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1、,Traditional Risk Management 传统的风险管理,Basic Controls,Alarms,基本控制Operator Supervision操作监控,Critical Alarms,Operator Supervision,紧急报警操作的监控and Manual Intervention 和人为干预,Automatic Action Safety Interlock SystemEmergency Shutdown System 连锁系统,Physical Protection(Relief)物理防护安全阀等,Physical Protection(Dikes)物理防
2、护(爆破片),Plant Emergency Response工厂的应急救援预案,Community Emergency Response 社会应急响应,传统的安全管理 Typical Layers of Protection,本质安全（化）的起源,1862年，比利时人索尔维（ErnestSolvay,1832-1922）以食盐、氨、二氧化碳为原料，制得了碳酸钠，是为氨碱法（ammomiasodaprocess）。反应分三步进行：NH3+CO2+H2O=NH4HCO3 NH4HCO3+NaCl=NaHCO3+NH4Cl2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O 反应生成的CO2可以回收再用，
3、而NH4Cl又可以与生石灰反应，产生NH3，重新作为原料使用：2NH4Cl+CaO=2NH3+CaCl2+H2O(*)氨碱法使生产实现了连续性生产，食盐的利用率得到提高，产品质量纯净，因而被称为纯碱，但最大的优点还在于成本低廉。1867年索尔维设厂制造的产品在巴黎世界博览会上获得铜制奖章，此法被正式命名为索尔维法。,本质安全化的革新：,（1）索尔维方法存在的问题，添加石灰时会由于打开密封盖而产生氨气的泄露，造成污染和人员受到伤害；（2）索尔维方法的改进先将石灰配置成石灰乳，然后利用泵和管线输入到储罐中，使得泄露问题彻底解决，大大提高了生产的安全性。当时生产工艺实现本质安全的一个成功的案例(T.
4、Kletz 广泛称道的一个案例）。,例1：有机物的硝化反应，比如在国防、采矿和水利建设中广泛应用的TNT炸药的生产，是通过对一种有机化合物进行硝化反应来生产的。有机物的硝化反应速度非常快，几乎是瞬间就可完成，同时释放大量的反应热。反应过程中如果生成的热量不能及时移出体系，就会引起爆炸。传统的硝化反应一般是在带冷却夹套的搅拌釜式反应器内进行的。这种结构的反应器由于换热面积小，传热效率非常有限，不得不通过控制反应物加料速度来避免热量积累导致的反应失控。因而不仅反应釜的体积庞大，而且反应所需时间也很长。以年产15吨硝基化合物来说，反应釜的体积甚至达到13m3，每次硝化反应的时间长达18（h）小时以上
5、。,（a）微反应器的物理模型,（b）微反应器的模拟模型,Sulzer（瑞士的苏尔寿公司）公司开发成功了一种利用热交换管作为静态混合微构件来强化物料混合的反应器，在实现物料高效混合反应的同时将反应热从体系中快速移走，能极大地缩小设备体积、增加生产能力，特别适用于强放热反应过程。将该静态混合反应器技术用于TNT的生产，反应器的体积减小至200毫升，只有传统夹套式反应釜体积的1/6500；硝化反应的时间只有0.25秒，为原来的1/259200；而年生产能力却提高了2.2倍。同时，由于硝化反应的时间非常短，基本上消除了副产物的生成，减少了环境污染。,例2：Grignard试剂酮还原反应，该反应是德国M
6、erck公司生产某种精细化学品工艺过程的一个组成部分，可以在数秒内完成。该反应也是一个强放热过程，在实际生产中为了导出反应热必须延长反应时间，一般需要数小时。若利用交叉型微混合器，不仅可以实现过程的连续化，而且可将反应时间降至几秒钟。这一发现证实微混合器是一种实现过程准确控制、强化反应过程的有效工具，进而极大地推动了Merck公司建立连续生产装置的计划。1998年8月建成一套采用5个小型混合器并联操作的全自动连续生产中试装置并成功运行。中试生产的产率为92%，明显高于实际间歇式生产中的72%。此外，反应时间从以前的5小时缩短为现在的10秒以内。更值得一提的是，利用小型混合器，可以在较高的温度下
7、实现该反应，从而有效地减小冷却设备的技术投资，并可节约能源。,化学工业的发展方向：（本质安全+绿色化工）,化工过程强化带来的益处是多方面的。设备生产能力的显著提高，导致单位产品成本大幅降低。设备体积的微型化，将带来设备和基建投资及土地资源的节省。由于能充分利用能量、生产效率高，能耗将显著降低。由于反应迅速、均匀，副反应少，从而大大减少了副产物的生成，污染环境的废物排放也会显著减少。甚至有人提出了一种取代庞大、复杂的传统化工厂的微型未来化工厂（实验室型的化工厂）的设想。,化工系统的本质安全化,对于化工企业，实现本质安全化主要是将本质安全化原则应用于具体的化工工艺和技术装备的设计和选择。应该强调的
8、是本质安全化原则最初是应用于石油化工行业，但是现在可推广应用于其它行业。,3.1生产工艺过程的本质安全化,生产过程的风险控制策略通常被分成如下的类别：本质的（inherent）、被动的（passive）、主动的（active）和程序性的（procedural）。,（1）本质的（inherent）消除危险源或者减轻危险，使得其作用于对象的潜在后果是能够承受的。例如水溶性漆和涂料由于不含溶剂（甲苯、二甲苯等），消除了其火灾爆炸危险性及毒性。（2）被动的（passive）对危险源的后果进行控制和减轻的装置，这些装置不需要探头或者启动（激活）部件。例如，一个化学反应在最危险的情况下，可以产生12MPa
9、的压力，而反应器的设计压力为20MPa。这样即使在反应器内发生了失控反应，但是该反应器无须任何压力探测装置来对压力进行监测。,（3）主动的(active)报警、联锁以及减缓装置被设计用来探测到系统处于不安全状态，并且是通过这个装置使系统恢复到安全状态，通常是采取紧急行动使得系统恢复到正常的运行状态或是被关闭。主动系统可以被设计用来防止事故发生，或是降低事故的后果。例如，储罐的高位开关检测到可能发生溢流时，将上料阀和上料泵关闭，从而避免溢流发生，高位开关被设计用来防止事故发生。自动喷淋系统检测到火灾并自动喷淋，以降低火势的蔓延和潜在的损失。该系统被设计用来减少损失。它不是用来防止火灾发生，而是减
10、少火灾的损失。（4）程序性的（procedural）标准的操作程序，操作人员的训练，安全检查表，以及其他的依赖于人的管理系统。例如，化学反应器的操作人员被训练，当反应器温度操作达到某一温度的时候，关闭上料阀，并对反应器进行紧急冷却。,通常来讲，从可靠性和稳定性来看，这些措施的有效性排序如下：本质的（inherent）、被动的(passive)、主动的(active)和程序性的(procedural)。但是实际的系统由于存在着多种危险因素，任何实际的系统都需要以上几种措施结合起来以便对危险源进行有效的控制。事实上，当从本质上减少了一种危险，可能增加了另一种风险。,本质安全化的原则：,本质安全化理
11、论的创始人,Trevor KletzProfessor of Chemical EngineeringT.kletzlboro.ac.uk提出了化工本质安全化的十一个原则,（1）强化（intensification）,本质安全化设计中最常用的方法就是强化（或最小化）。强化包括使用最少量的危险物质，即使全部的物料泄漏也不会造成紧急情况。危险的反应物，应由临近的车间就地生产，使得输送管线中的实际保有的物料量最少。强化原则可以应用到反应器、液气接触设备、热交换器、混合器和干燥器等。,Minimize Example,Two Methyl Acetate ProcessesThe left one i
12、s a conventionalprocess.The right is based onreactive distillation technology.,The right hand process minimizes inventory.,乙酸甲酯的生产过程的简化,强化:减小生产装置,提高生产效率.,强化原则在化工装置中的应用,（2）替代（substitution）,如果强化措施不可行，可以采取替代措施，即在生产过程中采用较安全的原料。例如，利用不燃的或闪点较高的液体，毒性较小的溶剂（制冷剂、导热材料）来代替那些易（可）燃性的、毒性的原料。例如，某些氧化乙烯（ethylene Oxide
13、）工厂原先利用数百吨的石蜡来对装置进行冷却，使得石蜡的危险性甚至比反应器中的氧气和乙烯混合物还要高。现在，许多现代化的工厂已使用水来代替石蜡作为冷却介质。,替代:用安全的物料来替代危险的物料.,替代原则在化工装置中的应用,（3）改变工艺路线（Alternative Reaction Routes）,除了使用较为安全的化学品以外，还可以通过改变反应路线来降低生产过程的危险性。最典型的改变反应路线的例子是印度博帕尔的美国联合碳化学公司生产的杀虫剂甲萘威（Carbaryl）。原来反应路线是甲胺（methylamine）和光气（Phosgene）反应生成甲基异氰酸盐，然后再和-萘酚（-naphthol
14、）反应生成甲萘威（Carbaryl）。正是由于中间产品甲基异氰酸盐的泄漏造成了博帕尔的惨痛事故。新的可供选择的工艺路线是利用同样的原料，但是改变了其反应顺序。光气首先和-萘酚反应生成氯甲酸，然后再和甲胺反应生成甲萘威。这样在反应过程中避免了甲基异氰酸盐的产生。,（4）减缓（modified Storage Arrangements）,在生产中如确实需要大量的危险物质的话，那么在生产中应以最安全和最小的量来保存这些化学品。例如，大量的氨、氯和液化石油气应以液态储存（而不是以压力的形式存储），即使发生泄漏，泄漏的速率也会较小。如果毒性和易燃性化学品不用在现场制造，而且又能保证可靠的供应，那么其储存
15、量可以由数百吨降到数十吨。在这种情况下，即使发生泄漏，可以大大降低潜在的危险性。这种方法不需要对现有的装置做任何改进，仅仅降低了储存量。,减缓:以最安全和最小的量来保存这些化学品。,Moderate Example,The containment building moderates the consequence ofa leak,accident or failure.,（a）大量存储（b）降低存储量,减缓原则在化工装置中的应用,（5）能量限制（energy limitation）,限制生产过程中的能量也是获得本质安全化生产过程的方法之一。例如，通过限制热交换器的温度防止过热要比采用联锁方
16、式要好，因为联锁装置有可能发生失效。,简化工业系统的示意图,（6）简单化（simplification）,简单化是指在设计过程中避免不必要的复杂化，从而减少人失误和误操作的机会。,简化工业系统的示意图,Simplify Example,The simpler system on the right reduces the opportunityfor chemical interactions and utility usage mistakes.,简化原则在化工装置中的应用,（7）避免链锁效应（Avoid Knock-on Effect）,本质安全化工厂的设计应保证当事故出现时应能保证不发生
17、链锁效应，或称多米诺效应。例如，安全的工厂设计应有充足的防火间距、防护堤等，从而限制火势的蔓延。,（8）避免组装错误（Making incorrect assembly impossible）,本质安全化工厂的设计应使得设备（装置）的不正确的安装变得困难或不可能。,（9）状态清晰（making status clear）,应该选择这样的设备，使得设备可以被容易的查看，以便确定设备是否被正确安装，处于开启还是关闭的状态。这是通常指人机工程设计。,（10）易于控制（Easy of control）,过程应该利用物理原理来控制，而不是通过附加控制设备来进行控制。,（11）容错性（Tolerance）,设备应能承受误操作，安装质量差以及维修不及时而不发生失效。,
