本質(zhì)安全理論綜述研究

1、    本質(zhì)安全理論綜述研究    王吉武 閆野 金浩 姚江摘要：本質(zhì)安全概念最早誕生于化工行業(yè)。本質(zhì)安全理論的提出，顛覆了傳統(tǒng)的風(fēng)險控制管理理念，將風(fēng)險控制的重點轉(zhuǎn)移到風(fēng)險出現(xiàn)的源頭前端，并提出了本質(zhì)安全設(shè)計、評價等系列技術(shù)和管理實踐，但時至今日，國內(nèi)外的安全管理較本質(zhì)安全尚有一定差距。系統(tǒng)梳理本質(zhì)安全的前世今生，對我們最終實現(xiàn)本質(zhì)安全，具有重要參考作用。abstract： the concept of intrinsic safety was first born in chemical industry. the introduction of t

2、he intrinsic safety theory subverted the traditional concept of risk control and management， shifts the focus of risk control to the source of risks， and put forward a series of technologies and management practices such as the intrinsic safety design and evaluation. systematical combing the past li

3、fe of intrinsic safety has important reference function for us to realize intrinsic safety.關(guān)鍵詞：本質(zhì)安全;本質(zhì)安全設(shè)計;本質(zhì)安全實踐key words： intrinsic safety;intrinsically safety design;essential safety practices：c93-03                            

4、        文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a                                  ：1006-4311（2019）08-0182-041  本質(zhì)安全理論的提出及研究現(xiàn)狀1.1 本質(zhì)安全概念的提出1974年6月1日，英國傅立克斯鎮(zhèn)（flixborough）nypro公司發(fā)生燃爆事故，傷亡慘重。這起事故引起了社會的廣泛重視。1976年，英國化工安全專家trevor

5、kletz首次提出，“預(yù)防事故的最佳方法不是依靠更加可靠的附加安全設(shè)施，而是通過消除危險或降低危險程度以取代那些不安全裝置，從而降低事故發(fā)生的可能性和嚴(yán)重性”，并稱該理念為本質(zhì)安全（inherent safety）1。這是世上首次提出將風(fēng)險控制的重點轉(zhuǎn)移到風(fēng)險出現(xiàn)的源頭前端，為風(fēng)險控制提出了全新思路。本質(zhì)安全概念的提出引起了學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的強(qiáng)烈關(guān)注，此后，美國、英國、加拿大、荷蘭等當(dāng)時工業(yè)發(fā)達(dá)國家對其展開了大量研究2，3。trevor kletz也被稱為“本質(zhì)安全之父”。在國內(nèi)，本質(zhì)安全的前身是在電子領(lǐng)域提出的4。但二十世紀(jì)末才確立了本質(zhì)安全概念，其源于本質(zhì)安全型防爆電器，是用于煤礦井下使用的

6、防爆電器設(shè)備5。1.2 關(guān)于本質(zhì)安全的概念界定1993 年美國化工安全中心（ccps）出版了生產(chǎn)安全工程設(shè)計導(dǎo)則（guidelines for engineering design for process safety），該書介紹了本質(zhì)安全設(shè)計方法，強(qiáng)調(diào)了實現(xiàn)生產(chǎn)安全的最佳方法是在設(shè)計初始階段考慮安全因素6。1994年ccps 成立了本質(zhì)安全生產(chǎn)分委員會（the international conference and workshop on process safety management and inherently safe processes），將本質(zhì)安全作為重要議題進(jìn)行了討論。19

7、97年米歇根科技大學(xué)出版了本質(zhì)安全的化工生產(chǎn)：生命周期方法（inherently safer chemical process ：a life cycle approach）。該書重點闡述了如何在整個化工生產(chǎn)過程的生命周期中使用本質(zhì)安全設(shè)計的基本原理7。2010年，a.m.heikkil在前人研究基礎(chǔ)上對本質(zhì)安全的概念進(jìn)行了總結(jié)和提煉，該學(xué)者指出本質(zhì)安全是指在化工和制造業(yè)中，通過設(shè)計等手段使生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)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8。目前，這個定義基本成為行業(yè)內(nèi)共識，目前國內(nèi)安全生產(chǎn)系列教材、讀物及著作，均是引用此類定義。從上述a.m.heikkil

8、關(guān)于本質(zhì)安全概念及內(nèi)涵的研究可見，本質(zhì)安全是相對于傳統(tǒng)的危險防控手段而提出的。傳統(tǒng)的安全防控理念是發(fā)現(xiàn)危險后增加防控措施來抑制危險的發(fā)生，減少事故發(fā)生的可能性，降低事故發(fā)生后的危害程度。而本質(zhì)安全目的是要避免危險的存在，減少危險原料和工藝的使用，而不是在發(fā)現(xiàn)危險后進(jìn)行防控。因此如果說傳統(tǒng)防控手段是加法，那么本質(zhì)安全就是減法。在本質(zhì)安全設(shè)計中危險源辨識在工藝、設(shè)備設(shè)計階段就要進(jìn)行，并在設(shè)計時避免或最大限度降低危險的發(fā)生。根據(jù)a.m.heikkil的研究可以看出，實現(xiàn)本質(zhì)安全更多是定義在設(shè)計方面。這就引出了本質(zhì)安全設(shè)計的概念。2010年，美國化工過程安全研究中心（ccps）和美國化工協(xié)會（aice

9、）在給國土安全部（dhs）和國家化學(xué)安全分析中心提交了化工行業(yè)全生命周期本質(zhì)安全設(shè)計報告，首次系統(tǒng)闡述了本質(zhì)安全技術(shù)（ist）的內(nèi)涵，并將其界定為能夠永久消除或降低危險發(fā)生及事故后果的手段方法9。本質(zhì)安全技術(shù)是一種安全管理理念，是指在包括生產(chǎn)、運輸、儲存、使用和廢物處理等整個設(shè)計和運營階段，在每次方案選擇時均要考慮如何消除、降低危險，使用更安全的原料，使用更安全的工藝條件，進(jìn)行容錯設(shè)計，降低人為操作失誤、機(jī)械故障和蓄意破壞造成危險的可能性和事故后果。從這個概念界定中可以看出，本質(zhì)安全技術(shù)是一種動態(tài)的迭代過程， 在全生命周期均要貫徹實施。1.3 本質(zhì)安全的實現(xiàn)手段本質(zhì)安全技術(shù)是在信息充分前提下而

10、進(jìn)行的決策過程。因為在設(shè)計過程中一個選擇可能會避免一些危險的發(fā)生，但同時又會造成新的危險產(chǎn)生，因此每一個決策都要對整個設(shè)備或工藝進(jìn)行通盤考慮，得出對危險防控最優(yōu)的選擇。而且還要考慮到技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性等因素。2002年，美國化工過程安全研究中心（ccps）開展本質(zhì)安全專題研究，旨在尋找消除危險源、降低事故后果、降低事故發(fā)生頻率的方法和工作原理，最后形成了實現(xiàn)本質(zhì)安全的“四原則”13：最小化原則（minimization）。減少危險物質(zhì)庫存量，不使用或使用最少量的危險物質(zhì)。具有危險的設(shè)備（如高溫、高壓等）設(shè)計時盡量減小其尺寸和使用數(shù)量。替代原則（substitution）。用安全的或危險性小的原料、

11、設(shè)備或工藝替代或置換危險的物質(zhì)或工藝。該措施可以減少附加的安全防護(hù)裝置，減少設(shè)備的復(fù)雜性和成本。緩和原則（attenuation）。通過改變過程條件降低溫度、壓力或流動性來減少操作的危險性。主要指采用相對安全的過程操作條件，以降低危險物質(zhì)的危險性。簡化原則（simplification）。指消除不必要的復(fù)雜性，以減少錯誤和誤操作的機(jī)率。簡單的單元相對于復(fù)雜單元的本質(zhì)安全性更高，因為前者導(dǎo)致人員發(fā)生誤操作及設(shè)備出錯的機(jī)率要明顯低于后者。所以要求設(shè)計更簡單和友好型單元以降低出錯和誤操作的機(jī)會。隨后，其他學(xué)者又研究、發(fā)展出容錯（tolerance）、避免組裝錯誤（makingincorrectass

12、embly impossible）、避免多米諾效應(yīng)（avoiding knock-on effects）等工作原則。在這些基本原則之下，國外學(xué)者對實現(xiàn)本質(zhì)安全開展了系列研究，基本是通過建立一系列評價指標(biāo)和評價模型，力求理清各個工藝階段、各類設(shè)備設(shè)施及作業(yè)活動的風(fēng)險因素、發(fā)生概率及影響情況，通過本質(zhì)安全技術(shù)設(shè)計，得出風(fēng)險防控最有選擇。如早在1993年edwards和lawrence針對化工廠提出了第一個評價本質(zhì)安全的指數(shù)，即本質(zhì)安全原型指數(shù)14。該指數(shù)主要用于分析生產(chǎn)過程不同的路徑，如使用不同原料、采用不同的反應(yīng)條件或步驟的本質(zhì)安全程度。本質(zhì)安全原型指數(shù)主要面向反應(yīng)過程，涉及的參數(shù)并不全面，還有

13、許多重要的參數(shù)需要確定。1996年，赫爾辛基科技大學(xué)的heikkila等人提出了新的本質(zhì)安全評價指數(shù)15。應(yīng)用計算機(jī)輔助軟件進(jìn)行本質(zhì)安全設(shè)計，該軟件是以六個數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)構(gòu)建而成。數(shù)據(jù)庫中包含了每種化工原料的危險特性和每種工藝流程的不安全因素。1997年歐洲各國聯(lián)合執(zhí)行了一個名叫inside的計劃，針對工廠設(shè)計環(huán)節(jié)的安全、職業(yè)衛(wèi)生和環(huán)保問題進(jìn)行研究16。設(shè)計了一種方法可以在工廠設(shè)計初期就對安全、職業(yè)衛(wèi)生和環(huán)保問題進(jìn)行綜合考量。2002年，palaniappan提出i-safe指數(shù)，并于2004年通過使用isi、piis中的指數(shù)對過程路徑進(jìn)行比較選擇，除此之外，該指數(shù)還考慮了反應(yīng)速率的影響17-1

14、9。2004年，khan f.i.，amyotte p.r提出綜合本質(zhì)安全指數(shù)i2si，它由兩個主要子指數(shù)組成：危險性指數(shù)（hi）和本質(zhì)安全潛在指數(shù)（ispi）20。gebtile等于2003年開發(fā)了基于模糊理論的本質(zhì)安全指標(biāo)（fuzzy based inherent safety index）21。2000年koller等人提出的ehs方法主要是針對精細(xì)化工和間歇反應(yīng)。該方法集成了安全、健康和環(huán)境三方面的評估，具有多種不同的算法，即使部分信息缺失，仍能實現(xiàn)部分計算功能22。雖然已經(jīng)研究出很多本質(zhì)安全評價的方法，但他們都會有一些缺陷限制了使用，如：這些方法沒有通過實際應(yīng)用去驗證，僅停留在理論階

15、段;有些方法太過復(fù)雜或難以在工程早期設(shè)計階段，有限的時間和有限的資源條件下完成;有些方法沒有綜合考慮成本和經(jīng)濟(jì)因素等。2  本質(zhì)安全的實踐雖然本質(zhì)安全概念提出至今已有四十余年，國外學(xué)者也開展了大量理論研究，實業(yè)界也開展了大量探索，但本質(zhì)安全的實踐并不理想。典型的持續(xù)性本質(zhì)安全改進(jìn)案例是美國“毒性物品災(zāi)害預(yù)防行動（tcpa）”。1984年博帕爾病毒爆發(fā)后，美國新澤西州于1985年開始實施“毒性物品災(zāi)害預(yù)防行動（tcpa）”，2003年要求將本質(zhì)安全的相關(guān)要求融入到該項行動中去。2005年新澤西州安全防范專案組要求相關(guān)化工廠進(jìn)行本質(zhì)安全技術(shù)評估，以期制定了一個“最優(yōu)實踐方案”計劃。200

16、8年“毒性物品災(zāi)害預(yù)防行動（tcpa）”中又要求凡是該行動涉及到的設(shè)施無論新、舊都要進(jìn)行本質(zhì)安全評估，并要求對過程控制及被動產(chǎn)生的風(fēng)險進(jìn)行本質(zhì)安全設(shè)計?？傮w來看，在本質(zhì)安全方面的實踐，仍僅局限在局部范疇的“最優(yōu)方案”，并不能全部實現(xiàn)a.m.heikkil界定的“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”，使用最多的就是用“無毒代替有毒”、“采用無人化操作”等。如2003年kellogg brown & root公司位于東南亞的海上天然氣采集工程前期設(shè)計時初期，安全專家就與平臺設(shè)計工程師共同合作，盡可能多的采取無人操作，最大限度保證人員安全23。2005年roche藥業(yè)公司在制

17、藥過程中用二甲基亞砜代替亞硝酸鈉，降低了原料的毒性，同樣避免了亞硝酸鈉反應(yīng)時會產(chǎn)生副產(chǎn)物次氯酸鹽的危險性24。2009年pr amyotte等人對不同類型的粉塵爆炸進(jìn)行分析，根據(jù)本質(zhì)安全的最小化、替代、緩和以及簡化原則選擇適合的設(shè)備和工藝流程，以達(dá)到降低粉塵爆炸發(fā)生的可能性，實現(xiàn)本質(zhì)安全的目的25。2010年英國石油公司在海上平臺設(shè)計初期就邀請了專業(yè)團(tuán)隊，通過對整個海上平臺進(jìn)行了3d模擬，展現(xiàn)了實際大小的平臺、墻體、艙體、避難所、出口和疏散設(shè)備等結(jié)構(gòu)，并對危險物的存放及工作狀態(tài)下人員分布進(jìn)行了模擬，并根據(jù)模擬結(jié)果進(jìn)行危險源辨識和本質(zhì)安全設(shè)計26。2011年miox公司研發(fā)了一種便攜式電化學(xué)設(shè)備

18、可以通過電解鹽溶液的方式產(chǎn)生清潔劑，且原料無毒害，避免了有毒物化學(xué)品的運輸和儲存，達(dá)到了本質(zhì)安全的目的27。本質(zhì)安全實踐并不理想的原因，很重要的原因是目前尚不能找到一條在有限資源（包括現(xiàn)有技術(shù)手段）、有限時間、有限成本下真正實現(xiàn)本質(zhì)安全的經(jīng)驗或方法。2002年英國gupta和edwards進(jìn)行了一項調(diào)查顯示，大多數(shù)的調(diào)查對象都對本質(zhì)安全有所了解，但只有少數(shù)人會在工業(yè)設(shè)計中經(jīng)常應(yīng)用本質(zhì)安全。在調(diào)查中被調(diào)查對象都會回答一個問題：“當(dāng)你對本質(zhì)安全有所了解的時候，妨礙你使用本質(zhì)安全技術(shù)的原因是什么?！苯Y(jié)果顯示妨礙本質(zhì)安全使用有三個主要原因，64%是由于保守主義，這些人對本質(zhì)安全存在疑慮，并認(rèn)為傳統(tǒng)的方

19、法更可靠、成本更低;18%的人認(rèn)為工廠足夠安全不需要使用本質(zhì)安全技術(shù);18%的人認(rèn)為沒有適合的方法使用本質(zhì)安全技術(shù)。調(diào)查中還顯示另外一個主要因素是缺少法規(guī)要求28。我國對本質(zhì)安全的實踐同樣作出了很多工作。如表1所示為國內(nèi)本質(zhì)安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。3  本質(zhì)安全的未來發(fā)展方向由于國外對本質(zhì)安全的研究，更多是體現(xiàn)在設(shè)計環(huán)節(jié)，在理論上確實是最好的安全實現(xiàn)手段。企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營活動是動態(tài)的，與其相關(guān)的人、物、環(huán)、管等都是隨著經(jīng)營活動的變動而變動。因此，一個時點上的安全，隨時會隨著生產(chǎn)經(jīng)營活動的變動，就會出現(xiàn)新不安全因素。如在實踐中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)個別員工為操作方便，故意人為破壞電氣連鎖裝置，如私接一根電氣取

20、代數(shù)控機(jī)床的門機(jī)連鎖，使得一個本質(zhì)安全型設(shè)備設(shè)施喪失了基本的安全保障功能，一旦發(fā)生誤操作，很可能就會發(fā)生事故。因此，筆者在2017年6月中船重工報上發(fā)表緊扣安全管理四要素  創(chuàng)本質(zhì)安全型企業(yè)一文，明確指出，本質(zhì)安全是指通過運用先進(jìn)的安全管理理念和科學(xué)的管理體系，實現(xiàn)生產(chǎn)經(jīng)營過程中人、機(jī)、環(huán)、管等要素的優(yōu)化配置與和諧統(tǒng)一，使各種風(fēng)險因素始終處于受控制狀態(tài)，進(jìn)而實現(xiàn)整個系統(tǒng)恒久的安全目標(biāo)。因此，本質(zhì)安全不僅僅是一種安全可控的狀態(tài)，更是一種主動防范和持續(xù)改善的內(nèi)在安全管理機(jī)制。必須依靠企業(yè)內(nèi)部系統(tǒng)的有效組織和持續(xù)改進(jìn)，確保任何因素的變化，都會主動、科學(xué)評估其所帶來的危險性，并積極采取預(yù)防措

21、施，確保安全可控。只有依靠這種積極主動的持續(xù)改進(jìn)機(jī)制，才能實現(xiàn)系統(tǒng)性、恒久性安全。因此，未來本質(zhì)安全的發(fā)展，必將是在西方本質(zhì)安全技術(shù)（或本質(zhì)安全設(shè)計）的基礎(chǔ)上，更多融入積極主動的持續(xù)改進(jìn)安全管理機(jī)制，實現(xiàn)“源頭安全設(shè)計+動態(tài)自主風(fēng)險控制和持續(xù)改進(jìn)”。參考文獻(xiàn)：1kletz trevor a. "what you dont have，cant leak" -本質(zhì)的安全化學(xué)考j. journal of the high pressure gas safety institute of japan， 1978， 15.2grossel stanley s. inherently

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