化工生产过程安全设计

一、各阶段安全设计管理

(一)前期设计阶段

(1)建设项目外部安全防护距离应符合《危险化学品生产装置和储存设施外部安全防护距离确定方法》GB/T 37243的规定。

(2)涉及重点监管的危险化工工艺和金属有机物合成反应的间歇和半间歇的精细化工反应,有下列情形之一的,应开展反应安全风险评估:

  1. 首次使用新工艺、新配方投入工业化生产的。
  2. 国外首次引进的新工艺且未进行反应安全风险评估的。
  3. 现有工艺路线、工艺参数或装置能力发生变更的。
  4. 因反应工艺问题,发生过生产安全事故的。

(二)基础工程设计阶段

(1)按照国家和地方政府有关规定编制安全设施设计专篇,组织开展安全设计审查。

(2)精细化工生产装置应当根据反应安全风险评估提出的反应危险度等级和评估建议,设置相应的安全设施,补充完善安全管控措施,确保设备设施满足工艺安全要求。

(3)首次工业化应用的化工工艺,以及涉及重大危险源重点监管的危险化学品和危险化工工艺的建设项目,应在基础工程设计阶段开展HAZOP分析。

(三)详细工程设计阶段

(1)详细工程设计应以审批通过的基础工程设计文件为依据,落实审批部门的审查意见。

(2)根据设计变更或供货厂商提供的详细资料,补充开展必要的HAZOP分析及安全审查。

(四)施工安装阶段

(五)投料试车阶段

(六)建成投产阶段

二、风险性分析与风险评估

(1)危险性分析

涉及重点监管的危险化工工艺、重点监管的危险化学品且构成重大危险源的建设项目应开展PHA(过程危险性分析)分析。着重分析下列问题:

  1. 危险化学品特性、物料之间及物料与接触材料之间的相容性,以及其他可能导致火灾、爆炸或中毒事故的潜在危险源。
  2. 设备、仪表、管道、公用工程失效或人员操作失误的影响(包括非正常工况)。
  3. 设施布置存在的潜在危险、现场设施失控和人为失误的影响。
  4. 同类装置发生过的导致重大事故后果的事件。
  5. 多套拟建装置之间或拟建装置与在役装置之间的相互影响及潜在危险。
  6. 设计已采取的安全对策措施的充分性和可靠性。
  7. 安全对策措施失效的后果。

(2)风险评估

定性或半定量风险评估方法适用于初步风险评估和重大风险筛选,采用的主要方法包括风险矩阵法、LOPA法、火灾爆炸指数法和专家评估法等。

三、工艺安全设计基础

工艺设计完毕后常采用的分析方法有危险与可操作性研究(HAZOP)、保护层分析(LOPA)、安全仪表系统(SIS)的设置必要性及确定安全完整性等级(SIL)。

  1. HAZOP分析可以系统地识别工艺装置或设施中的各种潜在危险和危害,并提出合理可行的措施减轻事故发生的可能性及后果。
  2. 而在HAZOP分析的基础上,引入保护层分析(LOPA),解决HAZOP分析中安全保护措施不能定量化的不足,因此,LOPA分析是HAZOP分析的继续和补充。
  3. 进行LOPA分析的目的,就是为了确认对于事故后果非常严重的风险现有保护是否足够,是否有必要增加额外的SIS系统保护。
  4. 虽然LOPA分析可以确定附加的SIS系统的风险降低目标,而SIS系统是否能达到要求的安全完整性等级(SIL),是否实现了这一风险降低目标,则需要通过SIL分析进行验证,这也是SIL分析的主要内容。所以,SIL分析是对LOPA分析结果的验证, HAZOP分析、 LOPA分析是SIL分析的前期准备工作。

(一)HAZOP分析

HAZOP分析是一种用于辨识设计缺陷、工艺过程危害及操作性问题的结构化分析方法,方法的本质就是通过系列的会议对工艺图纸和操作规程(工艺节点)进行分析,分析偏离设计工艺条件的偏差所导致的危险和可操作性问题。

(1)HAZOP分析的目的和作用

HAZOP分析的目的在于用来识别工艺或操作过程中存在的危害,进行HAZOP分析,可以识别出不可接受的风险状况。

HAZOP分析的作用主要表现在以下几个方面:

  1. 对工艺过程进行全面系统的安全检查。
  2. 尽可能将危险消灭在项目实施时期。对于新建装置,在工艺设计基本确定之后(以PID图为基础)进行HAZOP分析,可以分析出装置存在的问题,在这个阶段对装置的设计进行修改也比较容易。
  3. 为企业提供系统危险程度证明,并应用于项目实施过程。
  4. 为操作指导提供参考资料。

(2)HAZOP分析过程

  1. 定义目标于范围
    • 评估节点最好在IPD图上定义。
    • 评估时的设计状态,用定义PID版次状态来表示。
  2. 分析准备
  3. 执行分析
    • HAZOP分析需要将工艺图或操作程序划分为分析阶段或操作步骤,然后用引导词找出过程的危险,识别出那些具有潜在危险的偏差,并对偏差原因、后果及控制措施等进行分析。
  4. 记录结果
  5. 措施跟踪

(二)LOPA分析

(1)保护层分析(LOPA)是建立在理论基础上的一种半定量风险分析及评估方法。

场景为单一的原因后果,场景中可能有各种阻止事故后果发生的不同类型保护层,如果其中的一个保护层按照设计的功能发生作用,则可以阻止事故后果的发生,由于每一保护层在要求时都可能发生失效,所以必须提供充足的保护层。

(2)保护层分析的基本流程

  1. 场景识别与筛选。
  2. 初始事件确认。初始事件包括外部事件、设备故障和人员行为失效。
  3. 独立保护层品评估。评估现有的防护措施是否满足独立保护层的要求。
  4. 场景频率计算。计算确定场景风险。
  5. 评估风险,作出决策。根据风险评估结果,确定是否采取相应措施降低风险。然后,重复步骤(2)~(5)直到所有的场景分析完毕。
  6. 后续跟踪和审查。

四、安全设计审查、变更控制

(一)重要设计文件安全审查

  1. 在前期设计阶段,总平面布置应重点审查本建设项目与外部周边设施的外部安全防护距离、内部总体布局的合规性和合理性。
  2. 在基础工程设计阶段,总平面布置图及装置设备布置图应重点审查建设项目内部各装置设施布置的相互影响和防火间距。
  3. P&ID图纸应重点审查安全控制联锁和工艺控制参数、安全阀和紧急切断阀的设置、控制阀失效的故障状态、开停车及紧急状态的控制措施等。
  4. 安全联锁、紧急停车系统及SIS重点审查各安全联锁、紧急停车系统及SIS是否满足工艺控制目标和安全要求,以及系统本身设计的合理性、可行性、可靠性和可维护性。
  5. 爆炸危险区域划分图应重点审查可能产生爆炸性气体混合物的环境、释放源的位置和分级以及通风条件的确定,审查爆炸性气体环境危险区域划分范围的合理性。
  6. 可燃和有毒物料泄漏检测系统应审查确认泄漏检测的物料组分,包括需要检测的可燃性和有毒性组分,并审查泄漏检测报警参数是否恰当,设置场所是否合理。
  7. 安全泄放和火炬系统应审查泄放系统的各排放工况条件是否恰当、火炬系统设计参数和火炬型式及布置是否合理。

(二)安全设计变更控制

(1)设计变更控制管理范围

  1. 危险性分析及风险评估完成后或设计安全审查后发生的设计变更,包括HAZOP分析完成后的P&ID图纸变更。
  2. 经过主管部门审批后发生的设计文件变更。
  3. 采购和施工安装过程中的设计变更。
  4. 试生产过程的设计变更。

(2)建设项目应建立并落实设计变更控制程序,明确下列管理要求:

  1. 变更申请。任何相关方的变更都应按规定的程序提交书面变更申请。
  2. 变更签署。设计变更应经过有关设计岗位人员签署。
  3. 变更审批。设计变更应经过建设项目授权人员的批准方可实施。

(3)重大设计变更主要包括但不限于下列内容:

  1. 项目周边条件发生重大变化。
  2. 建设项目地址发生变更。
  3. 主要技术、工艺路线、产品方案或者装置规模发生重大变化。
  4. 安全设施方案修改,包括火炬和安全泄放系统的变更。
  5. 涉及重要设计文件的变更。
  6. SiF或安全联锁的原则性修改。
  7. 可能涉及安全、消防等政府审批事项的变更。
  8. 可能降低建设项目安全性能的其他设计变更。

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