基于風險的化工工藝過程安全的研究

王茜(安徽省應急管理科學研究院，安徽 合肥 230061)

0 引言

社會不斷進步，技術不斷革新，給化工帶來了巨大變化，新材料、新設備、新技術不斷涌現，相應化學的品種越來越多，其應用工藝越來越復雜。在當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、儲存、運輸等各個環節，避免產生人員的大量傷亡以及經濟損失問題。化工過程風險無處不在，在過程中要根據實際情況制定應急預案，從工藝設計風險進行把控，在安全方面進行管理，不斷降低重大事故發生概率。

1 化工工藝過程的研究現狀

對化工工藝過程的風險研究，我國從20世紀80年代才開始，在對風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、技術上與發達國家相比仍存在較大的差距。隨著時間的逐步推移，我國相繼豐富了風險分析的方法，建立了相關的災害模擬分析模型，豐富了模擬分析系統，此外還建立了相關的化工企業安全網站系統。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險評價初選指標。

在國外，1964年，火災爆炸指數評價法出現，20世紀70年代化工企業的安全評價法得到廣泛的應用，基于后果和基于風險的兩種評價方法也進一步得到推行。2009年安全管理技術得到發展，化學災害事故逐漸變少，化學分析在工廠工藝設計的早期階段具有重要意義，在早期階段可以通過風險分析降低過程中的風險。2014年提出了一種新的方法，該方法可以將個體風險定義為年死亡率，進一步完善了相關的經典耐受型模型計算，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涵

工藝安全的側重點是工藝系統或設施本身，在一定程度上要關心操作人員以及工廠周圍人員的安全，把握工藝系統和設施本身所存在的缺陷問題，進一步防范安全事故的發生。在工藝過程產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的儲存、處理和加工；其二，工藝介質本身的危害，主要是介質本身所帶來的危害。比如氯氣是有毒的一種介質，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，從而給化學工藝過程帶來危險。工藝系統一旦泄漏，將會導致災害性的事故發生，比如爆炸可以造成周圍設備或管道破裂。

工藝安全主要對象是處理加工或儲存危險化學品的工廠或設施，在化工工藝風險分析過程中，要從設計上確保工藝系統具備可以接受的安全性，強調應用系統的管理手段，進一步控制工藝的危害。較多工藝事故是由于工藝系統的變化所導致的，這種變化包括操作工況超出設計安全范圍，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，要對相應的事故特征進行了解，同時要對事故進行預測?；な鹿手校馂谋ǖ拇螖递^多，其次是泄漏、中毒事故。在爆炸事故中所產生的危害性較大，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生的力度，所造成損失較大，火災、爆炸、中毒是三種典型的化工事故。

在化學工藝過程中，火災爆炸具有不同產生因素，有化學爆炸、物理爆炸、火災引發爆炸等情況，在爆炸發生過程中要根據相應的系統介質采取相應的措施。機械失效也是化工事故所產生的原因之一，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備泵、閥門維護，要加強操作者的操作訓練，提高操作水平，按照正確的順序進行操作，減少事故的發生[3]。

4 化工工藝過程物質安全

化工工藝過程物質安全主要分為以下幾個部分：

其一，物理參數。密度、蒸氣壓、沸點等物理參數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，內部的壓力不得高于某限值，此現值就是該體系的壓力上限。當發生泄漏時，要考慮物質在水中的溶解度，設定工藝溫度時需要注意，當溫度低于物質溶解時要對物質進行凝固。

其二，毒性。很多毒害品水溶性和脂溶性較強，毒性越大對人體產生的危害也就越大，有毒化學品揮發性較強，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，在化工工藝風險分析過程中要對相應的毒性進一步了解，掌握毒性對生命的危害性，此外，要通過定量的指標進一步觀察毒性，重點觀察毒物進入皮膚、眼睛所產生的變化，通過相應的性質對毒性進行分類匯總。相關企業要采用適當的技術與醫療措施來保護作業人員，可以采取相應的醫療措施進行治療，采用個體防護設備進一步減少人員暴露，利用封閉系統來避免人體與物質的直接接觸。還應該限制操作人員的數量，關注毒物對環境所造成的影響。

其三，火災爆炸參數。除爆炸物外，有機過氧化物的液態或固態有機物質容易放熱自加速分解，在火災爆炸參數分析過程中，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，了解相關的特質。爆炸極限是指可燃物質可以點燃的濃度范圍，為了進一步判斷是否能發生爆炸，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，要根據相應的情況進行分析。弱導電率過低，靜電不易釋放，就會可能導致爆炸。在爆炸參數分析過程中，摩擦感度以及撞擊感度也是重要的參數[4]。

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

5 化工工藝過程設備安全

化工設備是化工過程中重要的物質基礎，為了進一步確保復雜工藝能夠順利進行，相應的設備要具備承受低溫、高壓、真空、有毒介質的功能特性。根據工藝用途可以分為分離設備、儲存設備和反應設備等。化工設備在進行選擇過程中，應及時根據相應的情況選擇合理的設備，對相應的材質進行合理選擇，若材質韌性較低，將會引發嚴重的事故，為了進一步保證化工工藝過程設備的安全，需要對以下幾個方面進行控制：

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

其二，密封可靠。由于設備與機器密封不嚴也會產生相應的泄漏問題，從而引發燃燒爆炸、中毒等安全事故。因此，在化工、化肥、煉油等企業中應特別重視化工設備的密封可靠性能。

其三，安全保護裝置必須配套。為了進一步確?；ぴO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手段，通過相應的技術手段，能夠有效降低安全事故的發生[5]。

其四，適用性強?；ぴO備在當外界壓力、溫度等條件發生變化時，能夠完全適應并維持正常運行，化工設備狀況的好壞嚴重影響工業生產的連續性、穩定性以及安全性，當系統發生故障時，會影響功能的實現，導致事故的發生。對于化工工藝過程設備，要建立相應的評價判斷指標，當事故發生時，要立即采取措施防止事故的進一步擴大。相關企業要建立經驗豐富的維修團隊，方便修復合理結構，要強化過程設備的安全，提高職工隊伍的安全素質，保證過程設備的安全運行，化工工藝設備的可靠性越高，其事故發生的可能性越小。

6 化工工藝過程技術安全

化工反應過程中工藝條件苛刻，化工工藝過程技術安全主要包括以下幾個方面內容：(1)操作壓力。操作壓力是化工生產的主要控制參數之一，為了避免容器設備的爆炸事故發生，要對相應的設備進行檢查，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，物料溫度的急劇變化將會進一步影響安全事故的發生，若溫度控制不良，將會超出正常指標，導致事故發生。(3)工藝溫度。溫度過高還會使降溫設施發生故障。

7 化工工藝過程風險分析

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

7.1 危險源辨識

發生強烈化學反應的化工裝置、存儲危險物質的設備、產生、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，是一種對系統工藝過程或操作的創造性分析方法，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，描述的內容并沒有明確的規定等。檢查表分析法檢查過程比較容易，能夠較為全面地發現工藝過程中的不安全因素，最簡單的風險辨識技術，是識別已知風險的有效方法，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險分析，比如在分析復雜系統中不同條件時，不能夠辨識由于系統中各單元要素相互作用導致的危險，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以往運行經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

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

7.2 可能性分析

過程中的設備失效通常是多個部件之間相互作用的結果，系統或設備失效主要指的是當系統或設備運行過程在規定的條件下無法按規定的程序實現其預定的功能，過程的整體失效率高度依賴于這種相互作用的性質。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 后果嚴重程度分析

后果分析往往從物質的泄漏分析開始，根據物質的泄漏機理，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、爆炸、中毒事故造成的人員傷亡和財產損失情況。當可燃液體泄漏時，液體向地面擴散形成液池，液池表面形成蒸氣云。

8 結語

綜上，當下隨著化工工藝過程越來越復雜，人口密集度越來越大，當事故發生時，會產生嚴重的后果。因此對風險分析是特別有必要進行的，要通過風險分析及評估提出相應的風險對策，進一步提高化工工藝過程的安全性。