化工安全技术知识

化工安全技术知识
PSM体系
PSM体系是一整套主动识别、评估、缓解和防止石油化工企业内由于过程操作与设备导致安全事故的整体管理体系。

目前，在我国化工和石化行业，大力推行了HSE管理体系，积累了丰富的经验，该体系包含了工艺安全管理（PSM）的部分要素。

特别是当前国内化工和石化行业已经从引进成套技术逐步转向自主设计和技术改进，而近几年国内化工和石化行业发生的重大事故都可归结为工艺安全方面的事故。

现有项目及新开发项目整个生命周期的工艺安全管理已经成为一个亟需解决的问题，同时，也是一个企业内部安全管理部门为保障企业过程安全的责任所在。

因此，在HSE管理过程中如何贯彻和推行PSM系统，有效评价、改进和衡量过程安全，将是一个企业推行先进管理理念、提高安全管理水平的关键。

当前，PSM体系在我国尚属于导入阶段，还没有针对性的工艺安全管理方面的法律法规和标准。

如果PSM在我国早推行，相信是有可能避免诸如重庆开县井喷、吉林石化爆炸和上海农药厂冲料此类的事故的。

PSM实施得当，可以增加生产效率、消减长期成本以及提高过程安全。

工艺安全管理（PSM）
工艺安全管理是美国职业与健康管理局于1992颁布的一个标准29CFR1910.119，适用于所有涉及危险化学品的活动，包括使用、存储、生产和操作等。

通过防止危险化学品的泄漏，来保证工艺设施，诸如：化工厂，炼油厂，天然气加工厂，海上钻井平台等，得到安全的设计和运行。

与常见的职业安全管理体系、应急处理体系不同，工艺安全管理专注于预防重大事故，如火灾，爆炸，有毒化学化学
品泄漏等。

通过对工艺设施整个生命流程中各个环节的管理，从根本上减少或消除事故隐患，从而提高工艺设施的安全。

工艺安全管理（PSM）不是一个由管理层下达到其雇员和承包商工人的管理程序，这是一个涉及每个人的管理程序。

关键词是：“参与”，绝对不是仅仅沟通。

所有管理人员，雇员和承包商工人都为工艺安全管理（PSM）的成功实施负有责任。

管理层必须组织和领导PSM体系初期的启动，但雇员必须在实施和改进上充分参与进来，因为他们是对工艺如何运行知道最多的人，必须由他们来执行建议和变动。

如内部职能部门和外部顾问这样的专家组可以针对特定领域提供帮助，但工艺安全管理（PSM）从本质上来说是生产管理部门自己的职责。

工艺安全管理包含以下14个互相关联的要素：
1.工艺安全信息
2.工艺危害分析
3.操作程序和安全惯例
4.技术变更管理
5.质量保证
6.承包商管理
7.开工前安全检查
8.设备完整性
9.设备变更的管理
10.培训及表现
11.事故调查
12.人员变更管理
13.应急计划及响应
14. 审核
国家安监总局在2010年9月6日发布《化工企业工艺安全管理实施导则》，于2011年5月1日起实施，包含12个相互关联的要素：
1、工艺安全信息（PSI）
2、工艺危害分析（PHA）
3、操作规程
4、培训
5、承包商管理
6、试生产前安全审查
7、机械完整性
8、作业许可
9、变更管理
10、应急管理
11、工艺事故/事件管理
12、符合性审核
工艺危害分析（PHA）
PSM的核心要素，指通过一系列有组织的、系统性的和彻底的分析活动来发现、估计或评价一个工艺过程的潜在危害。

PHA可以为企业的管理者和决策者提供有价值的信息用以提高工艺装置的安全水平和减少可能出现的危害性后果造成的损失。

可供选用的PHA的方法常用的有：
1.定性方法：What-If，检查表，What-If/检查表，危险与可操作性(HAZOP)
2.半定量方法: 保护层分析(LOPA)，故障模式及后果分析(FMEA)
3.定量方法:定量危害分析(QRA)，故障树企业必须根据自身的复杂程度、规模、危险程度、折旧程度等多种因素，选择一种合适的方法进行PHA活动。

并且PHA 活动应该每隔至多5年就重新进行一次。

一个合格的PHA活动应该能够：
1.发现工艺危害；
2.识别出已经发生过的有可能导致灾难性后果的事件；
3.可用的工程上或管理上的危害控制手段；
4.控制手段失效的后果；
5.人员因素；
6.定性的关于危害的评价PHA应该由一个包括多方面人员的队伍完成，包括工程、管理、操作、设计等人员。

并且在PHA过程中产生的文档，特别是产生的建议，应该有完善的管理和后续跟踪手段。

危险与可操作性行分析（HAZOP）
HAZOP分析法是按照科学的程序和方法，从系统的角度出发对工程项目或生产装置中潜在的危险进行预先的识别、分析和评价，识别出生产装置设计及操作和维修程序，并提出改进意见和建议，以提高装置工艺过程的安全性和可操作性，为制定基本防灾措施和应急预案进行决策提供依据。

与传统的安全分析和安全评估方法相比HAZOP分析方法具有三大特点：首先是确立了系统安全的观点，而不是单个设备完全的观点；其次是系统性、完善性好，有利于发现各种可能的潜在危险；再次是结构性好，易于掌握。

危险和可操作性研究方法可按分析的准备、完成分析和编制分析结果报告3个步骤来完
成。

由各种专业人员（如：工艺、设备、自控、现场操作人员等）按照规定的方法对偏离设计的工艺条件进行过程危险和可操作性研究。

鉴于此，虽然某一个人也可能单独使用危险与可操作性研究方法，但这绝不能称为危险和可操作性研究。

所以，危险和可操作性研究方法与其他安全评价方法的明显不同之处是，其他方法可由某人单独使用，而危险和可操作性分析则必须由一个多方面的、专业的、熟练的人员组成的小组来完成。

HAZOP分析是以偏差，生产运行过程中工艺状态参数与操作控制中可能出现的偏差，为导向的分析过程，首先需要将被分析流程根据设计意图、功能、设备等要素，以及分析者的工作习惯划分为若干节点，而后逐次考虑各个节点上出现的各种可能的偏差，针对每个偏差，需要分析其可能的原因、可能导致的后果、有无对应的安全措施，其危害程度如何，是否需要提出整改建议等。

典型的HAZOP 工作流程如左图，整个分析过程以“头脑风暴”的小组会议形式进行。

HAZOP 要求有业主的操作人员，设计单位的工艺，设备，仪表，安全人员，以及由专业公司提供的HAZOP 主管与记录人员共同参与。

HAZOP 主管作为提问者，利用自身的丰富经验，引导全体人员共同参与头脑风暴形式的讨论，并确保讨论不因各方利益的自身原因产生技术偏差。

参与HAZOP的人员，特别是工艺人员除了熟悉流程熟悉图纸等必须的技术要求外，应该提前接受HAZOP的相关培训，熟悉HAZOP的思维形式与讨论方法，能够从安全而非仅仅工艺的角度就可能出现的偏差进行深入分析。

典型的HAZOP分析表如下：
HAZOP的过程是各利益方各专业共同进行公开，透明，透彻的讨论过程。

将HAZOP 分析方法应用于石油化工装置的设计安全评价中，能够使设计人员对于单元中的
工艺过程及设备有深入了解，对于单元中的危险及应采取的措施有透彻的认识，在设计中避免安全设计不足或过度。

HAZOP分析对于装置的日常生产与维护以及装置的安全管理提供了良好的指导作用，帮助操作人员系统的从原理上理解操作中的安全问题。

HAZOP分析内容可以作为对员工进行安全培训的良好教材。

HAZOP分析同时能够帮助专利商进一步完善设计。

做为一个半定性半定量的手段所得的分析结果，如果对工艺/ 设备有重大改变，往往要求利用ASPEN或其他手段进一步进行定量计算。

以便进一步提出解决手段。

现在HAZOP分析法已经成为石油天然气行业对初步设计，详细设计以及生产优化时安全审查的重要工具。

同时在金属冶炼，火力电站，制药，精细化工，食品，造纸等具有连续生产特征的行业都日益成为安全审查的标准手段。

风险矩阵(Risk Matrix)
风险矩阵译自Risk Matrix，是一种有效的风险管理工具。

可应用于分析项目的潜在风险，也可以分析采取某种方法的潜在风险。

它是一个标准化的被用于对照参考的矩阵。

可被用于HAZOP，LOPA等方法的风险评估步骤。

风险矩阵的基本思想是将风险(Risk)分解为严重程度(Severity)和可能性(Likelihood)两个可度量的量。

其中严重程度(S)与经济损失、人员伤害、环境污染、法律法规触犯、声誉损失等因素相关。

由于不同的主体对风险的承受能力不同，不同类型的后果或事件的特征也有很大不同，例如同样100万元等级的经济损失，小型私企可能将其严重性归于不可接受，而大型国企可能将其归于可以容忍，所以不同的主体应该定义自己的风险矩阵。

其中严重程度的分级，可能性的分级，及风险的分级标准都可以使用自己的标准。

一个典型的5x5的风险矩阵，其中严重性和可能性都被分为5级，而风险被分为4级：风险由严重性和可能性共同决定，例如：发生
概率是百年一遇，每次发生损失100万元的事件，与每年发生一次，每次损失1万元的事件，其风险可能相近。

而一般情况下，危害事件的严重程度是固定不可控制的，例如火灾风险，无论有什么防护措施，一旦防护失效火灾发生，则最终的损失和危害基本是固定的。

而危害事件的可能性是可以控制的，例如增加保护措施、增加人员维护等，一般可以降低危害发生的可能性，从而降低最终的风险。

保护层分析（LOPA）
半定量的工艺危害分析方法之一。

用于确定发现的危险场景的危险程度，定量计算危害发生的概率，已有保护层的保护能力及失效概率，如果发现保护措施不足，可以推算出需要的保护措施的等级。

LOPA是由事件树分析发展而来的一种风险分析技术，作为辨识和评估风险的半定量工具，是沟通定性分析和定量分析的重要桥梁与纽带。

LOPA耗费的时间比定量分析少，能够集中研究后果严重或高频率事件，善于识别、揭示事故场景的始发事件及深层次原因，集中了定性和定量分析的优点，易于理解，便于操作，客观性强，用于较复杂事故场景效果甚佳。

所以在工业实践中一般在定性的危害分析如HAZOP，检查表等完成之后，对得到的结果中过于复杂的、过于危险的以及提出了SIS要求的部分进行LOPA，如果结果仍不足以支持最终的决策，则会进一步考虑如QRA等定量分析方法。

LOPA先分析未采取独立保护层之前的风险水平，通过参照一定的风险容许准则，再评估各种独立保护层将风险降低的程度，其基本特点是基于事故场景进行风险研究。

保护层是一类安全保护措施，它是能有效阻止始发事件演变为事故的设备、系统或者动作。

兼具独立性、有效性和可审计性的保护层称为独立保护层（Independent Protection Layer，IPL），它既独立于始发事件，也独立于其他独立
保护层。

正确识别和选取独立保护层是完成LOPA分析的重点内容之一。

典型化工装置的独立保护层呈“洋葱”形分布，从内到外一般设计为：过程设计、基本过程控制系统、警报与人员干预、安全仪表系统、物理防护、释放后物理防护、工厂紧急响应以及社区应急响应等。

在每个危险场景中，给定的危险后果的严重性已知，其发生的概率可以通过其初始触发事件和各个触发条件的概率计算得出。

每个保护层若生效，则危险后果不会发生，如果其失效，则安全保护任务会顺延至下一个保护层。

所以每增加一个保护层，后果的发生概率就相应减少一定数值，减小值就是该保护层的生效的概率。

叠加所有的保护层后，需要将风险降低到可接受的水准。

如果风险仍旧太高，则可以计算出需要增加的保护层的失效概率。

DOW 火灾爆炸指数（F&EI）
这是美国道化学公司于1964年首次使用的一种安全评价方法，它是对化工工艺过程和生产装置的火灾、爆炸危险性进行评价及采取相应安全措施的一种方法。

因火灾、爆炸是石油化工厂面临的最大危险，一旦发生往往是毁灭性的灾难，因此这种评价方法一出台就受到了国际上的广泛关注。

到1993年已发展到第七版，而且不断地有安全专家对此法进行修订完善，目前已成为石油化工厂安全评价中广泛应用的一种方法。

火灾爆炸指数法运用了大量的实验数据和实践结果，以被评价单元中的重要物质系数(MF) 为基础，用一般工艺危险系数(F1)确定影响事故损害大小的主要因素，特殊工艺危险系数(F2)表示影响事故发生概率的主要因素。

MF、F1、F2乘积为火灾爆炸危险指数，用来确定事故的可能影响区域，估计所评价生产过程中发生事故可能造成的破坏；由物质系数(MF) 和单元工艺危险系数 (F3=F1×F2)得出单元危险系数，从而计算评价单元基本最大可能财产损
失，然后再对工程中拟采取的安全措施取补偿系数(C)，确定发生事故时实际最大可能财产损失和停产损失。

该方法的最大特点是能用经济的大小来反映生产过程中火灾爆炸性的大小和所采取安全措施的有效性。

该评价方法的目的是：(1) 真实的量化潜在火灾、爆炸和反应性事故地预期损失；(2)确定可能引起事故发生或事故扩大的装置；(3)向管理部门通报潜在的火灾、爆炸危险性；(4)使工程技术人员了解各工艺部分可能造成的损失，并帮助确定减轻潜在事故严重性和总损失的有效而又经重性和总损失的有效而又经济的途径。

DOW化学品暴露指数(CEI)
道化学公司在1986年5月开发了化学暴露指数指(The Chemical Exposure Index Guide，CEI)，CEI与火灾爆炸危险指数(the Fire and Explosion Index Hazard Classification Guide，F &EI)配套使用可有效地评价化工装置及相关设施变化的潜在危险。

CEI和F&EI是道化学公司安全、防损和防护的最低要求。

所有对此感兴趣的单位都可从美国化学工程师协会(AICHE)获得详细资料。

事实上，许多国家已在政府的有关法规中参考了CEI和F &EI。

我国有关部门已经翻译出版《道化学公司火灾、爆炸危险指数评价方法》(第七版)。

CEI提供一种简单的方法评价可能的化学释放事件对邻近工厂的人员或居民产生的严重健康危害。

确定风险的准确数值是很困难的，但是CEI系统提供一种评价相对危险等级的方法，它不确定某一特定设计是否安全。

CEI应用于初始工艺过程危险分析(PHA)、计算分布等级指数（DRD）、通过审定工艺过程，提出消除、减少或减轻释放的建议、应急响应计划（易燃和爆炸危险不包括在本指数内）。

化学暴露指数的计算：
1、确定CEI需提供如下资料
a.一份准确的工厂及周围地区的平面图。

b.表示容器、主要管道和化学品总量的简单工艺流程图（标识可能发生化学物质重大释放引趋急性毒性的工艺管道或设备）。

c.待计算物质的物理和化学性质，以及ERPG／EEPG值。

d.CEI指南。

e.CEI表格。

2、确定化学暴露指数和危险距离。

3、填写CEI表。

释放物向大气中的速率计算CEI采用简化的方法，对所有情况都假设至少持续泄露5min，假设是瞬间释放或是在5min内释放超过总贮量，释放速率用5min除以总贮量。

ERPG和EEPG ERPG/EEPG（应急反应计划指标值ERPG，应急暴露计划指标值EEPG）定义如下：ERPG-1/EEPG-1：所有人员在暴露1小时内，除对健康有轻微短暂影响或能嗅到明显气味而无其它感觉的最大暴露浓度。

ERPG-2/EEPG-2：所有人员在暴露1小时内，无不可逆性或其它严重健康伤害或不损伤采取自我保护能力的症状的最大暴露浓度。

ERPG-3/EEPG-3：所有人员在暴露1小时内，不产生威胁生命和健康的影响的最大暴露浓度。

CEI指南给出了部分物质的ERPG值。

大气中释放物量AQ释放物质是指在一定时间作为蒸汽或由于液体闪蒸或液池蒸发计入大气中释放物量。

CEI和危险距离的计算所有计算假设风速为5m/s，中性气候条件：CEI=655.1(AQ/ERPG-2)1/2 式中：AQ：大气中释放物质（kg/s)。

ERPG-2：应急反应计划指标值(mg/m3)，如果经计算CEI值大于1000假定CEI=1000危险距离HD计算危险距离是达到ERPG-1、ERPG-2、ERPG-3浓度的距离，计算公式
如下：HD=6551(AQ/ERPG)1/2 [m] 式中：AQ:大气中释放物量（kg/s) ERPG:应急反应计划指标值（mg/m3)如果经计算HD值大于10000m，假定HD=10000m。

工艺安全信息(PSI)
工艺安全信息是PSM标准所规定的一项要素。

在进行任何工艺危害分析(PHA)活动之前，企业的所有人必须预先准备好一份工艺安全信息(PSI)文档。

PSI文档的主要功能是帮助进行分析的人员以及企业的所有人、雇员了解PHA过程中识别、分析出的危害。

PSI应该包括：工艺过程涉及到的所有危险化学品的危害数据，工艺过程的技术信息，工艺过程的设备信息。

其中危险化学品的信息应包括：毒性，爆炸极限，物理属性，化学反应数据，腐蚀性数据，热稳定性，化学稳定性，与其他化学品意外混合后可能产生的危险后果工艺过程的技术信息至少应该包括：工艺流程框图及简化的流程图，工艺化学，最大可能产量，温度、压力、流量、组分等参数的最大最小安全容限各种偏差的后果的评估，包括可能的安全和健康方面的影响，如果原始的技术资料已经遗失，则这些信息应通过PHA等获取。

设备属性应至少包括：设备本身的制造材料管道仪表图(P&ID)电气分类安全泄放装置及其设计意图通风系统设计规范和标准质量衡算和能量衡算安全系统，包括：连锁、检测及抑制系统企业的所有者应该按照通行的标准和习惯来准备这些文档。

对于已存在的，按照某些标准和规范建造的设备，业主应该确认这些设备的设计、维护、检查、测试、操作等工作是否是以安全的方式进行的。

以上的说明的PSI可以作为基础，用于通过PHA来识别和了解各种危害。

并且也可以被用于PSM的其他要素如变更管理、事故调查等。

开车前安全检查(PSSR)
PSSR是指对制造过程的一个正式审查，以确认在使用受到影响的制造过程之前，对其关键部分进行了论述和评估，所谓使用制造过程包括：试车、引入危险化学品或能量。

PSSR的最终目标可包括：
1.更高水平的工艺安全性能。

2.较好的环境风险管理水平。

3.提高总体制造质量。

PSSR的一般步骤公司管理层的一个基本角色就是确保有专业人员负责执行PSSR程序，提供专家意见，所以，首先从培训谈起。

1.对全体员工，进行与他们各自的的PSSR责任相关的PSSR知识培训。

2.识别触发事件，确定是否需要执行PSSR。

3.确定PSSR模型。

4.建立PSSR小组。

5.执行PSSR。

安排小组会议（对于某些PSSR小组来说，一次会议，就可能足够了，但是对于其他的小组来说，可能需要多次会议）。

分派小组成员的职责。

整合PSSR合规文档，或进行实物检查。

对于特定的PSSR，可根据需求召开进度会议（这取决于触发事件的复杂性）查看是否有开车前或或开车后行动条款，并对这些行动条款进行适当的追踪。

当所有的开车前行动条款都解决完成后，就可获取授权，启动变更或装置。

6.完成PSSR文档。

7.跟踪开车后的PSSR行动条款。

8.追求PSSR计划的持续改进。

安全仪表系统(SIS)
安全仪表系统是由传感器、逻辑控制器和执行器组成的，能够行使一项或多项安全仪表功能的仪表系统。

安全仪表系统的功能包括监视生产过程的状态，判断生产过程是否出现发生某种潜在的危险条件。

当出现危险的条件时，自动执行其规定的安全仪表功能，防止危险事件发生。

换句话说，安全仪表系统一旦执行了安全仪表功能，则将没有危险事件发生。

减轻危险事件造成的影响，即通过减少损失或减轻影响后果的办法来降低风险。

在一些情况下，安全仪表系统实现安全仪表功能的目的是减小风险，或者说是减小潜在危险发生的概率；在另外一些情况下，实现其安全仪表功能的目的是减弱已发生的危险事件的后果；还有一些情况则是两种情况的综合。

安全仪表功能(SIF)
安全仪表功能为：由电子/电气/可编程电子安全相关系统、其它技术安全相关系统或外部风险降低设施执行功能，该功能针对某一特定危险事件使得或者维持受控设备处于安全状态。

为达到功能安全所必须的具有特定安全完整性水平的电子/电气/可编程电子安全功能，安全仪表功能既可以是安全仪表保护功能，也可以是安全仪表控制功能。

安全仪表功能是安全仪表系统是否能有效地执行其安全功能的体现，每一个安全仪表功能针对特定的风险对工业过程进行保护，安全仪表系统必须在工业系统出现危险情况时正确执行其对应的安全仪表功能，这一点对于确保工业过程处于安全状态时非常重要的。

安全仪表系统的功能安全水平高，以为这该安全仪表系统能正确有效地执行其安全功能的能力强，即能较大程度地减小风险发生的概率。

安全仪表功能要做的第一件事是判别危险的出现。

接下来考虑安全仪表功能动作后要将过程带入什么样的安全状态。

最后，安全仪表功
能具体应该做什么才能使过程进入安全状态。

这样就有一个明确的思路，什么情况下表面需要动作、什么是安全状态以及具体需要什么动作。

在安全仪表功能中，讨论的系统不同则其关键动作也会不同。

这就是说，在实际中需要对控制、设备及过程等多方面的认识来正确的确定完整的安全仪表功能。

这些方面的认识是危险和风险分析的一部分，控制、设备和过程的专家已经详细地分析了这些问题。

理论上，他们的分析工作会提供绝大部分可用于确定过程所需各安全仪表功能的信息。

安全完整性等级(SIL)
安全完整性等级的概念为：在一定时间、一定条件下，安全相关系统执行其所规定的安全功能的可能性。

简单的说，SIL就是对安全仪表系统运行水平的一种衡量。

完全完整性水平由两部分组成：（1）硬件安全完整性水平。

这部分的安全完整性与危险失效模式的随机硬件有关，主要体现在安全仪表功能的运行过程中，对安全相关硬件安全完整性规定的级别实现能以合理的精确度进行估算，而且子系统之间可使用概率运算法则；（2)系统安全完整性水平。

这部分的安全完整性与危险失效模式的系统失效有关，这种系统失效主要在系统设计过程中就已经存在，尽管由于系统失效引起的平均失效率能够估算，但难以从设计失误和共因失效中得到的失效统计数据来估计失效分布。

安全仪表系统的安全完整性性水平的选择并不是以装置为单位的，而是在对每一个工艺控制回路进行分析的基础上进行的，主要是通过对安全、环境、经济的影响分析确定安全仪表系统。

安全完整性水平4是最高的，1是最低的。

SIL级别越高，安全相关系统能实现所要求的安全功能的概率就越高。

行动项跟踪系统（ATS）。