石油化工企业本质安全化理论研究资料下载.pdf

1、此时操作人员在DCS或其他先进的自动化控制系统的帮助下，能够在一定范围内控制扰动，保证正常生产。非正常石油化工企业本质安全化理论研究张 雪 李 娜中国石油集团安全环保技术研究院【摘要】石化企业生产属于涉及易燃、易爆及有毒物质开发与利用的高风险领域，整个生产及储运过程中任何安全疏漏，都可能造成灾难性后果。人在紧急情况下，由于知识不足、实践经验缺乏、报警优先级矛盾等种种原因，做出错误判断的可能性很大。如果能够在设计阶段就采取技术手段消除或减少风险源，并采取相应的安全措施，那么事故就有可能被避免。针对如何才能将风险因素尽可能全面和及时地消除或控制在安全范围内这一问题，本文对石化企业本质安全化理论进行

2、了研究。【关键词】本质安全；非正常工况；过程安全管理；保护层分析正常工况非正常工况事故工况紧急操作状态16ESD专项研究安全2011年第3期工况是指过程内部或外部的扰动或一系列扰动导致的对正常操作状态的偏离。非正常工况进一步扩大就可能导致灾难性事故，此时就进入了事故工况1。为了克服事故，化工生产企业广泛采用了紧急停车系统ESD（Emergency Shut Down）。但是紧急停车系统并不是可以应付所有的事故可能性。当这一条防线也失败的时候，生产过程就进入了紧急操作状态。在这种状态下，我们的主要目标将是按照预先演习过的疏散、救火等程序，尽可能将事故损害程度降到最低。2.2 致灾机理石化企业的人

3、-机-过程-环境的复杂系统是一个能够自我保持和自我修复的系统。系统不断地从外界吸收能量、输出产品、维持着一种稳定状态。但系统的稳定能力是有限度的，如果出现足够克服势态的涨落则可能造成系统的崩溃2，如反应器的飞温使内部压力骤增，能量释放造成容器爆破。涨落可以有多种原因引起：物质、能量输入、输出的不协调；环境的干扰；控制不当，系统的安全防护系统失灵；装备系统故障或失效；人操作失误。2.3 防范对策自愈系统是应用仿生原理，将动物的自愈行为赋予机器。如图2所示为化工过程从非正常状态经自愈调控返回正常工况的示意图。当生产过程进入非正常工况的时候，自愈系统能够及时地发现并快速准确地诊断出扰动的来源，并采取

4、相应的控制和操作措施使过程恢复到正常工况，使非正常工况和事故不产生或在运行中自行消除。自愈调控系统是建立在紧急停车系统之前的一道智能安全保护屏障，对提高生产过程的安全性十分必要。非正常工况自愈调控理论：对化工过程复杂系统运行状态及工况实时监测，探测分析非正常工况时可能产生事故的条件及早期征兆，采用比较判别、诊断预测、智能决策和主动控制方法在运行中使化工过程系统不具备产生事故的条件或自行将事故消除在萌芽中，或在事故未形成的阶段，就使其恢复到正常工况3。3 石化企业本质安全化工程应用研究石化企业本质安全化强调采用系统的方法，根据企业不同生命周期或阶段（研发、设计、投产前和生产过程中）的特点，采取不

5、同的方式辨别存在的风险，评估风险可能导致的事故频率和后果，并以此为基础，设法消除风险以避免事故，或减轻风险可能导致的事故后果。3.1 过程安全管理传统的安全主要是指使用各类个人防护用品和建立规章制度来保护作业人员，防止发生人员伤害事故。现代安全则强调采用系统方法，利用管理原则，掌握和控制生产过程的风险，确保设备和人员安全。过程安全管理即为系统的识别、评估和研究控制重大工艺风险的方法。欧美等国家政府部门高度重视，相继颁布了有关的法规用于预防和遏制重大事故的发生。如：美国职业安全卫生局（OSHA 29 CFR 1910.119）针对风险性化学物质运作所颁布的过程安全管理法规，要求所有的重大化工装置

6、都需要进行过程安全分析。石化企业是人-机-过程-环境的复杂系统，单一的过程安全分析方法往往不能满足对其安全性评估的要求，要系统全面地辨识复杂系统中所有存在的或潜在的风险，需要综合利用多种安全分析方法。这些方法有些属于定性评价方法，有些属于定量评价方法，依据被评价的过程和评价的目的不同，使用的安全分析方法也不尽相同。下表说明了有关生产过程生命周期各阶段适用的分析方法。3.2 保护层分析LOPA过程安全管理的重点就是要通过技术、设施及图2 非正常工况自愈调控示意图正常工况非正常工况事故工况紧急操作状态无法调节自愈调控非正常工况可以调节17ESD专项研究安全2011年第3期员工来建立完备的“保护层”

7、，并维持保护层的完整性和有效性。在过程安全分析中，总是会遇到这样的问题：所列举的安全保护措施或建议措施是否完全消除了风险？每个安全保护措施或建议措施应该降低多少风险？这些安全保护措施或建议措施是否影响其余安全措施或建议措施的保护效果4?保护层分析方法可以就以上问题作出回答。过程工业的保护层分析强调采用多重防护层，并分级预防，可以从根本上防止事故或减轻事故造成的损害，如图3所示：图3 保护层防止或减轻事故造成损害的示意图LOPA是检查是否有防止事故工况发生的足够保护层的一种简化的风险评估方法，主要包含以下内容：（1）首先要辨识工艺过程中所有可能的事故场景及其发生的后果和可能性。事故场景的辨识常根

8、据危险与可操作性研究、失效模式与影响分析等定性危害分析方法的结果得到。（2）综合评定事故场景发生的频率和后果。根据标准划分当前事故场景的后果等级，根据事故场景的起始事件、中间事件和后果事件的发生频率，计算潜在事故的发生频率并根据标准划分等级。根据后果等级以及发生频率等级，确定潜在事故的风险等级。（3）列举独立保护层措施，并确定其失效概率。根据独立保护层失效概率，确定剩余风险等级。（4）根据剩余风险等级，考虑是否可以承受，如果不能承受，则需提出需要增加的安全保护措施或建议措施，直至达到可承受的风险。3.3 坚持“预防为主”，控制技术灾难中国古代思想家老子曾对“防患于未然”做过精辟的论述：“其安也

9、，易持也。其未兆也，易谋也。其脆易判，其微易散。为之乎其未有，治之乎其未乱。”在科技高度发展的今天我们也应坚持“预防为主”的方针，防技术灾难于未然5。本质安全化企业，要求人-机-过程-环境必须具备相当可靠的质量。因为质量不合格的系统必然存在风险因素，并潜伏着事故隐患，不论是设备故障，还是人员技能不合格，都可能酿成事故。因此，企业要想实现本质安全化，必须做到以下几点：（1）“防发生”。即针对非正常工况和事故的原因采取根本性预防，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。设备是安全生产的基础，企业的本质安全主要起始于设备的安全。本质安全必须从设

10、备的设计抓起，要通过不断改进，杜绝因设备本身故障可能导致的事故，以保护人员不受侵害。（2）“早预防”。即早期发现、早期诊断、早期整治。研制具有自愈功能的装备系统，该系统可在生产过程运行中，进行监测检测和诊断预测，测试分析可能产生事故的条件及早期事故征兆，采用实时监测、诊断预测、智能决策和主动控制、智能切换等方法使生产过程不具备产生事故的条件或自行将事故消除在萌芽中，或采用智能和自修复材料在装备运行中保护1保护2保护3危险后果危险后果初始事件18后果产生表 不同安全分析方法适用的生产过程阶段 过程阶段设计阶段建厂阶段试车阶段正常运转阶段改、扩建阶段停厂拆除阶如果-怎么样（What-if）初步危害

11、分析（PrHA）检查表（Checklist）风险与可操作性分析（HAZOP）事故模式与影响分析（FMEA）事故树分析（FTA）分析方法专项研究安全2011年第3期将因故障产生的缺陷自行恢复。（3）“强管理”。能否有效控制事故的发生取决于安全管理的成败。当前，安全管理要从传统的问题发生型管理逐渐转向现代的问题发现型管理。为此，必须运用安全系统工程原理，进行科学分析，做到超前预防。（4）提倡“运行本质安全”和“人员本质安全”。“运行本质安全”是指设备的运行是正常的、稳定的，并且自始至终都处于受控状态，即系统的内在结构上具有不易发生事故，且能承受人为操作失误的功能，例如采用防误操作的措施（联锁、联动

12、、程序控制等）实现本质安全。“人员本质安全”是指作业者完全具有适应生产系统要求的生理、心理条件，具有在生产全过程中很好地控制各种环节安全运行的能力，具有正确处理系统内各种故障及意外情况的能力。国防科工委提出的“设计可靠、系统安全、工艺稳定、验证充分、更改审慎、逐级把关、问题归零”的原则对各行各业的设计和装备制造都有重要指导意义。对已发生的某些故障采取及时有效的措施，防止故障发展和扩大。在可能发生故障和事故的工况和状态采取紧急停车、卸压等应急措施确保安全。生产过程中的事故安全防范层次分析如图4所示。图4 事故安全防范层次图 4 关于提高石化企业本质安全化水平的建议（1）加强石化企业生产过程的安全

13、评价。在现代科学技术发展的今天，认识问题比解决问题更重要。在石化企业特别是高风险化工生产装置必须定期进行安全评价，安全评价工作要贯穿设计、建设、试车、运行全过程。国际安全标准与规范都突出了安全评价的重要性，美国政府以法律形式规定所有的化工企业在1997年5月前必须进行风险性分析，否则不能进行生产。而我国至今没有相应的强制性法规。（2）研究复杂系统将大型石化企业的人-机-过程-环境这一复杂系统当作由相互作用和相互依赖的若干零部件、仪表、管路、阀门、控制器和执行器组合的有能量、物质、信息输入和输出的具有特定功能的有机整体，建立多维、多参数、非线性复杂系统模型，把生产过程看作多层次、非线性的复杂整体

14、进行研究。（3）研究相互作用应用系统的联系性原理，即故障的最终极原因是相互作用的结果，研究多因多果的复杂对应关系及其分析方法6。（4）大力开发和推广应用防患于未然的先进技术。开发防止生产装置进入非正常工况的自愈调控技术，在运行中靠系统自身主动调节控制措施将故障抑制在萌芽之中。参考文献1 Ben C.Juricek，Dale E.Seborg，Wallace E.Larimore.Predictive monitoring for abnormal situation managementJ.Journal of Process Control，2001，11:111-1282 高金吉，杨剑锋.工程复杂系统灾害形成与自愈防范原 理研究J.中国安全科学学报，2006，16（9）3 张雪，高金吉.化工过程非正常工况实时操作指导系统 研究J.控制工程，2008，15（4）：4664694 卢卫，王延平.保护层分析方法J.安全、健康和环境，2006，6（4）:32-375 高金吉.防“技术灾害”与未然对策研究M.灾害管 理与构建和谐社会.群言出版社，2008.7：147-1576 高金吉.装备系统故障自愈原理研究 J.中国工程科 学，2005，7（5）:43-48公众应急响应工厂应急响应安全泄放紧急停车系统安全仪表系统SIS报警人员响应基础工艺控制（DCSBPCS）设计19