危险化学品储运本质安全化技术
目前,一般的本质安全设计都植根于系统本质安全化引导词技术。
系统本质安全化引导词技术是通过预设的、以本质安全化为目标的“引导词”,进行逐项对照,审查系统安全程度,逐项落实安全技术措施。1991年,英国Trevor Kletz提出了一系列“本质安全”概念的引导词,见表1。
表1 Trevor Kletz提出的“本质安全”引导词
以危险化学品储运为例,如果从损失预防的角度,可以运用下列四项实现“本质安全”的策略:
1.减量
减量也可以理解成“最小化",尽可能减少危险化学品的使用量。
本策略的要点是减少储运过程中(储罐和输送管道等)危险物料的滞留量和工厂范围内危险物料的储存量,以降低工艺系统的风险。具体的做法诸如:
(1)通过创新工艺技术和改变现有工艺,减少工艺系统中危险物料的滞留量;
(2)减少设备数量和采用容积更小的设备;
(3)安排合理的原料和中间产品储存量;
(4)提高工厂维护和维修水平,减少危险中间产品的储存量;
(5)应用合理的工艺控制,在满足工艺操作要求的情况下,将危险物料储罐的液位控制在较低的范围内,也可以减少工艺系统中危险物料的滞留量;
(6)选择合适的储存地点。在决定工厂区域危险物料的储存量时,可以考虑几个基本问题:是否有必要将所有的原料都储存在工厂区?是否有其他更加安全的储存地点(如码头或第三方储存设施等);
(7)尽可能就地生产和消耗危险物料,以减少它们的运输。
2.替代
替代即用危害小的物质(或工艺)替代危害较大的物质(或工艺)。
本策略的要点是用危害小的物质替代危害较大的物质,或者用危害小的工艺替代危害较大的工艺。例如在储运过程中:
(1)改变现有的危害较大化学品的运输方式;
(2)用焊接管替代法兰连接的管道;
(3)对管道系统清洗时,用水溶性的清洗剂替代溶剂清洗剂。
3.缓和
缓和是使物质或工艺系统处于危险性更小的状态。
本策略的要点是通过改善物理条件(如操作温度、化学品的浓度)或改变化学条件(如化学反应条件)使工艺过程的操作条件变得更加温和,万一危险物料或能量发生泄漏时,可以将后果控制在较低的水平。储运过程中,“缓和”策略主要有:
(1)稀释
对于沸点低于常温的化学品,通常储存在常温常压的系统中。假如工艺条件许可,可以采用沸点较高的溶剂来稀释,从而降低储存压力。不幸发生泄漏时,储罐内、外压差相对较小,泄漏程度会较低,如果容器破裂,泄漏区的危险物料浓度则相对较低,可减轻事故造成的后果;
(2)冷冻
此种方法通常用来储存氨和氯等危险物质,与稀释的效果类似,冷冻可以降低储存物的蒸气压,使储存系统与外部环境之间的压差降低,如果容器出现破口或裂缝,泄漏速度会明显降低;
(3)泄漏容纳
储罐区的围堤、泵区的地面围堰等都是典型的泄漏容纳系统,它们在发挥作用时,不需要有人去开启,也不依赖自控装置的触发,虽然它们不能够消除泄漏,但是可以明显地减轻泄漏后果。
4.简化
简化是尽量剔除工艺系统中烦琐的、冗余的部分,使操作更加容易,减少操作人员犯错误的机会;即使出现操作错误,系统也具有较好的容错性来确保安全。
简化策略的要点是在设计中充分考虑人的因素,尽量剔除工艺系统中烦琐的、不必要的组成部分,使操作更简单、更不容易犯错误;而且系统要有好的容错性,即使在操作人员犯错误的情况下,系统也能保障安全。例如:整齐布置管道并清楚标识,便于操作人员辨别;控制盘上按钮的排列和标识容易辨认等。
危险化学品储运本质安全化技术示例
1984年12月3日发生在印度博帕尔的甲基异氰酸酯(MIC)泄漏事故是迄今为止最严重的化工事故。事故中有约25t MIC发生泄漏,造成大量的人员和牲畜死亡。
调查发现,事故工厂在很大程度上依赖工程控制和程序运用来保障安全。假如合理地运用“本质安全”的策略,或许该事故可以避免,至少可以有效地减轻事故的后果:
(1)运用“减少”策略
事故工厂的MIC既不是原料也不是产品,而是一种中间产品。在工厂现场储存足够量的MIC固然能够使操作方便,但并不是必需。调查发现,在工厂生产中,MIC储罐的实际液位也超出规定的高度。运用道化学指数法(道化学,即陶氏化学)对本次事故进行模拟显示,如果泄漏的孔径从50mm减小到30mm,危险暴露的距离可以减小28%。假如运用“减少”策略减少MIC的错量,即使发生泄漏,后果也会相对较轻;
(2)运用“替代”策略
MIC仅仅是工厂中间产品,因为其具有毒性,一些其他类似的工厂选择了不同的工艺路线来生产同类产品,避免了工艺系统中MIC的存在。如果在开发该工艺的初期运用“替代”策略,就能消除 MIC带来的危害,或许可以避免本次事故;
(3)运用“缓和”策略
工厂设计的MIC储存温度为0℃,而在实际操作中,工厂停运冷冻系统,使得MIC的实际储存温度接近室温(接近它的沸点,39.1℃)。如果按照“缓和”策略,使储罐保持较低的温度,在事故发生前,即使水进入储罐发生放热反应,其反应的剧烈程度应该会小得多,相应地,事故的后果会更轻一些;
(4)运用“简化”策略
事故储罐有复杂的监测与控制系统,但缺乏必要的维护,它们的可靠性一直备受质疑。这样就出现两方面的问题,一方面,在必要时,这些检测与控制系统不能起到应有的作用;另一方面,操作人员对它们缺乏信任,结果忽视了最初的超压报警。这也是该次事故的另一个重要教训:应该尽量简化操作和监控系统,并确保它们处于良好的工作状态。
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