工業(yè)生產過程的本質安全培訓教材

工業(yè)生產過程的本質安全培訓教材

正文目錄

目錄

正文目錄..............................................................................................1

圖表目錄..............................................................................................2

1.導讀............................................................................................2

2.背景概況.........................................................................................3

3.工業(yè)過程本質安全化概述..........................................................................4

3.1.概述..........................................................................................4

3.2.本質安全定義研究..............................................................................6

3.2.1.文獻綜述（國內外研究現(xiàn)狀）..................................................................6

3.2.2.本質安全定義研究基礎.....................................................................7

3.3.本質安全層級理論研究..........................................................................8

3.3.1.文獻綜述（國內外研究現(xiàn)狀）..................................................................8

3.3.2.本質安全層級理論研究基礎.................................................................9

3.4.本質安全體系及本質安全水平評估工具..........................................................11

3.4.1.文獻綜述.................................................................................11

3.4.2.本質安全體系及本質安全水平評估工具研究基礎.............................................16

3.5.本質安全研究方向...........................................................................21

3.5.1.本質安全定義研究.......................................................................21

3.5.2.本質安全措施層級研究...................................................................21

3.5.3.本質安全水平評估工具研究..............................................................21

4.本質安全在過程安全管理中的重要性................................................................21

4.1.概述........................................................................................21

4.2.過程安全管理和本質安全的關系...............................................................22

4.3.本質安全的基本途徑.........................................................................22

4.3.1.總平面布局和平面布置...................................................................22

4.3.2.設備設施的本質安全設計.................................................................22

4.3.3.化學品及工藝控制的本質安全.............................................................23

4.4.生命周期的本質安全管理.....................................................................24

4.5.過程安全管理中的本質安全應用...............................................................24

4.6.小結........................................................................................25

5.工業(yè)過程本質安全化技術...........................................................................25

5.1.基于過程強化的本質安全工業(yè)藝技術............................................................26

第1頁共30頁

5.2.風險感知與監(jiān)測預警技術.......................................................................27

5.3.風險管控與處置技術..........................................................................29

6.總結與展望........................................................................................29

圖表目錄

圖1背景概況..................................................................................4

圖2工業(yè)生產過程全生命周期的本質安全.........................................................5

圖3本質安全層級闡述(1).............................................................................................................................................................................10

圖4本質安全層級闡述(2)............................................................................................................................................................................11

圖5本質安全管理工作機理原理圖..............................................................12

圖6企業(yè)本質安全管理體系管理要素之間的關系..................................................12

圖7本質安全管理工作機理原理圖...............................................................13

圖8企業(yè)本質安全管理體系管理要素之間的關系..................................................14

圖9本質安全管理體系工作原理................................................................15

圖10本質安全風險指標體系.....................................................................16

圖11國際國內安全管理體系匯總................................................................20

圖12基于風險的本質安全化技術實施路線.......................................................26

1.導讀

工業(yè)生產過程通常會涉及多種危險化學品，具有易燃易爆、有毒有害、高溫高壓、危險源集中

等特點，一旦發(fā)生安全事故，將給人民生命健康、生態(tài)環(huán)境、社會穩(wěn)定等帶來嚴重損害。

當前，數(shù)字化變革正在重塑化學品生產、消費模式，工業(yè)互聯(lián)網、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代

信息技術與安全管理深度融合，"工業(yè)互聯(lián)網+安全生產”成為有效提升行業(yè)安全治理水平的必然選

擇。此外，我國作出“碳達峰、碳中和”的戰(zhàn)略部署，未來能源結構將產生重大變革，以氫能、太陽

能、風能等為代表的新能源形式將會逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化石能源。因此，在相當長的時期內傳統(tǒng)化石

能源將與新能源共存發(fā)展，安全風險疊加。

工業(yè)生產過程在新時期、新發(fā)展階段面臨的安全問題需要通過科技創(chuàng)新、技術進步來解決，安

全技術的進步是防范和化解安全生產風險的重要途徑，過程強化、風險感知與監(jiān)測預警、風險管控

與處置等一系列技術手段能夠有效降低和控制安全風險，實現(xiàn)工業(yè)生產過程的本質安全化。本文將

系統(tǒng)介紹工業(yè)生產過程本質安全技術的研究進展，并分析未來工業(yè)生產過程安全化技術的發(fā)展趨

勢，為工業(yè)過程安全生產技術開發(fā)提供指導。

第2頁共30頁

2.背景概況

近年來國內重特大事故頻發(fā)，安全生產形勢嚴峻。

江蘇昆山"8.2”江西宜春”11.24”

?2014年8月2日刑34分,K11J中榮?2016年11月24日7點,江西省豐城

金屬制品有限公司發(fā)生特別費大缶粉電廠二期在建項目冷卻塔施工平臺倒

例炸事故，共由97人死亡、163埸聿故.截孕201降11月24H22

人受傷.直接經濟揭失3.51億元.時，事故現(xiàn)場73人遇避，2人受傷.

2014年8月31口，通過全BI人民

代袤大會常務委員會關于修設《中

華人民共和?安全建產法》的決定,

?2014年12月1日起施行.

2013

20142016

山東青島“11?22”天津8.12”

?山東省吉島市"1L22"中石化東黃?2015年8月12H22時51分46秒，

輸油管道泄漏爆炸特別更人事故認定天津港瑞海公司危險品倉庫發(fā)生雙

為妻任事故.事故共造成人死、

62rmi65A??s8A5t

136人受飭，亙接經i齊損失7.5億元蹤,798人受傷.

第3頁共30頁

Site江哈爾濱“8?25〃2020.4.102020.5.22

?2018年8月25H凌后.哈爾濱布松?2020.4.10.SIS全國兩會.人用呈h

dbE北龍溫泉酒店發(fā)生火災.截至廣南耍指示.生命審生命至上，保護人R

2018年8月26H卜午179459分,M于泰山.電不跑只通牛命安全和身體算原

已造成20人死亡,2哆人受傷.發(fā)版不顧安全.可IX不愷切代價.

同年,2020年11月25H.

國堯院總理李克強主持召

開國努院常努會議，通過

《中華人民共相GB安全生

產法(修正草案)>?

2019

U東臨沂“6?5”江蘇響水321”

2017年6月5日冷昌右，位于?2019年3月21日14時48分,江蘇杳

臨沂市的臨沂金譽石化有限公司裝卸砧城汴二十具江蘇天京宜化r有限公

區(qū)一淞化△避東在袈熱作業(yè)時發(fā)現(xiàn)聰懿業(yè)資訊

炸，9A

失19.8&Z沅.

圖1背景概況

盡管安全生產法律法規(guī)不斷強化，但安全生產事故仍舊頻頻發(fā)生，亟需尋求本質安全手段來長

效降低風險，以期為安全生產提供保障，提升安全績效。本質安全研究院針對本質安全定義、本質

安全層級理論、本質安全體系及本質安全水平評估工具開展了研究。

3.工業(yè)過程本質安全化概述

3.1.概述

本質安全(inherentsafety)概念最早由英國的TrevorKletz于1976年提出，其理念是從工藝源

頭上永久地消除風險，而不是單獨靠控制系統(tǒng)、報警系統(tǒng)、聯(lián)鎖系統(tǒng)的使用來減小事故發(fā)生概率和

減輕事故后果的嚴重性。本質安全是絕對安全的理想狀態(tài)，生產運行上很難達到，實際中需要通過

本質安全化(inherentlysafer)的一系列技術措施降低過程風險，使工業(yè)過程本質上更安全。工業(yè)過

程全生命周期的本質安全如圖2所示，最小化、替代、緩和、簡化這4個本質安全化策略適用于研

發(fā)、設計、建設、操作、變更和維護等工業(yè)過程的整個生命周期。工藝過程的本質安全化與被動

型、主動型和程序型安全防護措施一起構成了工業(yè)過程的保護層，其中本質安全工業(yè)藝技術在所有

保護層中處于最核心的部分，對安全風險控制起到決定性作用。

第4頁共30頁

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明，，確護多

最本全能保越

保護層技術措施，降低事故發(fā)生的頻率和嚴重程度，從而實現(xiàn)工業(yè)過程的本質安全化。

3.2.本質安全定義研究

3.2.1.文獻綜述(國內外研究現(xiàn)狀)

本質安全力的概念源于電氣設備的防爆構造設計。早在1914-1916年英國開發(fā)了一種新的防爆

技術，這種防爆技術不附加任何安全裝置，只是利用本身的結構設計，通過限制電路自身的電壓和

電流來預防產生過熱、起弧或火花而引起火災或引發(fā)可燃性混氣的爆炸。該類電氣設備不論在正常

工作，還是在發(fā)生短路，斷線等異常情況下，均具有可靠的防爆性能。這種早期的本質安全設備主

要用于煤礦。1960年以后隨著作為限壓元件齊納二極管的引進本質安全作為一項防爆技術發(fā)展起

來并在其它領域得以廣泛應用。

由于采用以上的技術措施給電氣設備的正常運轉提供了安全、可靠的保障，從根本上解決了危

險環(huán)境下電氣設備的防爆問題，故這樣的電氣設備被稱之為本質安全型設備。

《職業(yè)安全衛(wèi)生術語》(GB/T15236-94)將本質安全定義為“通過設計等手段使生產設備或生產

系統(tǒng)本身具有安全性，即使在誤操作或發(fā)生故障的情況下也不會造成事故”。

《機械工業(yè)職業(yè)安全衛(wèi)生管理體系試行標準》將本質安全定義為“生產設備或生產系統(tǒng)本身具

有安全性即使在誤操作或發(fā)生故障的情況下也不會造成事故”。

《化工企業(yè)安全衛(wèi)生設計規(guī)定》(HG20571-95)將生產過程的本質安全化定義為"生產過程本質

安全化指的是采用無毒或低毒原料代替有毒或劇毒原料，采用無危害或危害性比較小的符合安全衛(wèi)

生要求的新工藝、新技術、新設備。此外還包括從原料入庫到成品包裝出廠整個生產過程中應具有

比較高的連續(xù)化、自動化和機械化，為提高裝置安全可靠性而設計的監(jiān)測、報警、聯(lián)鎖、安全保護

裝置，為降低生產過程危險性而采取的各種安全衛(wèi)生措施和迅速撲救事故裝置。

從以上概念/定義可以看出本質安全指的是安全性，是生產設備和生產系統(tǒng)的本質的、固有的

屬性，不會因人的失誤和設備故障而發(fā)生變化。

美國化學工程師協(xié)會認為在化學工業(yè)和加工工業(yè)中，如果一個工藝過程即使出了問題，它的危

險性依舊很低，那么即可以認為它具有固有安全屬性。nherentSafety)。固有安全性與由保護系統(tǒng)控

制高度危險的其他過程形成對比。由于無法實現(xiàn)完美的安全性，通常的做法是談論本質上更安全的

設計。本質上更安全的設計是避免危險而不是控制危險，特別是通過減少危險材料的數(shù)量和工廠中

危險操作的數(shù)量。

但是仍有很多學者認為，在本質安全研究領域，本質安全已經不能簡單地理解為“硬件”的安

全，“本質安全”的概念現(xiàn)在已擴展到關系工作場所安全的最基礎性的關鍵因素的綜合，如果安全生

產系統(tǒng)的各個要素都能達到安全生產的嚴格標準，那么整體的安全水平將極大提高，安全事故也將

第6頁共30頁

最大限度的降低。

蘆奇、王漢斌等認為，本質安全包括了人員、機器、環(huán)境、管理、信息以及安全文化五個方面

的本質安全；

吳宗之、任彥斌等認為，本質安全理論及方法已從技術層面向系統(tǒng)管理方向發(fā)展，并從系統(tǒng)綜

合防范風險的角度，分析了本質安全方法與傳統(tǒng)安全方法在應用上的區(qū)別，強調在實際安全管理過

程中，應當將本質安全方法與傳統(tǒng)安全方法相結合，形成以本質安全理論為基礎的綜合風險管理理

念。

許正權、宋學鋒分析了石油、交通、電力、煤炭行業(yè)對本質安全的定義大致如下：

石油行業(yè)：所謂本質安全是指通過追求人、機、環(huán)境的和諧統(tǒng)一，實現(xiàn)系統(tǒng)無缺陷、管理無漏

洞、設備無故障。實現(xiàn)本質安全型企業(yè)，要求員工素質、勞動組織、裝置設備、工藝技術、標準規(guī)

范、監(jiān)督管理、原材料供應等企業(yè)經營管理的各個方面和每一個環(huán)節(jié)都要為安全生產提供保障。

交通行業(yè)：本質安全理論認為由于受生活環(huán)境、作業(yè)環(huán)境和社會環(huán)境的影響，人的自由度增

大，可靠性比機械差，因此，要實現(xiàn)交通安全，必須有某種即使存在人為失誤的情況下也能確保人

身及財產安全的機制和物質條件，使之達到“本質的安全化”。

電力行業(yè)：本質安全可以分解為兩大目標，即"零工時損失，零責任事故，零安全違章“長遠目

標；"人、設備、環(huán)境和諧統(tǒng)一”終極目標。

煤炭行業(yè)：其實是指安全管理理念的變化。過去人們普遍認為，煤礦企業(yè)屬于高危險行業(yè)，

發(fā)生事故是必然的，不發(fā)生事故是偶然的。如果能夠在工作中處處按照標準、規(guī)程作業(yè)，把事故降

到最低甚至實現(xiàn)零事故，從而得出結論：煤礦發(fā)生事故是偶然的，不發(fā)生事故是必然的，那就是

“本質安全”。

從系統(tǒng)安全的角度來看，絕對的安全是不存在的，安全是相對的。由于新材料、新技術的不斷

采用，生產系統(tǒng)不可能達到絕對的安全。換句話來講，本質安全應是一種理想是一個追求的目標。

從建模的觀點來看，這方面類似于極限的數(shù)學概念：

lim-r(hazard^O)0KSafety(hazard)=+oo3

綜上，近年來國內外學者普遍認同本質安全理論及方法已從技術措施層面擴充至系統(tǒng)的安全管

理，僅僅是從設計/技術層面難以確保本質安全，人員、機械、環(huán)境、管理、文化等因素會對既定

的本質安全措施產生正面/負面的影響，想要維持本質安全措施的有效性并持續(xù)提升本質安全水平

則不能僅僅關注設備設施的本質安全，而應通過系統(tǒng)的管理確保人、機、環(huán)、管、文化的和諧統(tǒng)

3.2.2.本質安全定義研究基礎

第7頁共30頁

目前，本質安全研究院科研團隊已經對本質安全的發(fā)展歷程進行了詳細梳理，經研究發(fā)現(xiàn)，國

內、國際本質安全定義及理念暫無定論，本質安全研究院科研團隊針對本質安全、本質安全措施、

本質安全化、設備設施的本質安全、本質安全型企業(yè)等關鍵詞給出了初步的闡述，詳情如表1所

不。

表1本質安全相關關鍵詞闡述

本質安通過設計、材料、制造等手段使生產設備或生產系統(tǒng)本身具有安全性，并在

全：考慮安全冗余的基礎上，增加安全聯(lián)鎖、緊急切斷、先兆預警等措施，確保

在誤操作或發(fā)生故障的情況下亦不會造成事故。

本質安全為實現(xiàn)根本上的安全而采取的設計、材料、制造工藝、檢測檢驗、安全冗

措施：余、安全防護、容錯機制等系列方法的總稱。

本質安全實現(xiàn)了本質安全措施的結果或狀態(tài)。

化：

設備設施是指設備設施在設計、選材、制造、安裝、使用、操作等各個環(huán)節(jié)所采取的

的本質安本質安全措施的綜合。

全：

本質安全通過一系列本質安全措施的應用，能夠實現(xiàn)"人員零傷害、系統(tǒng)零缺陷、管

型企業(yè)：理無漏洞、設備無障礙、風險可控制，人機環(huán)境安全匹配”的企業(yè)。

3.3.本質安全層級理論研究

3.3.1.文獻綜述(國內外研究現(xiàn)狀)

1985年，TrevorKletz把工藝過程的本質安全設計歸納為消除、最小化、替代、緩和及簡化5

項技術原則，即:⑴消除(elimination)；⑵最小化(minimization)；(3)替代(substitution)；(4)緩和

(moderation)；(5)簡化(simplification)。

OSHA標準《JobHazardAnalysis》中將危害控制措施分為3類：

⑴工程控制(EngineeringControls)包括：

消除/最小化危害設計設施、設備或工藝以消除危害，或替代工藝、設備、材料或其他因素以

減輕危害；

使用封閉式操作室、噪音設備外殼或其他方式封閉危險區(qū)域；

通過聯(lián)鎖裝置、機器防護裝置、防爆罩、焊接簾或其他方式隔離危險；

通過局部通風和排氣通風等方式消除或重新定向危險。

(2)行政控制(AdministrativeControls)包括：

書面操作程序、工作許可證和安全工作實踐；

暴露時間限制(最常用于控制極端溫度和人體工程學危害)；

監(jiān)測高潛在危害材料的使用情況；

警報、標志和警告；

班組管理；和

第8頁共30頁

培訓I。

(3)個人防護設備(PersonalProtectiveEquipment)包括：

當工程控制不可行或不能完全消除危險時；

開發(fā)工程控制時；

當安全工作實踐不能提供足夠的額外保護時；和

在工程控制可能不可行的緊急情況下。

MichelaGentile＞王旭、高吉峰等認為，化工藝設備設計途徑應采取的本質安全層級措施如

下：

(1)最小化(Minimize)：減少生產裝置內危險化學品的數(shù)量，減少庫存或使用量。只有裝置內沒

有危險化學品，才不存在危險品泄漏的危險。

(2)替代(Substitute)：使用相對安全的材料代替比較危險的材料。使用非可燃物質代替可燃物

質或者使用非毒性物質代替有毒物質，這都是可能的。

(3)弱化或緩和(Moderate)：用較安全的條件、材料、形式或使用可以減少危險材料或能量釋放

的設施。

(4)限制影響(LimitofEffect)：通過改變設計或者工藝參數(shù)的方式來取代新增可能導致新故障的

防護性設備的方式。如果前三種方法都不能達到一種可接受的狀態(tài)，那么就要限制失效導致的后

果。

(5)簡化(Simplify)：工藝簡單的裝置要比工藝復雜的裝置安全。簡化的工藝裝置可以減少出錯

的幾率，并且包含較少的可能出現(xiàn)故障的設備。避免組裝錯誤以及避免間接影響等原理也是本質安

全設計概念的范疇。一個簡單的工廠要比一個復雜的工廠的本質安全程度要高，而且，簡單工廠的

成本也要比復雜的工廠的成本要低。

綜上，目前針對本質安全控制層級理論國際、國內尚未達成共識，這使得安全從業(yè)者在考慮控

制措施的階段未能采取統(tǒng)一的理念及方法論來策劃風險控制方案，因此，亟需提供一套邏輯清晰、

層級分明、定義明確的方法論供安全從業(yè)者作為策劃風險控制方案的依據(jù)。

3.3.2.本質安全層級理論研究基礎

本質安全研究院科研團隊與山東省工業(yè)和信息化廳與2020年發(fā)布了《山東省工業(yè)企業(yè)提升本

質安全技術水平行動通則》(以下簡稱“通則”)，通則中對于本質安全措施層級進行了詳細的梳理，

并給出了解釋說明，但針對措施層級的闡述仍存在一些爭議，因此該部分的研究有待進一步完善。

當前對于本質安全措施層級的闡述如下：

第9頁共30頁

消除/日mination￡A替代/Substitution

爵催/ExplanationKU/Explanation

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圖3本質安全層級闡述⑴

第10頁共30頁

簡化/Automation警示/Warnings

解釋/Explanation解釋/Explanation

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施It之中曼空蒞急產業(yè)資訊

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圖4本質安全層級闡述⑵

3.4,本質安全體系及本質安全水平評估工具

3.4.1.文獻綜述

蔡承偉、馬小明等認為，本質安全管理工作模型由管理體系、管理要素、風險、事件、后果五

個呈現(xiàn)相互聯(lián)系的節(jié)點連接而成。只有通過強化管理體系與管理要素之間的聯(lián)系，阻斷管理要素、

風險、事件、后果之間的傳遞聯(lián)系，才能最終實現(xiàn)安全管理規(guī)范化，全面提升本質安全性的目標

（可參考圖5）。同時，蔡承偉等通過分析各管理要素之間的聯(lián)系，將企業(yè)本質安全管理體系管理要

第11頁共30頁

素之間的關系以邏輯圖的形式展現(xiàn)（可參考圖6）,但并未提供詳細的本質安全水平衡量方法。

圖2-1本質安全管理工作機理原理圖;安全應急產業(yè)負訊

圖5本質安全管理工作機理原理圖

圖6企業(yè)本質安全管理體系管理要素之間的關系

第12頁共30頁

孫大雁、郭成功等根據(jù)本質安全基礎理論研究成果，結合江蘇電力安全管理診斷實際，提出構

建“強化兩條主線，關注一個協(xié)同，著力三個方向（人員、網架、設備），構建三重支撐（科技、制

度、文化r的本質安全管理體系"圈層”模型（參考圖7）,本質安全管理體系要素框架設置如圖8所

不。

圖7本質安全管理工作機理原理圖

第13頁共30頁

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圖8企業(yè)本質安全管理體系管理要素之間的關系

張忠桀、潘健等基于蓄能電站工程建設特性，綜合考慮PDCA持續(xù)改進循環(huán)及風險管理流程形

成了本質安全管理體系工作原理（參考圖9）0同時基于蓄能電站工程全生命周期的"規(guī)劃設計階

段"、“工程建設階段"、"動用前準備階段"、"保修階段”的人、機、法、環(huán)、管5個方面設置了本質

安全風險指標體系（可參考圖101,但并未給出具體的衡量指標及本質安全水平的衡量辦法。

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圖9本質安全管理體系工作原理

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抽水蓄能電站工程全生命周期風險分析

綜上，國內針對本質安全管理體系已有較多研究，這些體系模型的形成大多參考了PDCA持續(xù)

改進循環(huán)及項目管理、全生命周期管理的理念，綜合考慮了所在行業(yè)實際情況，但由于體系模型及

要素設置并未充分參考國際通用管理體系（如《職業(yè)健康安全管理體系要求及使用指南》、《風險

管理標準》等）及國際最佳實踐，因此大多本質安全管理體系的系統(tǒng)性、全面性有待進一步驗證，

同時，需要通過引入國際先進安全管理理念來進一步深化本質安全管理體系要素之間的邏輯關系。

此外，針對本質安全水平的衡量尚未有較完善的研究，亟需開發(fā)一套本質安全水平評估工具用

于衡量企業(yè)本質安全水平、指導企業(yè)持續(xù)提升、展示本質安全最佳實踐。

3.4.2.本質安全體系及本質安全水平評估工具研究基礎

本質安全研究院科研團隊長期致力于為核電、化工、油氣企業(yè)開發(fā)安全管理體系，制定集團

HSE管理頂層框架設計，同時團隊收集了國際公司安全管理體系最佳實踐，部分基礎資料如圖11

所示。

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PLANTRELIABILITYPEOPLERELIABILITY

tlWortW.CoKnclWifeegy

PROCESSRELIABLITY

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Mandatory

HSSE&SPCommitment&Policy

HSSE&SPStandards

Manuals

安全應急產業(yè)資訊

圖11國際國內安全管理體系匯總

第