工艺过程危险有害因素辨识的研究.doc

工艺过程危险有害因素辨识的研究李丽霞 王明贤【摘 要】鉴于化工企业工艺过程的特殊性，笔者建议其危险、有害因素的辨识可以在直观经验分析法和系统安全分析法的基础上，结合危险和可操作性研究(HAZOP)的思想来进行辨识。笔者尝试性地给出了相关术语的说明、介绍辨识方法和操作程序，并分别从生产过程(包括化学反应、化工操作单元和物料输送)和工艺设备、装置角度，对其中的所包含的具体内容进行剖析，最后以电解过程举例说明，该方法可用于化工企业进行危险性因素辨识。【关键词】 危险因素；有害因素；危险和可操作性研究(HAZOP)；辨识；工艺过程0 引 言危险、有害因素识别是开展安全工作的前提，所以应进行科学、全面、有效的危险、有害因素识别。常用的危险、有害因素分析方法有直观经验分析法和系统安全分析法(如事故树、故障树等)，但这些方法属于定性或半定量方法，系统性差，容易出现漏项，而且对辨识人员的经验要求比较高。笔者对此做了比较全面深入的了解和研究，在前人研究成果的基础上，对于化工企业工艺过程危险、有害因素建议在直观经验分析法和系统安全分析法的基础上，结合危险和可操作性研究(HAZOP，Hazard and Operability Study)的思想来进行辨识。HAZOP是一种行之有效的安全评价方法，在国外安全评价工作中被广泛应用，它是根据工艺部分或操作步骤各种具体值，以引导词为引导，对过程中工艺状态的变化加以确定，找出装置及过程中存在的危害，并提出相应的对策措施。1 工艺过程危险、有害因素辨识方法1.1 有关术语1)工艺单元：具有规定界限之内的生产(如两个容器之间的管道)单元，研究设备内生产可能发生偏差的参数。如果遇到比较复杂的装置，可以将其再细分为相对独立的几个区域；对于有共性的单元，比如性质相似物质的输送，在不影响结果的前提下，可以合并为一个单元进行分析。2)工艺参数：与工艺有关的参数，一般包括温度、压力、流量、相、pH值、浓度、杂质含量、液位、物质状态等，具体要根据实际的工艺查取。3)偏差：实际工艺参数与正常值(或设定值)之间的偏差，偏差的形式一般为某参数比正常值多(高)、少(低)、异常等，具体偏差形式还可以根据经验资料及现场调研结果确定，具体的偏差值暂定为大于等于其工艺允许偏差值。4)偏差原因：偏差发生的原因，包括硬件故障(如设备)、反应物料的多少及差异、人为失误、未预料到的其他原因。5)偏差后果：偏差的结果(如毒物泄漏)，不考虑那些细小的与安全无关的后果。6)对策：为避免可能出现的事故而采取的对策措施，包括设计变更、工艺规程变更或进一步研究方面的建议。1.2 辨识方法按工艺顺序，以每个工艺单元为研究对象，对工艺单元内部涉及到的每个工艺参数分别进行偏差分析，结合已有资料，找出可能的后果和相应的原因及对策措施，每一个工艺单元分析完后，对结果进行汇总；最后对整个工艺过程的分析结果进行归纳总结，得出该工艺过程中危险有害因素及其形成的原因和建议措施。如果需要，可以进一步分析各种危险有害因素的危险性和发生的可能性，以便后续工作。1.3 辨识的原则在实际生产中，一个完整的工艺过程往往涉及到很多的内容，复杂而烦琐，危险因素各种各样，数量种类繁多，在进行危险因素辨识的过程中，可能会因为考虑不周到，遗漏某项重要的危险因素，或者考虑的内容太多束缚人们的手脚，阻碍人们正确进行分析辨识，所以工艺过程危险因素辨识，首先要遵循一定的原则：1)科学性。进行危险、有害因素辨识，要以科学的安全理论作指导，使之能真正地揭示系统的安全状况，危险、有害因素存在的部位、方式、事故发生的途径及变化的规律，并予以准确描述，以定性、定量的概念清楚地显示出来，用严密的合乎逻辑的理论予以解释清楚。2)系统性。危险、有害因素存在于工艺过程的各个方面，因此，要对整个工艺过程进行全面、详细的剖析，研究系统和系统及子系统之间的相关和约束关系，分清主要危险、有害因素及其相关的危险、有害性。3)全面性。识别危险、有害因素时不要发生遗漏，以免留下隐患，要按照工艺流程、生产设备装置一一进行分析和识别。4)抓主要矛盾。不考虑那些细小的与安全无关的后果或因素；发生的可能性非常小的事件，认为其不会发生。2 工艺过程危险、有害因素辨识程序工艺过程危险有害因素分析过程如下：确定研究的对象、范围；进行相关资料的搜集；划分工艺单元，并进行工艺流程图标识；工艺单元偏差分析；汇总分析结果；归纳、总结分析结果。2.1 相关资料的搜集进行危险有害因素识别所应获取的资料信息包括：生产过程中所涉及到的物料(包括原料、中间产品、副产品、产品、助剂和催化剂)种类，及其理化特性；工艺流程图；工艺过程各个阶段操作参数的数值，如温度、压力、流速、液位、物质状态等；所有化学反应、副反应以及过反应的机理和特性；安全操作规程；设备制造手册，设备设计、生产、安装、使用相应的资质证书或许可证，检测检验合格证书等；其他相关专著文献信息资料，例如以往类似生产事故数据等。2.2 工艺流程图标识在工艺流程图上标注工艺单元。对于在役工艺，根据所获取的资料(如安全操作规程等)或实际调研资料，将操作参数、条件标注在流程图上；对于在设计或暂停工艺，参考设计说明书、相关专著资料信息以及操作说明书等，将操作参数、操作条件标注在流程图上。然后就在流程图上表明的参数进行偏差分析。2.3 工艺单元偏差分析工艺单元偏差分析为危险有害因素识别的主要和重要的部分。工业生产过程一般由形形色色各种各样的工艺设备、装置以及在工艺设备、装置中进行的化学反应、物理操作单元和物料输送等组成。从安全的角度来看两者是紧密联系，相辅相成的统一体；在进行危险有害因素分析的时候，应该同时进行，但是侧重点及考虑的内容也不尽相同，下面将作出具体的说明。2.3.1 生产过程中的偏差分析一般可以将工业生产过程分为4大部分，即原料的净化和原料物理状态的改变(化工单元操作)、化学反应、产物的分离和净化(化工单元操作)以及整个过程中的物料输送，如下图所示。首先，进行化学反应的偏差分析，其主要内容为分析操作参数正负偏差和参数波动幅度对反应的影响，及其影响后果。任何一个化学反应都伴随有一定的热效应，每一个化学反应都有其最佳反应温度，应根据具体化学反应系统的能量分析来确定该反应的最佳反应温度(或温度范围)。一般来讲，反应温度过低，反应速度很低，甚至反应中止；反应温度过高，副反应增加，反应的选择性降低，影响产品质量，而且对于强放热反应，反应容易失控，造成爆炸、燃烧、中毒等事故。温度波动幅度超过允许值，例如：升温过快，反应器内反应产生热量的速率远大于系统热量传递的速率，设备内部温度过高，容易出现物料泄漏，甚至爆炸等事故；降温过快，反应器内物料来不及反应，待再次恢复温度后，反应物料浓度过高，反应速度过快，容易失控，发生事故。所以对于某一具体的化学反应，首先应分析该反应的反应机理、特性，结合工艺流程了解反应工艺、加料顺序等；然后以反应为中心，分析各反应参数变化对反应的影响及其可能引发的次生事故，并且按工艺线路分析造成参数变动的可能原因，直至分析出最根本原因事件为止，将整个过程对应的记录下来。其次，进行化工单元操作的偏差分析，单元操作过程中的危险性主要是由所处理物料的危险性决定的。典型的单元操作如蒸馏、蒸发、冷凝、过滤、萃取等过程的危险、有害因素已经归纳总结在许多手册、规范、规程和规定中，可以借鉴其中所分析得出的结果，结合实际情况对具体的生产过程进行危险、有害因素辨识。单元操作过程中一般没有化学反应(除了个别副反应和过反应)，系统的工作参数(温度、压力，流速等)都比较稳定，这里主要从设备的角度、外界环境因素、人为因素导致的参数偏差对过程的影响进行分析。最后，进行物料输送的偏差分析，物料输送严格来说应属于单元操作的一种，在这个过程中对于液体气体输送的直接事故为泄漏和静电事故，根据物料特性的不同，泄漏和静电事故后将造成不同的二次事故。例如：运输有毒易燃液体，发生泄漏后，在地面形成液池，在空中形成有毒、易燃蒸气云团，遇点火源可以形成池火灾和蒸气云爆炸，人吸入可造成中毒事故；如果无静电接地或静电接地失效，电荷积累到一定程度，在适当的时机可能会放电，发生燃烧爆炸事故。对于固体主要的危险有害因素为物体打击、机械伤害、高处坠落等。同样，物料输送过程中没有化学反应，一般来讲，系统的工作参数(温度、压力，流速等)都比较稳定，这里主要考虑外界环境因素、人为因素导致的参数偏差对过程的影响。2.3.2 工艺设备、装置中的偏差分析一般来讲，工艺设备、装置的危险、有害因素在生产的时候，随着生产过程参数的变化以及生产时间不断增加而体现出来，所以辨别其危险、有害因素应和上节内容结合起来同步进行。这里对工艺设备、装置进行危险、有害因素识别从以下两方面进行。首先，进行单个设备的偏差分析。按照工艺顺序，对工艺单元内的设备进行单独的危险、因素分析，分析内容可以包括设备能否满足工艺条件的需要，同时是否有事故隐患。例如：设备的材料、结构、强度、防腐蚀能力、防震动能力、安全装置等；设备本身所带来的危险、有害因素，如转动的皮带有绞伤人的危险，应设置防护罩。以上内容可以通过资料和经验人员现场实际观察进行。需要搜集的资料包括：设备制造手册，设备设计、生产、安装、使用相应的资质证书或许可证，检测检验合格证书等；此外还要请有经验工作者进行现场实际考察，对该设备现状、适应性作出评价。其次，进行成套设备、装置的偏差分析。对工艺装置进行危险、有害因素识别，不仅要考虑单个设备，同时还要考虑工艺特性、介质特性以及操作人员等因素来进行。一般来讲，其包括以下内容：设置各种安全检测、工艺报警和自动控制系统，防止参数的剧烈变化、反应失控以及人的误操作等；安全泄压、抑爆装置以及自动喷淋等，防止发生异常时，设置防止事故及机器破坏的装置。2.4 结果汇总将以上所有资料、记录归纳总结，按工艺顺序列表，标识出主要项目，并列出和装置设备有关的项目，具体如表1所示。2.5 归纳、总结分析结果在对工艺单元进行了全面系统的危险、有害因素分析辨别后，应对结果进行归纳总结，按实际情况对所有参数根据其偏差危险性进行排序，找出主要危险有害因素。建议进一步向有关人员了解工艺参数控制情况，对于那些控制效果良好的参数，因为其出现较大偏差的可能性比较小，甚至工艺连锁控制其不可能有允许值以外的偏差的，其危险性比较小，所以可以考虑忽略该方面的危险、有害因素。3 工艺过程危险、有害因素辨识应用举例以食盐电解生产工艺为例，笔者将电解槽内的电解反应作为一个工艺单元来进行危险有害因素的识别。过程中涉及到的物质主要为氯化钠、氯气和氢气，其理化特性，以及主反应和副反应机理在此不再详述，工艺流程图限于篇幅也不再附上，分析结果汇总在下表2。从以上分析可以知道：食盐电解过程中，电解单元存在的危险有害因素为氯气和氢气混合发生燃烧爆炸；氢气泄漏与空气混合，遇点火源会发生燃烧爆炸；三氯化氮富集会分解爆炸；氯气泄漏造成的中毒窒息；氯气的腐蚀等。其可能的原因和必要对策措施可以为后续安全工作提供资料信息。如果工艺采取盐水成分自动分析装置，那么电解液纯度的影响可以不再考虑，所以该单元存在的主要危险有害因素为氯气和氢气混合发生燃烧爆炸，氢气泄漏遇空气燃烧爆炸，氯气泄漏造成的中毒窒息和对设备腐蚀。4 结论笔者在直观经验分析法和系统安全分析法的基础上，结合危险和可操作性研究(HAZOP)的思想，尝试性提出了一种辨识工艺