工业生产过程的本质安全培训教材

工业生产过程的本质安全培训教材

正文目录

目录

正文目录..............................................................................................1

图表目录..............................................................................................2

1.导读............................................................................................2

2.背景概况.........................................................................................3

3.工业过程本质安全化概述..........................................................................4

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

3.2.本质安全定义研究..............................................................................6

3.2.1.文献综述（国内外研究现状）..................................................................6

3.2.2.本质安全定义研究基础.....................................................................7

3.3.本质安全层级理论研究..........................................................................8

3.3.1.文献综述（国内外研究现状）..................................................................8

3.3.2.本质安全层级理论研究基础.................................................................9

3.4.本质安全体系及本质安全水平评估工具..........................................................11

3.4.1.文献综述.................................................................................11

3.4.2.本质安全体系及本质安全水平评估工具研究基础.............................................16

3.5.本质安全研究方向...........................................................................21

3.5.1.本质安全定义研究.......................................................................21

3.5.2.本质安全措施层级研究...................................................................21

3.5.3.本质安全水平评估工具研究..............................................................21

4.本质安全在过程安全管理中的重要性................................................................21

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

4.2.过程安全管理和本质安全的关系...............................................................22

4.3.本质安全的基本途径.........................................................................22

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

4.3.2.设备设施的本质安全设计.................................................................22

4.3.3.化学品及工艺控制的本质安全.............................................................23

4.4.生命周期的本质安全管理.....................................................................24

4.5.过程安全管理中的本质安全应用...............................................................24

4.6.小结........................................................................................25

5.工业过程本质安全化技术...........................................................................25

5.1.基于过程强化的本质安全工业艺技术............................................................26

第1页共30页

5.2.风险感知与监测预警技术.......................................................................27

5.3.风险管控与处置技术..........................................................................29

6.总结与展望........................................................................................29

图表目录

图1背景概况..................................................................................4

图2工业生产过程全生命周期的本质安全.........................................................5

图3本质安全层级阐述(1).............................................................................................................................................................................10

图4本质安全层级阐述(2)............................................................................................................................................................................11

图5本质安全管理工作机理原理图..............................................................12

图6企业本质安全管理体系管理要素之间的关系..................................................12

图7本质安全管理工作机理原理图...............................................................13

图8企业本质安全管理体系管理要素之间的关系..................................................14

图9本质安全管理体系工作原理................................................................15

图10本质安全风险指标体系.....................................................................16

图11国际国内安全管理体系汇总................................................................20

图12基于风险的本质安全化技术实施路线.......................................................26

1.导读

工业生产过程通常会涉及多种危险化学品，具有易燃易爆、有毒有害、高温高压、危险源集中

等特点，一旦发生安全事故，将给人民生命健康、生态环境、社会稳定等带来严重损害。

当前，数字化变革正在重塑化学品生产、消费模式，工业互联网、大数据、人工智能等新一代

信息技术与安全管理深度融合，"工业互联网+安全生产”成为有效提升行业安全治理水平的必然选

择。此外，我国作出“碳达峰、碳中和”的战略部署，未来能源结构将产生重大变革，以氢能、太阳

能、风能等为代表的新能源形式将会逐步代替传统的化石能源。因此，在相当长的时期内传统化石

能源将与新能源共存发展，安全风险叠加。

工业生产过程在新时期、新发展阶段面临的安全问题需要通过科技创新、技术进步来解决，安

全技术的进步是防范和化解安全生产风险的重要途径，过程强化、风险感知与监测预警、风险管控

与处置等一系列技术手段能够有效降低和控制安全风险，实现工业生产过程的本质安全化。本文将

系统介绍工业生产过程本质安全技术的研究进展，并分析未来工业生产过程安全化技术的发展趋

势，为工业过程安全生产技术开发提供指导。

第2页共30页

2.背景概况

近年来国内重特大事故频发，安全生产形势严峻。

江苏昆山"8.2”江西宜春”11.24”

•2014年8月2日刑34分,K11J中荣•2016年11月24日7点,江西省丰城

金属制品有限公司发生特别费大缶粉电厂二期在建项目冷却塔施工平台倒

例炸事故，共由97人死亡、163埸聿故.截孕201降11月24H22

人受伤.直接经济揭失3.51亿元.时，事故现场73人遇避，2人受伤.

2014年8月31口，通过全BI人民

代袤大会常务委员会关于修设《中

华人民共和•安全建产法》的决定,

©2014年12月1日起施行.

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•山东省吉岛市"1L22"中石化东黄•2015年8月12H22时51分46秒，

输油管道泄漏爆炸特别更人事故认定天津港瑞海公司危险品仓库发生双

为妻任事故.事故共造成人死、

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136人受饬，亘接经i齐损失7.5亿元踪,798人受伤.

第3页共30页

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•2018年8月25H凌后.哈尔滨布松•2020.4.10.SIS全国两会.人用呈h

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

已造成20人死亡,2哆人受伤.发版不顾安全.可IX不恺切代价.

同年,2020年11月25H.

国尧院总理李克强主持召

开国努院常努会议，通过

《中华人民共相GB安全生

产法(修正草案)>•

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2017年6月5日冷昌右，位于•2019年3月21日14时48分,江苏杳

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图1背景概况

尽管安全生产法律法规不断强化，但安全生产事故仍旧频频发生，亟需寻求本质安全手段来长

效降低风险，以期为安全生产提供保障，提升安全绩效。本质安全研究院针对本质安全定义、本质

安全层级理论、本质安全体系及本质安全水平评估工具开展了研究。

3.工业过程本质安全化概述

3.1.概述

本质安全(inherentsafety)概念最早由英国的TrevorKletz于1976年提出，其理念是从工艺源

头上永久地消除风险，而不是单独靠控制系统、报警系统、联锁系统的使用来减小事故发生概率和

减轻事故后果的严重性。本质安全是绝对安全的理想状态，生产运行上很难达到，实际中需要通过

本质安全化(inherentlysafer)的一系列技术措施降低过程风险，使工业过程本质上更安全。工业过

程全生命周期的本质安全如图2所示，最小化、替代、缓和、简化这4个本质安全化策略适用于研

发、设计、建设、操作、变更和维护等工业过程的整个生命周期。工艺过程的本质安全化与被动

型、主动型和程序型安全防护措施一起构成了工业过程的保护层，其中本质安全工业艺技术在所有

保护层中处于最核心的部分，对安全风险控制起到决定性作用。

第4页共30页

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保护层技术措施，降低事故发生的频率和严重程度，从而实现工业过程的本质安全化。

3.2.本质安全定义研究

3.2.1.文献综述(国内外研究现状)

本质安全力的概念源于电气设备的防爆构造设计。早在1914-1916年英国开发了一种新的防爆

技术，这种防爆技术不附加任何安全装置，只是利用本身的结构设计，通过限制电路自身的电压和

电流来预防产生过热、起弧或火花而引起火灾或引发可燃性混气的爆炸。该类电气设备不论在正常

工作，还是在发生短路，断线等异常情况下，均具有可靠的防爆性能。这种早期的本质安全设备主

要用于煤矿。1960年以后随着作为限压元件齐纳二极管的引进本质安全作为一项防爆技术发展起

来并在其它领域得以广泛应用。

由于采用以上的技术措施给电气设备的正常运转提供了安全、可靠的保障，从根本上解决了危

险环境下电气设备的防爆问题，故这样的电气设备被称之为本质安全型设备。

《职业安全卫生术语》(GB/T15236-94)将本质安全定义为“通过设计等手段使生产设备或生产

系统本身具有安全性，即使在误操作或发生故障的情况下也不会造成事故”。

《机械工业职业安全卫生管理体系试行标准》将本质安全定义为“生产设备或生产系统本身具

有安全性即使在误操作或发生故障的情况下也不会造成事故”。

《化工企业安全卫生设计规定》(HG20571-95)将生产过程的本质安全化定义为"生产过程本质

安全化指的是采用无毒或低毒原料代替有毒或剧毒原料，采用无危害或危害性比较小的符合安全卫

生要求的新工艺、新技术、新设备。此外还包括从原料入库到成品包装出厂整个生产过程中应具有

比较高的连续化、自动化和机械化，为提高装置安全可靠性而设计的监测、报警、联锁、安全保护

装置，为降低生产过程危险性而采取的各种安全卫生措施和迅速扑救事故装置。

从以上概念/定义可以看出本质安全指的是安全性，是生产设备和生产系统的本质的、固有的

属性，不会因人的失误和设备故障而发生变化。

美国化学工程师协会认为在化学工业和加工工业中，如果一个工艺过程即使出了问题，它的危

险性依旧很低，那么即可以认为它具有固有安全属性。nherentSafety)。固有安全性与由保护系统控

制高度危险的其他过程形成对比。由于无法实现完美的安全性，通常的做法是谈论本质上更安全的

设计。本质上更安全的设计是避免危险而不是控制危险，特别是通过减少危险材料的数量和工厂中

危险操作的数量。

但是仍有很多学者认为，在本质安全研究领域，本质安全已经不能简单地理解为“硬件”的安

全，“本质安全”的概念现在已扩展到关系工作场所安全的最基础性的关键因素的综合，如果安全生

产系统的各个要素都能达到安全生产的严格标准，那么整体的安全水平将极大提高，安全事故也将

第6页共30页

最大限度的降低。

芦奇、王汉斌等认为，本质安全包括了人员、机器、环境、管理、信息以及安全文化五个方面

的本质安全；

吴宗之、任彦斌等认为，本质安全理论及方法已从技术层面向系统管理方向发展，并从系统综

合防范风险的角度，分析了本质安全方法与传统安全方法在应用上的区别，强调在实际安全管理过

程中，应当将本质安全方法与传统安全方法相结合，形成以本质安全理论为基础的综合风险管理理

念。

许正权、宋学锋分析了石油、交通、电力、煤炭行业对本质安全的定义大致如下：

石油行业：所谓本质安全是指通过追求人、机、环境的和谐统一，实现系统无缺陷、管理无漏

洞、设备无故障。实现本质安全型企业，要求员工素质、劳动组织、装置设备、工艺技术、标准规

范、监督管理、原材料供应等企业经营管理的各个方面和每一个环节都要为安全生产提供保障。

交通行业：本质安全理论认为由于受生活环境、作业环境和社会环境的影响，人的自由度增

大，可靠性比机械差，因此，要实现交通安全，必须有某种即使存在人为失误的情况下也能确保人

身及财产安全的机制和物质条件，使之达到“本质的安全化”。

电力行业：本质安全可以分解为两大目标，即"零工时损失，零责任事故，零安全违章“长远目

标；"人、设备、环境和谐统一”终极目标。

煤炭行业：其实是指安全管理理念的变化。过去人们普遍认为，煤矿企业属于高危险行业，

发生事故是必然的，不发生事故是偶然的。如果能够在工作中处处按照标准、规程作业，把事故降

到最低甚至实现零事故，从而得出结论：煤矿发生事故是偶然的，不发生事故是必然的，那就是

“本质安全”。

从系统安全的角度来看，绝对的安全是不存在的，安全是相对的。由于新材料、新技术的不断

采用，生产系统不可能达到绝对的安全。换句话来讲，本质安全应是一种理想是一个追求的目标。

从建模的观点来看，这方面类似于极限的数学概念：

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

综上，近年来国内外学者普遍认同本质安全理论及方法已从技术措施层面扩充至系统的安全管

理，仅仅是从设计/技术层面难以确保本质安全，人员、机械、环境、管理、文化等因素会对既定

的本质安全措施产生正面/负面的影响，想要维持本质安全措施的有效性并持续提升本质安全水平

则不能仅仅关注设备设施的本质安全，而应通过系统的管理确保人、机、环、管、文化的和谐统

3.2.2.本质安全定义研究基础

第7页共30页

目前，本质安全研究院科研团队已经对本质安全的发展历程进行了详细梳理，经研究发现，国

内、国际本质安全定义及理念暂无定论，本质安全研究院科研团队针对本质安全、本质安全措施、

本质安全化、设备设施的本质安全、本质安全型企业等关键词给出了初步的阐述，详情如表1所

不。

表1本质安全相关关键词阐述

本质安通过设计、材料、制造等手段使生产设备或生产系统本身具有安全性，并在

全：考虑安全冗余的基础上，增加安全联锁、紧急切断、先兆预警等措施，确保

在误操作或发生故障的情况下亦不会造成事故。

本质安全为实现根本上的安全而采取的设计、材料、制造工艺、检测检验、安全冗

措施：余、安全防护、容错机制等系列方法的总称。

本质安全实现了本质安全措施的结果或状态。

化：

设备设施是指设备设施在设计、选材、制造、安装、使用、操作等各个环节所采取的

的本质安本质安全措施的综合。

全：

本质安全通过一系列本质安全措施的应用，能够实现"人员零伤害、系统零缺陷、管

型企业：理无漏洞、设备无障碍、风险可控制，人机环境安全匹配”的企业。

3.3.本质安全层级理论研究

3.3.1.文献综述(国内外研究现状)

1985年，TrevorKletz把工艺过程的本质安全设计归纳为消除、最小化、替代、缓和及简化5

项技术原则，即:⑴消除(elimination)；⑵最小化(minimization)；(3)替代(substitution)；(4)缓和

(moderation)；(5)简化(simplification)。

OSHA标准《JobHazardAnalysis》中将危害控制措施分为3类：

⑴工程控制(EngineeringControls)包括：

消除/最小化危害设计设施、设备或工艺以消除危害，或替代工艺、设备、材料或其他因素以

减轻危害；

使用封闭式操作室、噪音设备外壳或其他方式封闭危险区域；

通过联锁装置、机器防护装置、防爆罩、焊接帘或其他方式隔离危险；

通过局部通风和排气通风等方式消除或重新定向危险。

(2)行政控制(AdministrativeControls)包括：

书面操作程序、工作许可证和安全工作实践；

暴露时间限制(最常用于控制极端温度和人体工程学危害)；

监测高潜在危害材料的使用情况；

警报、标志和警告；

班组管理；和

第8页共30页

培训I。

(3)个人防护设备(PersonalProtectiveEquipment)包括：

当工程控制不可行或不能完全消除危险时；

开发工程控制时；

当安全工作实践不能提供足够的额外保护时；和

在工程控制可能不可行的紧急情况下。

MichelaGentile＞王旭、高吉峰等认为，化工艺设备设计途径应采取的本质安全层级措施如

下：

(1)最小化(Minimize)：减少生产装置内危险化学品的数量，减少库存或使用量。只有装置内没

有危险化学品，才不存在危险品泄漏的危险。

(2)替代(Substitute)：使用相对安全的材料代替比较危险的材料。使用非可燃物质代替可燃物

质或者使用非毒性物质代替有毒物质，这都是可能的。

(3)弱化或缓和(Moderate)：用较安全的条件、材料、形式或使用可以减少危险材料或能量释放

的设施。

(4)限制影响(LimitofEffect)：通过改变设计或者工艺参数的方式来取代新增可能导致新故障的

防护性设备的方式。如果前三种方法都不能达到一种可接受的状态，那么就要限制失效导致的后

果。

(5)简化(Simplify)：工艺简单的装置要比工艺复杂的装置安全。简化的工艺装置可以减少出错

的几率，并且包含较少的可能出现故障的设备。避免组装错误以及避免间接影响等原理也是本质安

全设计概念的范畴。一个简单的工厂要比一个复杂的工厂的本质安全程度要高，而且，简单工厂的

成本也要比复杂的工厂的成本要低。

综上，目前针对本质安全控制层级理论国际、国内尚未达成共识，这使得安全从业者在考虑控

制措施的阶段未能采取统一的理念及方法论来策划风险控制方案，因此，亟需提供一套逻辑清晰、

层级分明、定义明确的方法论供安全从业者作为策划风险控制方案的依据。

3.3.2.本质安全层级理论研究基础

本质安全研究院科研团队与山东省工业和信息化厅与2020年发布了《山东省工业企业提升本

质安全技术水平行动通则》(以下简称“通则”)，通则中对于本质安全措施层级进行了详细的梳理，

并给出了解释说明，但针对措施层级的阐述仍存在一些争议，因此该部分的研究有待进一步完善。

当前对于本质安全措施层级的阐述如下：

第9页共30页

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图3本质安全层级阐述⑴

第10页共30页

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解释/Explanation解释/Explanation

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图4本质安全层级阐述⑵

3.4,本质安全体系及本质安全水平评估工具

3.4.1.文献综述

蔡承伟、马小明等认为，本质安全管理工作模型由管理体系、管理要素、风险、事件、后果五

个呈现相互联系的节点连接而成。只有通过强化管理体系与管理要素之间的联系，阻断管理要素、

风险、事件、后果之间的传递联系，才能最终实现安全管理规范化，全面提升本质安全性的目标

（可参考图5）。同时，蔡承伟等通过分析各管理要素之间的联系，将企业本质安全管理体系管理要

第11页共30页

素之间的关系以逻辑图的形式展现（可参考图6）,但并未提供详细的本质安全水平衡量方法。

图2-1本质安全管理工作机理原理图;安全应急产业负讯

图5本质安全管理工作机理原理图

图6企业本质安全管理体系管理要素之间的关系

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孙大雁、郭成功等根据本质安全基础理论研究成果，结合江苏电力安全管理诊断实际，提出构

建“强化两条主线，关注一个协同，着力三个方向（人员、网架、设备），构建三重支撑（科技、制

度、文化r的本质安全管理体系"圈层”模型（参考图7）,本质安全管理体系要素框架设置如图8所

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图7本质安全管理工作机理原理图

第13页共30页

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图8企业本质安全管理体系管理要素之间的关系

张忠桀、潘健等基于蓄能电站工程建设特性，综合考虑PDCA持续改进循环及风险管理流程形

成了本质安全管理体系工作原理（参考图9）0同时基于蓄能电站工程全生命周期的"规划设计阶

段"、“工程建设阶段"、"动用前准备阶段"、"保修阶段”的人、机、法、环、管5个方面设置了本质

安全风险指标体系（可参考图101,但并未给出具体的衡量指标及本质安全水平的衡量办法。

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图9本质安全管理体系工作原理

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抽水蓄能电站工程全生命周期风险分析

综上，国内针对本质安全管理体系已有较多研究，这些体系模型的形成大多参考了PDCA持续

改进循环及项目管理、全生命周期管理的理念，综合考虑了所在行业实际情况，但由于体系模型及

要素设置并未充分参考国际通用管理体系（如《职业健康安全管理体系要求及使用指南》、《风险

管理标准》等）及国际最佳实践，因此大多本质安全管理体系的系统性、全面性有待进一步验证，

同时，需要通过引入国际先进安全管理理念来进一步深化本质安全管理体系要素之间的逻辑关系。

此外，针对本质安全水平的衡量尚未有较完善的研究，亟需开发一套本质安全水平评估工具用

于衡量企业本质安全水平、指导企业持续提升、展示本质安全最佳实践。

3.4.2.本质安全体系及本质安全水平评估工具研究基础

本质安全研究院科研团队长期致力于为核电、化工、油气企业开发安全管理体系，制定集团

HSE管理顶层框架设计，同时团队收集了国际公司安全管理体系最佳实践，部分基础资料如图11

所示。

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第17页共30页

第18页共30页

PLANTRELIABILITYPEOPLERELIABILITY

tlWortW.CoKnclWifeegy

PROCESSRELIABLITY

第19页共30页

Mandatory

HSSE&SPCommitment&Policy

HSSE&SPStandards

Manuals

安全应急产业资讯

图11国际国内安全管理体系汇总

第