基于本质安全化视角的氧化工艺危险性评价方法研究_刘子睿.pdf

2022 年 第 12 期 化学工程与装备 2022 年 12 月 Chemical Engineering&Equipment 259 基于本基于本质安全化视角的氧化工艺质安全化视角的氧化工艺 危险性评价方法研究危险性评价方法研究14 刘子睿1，李海霞2，蒋俊令1（1重庆科技学院安全工程学院；2重庆科技学院数理与大数据学院，重庆 401331）摘摘 要要：本文是基于本质安全视角，对氧化反应工艺危险性进行评价，建立了建立氧化工艺危险性评价指标体系，探究基于本质安全化视角的氧化反应危险性评价方法，对化工工艺危险性的评价方法展开了深入研究，并以乙烯制备环氧乙烷为例进行了实例验证。关键词：关键词：本质安全；氧化工艺；危险性评价 基金项目：基金项目：重庆科技学院研究生科技创新计划项目资助（YKJCX2020702）工业生产需求增大，是的现代化学工业快速发展，不可避免地，其存在的风险也越来越多1。尤其是氧化工艺，氧化工艺涉及物质危险性，如易燃易爆或有毒等危害特性。在生产过程中会发生物理和化学反应，易造成涉及火灾爆炸和中毒窒息等复杂情况2。一旦发生火灾或者爆炸事故，将造成大量的人身伤亡，甚至波及社会，产生无法估量的损失和难以挽回的影响。目前，国内氧化反应工艺危险性评估多侧重于事故预防措施和应急措施，没有考虑从源头上考虑消减风险3-4。本质安全是从源头上消减风险，是化学工艺风险管理的优选策略，本质安全能够有效对危险工艺进行选择，有利于在系统设计得初期阶段优化过程来消除或减少危险，从而代替系统中复杂得安全防护装置。1 1 本质安全的概念及基本原理本质安全的概念及基本原理 本质安全的方法是从根源上消除或者减少化工过程中的风险，对于某一化工过程，当实现消除或者减少物料和工艺操作带来的风险时，则被称之为实现了本质安全化。从根本上消除导致事件发生的条件是实现本质安全化的基本思路，这是现代化工生产的安全保障、早期预防事故发生的最理想措施及未来发展方向。本质安全化设计常采用四类优化，分别为最小化、代替、缓和和简化，其设计原则见表 1所示。表表 1 1 本质安全化设计原则本质安全化设计原则 原则 释义 最小化 减少系统中危险物质 代替 使用安全或不太危险的物质或工艺代替 缓和 采用危险性最低的物质或者设置危险性最低的工艺条件 简化 通过设计简化流程，减少使用安全保护装置，尽可能地减少人员失误的可能性 （a）（b）图图 1 1 工艺危险性管理策略与本质安全策略的关系工艺危险性管理策略与本质安全策略的关系 DOI:10.19566/35-1285/tq.2022.12.083260 刘子睿：基于本质安全化视角的氧化工艺危险性评价方法研究 不同原则所能达到的本质安全化效果有所不同，不同原则可应用的危险类型也有所不同，工艺危险性管理策略与本质安全策略的关系如图 1 所示。2 2 基于本质安全视角的基于本质安全视角的氧化工艺危险性评价氧化工艺危险性评价 在化工行业中，氧化反应多放热反应或强放热反应，反应过程中持续放出热量，工艺工艺中使用的反应物或者中间生成物等一般化学稳定性较差，受热、摩擦或撞击等作用下即可发生分解、燃烧或者爆炸。2.1 氧化工艺危险性分析 工艺过程的危险性分析是工艺危险性评价的基础，也是构建评价指标体系的重要依据，可在危险性分析的基础之上开展评价工作。本文主要针对氧化工艺过程中的主要危险性，结合工艺特点及化工企业在工艺过程中遇到的实际安全事故展开分析。从安全学科的角度着手，危险性常用事故发生的概率大小以及事故后果的严重度程度的乘积表示，详情见表 2、表3 所示。表表 2 2 氧化工艺事故发生的可能性氧化工艺事故发生的可能性 序号 划分界限 可能性 1 经常发生 经常 2 偶尔发生 偶尔 3 基本上不发生 几乎不 表表 3 3 氧化工艺事故后果的严重度氧化工艺事故后果的严重度 序号 事故后果 事故后果严重度 1 系统报警 一般 2 系统自动停车 严重 3 造成人员伤亡 非常严重 根据上述定义的事故发生可能性及事故后果严重度，构建氧化工艺风险矩阵如下图 2 所示，采用“高危险性、中危险性、低危险性”来评价每个指标。图图 2 2 氧化工艺危险性矩阵氧化工艺危险性矩阵 2.2 建立氧化工艺危险性评价指标体系 基于本质安全视角，并结合氧化反应工艺过程危险的主要来源：物质本质安全指标和工艺条件本质安全指标，确定表达评价体系的具体变量参数。运用风险矩阵和 HAZOP 方法对进行工艺危险性分析，从事故后果倒退反应后果的工艺指标，确立了 7 个氧化反应工艺安全评价指标体系5，详细指标体系如图 2 所示。图图 3 3 氧化工艺本质安全评价指标体系氧化工艺本质安全评价指标体系 2.3 指标体系量化及赋值 根据危险货物分类和品名编号(GB6944-2005)，按照反应工艺物料的易燃性、爆炸性、毒性、腐蚀性以及工艺条件的温度、压力、存储量6进行分级。并采用预先危险性分析对风险定级的概念对工艺过程郑添泉状态进行赋值如表 4 所示。表表 4 4 氧化工艺整体安全状态赋值氧化工艺整体安全状态赋值 安全状态 认定依据 状态赋值 轻度危险 系统正常运行，未出现或极少报警情况，系统基本平稳，无人员伤亡 1 中度危险 系统多处报警，人员轻伤 2 刘子睿：基于本质安全化视角的氧化工艺危险性评价方法研究 261 重度危险 爆炸、火灾等人员重度伤害 3 2.4 氧化工艺危险性等级评估 上述氧化反应工艺过程本质安全指标体系建表，预先危险性分析对风险定级的概念，对系统的整体安全状态进行赋值，共划分 3 种安全状态。对各个生产单元的危险性进行定性评估分析，确立其分析评价的重点单元，并建立危险性评价方法。3 3 指标体系的相似插值处理指标体系的相似插值处理 本文运用 Shepard 相似插值算法7，可直接由样本数据驱动，可以避免以上复杂的构造要求。运用 Shepard 相似插值算法建立评价模型：根据评价标准表随机生成一评价等级样本系列；再根据其样本系列对参数 b 进行优化估计，最后采用遗传算法（GA）进行求解；最后进行综合系统评价，并建立一个与安全评价指标相适用的定量评价模型。相似插值算法的基本原理：（1）根据系统评价标准表随机生成评价等级样本系列x(i，j)及 y（i），i=1n，j=1m。由于不同指标的事故可能性及严重程度各不相同，采用的量化标准也相同，则需需对各指标进行标准化处理：)(/)(),(),(jsjxjixjix=(1)（2）当得到待评价对象的评价指标值1|),1(mjjnx=+后,利用上述个样本来内插待评价对象的评价等级)1(+nyc，是如下式子得到最小值：21)()1(iynywEcnii+=(2)id 第 i 个样本的评价指标与本次评价指标之间的距离 权重iw第 i 个样本对内插本次评价对象的评价等级(n+1)的重要性（3）利用上述个样本来内插待评价对象的评价等级根据样本系列对参数 b 进行优化估计。在样本系列中任取样本 i,由其他 n-1 个样本进行 Shepard 插值，得到相应于评价等级 y（i）的插值记为（i）。则可通过求解如下优化问题来优化估计参数 b。=nicbiyiybf151|,)()(|)(min (3)4 4 实例分析实例分析 本文选用乙烯制备环氧乙烷8这一氧化工艺，利用基于Shepard 相似插值算法的本质安全视角对其两条不同生产路线进行评价。环氧乙烷作为化学中间体，用于制备乙二醇，乙二醇可制备为聚酯纤维和树脂，还可以用于制备洗涤剂。详细的工艺路线如表 5 所示。表表 5 5 乙烯制备环氧乙烷工艺路线乙烯制备环氧乙烷工艺路线 工艺路线 路线 1 氯醇法 Step1 HClClOHCHCHOHClCHCH+=222222 Step2 OHCaClOHCOHCaClOHCHCH2242222)(+路线 2 氧化法 Step1 OHCOCHCH4222222+=在了解乙烯制备环氧乙烷工艺过程的基础上，对其进行Shepard 相似插值处理，随机在变化区间内取值，产生一组样本序列，分别带入式子（1）-（3）中，分别得到式子最小值 f（b）为 27.64，参数 b 的值为 1.36，以及两条合成路径的评价等级都在 3 附近。将各指标带入风险矩阵，结果为中危险性。基于本质安全和风险矩阵的结果相互验证，结果表明从本质安全视角出发，乙烯合成环氧乙烷工艺暂未达到本质安全水准。需进一步对其工艺过程进行调整优化。5 5 结结 论论 本文基于本质安全视角建立了氧化工艺危险性评价指标体系，并结合 Shepard 相似插值理论建立了评价模型，对氧化工艺的本质安全化进行了研究，进一步证实了化工过程本质安全化的重要性。通过化工过程本质安全化的试验运用，可逐步实现化工过程的安全化生产。（下转第（下转第 267267 页）页）雷五强：化工安全管理的重点和要点 267 作中抽出一些必要的时间邀请一些行业内的专家为企业内的员工进行培训，使其树立起强大的安全意识，将一些安全生产行为进行有效内化。进而最终提高企业安全生产意识，并且在进行各项生产活动时能够严格地按照安全生产制度中的内容进行各项操作，严格规范自身行为。让员工能够在反复的教育培训实践当中将安全生产大于天这一重要观念内化于心，外显于行，全面增强员工的安全生产意识。此外企业在生产中应当主动委派专业的检修人员对一些生产中需要用到的化工生产设备进行质量检查，进而保障其在生产工作进行中能够正常使用，从而使得整个企业的工作效率得到实质性的提升。对于化工企业的生产活动而言，在实际进行中一定要尊重工作人员的生命主权，保障员工能够在健康安全的前提下从事生产工作。2.2 建立企业安全班 通过企业安全班的有效建立可以使安全管理工作进行得更加到位，有效落实各项安全管理制度。在企业安全班实际组建的过程当中，企业可以根据不同工作人员负责的生产内容将其组为一个生产班组。具体而言可以按照生产线来进行有序划分，可以将一条生产线上的工资生产人员组建为班组，并且根据个人的性格特点确定班组的组长。由组长对各项安全生产措施是否得到有效落实进行监督。进而使组内人员的安全生产意识得到全面提高。2.3 完善安全生产规章制度 安全生产制度对企业的发展有着非常重要的意义，只有拥有了完整安全生产制度才可以让生产工作进行得更加规范合理，有效保障安全生产。在化工生产工作实际开展的过程当中生产中涉及一些危险品必须对其进行有序规划，并且对其使用进行完整记录。在制定安全生产规章制度的过程当中，应当按照国家法律中的内容进行企业应当明确内部安全生产责任制，结合自身情况制定企业的安全生产流程。对于一些有实力的企业还可以设立安全生产管理机构，对一些化工生产工作进行中需要用到的安全品进行严格控制。此外企业应当全面落实企业生产法人制，通过这样的方式可以让各环节都能有相应专门的工作人员对各项操作是否规范进行有效监督，全面落实安全生产政策。通过传承叠加的方式让生产工作进行的更加安全有序。3 3 结束语结束语 随着时代的不断向前发展，当前我国化工企业的规模变得越来越大为我国经济发展带来的推力也持续增加。在这样的情况下，各化工生产企业应关注企业在生产活动中出现的一些安全问题。专业生产细节，对当前已有的化工安全管理措施进行优化。进而有效保障化工安全管理工作的开展质量。参考文献参考文献 1 王鹏飞,郭煜.化工安全生产与管理分析J.清洗世界,2022,38(02):176-178.2 柏其亚.化工安全设计在预防化工事故中的作用J.化工设计通讯,2022,48(02):135-137.3 蔡先念.浅析化工安全生产中存在的问题及对策建议J.当代化工研究,2022(03):84-86.4 蔡先念.化工生产技术管理与化工安全生产的关系J.当代化工研究,2022(02):5-7.5 杨红琳.当代化工安全技术智能化发展趋势思考评化工安全技术J.中国安全科学学报,2022,32(01):213-214.6 李振明,王睿.化工安全管理能力培养课程体系设计与应用J.安全,2021,42(12):56-60.（上接第（上接第 261