冶金生产过程危险识别及评价技术
作者：本站发布机构：本站发布日期：2018-11-24
1、概述
随着科学技术的发展, 工业生产规模不断扩大,工艺流程越来越复杂, 也使事故发生的几率和危害程度大大增加。如1984 年11 月墨西哥城由于管线泄漏导致的液化气容器大爆炸使得工厂成为废墟, 650 人遇难, 4 000多人受伤; 1984 年12 月印度博帕尔联合碳化物杀虫剂厂剧毒气体泄漏, 蔓延40km2 , 3800人遇难, 150000人必须入院治疗,成为震惊世界的惨痛事故。我国国内工业生产过程中也曾发生很多重大事故, 2003 年川东北气矿“十二•二三”大事故中有243 人死亡, 396 人受伤; 2004 年4 月15 日重庆天原化工厂发生氯气泄漏, 造成9 人死亡, 15 万人大转移的事故。冶金生产过程中发生的事故也不少, 如2000 年7 月9 日, 金川公司二矿区井下发生运矿卡车失火事故, 死亡17 人, 重伤2 人; 河北省沙河市2004 年“一一•二0”铁矿火灾事故中有51 人脱险生还,70人死亡。据介绍, 仅2003 年1～11 月冶金行业发生事故351 起, 死亡242 人, 有色金属行业发生事故71 起, 死亡54 人。为了防止事故, 保障人身和设备安全, 20 世纪80 年代以来, 国外开始制定与生产过程安全有关的标准和规范, 并提出一些过程危险识别及评价技术。目前这些技术已在发达国家重要生产装置上普遍采用, 国内也有少数企业采用。国内外一些研究机构还采用模型的定向仿真研究方法进行过程危险识别、故障诊断及计算机自动解释。
作者认为, 作为对国民经济有重大影响的冶金行业, 应对这项技术组织人力进行深入研究, 并在一些大型企业推广人工过程危险识别及评价技术,有试点地开展基于模型的定向仿真研究方法进行过程危险识别、故障诊断及计算机自动解释工作。
2、几个概念
安全评价(hazard & risk assessment ) 以保障安全为目的, 按照科学的程序和方法, 从系统的角度对工业生产或工程项目中潜在的危险(hazard) 及危险可能造成的损失( risk) 进行预先识别、分析和评价, 为制定防灾措施和管理决策提供依据。由于安全评价在消除危险隐患方面有重大作用, 已列入许多国家的法规及国际安全标准。
安全生命周期(SLC , safety life cycle) 是美国国家标准ANSI/ ISA S84101 (1996) 提出的要求。该标准将安全设计、安全评估、安全控制和安全管理贯穿工厂设计、施工、运行、操作、管理、维护直到停工(报废) 的全部生命周期, 强调安全是一项长期的不能松懈的任务。安全生命周期的实施步骤包括: 初步设计阶段需进行过程危险分析和风险评估; 论证是否需要设计安全控制系统; 依据国际标准IEC61508 确定过程的安全整体性要求级别(SIL) ; 制定安全技术规范; 完成安全控制系统设计及可行性试验; 建立工厂操作和维护规程;进行预开车安全评估; 安全控制系统投用、操作、维护、定期功能测试; 如果过程进行了工艺改造或在生产实践中发现安全措施不完善时, 返回第一步重复以上所有工作。
安全系统( safety system) 安全系统应设计为在工厂发生紧急情况下, 或系统本身发生故障的情况下, 必须做出及时的反应, 而且必须产生一个正确的反应输出到现场, 以防止危险发生或减轻后果。如果系统没有反应将最终导致或加重危险。常见的安全系统有: 紧急停车系统( ESD) 、停车联锁/ 仪表系统(SI/ IS) 、燃烧器管理系统(BMS) 、火和气保护系统( F &G) 、仪表保护系统( IPS)和故障安全控制系统(FSC) 等。安全控制系统SIS ( safety inst rument system)当安全整体性要求级别( SIL ) 较高时( ≥3)不能采用常规控制策略, 必须安装一套与常规控制系统分离的、独立的安全控制系统。该系统由传感器、逻辑处理器和最终控制单元组成。其目的是一旦有异常发生必须按照预定的条件将生产过程带入一个安全状态。
3、有关国际标准
美国国家安全标准ANSI/ ISA S 84101 ; 美国OSHA1910 - 119 ; 国际标准IEC61882 ; 国际标准IEC61508 和涉及工厂设备安全的国际标准IEC61511 (尚未颁布) ; 基于可编程序逻辑控制的燃烧加热炉和锅炉安全相关的标准FM7605 ; 关于测量及控制设备安全的德国标准DIN19250 ; 与加热炉安全相关电子设备的德国标准; 防止加热炉及多燃烧器锅炉爆炸的安全标准NFPA8502 &85C
4、几种过程危险识别及评价技术
过程危险识别及评价技术有以下几种: 过程/系统检查表法; 安全复查法; 道公司和蒙得公司危险指数; 预先危险分析法; 如果⋯怎么样; 危险与可操作性研究(HAZOP) ; 故障类型、影响及致命度分析; 故障树分析; 事件树分析; 原因、后果分析; 人员失误分析; 苏黎世危险分析(ZHA) 。以上方法中危险与可操作性研究( hazard andoperability studies) 应用最广, 是一套系统的评价方法。在过程危险识别及评价技术的发展初期, 采用的是人工安全评价的方法。人工安全评价的弱点: a1 人工难以处理大规模的数据、信息; b1 人工分析大规模系统无法得到完备的结果, 即使有专家参与也难免出现漏评;c1 口头讨论方式不严格, 讨论时易出现概念混乱;d1 人工评价得出的文本(说明) 不规范, 事后难于看懂; e1 人工评价费时、费力、成本高。
从1995 年起, 国外学者对基于模型的危险自动识别技术开始进行研究, 其中德国学者在基于定性仿真和定量仿真相结合的危险与可操作性研究工作中取得突破。所采用的仿真方法对化工连续和间歇过程的实例进行危险与可操作性研究, 得到了与人工分析完全一致的结果, 其效率则高得多, 且对危险演变过程的记录比人工分析要详尽得多。以美国霍尼威尔公司为首的7 个石油公司、2 个软件公司、2 个大学, 也开展了”新一代过程控制非正常事件指导和信息系统”的开发研究计划。中国北京化工大学也开展了这项研究工作, 并已应用到生产实践中。计算机辅助安全评价(诊断) 技术并不否认专家、有经验的现场技术人员及评价专业技术人员的极其重要的作用, 而是强调以上人员应在计算机和新的安全评价技术辅助下, 方能实施有深度的、完备的、高效的、符合国际规范的安全评价。
5、过程危险识别及评价技术的应用
昆明芬美意香料有限公司在新项目的建设、旧项目的改造中, 选择了ZHA (苏黎世危险分析法)进行过程危险识别及评价。他们建立了ZHA 分析小组, 小组由来自不同部门的专业人员4～7 人组成, 他们能从不同角度观察问题并带来不同的专业知识。小组长来自安全或工程部门, 精通ZHA 分析法, 透彻了解工艺, 能控制局面。他们的做法是: 明确分析的范围; 确定参加分析的队伍; 定义危险所在; 做危险评估; 定义危险的严重程度和概率。后两步所得的结论要写入危险目录清单, 再根据该公司的风险政策, 确定风险可以容忍的边界,结论写入风险概况表。根据危险目录和风险概况表, 分析小组要提出风险改善的措施, 根据优先权的轻重缓急, 确定处理顺序, 结论写入风险改善目录, 监督执行。具体做法是:
1) 找出危险用引导词清单为导向, 通过流程, 把工作范围分成一个个部分来讨论, 从而找出危险。引导词包括: 危险特征(机械、电气、化学、易燃、易爆、压力⋯⋯) ; 故障(机械故障、电气故障、化学故障⋯⋯) ; 环境影响(温度、湿度、污染⋯⋯) ; 使用和操作(不安全操作、错误指令、缺乏安全警告⋯⋯) ; 生命周期(组织结构、设计⋯⋯) 。
2) 完成危险目录根据下列的情况, 列出一个危险目录表:确认危险在那里? 是什么? 有什么安全措施?如何发生? 为何发生? 后果多大? 多严重?危险的严重程度分类( 灾难性的、严重的、轻微的、可忽略的) 。危险几率分类( 非常高、高、偶然、低、非常低、几乎不可能) 。
3) 建立风险概况表及确定可容忍边界根据危险目录, 画出风险概况表的阶梯线, 确立可容忍边界。线的上半部分的风险是不能容忍的, 不能容忍的风险要通过一些措施来消除、降低、转移, 最后成为可容忍的保留风险, 详细的介绍见资料。此外, 昆明理工大学也采用了故障树分析法对煤矿生产过程的事故进行了分析和评价。
6、研究工作计划
作者希望能尽快在省内冶金行业开展过程危险识别及评价技术工作并提出了以下工作计划。
1）组织精干的研究队伍
研究队伍拟由有关领导机构的职能部门、大型企业集团、研究部门4～6 人组成。
2）第一步研究工作
对以下课题进行资料收集和研究: 过程危险识别及评价技术的标准; 多种过程危险识别及评价技术的详细资料; 多种过程危险识别及评价技术的对比; 多种过程危险识别及评价技术的实际应用。研究工作结束后形成相应的技术文件。
3）邀请国内专家来昆学术交流
拟邀请目前在国内外处于领先地位的北京化工大学教授、博导吴重光来昆向相关人员介绍过程危险识别及评价技术及计算机辅助安全评价(诊断)技术。进一步促进过程危险识别及评价技术在省内的开展。
4）在部分大型企业开展人工过程危险识别及评价技术
在组织参观学习昆明芬美意香料有限公司过程危险识别及评价技术经验的基础上, 在省内部分大型企业开展人工过程危险识别及评价技术。
5）开展计算机辅助安全评价( 诊断) 技术的省内试点工作
在以上工作的基础上, 以一两个省内冶金大中型企业为试点开展计算机辅助安全评价(诊断) 技术的实际应用。