黨文義

中國石化青島安全工程研究院副院長

從實際情況看，僅追求工藝的本質安全并不能真正實現(xiàn)企業(yè)的全面本質安全，需要將本質安全化策略貫穿于石化生產的全生命周期，追求流程、工藝、設備、智能化等諸要素物的安全與人的安全可靠與和諧統(tǒng)一，才能真正使危害因素始終處于可控狀態(tài)，進而逐步趨近本質、恒久的安全目標。

目前我國已是世界第一大煉油、乙烯、PX（對二甲苯）產能大國，千萬噸以上規(guī)模煉廠超過30家，省級認定的化工園區(qū)超過670家，呈現(xiàn)大型化、規(guī)?；?、集約化等特點，風險聚集程度顯著增加。構建本質安全石化企業(yè)是從根本上防范化解安全風險的必然要求。狹義的本質安全是指通過設計等手段使生產設備或生產系統(tǒng)本身具有安全性，即使在誤操作或發(fā)生故障的情況下也不會造成事故的功能或狀態(tài)。從實際情況看，僅追求工藝的本質安全并不能真正實現(xiàn)企業(yè)的全面本質安全，需要將本質安全化策略（最小化、簡化、緩和、替代），即危險物質存量或能量最小化、簡化工藝流程、緩和工藝條件、危險性較小的化學品或合成路徑替代高?；瘜W品或合成路徑，貫穿于石化生產的全生命周期，融合采取主動與被動風險防控措施，才能最大限度降低風險。例如，陶氏化學、殼牌石油等國外大型石化企業(yè)通過改進安全評估方法、采用本質安全層級理論進行設計、智能化和數(shù)字化技術創(chuàng)新等手段降低安全風險。本文結合國內外先進技術和理念，聚焦研發(fā)、設計、運行三大關鍵環(huán)節(jié)，對石化企業(yè)實現(xiàn)本質安全的具體途徑與方法進行探討。

本質安全化反應路線和裝備是石化企業(yè)安全運行的前提

在化工新工藝、新材料的早期研發(fā)階段，過程變化自由度高，采取本質安全技術可用最低成本獲取最佳效果。因此，落實本質安全應更加聚焦化工過程開發(fā)的研發(fā)階段，從源頭實現(xiàn)安全風險最小化的目標。

本質安全反應路徑的選擇和優(yōu)化。反應路徑是整體工藝的核心，比如在新工藝研發(fā)的早期階段，研發(fā)并選用本質安全的反應路徑可以有效消除或減少工藝安全風險。一是要全面審視評估反應涉及的原料、中間體、溶劑等的物理化學性質和安全特性，積極運用替代策略尋找更安全的反應路徑，選用安全性更高、環(huán)保性更佳、穩(wěn)定性更強、兼容性更優(yōu)的原料或反應溶劑。二是要充分考慮反應系統(tǒng)中物質之間發(fā)生失控反應、副反應或者二次反應的可能性，研發(fā)應用高選擇性催化劑減少副反應發(fā)生，使用緩和策略探索更為溫和的反應條件。例如，用過氧化氫法替代傳統(tǒng)氯醇法生產環(huán)氧丙烷、環(huán)氧氯丙烷，可使反應在緩和的條件下進行，更加安全；采用全酸性流化床工藝替代傳統(tǒng)的酸堿固定床工藝生產雙氧水，可有效消除極易引發(fā)過氧化氫分解的堿性環(huán)境，實現(xiàn)生產過程本質安全化。

基于過程強化技術的安全裝備開發(fā)。過程強化技術通過提高生產效率，減小工藝設備尺寸、降低危險化學品存量和能量消耗，可顯著提升化工過程的安全性。近年來，基于微通道、超重力、膜分離、反應精餾、緊湊型和微型換熱器等過程強化手段的新型裝備，以及微波、超聲、等離子體等過程強化方法不斷發(fā)展，為化解傳統(tǒng)化工裝置安全風險提供了有效途徑。例如，基于微過程強化技術的新型微反應器，持液量較釜式工藝降低90%以上，在加氫、氧化、氯化、氟化、硝化等涉及強放熱、強腐蝕、有毒有害物料的反應中展現(xiàn)出良好應用前景。應急管理部印發(fā)的《化工企業(yè)硝化工藝全流程自動化改造工作指南（試行）》中明確要求，工藝危險度等級3級及以上的硝化工藝，原則上應采用微通道反應器、管式反應器等技術?；谖馀輳娀母咝庖夯旌掀骱头磻b備，可顯著提高氣液傳質和反應速率，在液相氧化、加氫、鹵化、臭氧化等危險反應過程中應用較多。

工藝操作安全臨界條件的確認與控制。明確工藝安全臨界條件界限并將其控制在安全范圍內是確保工藝安全的關鍵。在研發(fā)階段確定化學反應路徑、設備后，要評估反應條件（溫度、壓力和濃度等）等對反應失控敏感性的影響，確定本質安全操作域；要獲取氣體/粉塵爆炸極限、極限氧含量、爆炸超壓等燃爆安全極限，嚴格控制工藝濃度條件；要考慮工藝放大后物料的自加速分解溫度，合理設定物料的安全儲存條件。例如，在醋酸乙烯聚合、環(huán)己烷富氧氧化、乙烯氧化制環(huán)氧乙烷等反應失控、燃爆風險集中的工藝研發(fā)過程中，通過全面掌握物料在不同濃度、不同雜質條件下的反應失控規(guī)律及燃爆特性，獲取安全臨界條件并嚴格控制，從而保障工藝安全開車。

本質安全化設計是石化企業(yè)安全運行的基礎

裝置設計階段是連接研發(fā)階段與建造階段的橋梁，是決定裝置安全平穩(wěn)運行的基礎。在符合設計標準規(guī)范的基礎上，合理應用本質安全化策略降低裝置風險，有助于減少或避免事故發(fā)生。

基于本質安全的設計。在工藝設計、設備選型、安全設施設計、裝置布局時，應綜合考量并合理應用本質安全化策略。例如，在工藝設計時，應盡量降低工藝的復雜程度，減少物料存量及生產設備數(shù)量，對放熱量大或平衡限制反應，可采用反應精餾技術充分利用反應熱提升分離效率，簡化流程的同時增強安全性；在設備選型時，精餾系統(tǒng)可選用薄膜蒸發(fā)器等低荷載設備，換熱器則應追求高效率以縮小尺寸，減少物料荷載；在安全設施設計時，可結合調節(jié)閥、安全閥等形成主動、被動協(xié)同的防護策略，應用數(shù)值模擬和試驗驗證方法對泄放過程進行優(yōu)化設計，減少泄放物理量，避免引起次生災害；在裝置布局時，應開展多米諾效應分析，合理布局裝置間距、位置，最大限度減小事故后果。例如，在EVOH工藝設計中，針對醋酸乙烯—乙烯共聚失控的危險，設置多級報警、緊急冷卻、緊急抑制、主被動泄放等措施，有效保障聚合反應器的安全。

基于風險的設計。風險評估是本質安全設計管理的重要組成部分，貫穿于設計全生命周期。在設計的不同階段，應根據已具備的條件，全面開展以本質安全研究和風險評估為核心的安全設計，建立“安全—設計”同步完善機制，提升本質安全化水平。在風險辨識階段，可采用安全檢查表、故障假設分析、危險與可操作性分析、安全審查等方法；在風險分析階段，應對泄漏、火災和爆炸等事故后果進行定量化分析；在風險評估階段，可利用故障樹分析、保護層分析等方法，確定風險的可接受程度，對于不可接受的風險應按照保護層原則合理設計防護措施，進一步防范化解安全風險。例如，對涉及硝化、氯化、氟化、重氮化、過氧化工藝的精細化工生產裝置開展全流程反應風險評估并采取相應的風險控制措施，以提升工藝的全流程本質安全水平。

基于性能的設計。傳統(tǒng)基于標準規(guī)范的設計難以滿足風險精準防控的需要，在遵從標準規(guī)范的基礎上，應結合實際性能需求對本質安全化保護層設置進行準確定量設計。例如，采用激光、紅外等先進火焰、氣體檢測手段，并對氣體擴散模擬、火焰?zhèn)鞑ヒ?guī)律進行模擬，從而優(yōu)化探測器布置，減少盲區(qū)；采用數(shù)值模擬方法，綜合考慮事故影響、防護效果與裝置風險特點合理確定安全距離；開發(fā)高效滅火劑及先進滅火技術，優(yōu)化滅火設施設置，提升火災等事故應急處置能力。采用微納氣敏傳感技術和高靈敏氣體傳感器，增強微量泄漏快速檢測能力，提升企業(yè)風險防控能力。

“數(shù)智—人本”創(chuàng)新協(xié)同聯(lián)防機制是石化企業(yè)安全運行的保障

生產運行階段是石化裝置生命周期的主體環(huán)節(jié)，占時最長、人工介入最多、潛在危險最大，在該階段通過工藝技術、管理和智能化的有效結合，可進一步提升石化裝置的本質安全水平。

數(shù)智化賦能專業(yè)安全，系統(tǒng)提高安全運行管控水平。安全生產與數(shù)智化技術加速交匯，正在為石化行業(yè)轉型發(fā)展帶來革命性變革。例如，通過打造工藝平穩(wěn)性、設備完整性體系，創(chuàng)新“技術革新+專業(yè)平臺+多元應用”三維架構，實現(xiàn)對裝置工藝、設備風險的全方位、動態(tài)化管控，推動工藝、設備管理向科學化、精益化邁進，裝置平穩(wěn)率、可靠性指數(shù)提升至98%以上；又如，通過構建機理與數(shù)據驅動的催化裂化裝置數(shù)字孿生模型，多域協(xié)同實現(xiàn)“裝置級”運行風險的實時感知、超前預警、優(yōu)化指導，提前30分鐘實現(xiàn)工藝參數(shù)預測，降低結焦速率14%，有效提升裝置安全環(huán)保運行水平。

推進“換—減—無”三化改造，實現(xiàn)本質安全化新跨越。多維度、多環(huán)節(jié)技術創(chuàng)新與強化應用，驅動石化企業(yè)全力邁向“機械化換人、自動化減人、智能化無人”這一本質安全發(fā)展路徑。例如，通過引入乙烯裂解爐非穩(wěn)態(tài)過程安全輔操系統(tǒng)，實現(xiàn)關鍵操作智能執(zhí)行及精準指導，減少人工干預及誤操作風險；在裝置、罐區(qū)、管廊、倉庫等危險區(qū)域研發(fā)應用智能巡檢機器人和操作機器人，大幅降低人工巡檢頻次與勞動強度，搭載高精度傳感器與大數(shù)據分析引擎，實現(xiàn)風險的前置管理與控制；逐步部署遠程故障診斷與監(jiān)測系統(tǒng)，對關鍵設備、工藝過程進行實時監(jiān)控與遠程干預，精準預測故障發(fā)展態(tài)勢，提高故障響應速度與處置效率。積極實踐一鍵開停車、無人機應急救援等場景應用，加快構建自主化、高效化石化生產運營生態(tài)。

強“三基”固根本，夯實人本安全生產管理。一是深化員工本質安全與綜合能力提升。通過強化基層班組建設與人員培訓，確保員工熟練掌握安全操作規(guī)程與應急處置技能，形成“人人講安全、事事為安全”的良好氛圍。二是加強基礎管理。落實完善安全生產責任制，細化安全管理制度與流程，進一步推動安全管理向班組、崗位延伸。三是注重提升員工基本功。定期組織技能比武、應急演練等活動，不斷錘煉員工專業(yè)技能與風險辨識能力，利用VR、AR等智能化培訓平臺實現(xiàn)個性化學習路徑，促進員工從“要我安全”向“我要安全、我會安全、我能安全”的根本轉變，不斷提升員工在復雜環(huán)境下的判斷力和執(zhí)行力，為安全生產提供堅實人力保障。

將本質安全化理念貫穿裝置全生命周期，加大本質安全化科技創(chuàng)新及示范應用，追求流程、工藝、設備、智能化等諸要素物的安全與人的安全可靠與和諧統(tǒng)一，才能真正使危害因素始終處于可控狀態(tài)，進而逐步趨近本質、恒久的安全目標。