本质安全化原则,又称本质安全化策略或本质安全化设计,是实现本质安全的一种技术理念,被广泛应用于各个工程技术领域。本质安全设计作为危险源控制的基本方法,主张通过工程技术措施,在源头上消除或控制危险源,而不是依赖“附加的”安全防护措施或管理措施去控制它们。
不同的工程技术领域需要消除、控制的危险源不同,采取的具体技术原则也不尽相同。1974年英国的特雷弗·克雷兹提出了过程工业本质安全设计的理念。在弗里克斯保罗(Flixborough)、塞维索(Seveso)等重大工业事故之后,本质安全设计的理念在化工、石油化工领域受到广泛重视。1985年克雷兹把工艺过程的本质安全设计归纳为以下五个方面:
(1)消除(elimination)。应该注意,采用“消除”原则时人们只能消除某种或某几种选定的危险物质,而不能消除所有危险物质。特别是,许多物质的某种危险特性往往也是我们将要加以利用的特性,如可燃性物质虽然可能发生火灾、爆炸,却可以为我们提供能源,我们不能将其消除。因此,有些文献中只提后面的四项原则。
(2)最小化(minimization),也称强化或减少。尽可能减少工艺过程中危险物料的滞留量和工厂范围内危险物质的储存量,即使全部的物料泄漏也不会造成紧急情况。例如,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物料量最少。
(3)替代(substitution)。如果最小化强化措施不可行,可以采取替代措施,即在生产过程中采用较安全的物质(或工艺)替代危害较大的物质(或工艺)。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。
(4)缓和(moderation)。通过改善物理条件(如操作温度、浓度)或改变化学条件(如化学反应条件)使物质或工艺系统处于危险性更小的状态。万一物料发生泄漏,可以将后果控制在较低水平。
(5)简化(simplification),也称容错。尽量剔除工艺系统中烦琐、冗余的部分,使操作更加容易,减少操作人员犯错误的机会。即使出现操作失误,系统也具有较好的容错性来确保安全。
需要特别注意的是,经过本质安全设计后,虽然系统中的危险源被消除、控制,危险性降低了,但是仍然有危险源和危险性,即有“残余风险(residual risk)”,甚至残余危险可能高于可接受风险(acceptable risk)水平。于是,有人建议使用术语“本质较安全设计(inherently safer design)”取代“本质安全设计”,提醒人们不要产生误解。
被动保护措施是依靠工艺或设施设计上的特征,降低事故发生的概率和减轻事故的后果,或同时采取这两种方法,这类措施不依赖人的启动或元件的触发。例如,在设计反应器时,使它们本身能够承受工艺过程中可能存在的最高压力,即使反应器内压力出现波动,也总能保障安全,而且可以省掉复杂的压力联锁控制系统、超压泄放系统,如收集罐、洗涤器、火炬等(根据法规要求,可能仍然需要安装安全阀等泄压装置)。通常,人们也将此策略归于广义的“本质安全”的范畴。
主动保护措施是采用基本的工艺控制、联锁、紧急停车等手段,及时发现、纠正工艺系统的非正常工况。主动保护措施也称为工程控制措施。例如,当化学品储罐的压力升高到设定压力时,调节阀自动开启调压以防止储罐超压,就属于此类保护。
程序控制措施是运用操作程序、维修程序、作业管理程序、应急反应程序或通过其他类似的管理途径来预防事故或减轻事故造成的后果。程序控制又称为管理控制。例如,在工厂生产区域焊接作业时,为了控制着火源,需要严格执行作业许可制度。人总是会犯错误,而且可能出现判断上的失误,所以程序运用属于较低层次的风险控制策略,但它仍然是风险控制的一个重要环节。程序运用另一方面的重要意义在于,它是被动保护装置和主动保护装置处于可靠、可工作状态的保障。例如,工厂依据维护检测程序确保各种关键联锁正常工作。
本质安全化、被动保护措施、主动保护措施和程序控制措施四类风险控制途径主要是预防事故,为了在事故发生时保护操作人员,有必要采取必要的个人防护。个人防护是保护操作人员免受伤害的最后环节。