本质安全设计在化工生产中的应用案例

“本质安全”一词源于GB3836.1-2000《爆炸性气体环境用电气设备 第1部分:通用要求》。本质安全型防爆电器是专供煤矿井下使用的防爆电器设备的分类之一。防爆电器总体分为隔爆型、增安型、本质安全型等种类。本质安全型电器设备的特征是其全部电路均为本质安全电路，即在正常工作或规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不能点燃规定的爆炸性混合物的电路。也就是说，该类电器不是靠外壳防爆和充填物防爆，而是其电路在正常使用或出现故障时产生的电火花或热效应的能量小于0.28mJ（B级防爆）, 即瓦斯浓度为8.5%（最易爆炸的浓度）最小点燃能量。

随着全球工业化进程的加速推进，人们对工业生产中的风险管控意识也在不断增强，因此，本质安全的适用范围也在不断地扩充。它由原先仅关注防爆电器，延伸为通过追求企业生产流程中人、物、系统、制度等诸要素的安全可靠、和谐统一，使各种危害因素始终处于受控制状态，进而逐步趋近本质型、恒久型安全目标。

本质安全设计（ISD）是指通过设计等手段使生产设备或生产系统本身具有安全性，即使在误操作或发生故障的情况下也不会造成事故的功能。具体包括失误—安全（误操作不会导致事故发生或自动阻止误操作）、故障—安全功能（设备、工艺发生故障时还能暂时正常工作或自动转变安全状态）。

本质安全设计的主要目的是识别装置中潜在的危害，并考虑从源头上消除或者降低这些危害。究其方法论可分为以下四类：

替代/消除：将一种物料替换为另一种危险性较小的物料。

稀释/减缓：通过限制工艺条件降低潜在后果影响。

最小化：减少有害物料的数量。

简化/限制：通过合理设计而不是增加额外的设备或功能来处理问题。只有在必要的情况下才考虑使用复杂的程序，尽量减少操作、维护错误。

接下来我们从工艺流程设计和自动化仪表设计两个方面，各引用一个案例来进一步说明本质安全设计在实际化工生产中的实际应用。

（一）工艺流程设计中的应用案例

某生产易燃易爆有毒性化学品的车间，因其生产过程中所生产化学品的易挥发性质，故在其闪蒸工段设有淋洗塔以脱除气相空间中的易燃易爆有毒性化学品，具体工艺如图1所示。被淋洗液所吸收的易燃易爆有毒性化学品经由降液管排至底部收集罐后排至下游精馏塔提纯，淋洗过的气体回收至上游继续参与反应。当发生淋洗液突然中断时，由于虹吸现象，收集罐内的含易燃易爆有毒性化学品的溶液经由降液管逆流至淋洗水供应系统，进而导致公用系统的大面积污染，及易燃易爆有毒风险的失控。从本质安全设计考虑，在降液管的B处钻若干个一定尺寸的小孔，当因淋洗系统异常中断发生虹吸时，收集罐中气相空间中的气体经由小孔进入降液管，进而破坏原有的虹吸状态，阻止了后续一系列失控风险事件的发生。

图2

（二）自动化仪表设计中的应用案例

某生产易自分解过氧化物的化学品车间，在其储槽及其他容器（如反应釜、换热器、搅拌釜等）的进出口处设有旋转式开关阀，以满足批次工艺的时序控制需求。但因其所涉化学品为易发生分解反应的过氧化物，一旦旋转式开关阀在使用过程中关断时，阀芯处的化学品将随着其旋转而被迫封存在阀芯与阀体构成的密闭空间里，此时发生自分解反应将导致阀门破裂，大量化学品泄漏，进而造成更大的人员伤害及财产损失。从本质安全设计考虑，在旋转式开关阀芯上钻一定尺寸的孔空洞（如图3所示），并且在安装时确保开关阀的关闭状态下其孔洞朝向利于压力释放一侧（一般选择上游或下游容器侧）。此时，当开关阀关闭时，阀芯处的空间与孔洞朝向一侧联通，从而打破了原有的密闭空间，避免了阀芯因化学分解超压破裂造成的一系列严重后果。

本质安全设计是化工装置本质安全的重要一环，是所有安全生产的重要前提。消除人的不安全行为和物的不安全状态，是本质安全设计的最终目标。实践证明，本质安全设计的有效实施不仅从根本上解决了化工装置在运行过程中可能出现的诸多不可控风险，还大大降低了项目后期不断增加的预防性风险控制措施的成本投入。