隨著科技和經濟的高速發展,為了迎合市場的需要,化工廠從過去的單一型向復合型轉變,生產出更多不同的產品。一般說來,成本、安全、環保這幾個關鍵因素決定著化工廠的競爭力。為了同時滿足以上需求,國外研究開發了許多方法,其中本質安全最引人關注。
一、本質安全
在化工過程中預防事故不外乎兩種方法:運用外賦裝置(如安全閥等)和安全管理制度控制危險;在設計階段運用科學的方法從源頭消滅或減少危險。前者是傳統的方法,也稱外部安全(Extrinsic safety);后者是本質安全(Inherent safety).
傳統的安全外賦裝置在化工過程中并不起任何重要作用,只是在發生危險時起控制或緩和的作用,這完全是被動的方法,無疑會增加工廠的耗資,且有時這些裝置失靈會大大增加風險系數。本質安全強調最大限度的消滅危險,是主動的處理危險。
本質安全的核心思想主要有6條原則,具體如下:
1.削減(Reduction)
如果沒有物質就不可能泄漏,應最大限度的減少危險化學物的用量、儲存量。
2.替代(Substitution)
如果做不到削減,那就選用危險性相對較小的物質及風險系數小的流程,盡可能減少安全措施的使用。
3.弱化( Attenuation)
如果前2條都做不到或不實際,那就通過溫和反應條件將危險的狀態減到最弱。
4.限制失效(Limitations of Effects)
如果以上3條都不能滿足,設計時就必須考慮限制失效結果,比如一旦發生物料泄漏,就要保證泄漏的速度降到最低。
5.簡化(Simplification)
事實證明結構越復雜的化工廠,發生危險的機率越大,所以設計時應力求結構簡單。
6.盡早更改(Change Early)
越早發現問題越早更改可以節省資金。
二、本質安全的評價方法
1.指數法
Edwards和Lawrence在1993年提出了指數法。他們依據本質安全的原則選了8個評價參數(反應熱、易燃易爆性等),然后針對這些參數對候選的工藝流程一一評價賦值,最后選出最符合本質安全的工藝流程路線。Heikkilä等人在1996年對這些評價參數作了補充,并將參數分為化學品和化工過程2個方面,提出用總指數來衡量工業流程本質安全度。這2種方法在參數賦值上很大程度地參考了經典的DOW和ICI指數法。
Gentile等人在2003年巧妙地運用模糊數學來進行參數賦值,這在很大程度上解決了先前參數賦值主觀性的問題,使賦值變得較為客觀。
2.INSET工具包
許多本質安全的方法都是獨立地分析工廠的安全、健康和環境,但也有些研究機構強調對這3者的整體評估。國外有些工業機構也開發了本質安全的評價方法,但出于某些原因并沒有完全公開出版。
INSET工具包是歐共體INSIDE項目研究開發出的綜合評價本質安全、健康和環境(ISHE)的手冊。在這個手冊中,回顧了歐盟化工業本質安全的發展和現狀.結合歐洲學術界的研究成果和工業界的實踐經驗教訓,工具包提出4個主要評價階段:合成路線的選擇;選用流程的詳細評價;流程設計的優化;完成整個工廠的流程設計,并針對不同階段提供了整體評價ISHE的系統方法和工具。針對不同目的的工具包提供的評價工具數量很多,但開發的程度各不相同,有的還只是初步階段,有待于進一步研究。
INSET工具包另一個特點就是:彈性大。使用時沒有固定的模式或程序,只需根據自己的要求選擇相應的方法和工具即可,適用于工廠的任何階段。
3.圖表法
Gupta等人總結了多位工程師的意見,在2003年提出了用圖表法衡量不同合成路線的本質安全。他們認為將不同量綱參數的副指數直接相加會帶來較大的誤差,總指數法涉及的主觀因素較多,其評價結果帶有很大的“個人意志”。且他們注意到許多工程師在實際評價中更注重合成的步驟,所以他們總結以上意見提出將不同合成路線的評價參數用圖表綜合表示,然后通過比較選出最符合本質安全的路線。
4.本質安全的發展方向
考慮到化工廠的復雜性和經濟效益的因素,現實中還不能完全消除危險。由于當前化工廠不能達到徹底的本質安全,所以必須先建立本質安全的“度”,然后再依據科學的評價方法確定工廠流程的本質安全,最后將評價結果與數據庫或有關標準對照決定工廠的安全是否能達到要求。其中,建立本質安全“度”的標準是難點問題,目前國外相關研究機構正在研究開發當中。
三、我國本質安全工作的發展
我國于20世紀70年代末開始在化工行業應用經典安全工程的危險分析和評價方法。在相關部委和原化工部領導的監督下,我國的安全評價工作已取得了很大進展,但國內一直致力于經典安全評價方法的研究,對本質安全涉足甚少。而本質安全是化工安全發展的方向,國外對此的研究十分活躍,因此在國內開展本質安全的研究也將勢在必行。
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