石油化工装置本质安全设计

石油化工企业生产中所处理的物料其性质千差万别，绝大部分物料都存在易燃易爆、有毒有害、腐蚀性强，或自聚或分解等危险特性，工艺生产流程也各不相同，十分复杂。许多工艺品种涉及到氧化、聚合、电解、取代等反应过程，而这些反应过程常伴随着高温、高压的反应环境。这些工艺过程一旦出现反应原料比例失控、撤热不当、操作失误，就可能导致飞温、爆聚，进而导致爆炸等危险的发生，从而造成安全事故。其影响范围大、伤亡人数多，还会带来环境污染和社会稳定等问题。

关键词：石油化工;装置设计;本质安全

1导言

在石油化工生产装置中，保持安全运行已经成为贯彻装置全生命周期的必然追求。在流程工业中保障安全常用的措施有增加安全设备、增加操作人员及巡检频率等。此类措施虽然在一定条件下有利于降低风险，但是增加安全设备必然会导致流程变得复杂和对安全系统要求的提高;增加操作人员及巡检频率将加大操作人员的工作强度及心理压力，这与企业追求利润的基本目标相悖。由于无法避免自动控制检测元件的失效性和人为的操作失误，潜在的风险会一直伴随着生产装置的运行而存在。为了降低过程风险，对过程进行本质安全设计显得尤为紧迫。

2本质安全的设计原则

自20世纪50年代本质安全理论诞生以来，大致经历了经验、制度和预控3个阶段。预控即本质安全阶段，是安全管理的最高阶段，其基本的原理是运用风险管理技术，采用技术和管理综合措施，以预测潜在风险源来控制事故，从而实现一切意外和风险均可控的目标。本质安全设计是实现该目标的主要前提和保证。本质安全设计是从项目规划、工艺开发、过程控制等源头消除或降低危险、有害因素，从而实现安全生产的目的，因此，必须遵守以下设计原则。

2.1安全第一、预防为主的原则

以人为本、安全第一是本质安全设计的最高目标。生产和安全相互依存，不可分割。离开生产活动，安全就失去了意义，没有安全保障，生产就不能顺利进行。安全和生产的辩证关系要求石油化工装置本质安全设计过程中必须执行有效性服从安全性原则。有效性是装置正常运行时间占总时间的百分比。任何装置都不能排除出现故障的可能性，本质安全装置也不例外，关键是在故障出现时，能否及时诊断、定位、排除和报警。为了得到好的有效性，本质安全装置必须具备容错和诊断功能，以减少停车时间。为此，应在设计中采用分散和冗余技术。分散包括本质安全装置各组成单元的结构分散、设备物理位置分散、控制系统信号采集点来源分散和网络分散等。冗余包括装置结构化及其数量冗余、控制系统冗余、通信模件冗余、连接介质冗余和电源冗余等。容错是提高装置有效性的重要手段。容错是指装置在出现故障时仍能继续工作，同时又能查出故障的能力。容错包括3种功能：故障检测、故障鉴别、故障隔离。冗余、容错、重化结构装置的配置，在提高装置安全性和诊断覆盖率的同时，也提高了装置的有效性。有效性不影响系统的安全性，但装置的有效性低可能会导致装置和工厂无法进行正常生产。

2.2设备技术优先原则

安全和危险是一对互为存在的概念，安全度和危险度分别是这对概念的定性和定量的度量。人的操作和管理失误、设备故障、意外因素等引发事故是不可避免的。大量事故和试验证明，人的失误率相对较高，以十分计(单位：次/年，后同);而设备的失误率(故障率)较低，以百分计、千分计。经过特别、专门技术的设计和加工，设备的失误率可低于万分之一或更低。因此，创造失误率很低的技术条件来保障安全生产，就成为必然的选择。

要保障安全生产，工艺技术、工艺设备、控制系统和建筑设施等应具有预防人为失误和设备故障引发事故的功能，最低限度也要做到即使发生事故，人员不受伤害或能保证人员安全撤离，同时控制事故的影响范围，以降低事故的严重程度。这就是本质安全设计的设备技术优先原则。

2.3目标故障原则

事故是指造成人员死亡、受伤，引发职业病，造成财产损失或其他损失的意外事件。造成事故的根本原因是存在危险有害物质、能量和危险有害物质、能量失去控制的综合作用，并导致危险有害物质的泄漏、散发和能量的意外释放。故障(Failure)是功能单元终止执行要求功能的能力，根据故障的表现形式可分为显形故障和隐形故障。显形故障是指能够显示自身存在的故障，属于安全故障。隐形故障是指不能显示自身存在的故障，属于危险故障。危险故障是使本质安全系统处于危险并使其功能失效的潜在故障，隐形故障一旦出现，可能使生产装置陷入危险。本质安全系统的设计目标就是使系统具有零隐形故障，并且尽量少的影响有效性的显形故障，从而降低装置生产的事故率。

3石油化工装置安全设计

3.1工艺路线的安全设计

首先要保证安全，对原料和辅料有选择余地时，要尽量选择危险性较小的物料。还可以完善工艺过程的条件使反应剧烈程度降低，在可能产生高温、高压环境的位置设置不同形式的温度、压力、液位、流量检测仪表，必要时设置安全泄放设施和事故收集装置，提升工艺设计的本质安全。再有，使流程尽量简单化，这样干扰也会变小。值得注意的是危险介质的储存量，储量越大，发生事故时的危害及影响范围就会越大。

3.2工艺流程的安全设计

提前考虑好正常操作、事故操作以及紧急事故处理时安全有效的措施;有火灾爆炸可能性的工艺过程，一定要定期进行检查，并采取一定措施防止危险的发生;设计火炬系统时，考虑泄放物料的最大泄放量、物料压力、物料性质、可能发生的爆炸、堵塞及超温等问题;流程设计要全面考虑检测仪表、自动控制回路的设计，还要注意危险物料的储量;对于泄压系统的设计，要全面考虑被保护设备的最高工作压力与安全阀、爆破片设定压力的关系，做好火灾、公用工程中断等事故时的安全泄放量计算，进而选择合适的安全泄压设备;对于供电、供水等设施的设计，不仅要满足正常状态的要求，还要满足事故状态的要求。例如，供水发生中断，冷却系统维持正常冷却的时间要在10分钟以上;控制室的设计要尽量保证事故状态下也不致受到破坏，而且能控制事故的蔓延;设置自控检测仪表、集散控制系统(DCS)及安全仪表系统(SIS)，关键部位还应设置常规和异常双重检测系统。

3.3装置布置的安全设计

第一，尽量将设备布置在露天或宽敞的建筑物内，防止事故发生时造成严重的损坏;第二，处理同类危险物料的设备尽量分区集中布置，有利于工作的开展;第三，要按照流程设计装置的平面布置，并考虑预防工作的相关要求及预留维修、消防等操作空间;第四，一些危险的生产设备要单独布置，且要尽量靠近厂房外墙，同时，休息室、办公室等不应设置在危险厂房内;第五，危险的生产厂房还应设置一定的防爆、泄爆措施，必要时可安装防护挡板，危险性大的反应器和其它设备间要布置防爆隔离墙，若是多个反应器，则各反应器间也要设置隔离墙;第六，各类设备的布置间距要满足《石油化工企业设计防火规范》(GB50160-2008)中的防火间距要求，同时设置消防通道，消防作业不能出现死角，为方便人员的操作和撤离，建筑物要根据规范设计逃生通道，同时要注意设备及通道间的连接性。

4结语

本质安全设计是石油化工装置达到安全状态的第一保证，是进行安全生产的重要前提保证。通过消除人的不安全行为和物的不安全状态，来实现安全设计的各阶段任务。在设计过程中，应该充分的进行分析研究，对运行过程中的人员、机械、物料、工艺方法等因素进行全面的考虑，保证其不影响本质安全，实现周期长、闭环控制形式的石油化工装置，不断的巩固本质安全的全面性和系统性，以实现石油化工装置的本质安全设计。