危险化学品安全丛书--化工过程安全评估

化工安全需要科学系统的安全评价。 本书编写的目的是应国家化工生产安全日益增长的需求，指导化工工艺危险性的分析人员、新工艺的研发人员或生产部门的管理人员科学性、系统性地对化工过程中存在的风险进行识别、评估、以及事故后果分析。 本书的主要特色在于集中介绍了当前常用的化工安全评估方法和新理论，包括新近颁布的反应过程热风险评估方法、计算机辅助的HAZOP分析方法等。同时，从介绍了化学品全生命周期这一视角，介绍如何在不同阶段有效采用不同评估方法的。对于后果模拟的定量评估方法亦做了较详细的阐述。

化工安全需要科学系统的安全评价。早在1962年，美国首次公布了有关军事工业的系统安全理论应用说明书——《空军弹道导弹系统安全工程》，是最早可查阅到的系统安全评价体系；1974年，英国帝国化学工业公司（ICI）在原有的“火灾、爆炸指数评价法”基础上加入了毒性指标，提出了“火灾、爆炸、毒性指标评价方法”，使装置潜在的危险性初期评价更切合实际。1976年，日本劳动省提出一种综合性评价方法“化工厂六阶段安全评价法”；1982年，欧共体(EC)颁布了《关于工业活动中重大危险源的指令》,并依此制定了相关的法律法规；1988～1992年，国际劳工组织（ILO）先后颁布了《重大事故控制指南》《重大工业事故预防实用规程》《工业中安全使用化学品实用规程》等。20世纪80年代，机械、化工、冶金等行业才将故障树分析(FTA)、事件树分析(ETA)、安全检查表(SCL)、危险与可操作性(HAZOP)分析、预先危险性分析(PHA)等方法引入我国；1991年，国家“八五”科技攻关课题中,将安全评价方法研究列为重点攻关项目。2002年，国家颁布了《中华人民共和国安全生产法》，规定生产必须实施“三同时”：同时设计、同时施工、同时生产；颁布了《危险化学品安全管理条例》,对危险化学品的生产、储存、使用等过程应每两年进行一次安全评价。随后的十几年中，国家及各省安全局又陆续颁布了一系列的法规和条例，逐步加强化工生产安全。2017年1月5日，国家安全生产监督管理总局颁布了《国家安全监管总局关于加强精细化工反应安全风险评估工作的指导意见》，要求各精细化工企业充分认识开展精细化工反应安全风险评估的意义，准确把握精细化工反应安全风险评估范围和内容，充分强化精细化工反应安全风险评估结果的运用，完善风险管控措施。
本书编写的目的是应国家化工生产安全日益增长的需求，指导化工工艺危险性的分析人员、新工艺的研发人员或生产部门的管理人员科学性、系统性地对化工过程中存在的风险进行识别、评估以及事故后果分析。同时，本书也可以作为化工、制药以及其他流程工业的相关专业教材，为将来有志从事化工安全工作的人员提供系统的专业知识。
本书的主要特色在于集中介绍了当前常用的化工安全评估方法和新理论，包括最新颁布的反应过程热风险评估方法、最新的计算机辅助的HAZOP分析方法等。同时，从化学品全生命周期这一视角，介绍如何在不同阶段有效采用不同评估方法。最后，对于后果模拟的定量评估方法亦做了较详细的阐述。本书的编写汇聚了编著者团队多年来在过程安全评估和本质安全研究方面的积累；同时，也集成了编著者团队所承担的国家自然科学基金委员会对应“8·12天津港爆炸重大事故”应急专项——“时空变化条件下危化品污染物次生反应的构建”【2016BEM-0006】、国家重点研发计划——“氟化工自聚失控反应敏感参数检测与工艺安全评定技术研究”【2018YFC0808601】、多项国防科工局基础科研专项的部分成果，以及为中外企业做过的几百项化工安全评估工作的经验。
本书的出版首先要感谢英国阿斯利康制药公司（原英国ICI的制药部，本质安全理论的发源地），是他们支持我们建立了国内第一家过程本质安全研究与评价平台——“天津大学-阿斯利康过程安全联合实验室”。感谢David Haywood博士、Mark Hoyle先生十多年来坚持不懈的指导与帮助，可以说没有他们的支持，我们很难保持在安全领域的“初心”。本书在编写和出版过程中得到了国内外众多学者和专家的指导与斧正，愿借本书问世之机，对他们的帮助表示衷心感谢！要特别感谢化学工业出版社在本书整个编写和出版过程中自始至终的鼓励与支持，没有他们的帮助，这本书不可能这么快和读者见面。由于时间限制，本书不可避免地还存在一些问题需要修正，敬请读者批评，我们将在未来进一步修订和完善。

卫宏远 白文帅 郝琳
于天津大学北洋园校区

卫宏远教授，天津大学杰出人才引进的化学工程专家，国家“千人计划”特聘专家，担任17、 18、19、20届国际工业结晶大会的科学委员会委员，同时是亚洲结晶技术协会创始人之一和执行主席。中国精细化工专业委员会副主任委员、中国搅拌技术专家委员会副主任委员。卫教授在英国曼彻斯特理工大学化工系攻读博士学位期间师从前英国化工学会（IChemE）主席、英国皇家工程院院士Garside教授，在工业结晶以及过程流体力学计算等领域开展具有创新性的研究，毕业后在英国国家流体力学研究中心任高级研究员和顾问。归国后, 卫宏远就职于天津大学化工学院,其带领的团队在化工技术产业化方面成果卓越，已成功地在中石化、宝钢、攀钢、中信、中冶焦耐等20多家国有大型企业实现产业化。这些产业化技术不仅具备自主研发和集成创新的特征，而且多项技术成果达到国际领先水平，并打破了国外多年的技术壁垒，为用户创造出巨大的经济效益，为国家节约上亿美元的技术引进费用。2002至今任天津大学教授，讲授“化工过程计算流体”和“化工安全及环保”课程，出版了《化工安全》《化工过程安全评估》等教材。发表SCI学术论文100余篇，拥有国家发明专利20余项。主持1项国家重点研发、3项国家863项目、3项结晶领域的国家自然基金项目、多项国际合作研发项目和产业化项目，在工业结晶、化工安全、精细化工产业化领域具有很高的国际知名度。
曾获得2008年中国石油和化学工业协会首届青年科技突出贡献奖、2010年中国颗粒学会宝洁青年颗粒学奖、2013年教育部自然科学奖一等奖（第1完成人）、2014年中国石油和化学工业联合会科技进步奖一等奖（第1完成人）等奖项；入选2009年教育部新世纪人才支持计划、2015年科技部创新人才推进计划中青年科技创新领军人才、2017年国家“万人计划”科技创新领军人才。

《化工过程安全评估》是“危险化学品安全丛书”（第二版）的一个分册。本书力图简洁地阐述化工过程安全评估领域的基础知识以及当前最新评估技术与方法，包括最新颁布的反应过程热风险评估方法、计算机辅助分析方法等。本书共七章：第一章介绍了化工过程安全中的专业术语以及化工安全评估的发展史；第二章和第三章详细论述了化工过程风险识别方法和不同事故后果的分析模型；第四章对定性和定量风险评估方法及过程进行了系统的阐述，其中主要介绍了事件树分析方法、故障树分析方法、保护层分析（LOPA）以及定量风险分析（QRA)；第五章着重介绍了反应过程热风险评估的基本理论、评估流程以及实验和计算估算方法；第六章对整个化学品的生命周期——小试、中试以及工业化阶段中各个环节安全评估进行了系统的介绍；最后一章通过一个个典型案例将前几章的理论知识应用于实践，并为读者提供一些风险评估报告的参考范本。
《化工过程安全评估》是多项国家和省部级成果的系统总结，提供了大量新方法和技术。本书可作为从事化工安全评估专业人员，以及化学、制药和所有流程工业的工程技术人员以及安全管理人员阅读。本书还可作为高等院校化工类、制药类、轻工类及相关专业教材。

第一章绪论1
第一节化学工业的安全状况1
第二节危险辨识和风险评估概述3
一、背景3
二、基本概念4
三、化工过程危险分类4
四、化工事故的过程特征5
五、化工事故的剖析7
六、防护措施10
七、风险评估与过程安全管理的关系13
八、风险评估的局限性15
第三节国内外风险评估发展状况16
一、国内外发展状况16
二、我国相关的法律法规19
第四节风险评估最新策略20
一、本质安全21
二、化工过程生命周期26
参考文献28

第二章危险辨识32
第一节安全检查表34
第二节故障假设分析38
第三节危险与可操作性分析39
一、HAZOP分析小组40
二、HAZOP分析步骤41
三、HAZOP分析的基本程序44
四、HAZOP分析的最新进展44
第四节安全审查49
一、安全审查表50
二、非正式的安全审查51
三、正式的安全审查51
第五节陶氏化学指数法53
一、陶氏化学火灾、爆炸指数53
二、陶氏化学暴露指数59
第六节失效模式及影响分析61
第七节本质安全指数法63
一、本质安全原型指数法63
二、本质安全指数法63
三、INSET工具箱64
四、EHS指数法64
五、i-safe指数法64
六、基于模糊理论的本质安全指数法65
七、集成本质安全指数法65
八、图示本质安全指数法66
九、分层评价法66
十、本质优良性指数法66
十一、流程指数法66
十二、综合本质安全指数法67
参考文献67

第三章事故后果分析71
第一节泄漏后果分析72
一、反应釜内液体经小孔泄漏73
二、储罐内液体经小孔泄漏74
三、液体经管道泄漏75
四、气体或蒸气经小孔泄漏77
五、气体或蒸气经管道泄漏79
六、闪蒸液体泄漏82
七、液池蒸发或沸腾83
八、实际和最坏泄漏情形84
九、保守分析85
第二节扩散后果分析86
一、扩散影响参数86
二、中性气扩散模型89
三、重气扩散模型97
第三节火灾爆炸后果分析98
一、池火98
二、喷射火100
三、蒸气云爆炸102
四、沸腾液体扩展蒸气爆炸103
第四节CFD在泄漏模型的应用104
参考文献105

第四章风险评估108
第一节可能性分析109
一、工艺单元之间的相互作用110
二、显性失效和隐形失效111
三、重合概率113
四、冗余113
五、共模失效113
第二节事件树分析114
第三节故障树分析115
一、故障树的符号及意义115
二、故障树的分析步骤116
三、计算顶事件发生的概率117
第四节保护层分析118
一、LOPA的基本程序118
二、评估后果和严重度120
三、筛选事故场景122
四、确定初始事件的频率123
五、识别独立保护层125
六、场景频率计算127
七、风险评估和决策129
八、LOPA报告132
第五节定量风险分析133
一、定量风险分析的基本程序133
二、准备工作134
三、危险辨识136
四、评估单元选择136
五、事故场景确定139
六、事故场景频率分析143
七、事故场景后果分析144
八、暴露影响149
九、风险计算157
十、风险评估162
参考文献162

第五章化学反应风险分析与评估165
第一节基本概念和基础知识165
一、化学反应的热效应165
二、压力效应169
第二节化学反应热平衡及失控反应171
一、热平衡项171
二、热平衡及其简化表达式175
三、绝热条件下的反应速率176
四、失控反应177
第三节化学反应热风险的评估方法181
一、热风险181
二、冷却失效模型182
三、严重度评估判据184
四、可能性评估判据186
五、矩阵评估判据187
六、物料分解热评估判据188
七、危险度评估判据188
八、MTT作为安全屏障时的注意事项192
第四节评估参数的实验获取192
一、量热仪的运行模式192
二、几种常用的量热设备193
第五节化学反应热风险的评估程序200
一、热风险评估的一般规则200
二、热风险评估的实用程序200
第六节化学反应热风险评估的进展203
参考文献209

第六章基于化工工艺生命周期的风险评估216
第一节工艺开发小试阶段217
一、文案筛选217
二、初期筛选测试218
三、正常反应过程表征与数据分析219
第二节中试规模阶段220
第三节工业化阶段225
第四节流程模拟软件在化工设计和安全评估的应用226
参考文献229

第七章风险评估案例与报告范本231
第一节安全检查表231
第二节故障假设分析233
一、DAP反应工艺233
二、氯气输送过程234
第三节危险与可操作性分析238
一、DAP反应工艺239
二、正己烷储罐打料工艺242
三、某金属有机化合物制备工艺242
第四节安全审查264
一、异氰酸盐制备工艺264
二、大型石油化工企业某操作单元266
三、甲苯水洗过程266
第五节失效模式及影响分析276
第六节可能性分析277
一、流量控制系统失效277
二、反应器防护系统失效278
第七节事件树分析281
第八节故障树分析284
第九节保护层分析289
第十节化学反应热风险评估298
一、某金属有机化合物制备工艺299
二、环合反应工艺304
参考文献309
索引311