本質安全技術標準在石油企業中的實施與應用研究

馮帝文

中海油東方石化有限責任公司（海南東方572600）

本質安全技術標準在石油企業中的實施與應用研究

馮帝文

中海油東方石化有限責任公司（海南東方572600）

闡述了石油企業如何在自己原有的HSE體系基礎上把“本質安全”要素融入其中，進行一次HSE管理的本安技術升級，整合質量、健康、安全與環境四位一體管理體系即QHSE管理體系的基本思路；詮釋了可靠性本安技術的理論基礎及應用研究；探討了本安技術未來發展趨勢及如何采取必要的對策強制企業特別是危險化學品企業推行本安技術與管理，以全面助推其質量、環境與安全生產形勢的持續穩定好轉。

本質安全；技術標準；QHSE管理；可靠性

近年來，關于本質安全技術（以下簡稱本安技術）的多項國家標準（如GB 3836.4—2010《爆炸性環境第4部分：由本質安全型“i”保護的設備》[1]、GB 3836.18—2010《爆炸性環境第18部分：本質安全系統》[2]和GB 3836.19—2010《爆炸性環境第19部分：現場總線本質安全概念》（FISCO）[3]等）相繼發布。隨著安全標準化的推進，還有多項關于本安技術的國家標準和行業標準將陸續制修訂頒發，最終形成比較完整的本安技術系列標準。

1 實施本安技術標準的重要性和必要性

本質安全的提出源于20世紀50年代世界宇航的發展，載人航天人命關天，必須萬無一失。當時便提出了如何實現技術系統及其構件的質量零缺陷概念，強調設計階段采用本安技術，進行機械預定功能設計，確保其預定功能滿足自身的安全要求，即使設備出現故障也由于其先行設計的自身應急保護從而避免或不會發生意外傷害事故。

國際標準化組織(ISO)和國際電工委員會(IEC)以及國際電信聯盟（ITU）早已著手對本安技術標準的研究。如對IEC 60079-11：2011《易爆環境第11部分：實質安全性的“i”型防護電氣設備》就曾不斷進行修訂完善，繼IEC 60079-11：1999和 IEC 60079-11：2006的兩個版本的制修定后，不久又在原來的基礎上推出新的新版IEC 60079-11：2011。

近年來，我國在引入國外先進的本安技術標準的同時，相繼出臺了關于開展安全標準化的一系列文件和標準，如繼AQ 3013—2008《危險化學品從業單位安全標準化通用規范》[4]、AQ/T 9006—2010《企業安全生產標準化基本規范》[5]等標準發布后，2011年又專門出臺了《國務院安委會關于深入開展企業安全生產標準化建設的指導意見》等若干文件。由此，一場深入持久的企業安標化達標考評工作在全國相關領域展開。

企業安全標準化達標考評工作的啟動，極大地推動了本安技術標準的實施，創建本質安全型企業，已成眾多企業的明智選擇。如長慶氣田通過整合質量、健康、安全與環境管理體系，科學有效地推進氣田本質安全。

本安技術系列標準追求的終極目標是“質量零缺陷、人員零傷亡、環境零污染、安全零事故”。該系列標準既是我國發布的關于安全生產技術方面的一套強制性標準，又是指導建立與完善企業QHSE管理體系的規范性文件。

石油企業應以實施GB 3836.4—2010等本安技術標準為抓手，結合GB/T 28001—2011《職業健康安全管理體系要求》[6]等要求，通過科學、系統的制度設計和人機料法環的和諧運作，整合質量（Quality）、健康（Health）、安全（Safety）與環境（Environment）管理體系，使組織實施質量、健康、安全與環境管理的辦法、程序和資源等要素有機融合、相互促進而形成質量安全為核心的QHSE動態管理體系[10]，在過去提出的HSE體系基礎上進行一次本質安全的技術管理升級。

2 本安技術標準的基本特征及其內容

現行發布的若干項關于安全評審文件如GB 3836.18—2010和GB 3836.19—2010等多項國家標準，無不貫穿了在設計方面的本質安全“最優化”原則，該原則主要體現在項目設計時基于本質安全技術方面的以下特征：①系統零部件的機械應力在允許值內，必要時采用“安全系數法”來設計或評定需要滿足一定可靠度的機械零件的本質安全要求；②設備的可靠性和操作性充分體現安全人機學的原理，全面考慮人的生理和心理因素，先行預測由于操作者情緒或精神狀態的波動而可能錯誤使用機械的狀況；③控制系統充分考慮本安型電氣儀表設備，采用自動化故障顯示裝置，能避免機械的意外啟動或非正常停止而發生的可能性危險；④可靠的失效安全保護，當人員誤操作時機械不動作或能自動報警提醒或當機械設備在發生故障時能自動停止運行，從而終止其危險。

按照本安特征要求設計的裝備、裝置及其控制系統，奠定了安全保證的前置基礎，再加上嚴格的制造、安裝和工藝過程控制，就能使安全生產的過程危險性降低到可接受水平，即使在人員誤操作或系統發生異常波動的情況下也能有按本安設計要求在源頭上采用的應急控制措施避免發生安全事故。正是基于這一認識，有人提出“產品安全責任追究”的理念，強調生產過程中發生的設備事故或及由此而造成的人身傷害，主要責任應由其設計者和建造者承擔，而不是使用它們的操作者。

現行版GB 3836.4—2010和原版GB 3836.4—2000相比，除了大量的編輯性修改外，在技術要求上也做了以下修定：

1）增加了以下技術要求：①ic保護等級（n型中nL）；②大電流火花實驗裝置的結構要求；③I類電路允許的短路電流和允許電容值（見本標準表A.1臨界點燃數據表）；④使用電阻限制電容放電的技術要求；⑤變壓器的電壓實驗。

2）修定了“印制電路板印制線的溫度組別”表，該表對“印制線最小寬度（mm）”及其“溫度組別對應的最大允許電流/A”作了具體規定。

3）增加了以下兩個附錄：①附錄E（資料性附錄）：瞬態能量實驗；②附錄F（規范性附錄）：裝配好的印制電路板間距隔離及元件隔離。

4）引入與規定了以下方法：①處理具有大電流低電壓電池點燃能量的方法；②測量密封電池盒最大壓力的方法；③故障情況下IC中可能產生電壓提升的處理方法；④SMD可靠連接的方法；⑤電感和電容組合電路的火花點燃能量的處理方法；⑥由串聯電阻保護電容的電容量有效值降低的評定方法。

5）現行版版第5.7條取消了原版5.4條中“簡單設備不需要持有證明書”的規定，要求安全標志審核中應視產品實際情況按標準要求進行審查，參數合規，并且“當簡單設備作為一個部件用在含有其他電路的設備時，應根據本部分的要求對整體進行評定”。

3 可靠性本安技術的理論基礎及應用

“可靠性”既是始終貫穿本安技術系列標準的一個重要概念，又是本安技術標準的核心內容。如GB 3836.4—2010第3章“術語和定義”的可靠性(見3.11)中對可靠元件、可靠組件(見3.11.1)、可靠連接(見3.11.2)、可靠隔離或可靠絕緣(見3.11.3)等均進行了明確的界定；并在本標準的第8章中專門對“影響本質安全性能的可靠元件、可靠組件和可靠連接”提出了具體的若干技術要求。

過去，提到“可靠性”概念的時候，往往側重于管理方面。而本安技術標準強調的“可靠性”要求，無疑是從設備、工藝、環境等多方面綜合性因素來明確與定義的，因而更注重技術方面的要求。難怪有人提出可靠安全系數(Certain Safety Factor)的量化研究，即用“安全系數法”來設計或評定需滿足一定可靠度的機械零件或設備是否達標。

實際上，世界卓越的質量管理學家朱蘭在他主編的《質量控制手冊》[7]中就用了大量的篇幅論證了可靠性活動在推動“新的技術方面”的作用。正因如此，國外許多工業發達的國家十分注重可靠性技術的研究，很多企業特別是一些從事國防和航天工業的公司都設立有“可靠性”技術部門，進行可靠性技術與管理的推進。我國已早在20世紀50年代初，一些專家學者就著手對產品可靠性和本安技術問題的研究，并把它貫穿于規劃、設計、試制和生產使用的全過程，所以，在GB 3836.4—2010中，“可靠性”已成為貫穿標準的重要術語。

因此，貫徹實施本安技術標準“可靠性”要求及其用應用研究勢在必行，對其在石油化工生產中的研究與應用提出以下建議：

1）按照本安技術標準的“可靠性”要求，結合現場實際需要編制一些防范風險的圖示文件，并力求將其中的主要條款或重要圖表摘錄上墻或做成安全警示標牌立于生產或施工作業現場。如為避免人體進入危險區域而發生傷害，宜在工程施工現場設置如圖1所示的安全標牌并確立相應的警戒區域。

圖1 施工作業現場安全警戒區域警示標牌參考樣圖

2）作為進行危險源控制基本方法的本質安全設計技術，固然其作用不可低估，但也不能指望它像靈丹妙藥一樣能消除所有危險源。實際上，由于某些不可預知事件的影響，系統中的殘余危險（residual risk）往往高于本安設計系統可接受危險（acceptable risk）水平。為此，應堅持在生產過程中嚴格按GB/T 20000.4—2003《標準化工作指南第4部分：標準中涉及安全的內容》[8]中5.3的要求，通過風險評定和降低風險的循環過程（圖2）來發揮可靠性本質安全管控在生產中的作用。

圖2 風險評定和降低風險的循環過程圖

3）凡涉及可靠性本安技術要求的高風險作業，首先應區分是爆炸性作業環境還是非爆炸性作業環境，嚴格遵照相應標準和設計要求所規定的安全事項，同時應注意電氣設備所適用的大氣條件、大氣壓力和標準氧含量等要求。注意：GB 3836.1—2010《爆炸性環境第1部分：設備通用要求》[9]規定的標準大氣條件是：①溫度為-20～+60℃；②大氣壓力為80～110kPa；③空氣中標準氧含量（體積比）為21%。

對超出該范圍的大氣條件下使用的電氣設備需作特殊考慮，并可要求附加評定和試驗。

通常情況下，凡涉及可靠性本安技術要求的電氣作業，包括在施工作業、設備檢維修或生產過程中，需在電源上架設的臨時電源線的用電作業或生產裝置上的臨時供電設施作業等，除時間不超過一個工作日的電氣專業人員校驗電氣設備需使用的臨時用電外，其余作業均應一律實行許可證制度，即只有辦理了《可靠性電氣作業許可證》，電工作業人員才能進行相應工作。許可證的編制可結合不同企業、不同作業的實際情況及相關內容設計。

4）堅持從傳統的安全管理向以本質安全管理為核心的可靠性管理轉變，在生產中大力推行和應用現代化管理方法。如用矩陣圖、關聯圖、相關圖、因果圖等TQM倡導的新老7種數理統計工具[10]對安全生產情況進行可靠性方面的數理統計分析，以便針對不同情況及時調整安全工作的主攻方向；用人機工程和生物節律對人類自身因素進行分析預測并事前控制，以便減少和杜絕人為因素的差錯而造成意外；用模糊數學、線性規劃、狀態監測等工具和原理來對安全工作進行定量描述，全面實現本質安全的系統優化管理。

石油化工企業可在實施本安技術標準關于安全可靠性控制要求中，應用矩陣圖法來確立作業區域的三維系統安全可靠性控制點（圖3），以便隨時跟蹤其影響因素，有的放矢地進行事故預測，預防各種安全事故的發生。

4 推行本質安全技術的深層思考

圖3 危險化學品企業生產車間作業區域可靠安全分析Y型矩陣參考樣圖

本質安全技術涉及產品責任預防（product liability prevention,PLP）、系統安全責任追究和安全評價[11]等一系列重大的管理和技術問題。推行本質安全技術應扎扎實實地抓好以下基礎工作：

第一，要采取必要的法規手段強制生產企業特別是對石油化工生產中的危化品企業推行本安技術與管理。

建議石油工業安全生產監督主管部門（或由中國石油化工集團公司牽頭）應盡快出臺一系列關于實施本質安全技術管理的辦法、規定、細則和以危險源辨識、控制和評價為基礎的、體現本質安全“性能化（Performance based）”技術特征的規范、標準，并把這些規范、標準及相關文件作為對石油化工生產中的危化品企業進行以生產裝置、機械設備和工藝過程等生產條件安全評價的主要內容之一。如《關于開展企業本質安全管理的指導意見》、《本質安全技術設計規范》、《機械類本質安全設計通用要求》等。這些規范或標準的實施，可以通過考評體系的形式先行在石油化工生產中的危化品企業進行試點，成功后全面推廣運用，并爭取上升為我國行業標準或國家標準。當然，也可將其內容充實到現有的石油企業安標化達標考核體系中（如將現有安標化考核的A級要素由10項增加為11項，即增加本質安全的專項考評要素）同步進行，以便在助推石油企業安標化考核的同時，最終實現石油工業全面本質安全標準化管理的工作目標。

第二，要通過資金、人力、技術和物力的綜合投入用于本安技術的研發，在政策上鼓勵企業自主創新或聯合大專院校、科研單位組織本安技術攻關，根據需求研發具有本安性能的新技術和新產品，并逐步推向市場，滿足企業特別是對一些危險程度高、發生事故概率大的石油企業進行安全生產的裝備要求。以便盡快改善我國目前石油工業安全生產技術條件缺陷的一些被動局面。

反思我國石油企業過去生產中發生的事故，不少問題都是裝備上的技術隱患造成的，有些事故根本談不上操作者責任，卻讓其蒙受損失甚至有的付出生命的代價。為扭轉這種被動局面，應把本質安全的技術研究和產品開發提到重要的議事。

第三，進一步強化我國多年來堅持推行的建設項目職業衛生、安全、環保、消防防護設施與主體工程同時設計、同時施工、同時投入生產和使用的“三同時”管理舉措。其中，就本質安全設計而言，應特別注意以下4個方面的問題：①首先應從生產環境、工藝路線、技術裝備、物料介質等方面進行危害辨識與風險評定,查找系統中可能出現的危險源，進行本質安全初審。②對初審中已明確的涉及本質安全問題的危險源，要有針對性地確立或體現消除、控制危險源的設計技術方案，并在此基礎上進行施工圖設計審查，明確提出本質安全符合性審查意見，對不滿足要求者嚴禁施工。

第四，就本安技術標準的形成和發展來看，現行發布的本安類技術標準也和其他標準一樣也有一個不斷修訂和完善的過程。如GB 3836.4—2010標準，現行版是修改采用（MOD）IEC 60079-11：2006標準，但由于后來IEC 60079-11：2011（IEC 60079-11：2011易爆環境第11部分：本質安全“i”型防護設備）標準的發布，GB 3836.4—2010版可能還要在適當的時候進行相應的編輯性修改和技術性調整。

對照國際電工委員會IEC 60079-11：2006和IEC 60079-11：2011兩個版本標準的內容，二者并無過多的實質性內容變化，何況我國目前使用的GB 3836.4—2010標準原來在制修訂時其部分條款規定已嚴于IEC 60079-11：2006標準的要求。如該標準與IEC 60079-11：2006相比，增加了“本安導線和非本安導線應盡量分開布置”；除需接地保護的外，“I類電氣設備的本質安全電路一般不允許利用地線作為回路”等規定。所以，繼續實施GB 3836.4—2010標準是完全必要的；即便再有新版GB 3836.4標準發布，也不能把現行版標準的大部分內容推倒重來，因為其中的諸多條款已被多年的實踐證明是必須執行、不能隨意修改的。

如以后根據IEC 60079-11：2011的規定而修訂現行的GB 3836.4—2010標準的話，石油行業應爭取必要的話語權，如提出在編排格式應遵照GB/T 1.1—2009第9章的規定，修訂的總體思路應進一步體現本安設計理念和“性能化（Performance based）”特征與技術要求，具體內容建議關注以下方面：

1）修改采用（MOD）IEC 60079-11：2011中關于現場總線本質安全原理（FISCO）和可燃性粉塵環境的主要技術要求。

2）由于現行版的GB 3836.4—2010標準“未考慮GB 3836.1—2010中Ⅲ類設備”的分類、分組，為體現標準的完整性，建議再版后的標準補充這項規定。

3）針對易燃易爆環境下使用的相關設備，對本安設備的配套設施（如充電設備及儀表附件等）提出明確的技術要求。

4）參照IEC 60079-11：2011中附錄H的規則，增加半導體點火試驗的方法與要求。

5）參照IEC 60079-11：2011中新增的10.11光隔離器試驗（Optical isolators tests）的規定，增加光隔離器試驗方法。

6）非等效采用IEC 60079-11：2011中關于安全設備的配套設施、供電電路和儀表聯鎖控制等方面的技術條款。

7）充分考慮人的生理和心理因素而可能發生的失誤，注意對涉及機械設計方面的以下本質安全要求：①當人員誤操作時機械不動作；②當人員誤操作機械動作時能自動報警提醒；③當機械設備在運行中安全保護失效時能自動停止運行，以避免事故的發生。

[1]全國防爆電氣設備標準化技術委員會(SAC/TC 9).爆炸性環境第4部分：由本質安全型“i”保護的設備：GB 3836.4—2010[S].北京：中國標準出版社,2011.

[2]全國防爆電氣設備標準化技術委員會(SAC/TC 9).爆炸性環境第18部分：本質安全系統：GB 3836.18—2010[S].北京：中國標準出版社,2011.

[3]全國防爆電氣設備標準化技術委員會(SAC/TC 9).爆炸性環境第19部分：現場總線本質安全概念(FISCO)：GB 3836.19—2010[S].北京：中國標準出版社,2011.

[4]全國安全生產標準化技術委員會化學品安全分技術委員會.危險化學品從業單位安全標準化通用規范：AQ 3013—2008[S].北京：煤炭工業出版社,2009.

[5]全國安全生產標準化技術委員會.企業安全生產標準化基本規范：AQ/T 9006—2010[S].北京：煤炭工業出版社,2009.

[6]中國標準化研究院.職業健康安全管理體系要求：GB/T 28001—2011[S].北京：中國標準出版社,2012.

[7]朱蘭.質量控制手冊[M].2版.上海：上海科學技術文獻出版社,1979.

[8]全國標準化原理與方法標準化技術委員會.標準化工作指南第4部分：標準中涉及安全的內容：GB/T 20000.4—2003[S].北京：中國標準出版社,2004.

[9]全國防爆電氣設備標準化技術委員會(SAC/TC 9).爆炸性環境第1部分：設備通用要求：GB 3836.1—2010[S].北京：中國標準出版社,2011.

[10]中國質量管理協會教育培訓部.質量管理學第一分冊質量管理原理與理論[M].2版.北京：機械工業出版社,1992.

[11]陳寶智,吳敏.本質安全的理念與實踐[J].中國安全生產科學技術,2008,4(3)：79-83.

It is expounded for the oil enterprises how to integrate"essential safety"elements into the original HSE system,to finish the upgrade of HSE security technology management,so as to obtain a management system of integrating quality,health,safety and environment,that is QHSE management system.The theoretical basis and application research of reliability essential safety technology are explained,and the development trend of the intrinsic security technology in the future and how to take the necessary measures to compel enterprises,especially dangerous chemical enterprises,implementing the intrinsic safety technology and management to boost the sustained and stable improvement of their quality,environment and safety situation are discussed.

intrinsic safety;technical standard;QHSE management;reliability

路萍

2017-01-24

馮帝文（1988-），男，工程師，現主要從事化學工程與工藝研究工作。