還建立了相關(guān)的化工企業(yè)安全網(wǎng)站系統(tǒng)。并利用超壓模型碎片穿透模型與熱輻射通量模型，提出化工裝置定量風(fēng)險評價初選指標(biāo)。

在國外，1964年，火災(zāi)爆炸指數(shù)評價法出現(xiàn)，20世紀(jì)70年代化工企業(yè)的安全評價法得到廣泛的應(yīng)用，基于后果和基于風(fēng)險的兩種評價方法也進一步得到推行。2009年安全管理技術(shù)得到發(fā)展，化學(xué)災(zāi)害事故逐漸變少，化學(xué)分析在工廠工藝設(shè)計的早期階段具有重要意義，在早期階段可以通過風(fēng)險分析降低過程中的風(fēng)險。2014年提出了一種新的方法，該方法可以將個體風(fēng)險定義為年死亡率，進一步完善了相關(guān)的經(jīng)典耐受型模型計算，該耐受性被定義為人體耐受到一定濃度極限[1]。

2 化工工藝過程安全的內(nèi)涵

工藝安全的側(cè)重點是工藝系統(tǒng)或設(shè)施本身，在一定程度上要關(guān)心操作人員以及工廠周圍人員的安全，把握工藝系統(tǒng)和設(shè)施本身所存在的缺陷問題，進一步防范安全事故的發(fā)生。在工藝過程產(chǎn)生的危害主要包括兩個方面：其一，工藝過程所賦予的危害主要包括對介質(zhì)的儲存、處理和加工；其二，工藝介質(zhì)本身的危害，主要是介質(zhì)本身所帶來的危害。比如氯氣是有毒的一種介質(zhì)，在儲存過程中施加一定的壓力，能夠使氯氣具備一定的能量，從而給化學(xué)工藝過程帶來危險。工藝系統(tǒng)一旦泄漏，將會導(dǎo)致災(zāi)害性的事故發(fā)生，比如爆炸可以造成周圍設(shè)備或管道破裂。

工藝安全主要對象是處理加工或儲存危險化學(xué)品的工廠或設(shè)施，在化工工藝風(fēng)險分析過程中，要從設(shè)計上確保工藝系統(tǒng)具備可以接受的安全性，強調(diào)應(yīng)用系統(tǒng)的管理手段，進一步控制工藝的危害。較多工藝事故是由于工藝系統(tǒng)的變化所導(dǎo)致的，這種變化包括操作工況超出設(shè)計安全范圍，因此要將這些變化納入到適合管理過程中[2]。

3 化工工藝過程事故特征

在化工工藝過程分析中，要對相應(yīng)的事故特征進行了解，同時要對事故進行預(yù)測?；な鹿手?，火災(zāi)爆炸的次數(shù)較多，其次是泄漏、中毒事故。在爆炸事故中所產(chǎn)生的危害性較大，通常是通過非受限蒸氣云爆炸形成的，在爆炸過程中會加大事故發(fā)生的力度，所造成損失較大，火災(zāi)、爆炸、中毒是三種典型的化工事故。

在化學(xué)工藝過程中，火災(zāi)爆炸具有不同產(chǎn)生因素，有化學(xué)爆炸、物理爆炸、火災(zāi)引發(fā)爆炸等情況，在爆炸發(fā)生過程中要根據(jù)相應(yīng)的系統(tǒng)介質(zhì)采取相應(yīng)的措施。機械失效也是化工事故所產(chǎn)生的原因之一，該原因主要是由于維護的問題所造成，因此要加大對控制設(shè)備泵、閥門維護，要加強操作者的操作訓(xùn)練，提高操作水平，按照正確的順序進行操作，減少事故的發(fā)生[3]。

4 化工工藝過程物質(zhì)安全

化工工藝過程物質(zhì)安全主要分為以下幾個部分：

其一，物理參數(shù)。密度、蒸氣壓、沸點等物理參數(shù)在化工工藝過程分析中具有較大的價值，比如化工工藝體系存在蒸汽壓容器，內(nèi)部的壓力不得高于某限值，此現(xiàn)值就是該體系的壓力上限。當(dāng)發(fā)生泄漏時，要考慮物質(zhì)在水中的溶解度，設(shè)定工藝溫度時需要注意，當(dāng)溫度低于物質(zhì)溶解時要對物質(zhì)進行凝固。

其二，毒性。很多毒害品水溶性和脂溶性較強，毒性越大對人體產(chǎn)生的危害也就越大，有毒化學(xué)品揮發(fā)性較強，很容易通過氣體或蒸汽讓人吸入中毒，固體毒物顆粒較小，分散性越好，空氣中的毒物顆粒更容易被人吸收。因此，在化工工藝風(fēng)險分析過程中要對相應(yīng)的毒性進一步了解，掌握毒性對生命的危害性，此外，要通過定量的指標(biāo)進一步觀察毒性，重點觀察毒物進入皮膚、眼睛所產(chǎn)生的變化，通過相應(yīng)的性質(zhì)對毒性進行分類匯總。相關(guān)企業(yè)要采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)與醫(yī)療措施來保護作業(yè)人員，可以采取相應(yīng)的醫(yī)療措施進行治療，采用個體防護設(shè)備進一步減少人員暴露，利用封閉系統(tǒng)來避免人體與物質(zhì)的直接接觸。還應(yīng)該限制操作人員的數(shù)量，關(guān)注毒物對環(huán)境所造成的影響。

其三，火災(zāi)爆炸參數(shù)。除爆炸物外，有機過氧化物的液態(tài)或固態(tài)有機物質(zhì)容易放熱自加速分解，在火災(zāi)爆炸參數(shù)分析過程中，要進一步對易燃固體、易燃液體、易燃氣體、自然固體進行分類，了解相關(guān)的特質(zhì)。爆炸極限是指可燃物質(zhì)可以點燃的濃度范圍，為了進一步判斷是否能發(fā)生爆炸，要了解最低燃點。爆炸可以用最大爆炸壓力和最大壓力上升速率等參數(shù)來進一步描述，在化工過程中泵送、攪動、氣動輸送等存在分離過程，要根據(jù)相應(yīng)的情況進行分析。弱導(dǎo)電率過低，靜電不易釋放，就會可能導(dǎo)致爆炸。在爆炸參數(shù)分析過程中，摩擦感度以及撞擊感度也是重要的參數(shù)[4]。

其四，相互作用。在化工工藝過程中，要對化學(xué)物質(zhì)的反應(yīng)性進行評估，根據(jù)相互作用建立相應(yīng)的三角矩陣分析模型，此外還要了解構(gòu)件材料、廢液、不同流體之間的相互作用，綜合考慮化學(xué)物質(zhì)和混合物。

5 化工工藝過程設(shè)備安全

化工設(shè)備是化工過程中重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，為了進一步確保復(fù)雜工藝能夠順利進行，相應(yīng)的設(shè)備要具備承受低溫、高壓、真空、有毒介質(zhì)的功能特性。根據(jù)工藝用途可以分為分離設(shè)備、儲存設(shè)備和反應(yīng)設(shè)備等?；ぴO(shè)備在進行選擇過程中，應(yīng)及時根據(jù)相應(yīng)的情況選擇合理的設(shè)備，對相應(yīng)的材質(zhì)進行合理選擇，若材質(zhì)韌性較低，將會引發(fā)嚴(yán)重的事故，為了進一步保證化工工藝過程設(shè)備的安全，需要對以下幾個方面進行控制：

其一，化工設(shè)備要具有足夠大的強度。為了進一步確保設(shè)備安全、穩(wěn)定、長期地運行，必須要保證所有的零部件具有足夠的強度。在設(shè)計過程中要牢牢按照設(shè)計要求進行，相關(guān)的設(shè)計和制造單位要對設(shè)計、制造進行把關(guān)，消除不良的隱患。此外，在制造過程中要按照國家相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進行制造，嚴(yán)格對相應(yīng)的質(zhì)量進行檢查。在設(shè)備運行過程中要加強維護管理，檢查設(shè)備的狀況，對設(shè)備的磨損、機器的腐蝕情況進一步分析。當(dāng)設(shè)備發(fā)生問題時，要及時進行更換和維修，防止因為設(shè)備出現(xiàn)問題而引發(fā)重大的事故發(fā)生。

其二，密封可靠。由于設(shè)備與機器密封不嚴(yán)也會產(chǎn)生相應(yīng)的泄漏問題，從而引發(fā)燃燒爆炸、中毒等安全事故。因此，在化工、化肥、煉油等企業(yè)中應(yīng)特別重視化工設(shè)備的密封可靠性能。

其三，安全保護裝置必須配套。為了進一步確保化工設(shè)備的安全運行，必須在過程中采用信號報警、自動控制等先進技術(shù)手段，通過相應(yīng)的技術(shù)手段，能夠有效降低安全事故的發(fā)生[5]。

其四，適用性強?；ぴO(shè)備在當(dāng)外界壓力、溫度等條件發(fā)生變化時，能夠完全適應(yīng)并維持正常運行，化工設(shè)備狀況的好壞嚴(yán)重影響工業(yè)生產(chǎn)的連續(xù)性、穩(wěn)定性以及安全性，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，會影響功能的實現(xiàn)，導(dǎo)致事故的發(fā)生。對于化工工藝過程設(shè)備，要建立相應(yīng)的評價判斷指標(biāo)，當(dāng)事故發(fā)生時，要立即采取措施防止事故的進一步擴大。相關(guān)企業(yè)要建立經(jīng)驗豐富的維修團隊，方便修復(fù)合理結(jié)構(gòu)，要強化過程設(shè)備的安全，提高職工隊伍的安全素質(zhì)，保證過程設(shè)備的安全運行，化工工藝設(shè)備的可靠性越高，其事故發(fā)生的可能性越小。

6 化工工藝過程技術(shù)安全

化工反應(yīng)過程中工藝條件苛刻，化工工藝過程技術(shù)安全主要包括以下幾個方面內(nèi)容：(1)操作壓力。操作壓力是化工生產(chǎn)的主要控制參數(shù)之一，為了避免容器設(shè)備的爆炸事故發(fā)生，要對相應(yīng)的設(shè)備進行檢查，對于管道容器按照一定的承壓范圍選取合適的材料。(2)物料配比和投料速度。對于放熱反應(yīng)，物料溫度的急劇變化將會進一步影響安全事故的發(fā)生，若溫度控制不良，將會超出正常指標(biāo)，導(dǎo)致事故發(fā)生。(3)工藝溫度。溫度過高還會使降溫設(shè)施發(fā)生故障。

7 化工工藝過程風(fēng)險分析

可能性是對事故發(fā)生的預(yù)期概率或頻率的度量，風(fēng)險指可能發(fā)生的事件、后果嚴(yán)重程度和事件發(fā)生的可能性，化工過程中存在多種多樣的風(fēng)險，包括燃性、化學(xué)反應(yīng)性、毒性等。對于化工工藝過程中的具體情況，還有評價火災(zāi)爆炸危險性的道化學(xué)火災(zāi)、爆炸指數(shù)評價法，當(dāng)具體分析時需要依據(jù)具體情況運用不同的方法進行分析?；陲L(fēng)險的化工工藝過程安全分析，包括危險源的辨識，事故發(fā)生的可能性及后果嚴(yán)重程度的分析。

7.1 危險源辨識

發(fā)生強烈化學(xué)反應(yīng)的化工裝置、存儲危險物質(zhì)的設(shè)備、產(chǎn)生、供給能量的化工裝置等都是化工工藝過程中存在的危險源，可采用故障模式及影響分析、檢查表法。故障假設(shè)法是集中常用的危險源辨識方法，具有較大的靈活性，可以讓分析人員將精力集中在主要的危險方面，是一種對系統(tǒng)工藝過程或操作的創(chuàng)造性分析方法，實施過程較為簡易，該方法適用于工程、項目的任何階段，能夠有效地節(jié)約時間，但此方法也存在一些缺陷，比如危險與后果是合并在一起的，描述的內(nèi)容并沒有明確的規(guī)定等。檢查表分析法檢查過程比較容易，能夠較為全面地發(fā)現(xiàn)工藝過程中的不安全因素，最簡單的風(fēng)險辨識技術(shù)，是識別已知風(fēng)險的有效方法，但存在一些不足，檢查表法只能用來初步大致分析，而不適合進行詳細的風(fēng)險分析，比如在分析復(fù)雜系統(tǒng)中不同條件時，不能夠辨識由于系統(tǒng)中各單元要素相互作用導(dǎo)致的危險，此不可避免遺漏可能性較大的危險情況。故障類型與影響分析可以根據(jù)以往運行經(jīng)驗或試驗情況確定元素的故障類型，對元素進行可靠性分析來確定元素的故障類型，這種分析方

法是一種以系統(tǒng)的組成部件、元素為對象的分析方法。可以通過考察主要的系統(tǒng)參數(shù)及其變化來確定故障類型對系統(tǒng)功能的影響，通常從3個方面來研究元素故障類型的影響：(1)對整個系統(tǒng)的影響；(2)對相鄰元素的影響；(3)對鄰近系統(tǒng)及周圍環(huán)境的影響。

7.2 可能性分析

過程中的設(shè)備失效通常是多個部件之間相互作用的結(jié)果，系統(tǒng)或設(shè)備失效主要指的是當(dāng)系統(tǒng)或設(shè)備運行過程在規(guī)定的條件下無法按規(guī)定的程序?qū)崿F(xiàn)其預(yù)定的功能，過程的整體失效率高度依賴于這種相互作用的性質(zhì)。過程單元的失效是由單個部件的失效概率計算得到的，是顯性失效和隱性失效的概率不能夠立即確定的失效[6]。

7.3 后果嚴(yán)重程度分析

后果分析往往從物質(zhì)的泄漏分析開始，根據(jù)物質(zhì)的泄漏機理，可分為完全破裂和有限孔泄漏兩大類，基本泄漏源模型有氣體泄漏模型、液體泄漏模型等，然后研究泄漏物質(zhì)的流動、擴散情況，貯罐的破裂是典型的煙團模型，最后分析火災(zāi)、爆炸、中毒事故造成的人員傷亡和財產(chǎn)損失情況。當(dāng)可燃液體泄漏時，液體向地面擴散形成液池，液池表面形成蒸氣云。

8 結(jié)語

綜上，當(dāng)下隨著化工工藝過程越來越復(fù)雜，人口密集度越來越大，當(dāng)事故發(fā)生時，會產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。因此對風(fēng)險分析是特別有必要進行的，要通過風(fēng)險分析及評估提出相應(yīng)的風(fēng)險對策，進一步提高化工工藝過程的安全性。