如何从设计层面考虑工艺本质安全，从源头控制工艺危害？
导 读
石油化工是一个高风险的行业，安全事故通常表现为火灾、爆炸、物料泄漏、污染环境等形式，重大安全事故时有发生，如何保证安全生产是一个重大研究课题。在项目设计阶段，应当优先采用本质安全化工艺，从源头控制工艺危害。在项目不同阶段，应充分考虑本质安全化设计内容并不断深化，将本质安全管理从事后被动应急转向事前主动预防，降低安全事故的发生概率。
石油化工项目特点
01
石油化工生产过程以原油为主要原料，炼油部分主要生产汽油、航空煤油、柴油等清洁燃料及对二甲苯、液化石油气(或丙烯)、乙苯、硫磺等化工产品。
化工部分主要生产高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、聚丙烯、苯乙烯等化工产品。
石油化工生产过程要经过一系列的物理变化和化学反应，工艺过程复杂，有些还伴随氧化、裂化反应，通常反应过程在反应器中进行，分离过程在塔器或容器(罐)中进行，工艺介质通过管道密闭输送，一旦操作条件大幅度波动，或因人为原因误操作，潜在的危险就会发展成为火灾、爆炸、物料泄漏、污染环境等事故。因此石油化工行业与其他行业相比更具有危险性。
02
《关于进一步加强危险化学品建设项目安全设计管理的通知》(安监总管三［2013］76号)中，明确了“两重点一重大”是指重点监管危险化工工艺、重点监管危险化学品和危险化学品重大危险源。
石油化工项目涉及重点监管的危险化工工艺，如裂解(裂化)、加氢、聚合、烷基化工艺以及新型煤化工工艺，一旦出现反应失控或危险化学品泄漏，就可能导致火灾、爆炸、中毒、污染环境等事故发生，严重时导致人员伤亡、财产损失、污染环境及恶劣的社会影响。石油化工工艺过程和储运系统涉及危险化学品，如原油、液化石油气、汽油(含甲醇汽油、乙醇汽油)、石脑油、苯(含粗苯)、甲苯以及氨、硫化氢、氢气、乙烷、乙烯、丙烯等，都属于国家重点监管的危险化学品。随着石油化工行业快速发展，企业规模不断扩大，储存和使用易燃易爆等危险化学品的数量越来越多，远远高于危险化学品重大危险源的临界量，构成了重大危险源。
那么，如何做到本质安全化设计理念？
01
倡导基于风险控制的本质安全化设计理念
践行“安全源于设计、安全源于管理、安全源于责任”，从基于标准规范向基于风险控制转变，从基于保护财产安全向基于保护人身安全转变，做到“技术可靠、本质安全、依法合规”，倡导基于风险控制的科学合理、性能可靠的本质安全化设计，重点突出“以人为本、生命至上”以及预防和减少生产安全事故的“本质更安全”优化设计理念。
02
强调工艺安全是本质安全化设计的核心
工程设计质量和安全可靠性对工程施工建设和生产运维管理的安全起着至关重要的作用，在项目全生命周期内，都是管理工作的重点。工艺设计是工程设计的源头，加强并重视工艺安全设计，从源头提升设计本质安全水平，才能有效降低事故发生的概率，创造安全、健康、和谐的工作生产环境。
工艺设计必须严格执行国家法律法规以及国家、行业和地方的标准规范，实现工艺本质安全目标：
①满足工艺包的设计要求，满足基础设计以及各设计专篇审查批复意见要求，满足安全、环境保护、职业卫生等专项评价报告及其批复意见要求；
②采用基于风险的策略，开展本质安全化设计，在安全可靠、经济适用的基础上，优先选择先进的工艺(技术)和设备；
③具备完善的自动调节控制和报警、安全联锁功能，在设计条件下实现安全平稳运行；
④运行过程操作参数即使偏离设计条件，也能通过采取有效控制措施将其安全处置并恢复到安全运行状态；
⑤实现安全启动、停车和事故处理。
03
强化设计安全责任意识
坚持“谁设计谁负责”原则，设计单位对生命周期内的建设项目设计本质安全负责，设计人员对建设项目生命周期内设计内容的正确性负责。层层落实安全责任，注重培育设计人员的工作责任心，让每一位设计人员在设计过程中尽心尽责，在设计全过程都要严把质量关，让设计成品质量过硬。
04
强化全过程风险识别和风险评价
设计单位要明确各设计阶段的风险识别和风险评价的程序、方法和工具，在建设单位没有特殊要求的前提下，建议石油化工项目统一使用2018年版的中国石化安全风险矩阵，将风险识别和风险评价贯穿于设计全过程，风险管理应当满足规定的“各级风险的最低安全要求”。在投料试车前风险控制措施应当落实到位，避免存在不可接受的风险。
本质安全化设计管理要求
基本要求
石油化工设计本质安全基本管理要求：
①满足现行国家法律法规以及国家、行业和地方的标准规范要求；
②采用基于风险控制策略的本质安全化设计理念；
③明确各设计阶段的风险识别和风险评价的程序、方法和工具；
④中国石化系统内部客户(业主)统一采用中国石化安全风险矩阵(2018年版)；中国石化系统外部客户(业主)推荐采用中国石化安全风险矩阵(2018年版)，或采用客户(业主)认可的其他安全风险矩阵；
⑤坚持“以人为本、生命至上”的人身保护理念，遵循“预防为主”的安全理念；
⑥“两重点一重大”项目严格执行国家有关要求；
⑦改建、扩建项目按新标准增设、改进相关系统或设施；
⑧吸取同类装置安全事故教训，提高设计安全可靠性。
法规要求
国务院、安全生产监督管理总局(原)和中国石油化工集团公司相继出台了一系列关于“两重点一重大”的管理条例、管理规定和指导意见等，这是石油化工项目对安全设计管理的最基本要求。
项目要求
国际项目风险分析识别与评估工作比较深入、全面，一般包括危险源辨识(HAZID)、危险与可操作性分析(HAZOP)、安全仪表功能审查(IPF)、健康风险分析(HRA)、火灾及气体检测审查、爆炸危险区域划分(HAC)审查、火灾安全评估(FSA)、噪声研究(NOISE)、人机工程学研究报告(HFE)等。
石油化工项目包含工艺包、项目前期(项目建议书或预可行性研究、可行性研究)、总体设计、基础设计、详细设计、投料试车和竣工图等阶段，各阶段的安全设计管理要求重点各不相同，下表列出了部分主要安全设计管理要求，需要根据项目不同阶段具备的条件，开展本质安全研究和安全管理活动，从源头上提高工艺过程本质安全化水平。
目前海外项目已经按照国际惯例开展更加严格的安全设计，石油化工项目安全设计管理内容涉及面很广，随着精细化管理要求的进一步提高，对安全设计管理要求也随之提高，国内项目也逐步与国际接轨。
01
危险化学品重大危险源辨识
《危险化学品重大危险源监督管理暂行规定》(国家安全生产监督管理总局令第40号)紧紧围绕危险化学品重大危险源的规范管理，明确提出了危险化学品重大危险源辨识、分级、评估、备案和核销，登记建档、监测监控体系和安全监督检查等要求。
按照《危险化学品重大危险源辨识》(GB18218-2014)开展重大危险源辨识，并按照《危险化学品重大危险源监督管理暂行规定》(国家安全监管总局令第40号)划分重大危险源等级。在项目前期论证或可行性研究阶段，设计单位应开展初步的危险源辨识，认真分析拟建项目存在的工艺危险有害因素、当地自然地理条件、自然灾害和周边设施对拟建项目的影响，以及一旦发生泄漏、火灾、爆炸等事故时对周边安全可能产生的影响。建设单位、设计单位应当吸取同类装置已发生的安全事故教训，了解装置(单元)开车及生产运行中暴露出的安全问题和现场对原设计的修改情况，增设相关控制措施，不断提高设计安全可靠性。
02
定量风险分析
2013年，国家安全生产监督管理总局(原)发布的行业标准《化工企业定量风险评价导则》(AQ/T3046-2013)为开展化工行业的定量风险评价工作提供了参考和理论依据。中国石油化工集团公司“关于印发《中国石化生产安全风险和隐患排查治理双重预防机制管理规定》的通知”(中国石化安［2018］268号)中，进一步明确并统一了后果严重性分级表、发生的可能性等级分级表、各级风险的最低安全要求，可以此作为石油化工项目定量分析的计算基准和基础数据。
对涉及有毒或易燃气体重大危险源和爆炸物的危险化学品生产、储存装置(设施)建设项目，建设单位应当采用定量风险评价法(QRA)或事故后果法确定外部安全防护距离。
03
危险与可操作性分析
《关于进一步加强危险化学品建设项目安全设计管理的通知》(安监总管三［2013］76号)中，明确要求建设单位在建设项目设计合同中应主动要求设计单位对其开展HAZOP分析。涉及“两重点一重大”和首次工业化设计(或设计单位首次承担设计)的建设项目，必须在基础设计阶段开展HAZOP分析。
2013年，国家安全生产监督管理总局(原)发布的行业标准《危险与可操作性分析(HAZOP分析)应用导则》(AQ/T3049-2013)中，明确了HAZOP分析原则和HAZOP分析程序，规范了HAZOP分析的记录样式和分析报告。
改造项目可参照在役装置采用“全面分析-重点审查”的原则，对不涉及改造内容的相关部分，如果运行良好且满足规定的安全条件，HAZOP分析可只对改造部分相关内容进行重点分析。
HAZOP分析实行闭环管理，确认的建议整改措施关闭应作为“三查四定”、投料试车前安全审查、项目安全验收等重要检查内容，所有整改措施关闭后方可组织投料试车。对HAZOP分析报告不能及时关闭的风险，建设单位应制定和落实风险管控措施。
04
安全完整性等级（SIL定级与验证）
安全仪表系统是石油化工安全生产的重要保护屏障和有效措施。《关于加强化工安全仪表系统管理的指导意见》(安监总管三［2014］116号)中明确要求，从2018年1月1日起所有新建涉及“两重点一重大”的化工装置和危险化学品储存设施要设计符合要求的安全仪表系统；其他新建化工装置、危险化学品储存设施安全仪表系统从2020年1月1日起应执行功能安全相关标准要求，设计符合要求的安全仪表系统。
SIL定级是使用LOPA分析这种半定量的分析方法来确定每一个安全仪表功能(SIF)的SIL等级，可以与HAZOP分析同步进行，主要依靠HAZOP分析结合LOPA分析来实现。
中国石油化工集团公司“关于印发《中国石化安全仪表系统安全完整性等级评估管理办法(试行)》的通知”(中国石化安［2018］150号)中，要求目标SIL等级应当分别从人员损害、财产损失、社会影响三方面确定，取其中最大值。SIL分级结果应当不超过SIL3。如果分级结果为SIL4，应当采取改变工艺方案等措施降低SIL等级。
SIL验证应当符合国家标准《电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全第5部分：确定安全完整性等级的方法示例》(GB/T20438.5-2017)和《过程工业领域安全仪表系统的功能安全第3部分：确定要求的安全完整性等级的指南》(GB/T21109.3-2007)标准的要求。SIL验证内容应当包括安全仪表功能(SIF)结构约束和要求时的平均失效概率(PFDavg)，并符合安全设计其他技术要求和规范。
05
重大设计变更
重大设计变更是指工程建设过程中，工程的建设规模、设计标准、总体布局、布置方案、主要建筑物结构形式、重要机电金属结构设备、重大技术问题的处理措施、施工组织设计等方面发生变化，对工程的质量、安全、工期、投资、效益产生重大影响的设计变更。重大设计变更，应当征得原可行性研究报告或基础设计批复部门的同意。重大设计变更报告一般应由原基础设计单位完成；设计变更报告的深度应当满足基础设计阶段的有关规程、规范要求，有条件的可按详细设计阶段的设计文件深度要求进行编制。
结束语
设计本质安全化理念应体现在石油化工项目设计的全过程，要从多角度考虑，通过多种风险管控方法实现本质安全的目的。不同项目设计阶段，其本质安全化设计管理重点不同，项目设计实施计划中应包括本质安全化设计管理工作内容，从项目前期开始就应该重视设计本质安全管理工作。
(1)本质安全化程度是相对的，不同的技术经济条件达到的本质安全化水平不同。由于经济技术等原因，事故发生的可能性并未彻底消除，只是安全事故损失控制在可接受程度。实现本质安全需从源头控制，将事故潜在的危险彻底排除，从源头杜绝事故，才能把事故降低到最低甚至实现零事故。
(2)设计本质安全化涉及的内容和范围很广，设计本质安全化管理应由建设单位和设计单位共同承担，分工合作，在不同项目设计阶段共同做好本质安全化设计管理工作。
①项目前期阶段，建设单位应重点组织做好工艺危害分析(PHA)、安全可靠性论证、定量风险评价(QRA)和安全(预)评价等工作，设计单位应做好可行性研究报告(含安全设施设计、职业病防护设施设计和消防等章节)的编制和内部评审工作，重点做好工艺技术方案和关键设备选择的技术论证与评审工作，落实专项评价报告及其审查意见的相关内容，编制“两重点一重大”风险清单。
②基础设计阶段，设计单位应重点落实设计输入条件，落实安全条件审查意见书，组织编制安全设施设计、职业病防护设施设计和消防等专篇和内部审查，重点开展《关于进一步加强危险化学品建设项目安全设计管理的通知》(安监总管三［2013］76号)中规定的安全专题评审。设计单位(或第三方)应当按照规定对建设项目开展HAZOP分析，在HAZOP分析的基础上，通过LOPA分析进一步确定安全仪表功能及其相应的功能安全要求或安全完整性的等级。建设单位应当组织有HAZOP审查资质的人员对分析报告进行审查，HAZOP分析确认的建议措施均应整改关闭，并作为“三查四定”、开车前安全审查、项目安全验收的重要检查内容，所有措施整改关闭后方可开车。
③详细设计阶段，设计单位应重点落实基础设计审查、设计专篇审查(批复)意见，落实HAZOP分析、SIL分级报告建议措施，落实其他专项报告及其审查(批复)意见。
④投料试车前，建设单位应重点组织开车前的安全审查，组织核查施工现场安全设施的实施情况，组织核实HAZOP分析报告、SIL定级报告建议措施的实施情况。设计单位重点对设计变更开展安全评估，对工艺流程变更部分开展HAZOP分析、SIL定级。建设单位应委托设计单位对法律法规、标准规范变化进行合规性和有效性复查，落实最新要求的法律法规、标准规范。
(3) 建设单位、设计单位应当吸取同类装置已发生的安全事故教训，了解装置(单元)开车及生产运行中暴露出的安全问题和现场对原设计的修改情况，增设相关控制措施，不断提高设计安全可靠性。
来源：化工活动家