基于本質安全的化學工藝風險評價方法分析

李禮(九江石化設計工程有限公司，江西 九江 332000)

0 引言

作為主動的安全管理方法，本質安全需要聚焦操作簡化、使用危險性較小或安全的物質、有害物質的數量控制、安全選用危險物質。在化學工藝風險評價中，本質安全理念的引入能夠較好地用于營造安全和諧的生產活動狀態，化工行業的安全生產可由此得到更好保障。

1 本質安全化概念

化工生產的危險性較高，本質安全是需要在允許的范圍內控制化學工藝出現事故的風險。由此開展的化學工藝風險評價需要聚焦風險向事故演變的規律，進而明確可能引發風險的預兆與緣由，提出有效的安全管理方法和預防措施，以實現對發生可能性事故風險的最大程度控制，得到處于本質安全狀態的化工生產過程。對于普遍存在能量意外釋放性的危險化學物質來說，化學工藝風險評價能夠為工藝優化提供依據，進而設法控制化工生產活動中的有害風險，如：應力、拉力、剪應力，影響化工生產安全的潛在危險因素也能夠更好消除。緩和、簡化、制約、替代安全標準屬于基于本質安全的化學工藝風險評價重點，具體實踐需要關注距離防護、危害減少、危險消除，足夠的安全距離、新技術與設備的應用、無害物質的引入均屬于其關鍵因素[1]。

2 化學工藝風險評價方法

通過化學工藝風險評價，能夠獲得充足的依據來進行化學工藝優化，進而有效降低事故危險等級，本質化安全的化學工藝設計也能夠同時實現。結合本質安全原理，化學工藝風險評價可分為3 個步驟進行，依次為安全分析、風險控制理念選擇、設計方案實施。以丁醇合成工藝為例，化學工藝風險評價需要聚焦易爆性、易燃性、腐蝕性、污染性、反應熱、溫度、毒性、流量、壓力、化學危險性等指標，進而完成本質安全的評價標準創建。結合本質安全原理和化學工藝特殊性，評價指標準則需充分結合國內外先進技術與經驗，該準則應由3 個層級組成，分別為安全化程度整體分析、工藝參數和物料的本質安全性、化學工藝事故類型及后果分析，這一過程需要通過將具體變量參數引入，明確本質安全評價目標。對于偶然產生的化學工藝偏差，評價需要重點關注該偏差引發的安全風險，進而保證化學工藝能夠在生產中維持危險較少的平穩狀態。如丁醇生產采用丙烯銠法低壓碳基合成－液相循環工藝，該工藝涉及多部化學反應，且存在較大反應放熱量和較多副產物，危險有害因素很容易在生產過程中出現，因此可按照基于本質安全的丁醇生產工藝風險評價[2]。

基于本質安全的化學工藝風險評價會對安全因素帶來一定影響，如反應溫度增加會對反應放熱、反應時間等造成影響，同時化學工藝過程本質安全水平直接由安全影響因子決定，基于評價結果的化學工藝優化需要按照一定順序進行，優化優先級從低到高分別為簡化、緩和、替代、最小化。在具體的化學工藝風險評價過程中，結合本質安全原理，可實現對化學工藝過程危險性的定性分析。如對潛伏的微小危險有害因素，可基于引用偏差方式進行評價，對應的危險風險率可通過引入一定控制和預防措施減弱。這種評價的完整性和系統性較強，能夠為化工安全生產目標實現提供有力支持，圖1 為基于本質安全的化學工藝風險評價流程[3]。

3 實例分析

3.1 項目概況

為提升研究的實踐價值，以某丁醇生產項目作為研究對象，案例項目生產的產品為異丁醇和正丁醇，主要危險物質涉及異丁醇、丙烷、丙烯、丁醇、丁醛、丁酸乙酯，圖2 為丁醇生產工藝路線。具體生產可細分為凈化、醛基合成、丁醛催化加氫、丁醇精餾共4 個單元，本節主要對丁醇精餾單元進行化學工藝風險評價。

3.2 精餾過程危險

為明確丁醇精餾過程危險，首先需要分析危險物質特性，分析結果如表2 和表3 所示。

丁醇生產過程涉及大量設備，同時存在較為苛刻的工藝參數要求，這使得間接或直接的人為操作失誤很容易引發生產危險，最終導致火災、中毒、爆炸等事故發生。主要操作單元危險包括單體槽泄漏、壓縮機泄漏、出料槽泄漏、精餾塔超壓、塔底泄漏、單體管線泄漏，事故原因主要包括裝料量過多、滲漏檢查不到位、密封泄漏、異常出料、懸浮液稠、引發劑用量過多、冷卻水溫過高、設備帶病運轉、閥門開啟故障等。

丁醇精餾環節的主要危險因素可細分為6 個方面：第一，存在內部溫度過低的低沸塔，無法完全蒸發的低沸物會影響產品質量；第二，存在內部溫度過高的低沸塔，升高的氣體壓力會引發超壓問題，因過高溫度出現自聚的氯乙烯也可能引發爆炸；第三，存在內部溫度過低的高沸塔，氯乙烯含量在殘液中顯著增加，嚴重時可能導致淹塔事故出現；第四，存在內部溫度過高的高沸塔，蒸干或液面下降的再沸器可能引發碳化結焦；第五，存在壓力過高的高沸塔，可能引發爆炸事故；第六，丁醇存儲或輸送設備、管線出現泄漏，火災、爆炸很容易因熱源、明火引發[4]。

圖1 基于本質安全的化學工藝風險評價流程

圖2 丁醇生產工藝路線

表2 物質的危險特性

表3 物質的毒理性特征

3.3 風險分析過程

在基于本質安全的化學工藝風險評價過程中，分析需要聚焦丁醇精餾工藝的物料及過程，并將該工藝進行分析節點劃分，進而得到節點A、節點B、節點C，分別代表脫輕組分、脫重組分、分離正異丁醇。在分析節點劃分后，需優選用于偏差分析的指標，具體選擇溫度、壓力、液位、流量、泄漏參數。結合分析節點劃分，需設法明確節點偏差，具體分析需要結合工藝參數、子節點及偏差，如節點A 的子節點包括精餾塔與儲罐(泄漏)、脫輕塔(液位)、進料(溫度)、脫輕塔(壓力)、回流(流量)、進料(流量)；節點B 的子節點包括精餾塔與儲罐(泄漏)、脫重組分塔(液位)、進料(溫度)、再沸器與冷凝器(壓力)、脫重組分塔(壓力)、回流(流量)、進料(流量)；節點C 的子節點包括精餾塔與儲罐及管道(泄漏)、脫重組分塔(液位)、進料(溫度)、再沸器與冷凝器(壓力)、脫重組分塔(壓力)、回流(流量)、進料(流量)，具體偏差涉及過低、過高、異常等。對偏差的后果及原因進行分析，可確定偏差原因包括設備故障、操作失誤、腐蝕等，偏差后果則包括泄漏、爆炸、火災、釋放有毒物質等。評價過程需要同時分析現有保護措施，包括緊急切斷閥、檢測報警系統、安全聯鎖系統，并提出改進設計、修訂規程、改進作業方式、更換設備型號等建議。最終開展風險等級定性評價，可得到基于本質安全的化學工藝風險評價結果。

結合基于本質安全的化學工藝風險評價可以確定，壓力、流量和溫度屬于引發丁醇精餾生產異常或故障的重要工藝條件，如出現嚴重偏離或誤差，安全事故很容易發生，這類關鍵性工藝條件的變化情況必須引起重視。

4 結語

綜上所述，基于本質安全的化學工藝風險評價具備較高實用性，該評價需要聚焦不利于安全生產的因素，對可能出現的安全事故進行分析，最終提出相關建議，這能夠為化工安全生產提供有力的理論支持及實施方案建議。