沈陽航空工業(yè)學(xué)院碩士論文 a b s t r a c t c h e m i c a le n t e r p r i s e st e n dt oh a v es o m ec a t a s t r o p h i ca c c i d e n t sb e c a u s eo ft h e i rh a z a r d s b r o u g h tb yc h e m i c a lm a t e r i a l sa n dp r o c e s s c h a r a c t e r i s t i c s s a f e t yd e s i g no f c h e m i c a lp r o c e s s a n de q u i p m e n ti so n eo ft h ei m p o r t a n tm e t h o d st or e d u c ec h e m i c a la c c i d e n t s i n h e r e n ts a f e t y h a sb e e nr e c o g n i z e da sa ne f f e c t i v ed e s i g na p p r o a c h h o w e v e r , i n h e r e n ts a f e t ye v a l u a t i o n c a n n o tb eq u a n t i f i e dp e r f e c t l yb e c a u s eo fd i f f i c u l t i e sf o rt h es y s t e m a t i ca p p l i c a t i o na n d q u a n t i f i c a t i o no fi n h e r e n ts a f e t yi ne q u i p m e n td e s i g np h 撇“s a f e t y ”i sav a g u ec o n c e p t b e c a u s et h e r ei sn oc l e a rb o u n d a r yb e t w e e n “s a f e ”a n d u n s a f e ”i n h e r e n ts a f e t yi sj u s ta n i d e a lc o n d i t i o n ，s ot h ep r o b l e mi s j u s t y n a t t e ro f d e g r e e ” a ni n h e r e n ts a f e t ya s s e s s m e n tm o d e lh a db e e nd e v e l o p e di nt h i sd i s s e n t a t i o nb yt a k i n g t h eh a z a r d so f m a t e r i a l ，t e c h n i c a la n dt h es a f e t yd e v i c e st h a ta l er e q u i r e db yc h e m i c a lp r o c e s s i n t oa c c o u n t a n dt h em a m d a n if u z z yi n f e r e n c ea l g o r i t h mh a db e e nu s e dt oa s s e s st h ed e g r e e o fi n h e r e n ts a f e t y t h ep r o b l e mo fd a t a su n c e r t a i n t ya n ds u b j e c t i v i t yh a db e e ns o l v e db y u s i n go f i f - t h e n r u l e sa n da p p l y i n gf u z z ym e m b e r s h i pf u n c t i o n s ac a s ea b o u tt h ep r o c e s so fh y d r o d e a l k y l a t i o no ft o l u e n ef o rt h ep r o d u c t i o no fb e n z e n e h a db e e ns t u d i e da tt h ee n do ft h i sr e p o r t t h ef e a s i b i l i t ya n dv a l i d i t yo fi n h e r e n ts a f e t y a s s e s s m e n th a db e e np r o v e db yt h i se d l s e a n dt h er e s u l to ft h i sr e s e a r c hi n d i c a t e st h a tt h e p r o b a b i l i t ya n ds e v e r i t yo fc h e m i c a lh a z a r d sc r n b er e d l 】c a db ya p p l y i n gi n h e r e n ts a f e t y p r i n c i p l e si n t od e s i g n k e y w o r d s ：c h e m i c a lt e c h n i q u e & e q u i p m e n t ；i n h e r e n ts a f e t y ；m a m d a n if u z z yi n f e r e n c e a l g o r i t h m ；f u z z ym e m b e r s h i pf u n c t i o n ；i f t h e nr u l e s ；a s s e s s m e n tm o d e 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立完 成的。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含其他個(gè)人或集體 已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果，也不包含本人為獲得其他學(xué)位而使 用過的成果。對(duì)本文研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體均已在論文中進(jìn) 行了說明并表示謝意。本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 論文作者簽名：付熟矸 細(xì)易年弓月6 日 沈陽航空工業(yè)學(xué)院碩士論文 版權(quán)授權(quán)說明 本人授權(quán)學(xué)?！坝袡?quán)保留送交學(xué)位論文的原件，允許學(xué)位論文被 查閱和借閱，學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以影印、 縮印或其他復(fù)制手段保存學(xué)位論文”；愿意將本人學(xué)位論文電子版提交 給研究生部指定授權(quán)單位收錄和使用。學(xué)校必須嚴(yán)格按照授權(quán)對(duì)論文 進(jìn)行處理，不得超越授權(quán)對(duì)畢業(yè)論文進(jìn)行任意處置。 授權(quán)人：磚墼耳 6 年月占e t 沈陽航空工業(yè)學(xué)院碩士論文 第1 章緒論 1 1 化工工藝設(shè)備本質(zhì)安全( 化) 的研究意義 化學(xué)工業(yè)和機(jī)械、煉鋼、造船等行業(yè)相比，由于使用了大量可燃性、有毒性物質(zhì)， 由這些物質(zhì)引起的火災(zāi)、爆炸及中毒的危險(xiǎn)性很大。另外，隨著設(shè)備本身的大型化、處 理量明顯增大，操作也是在危險(xiǎn)的反應(yīng)和高溫、高壓等苛刻的條件下進(jìn)行的。 就操作條件而言，在石油煉制工業(yè)中，以前即使是高壓，重整裝置最高也不過是 3 0 4o m p a ，目前建設(shè)的直接脫硫裝置已采用1 5 m p a 的高壓。石油化學(xué)工業(yè)中的操作條 件更加苛刻，使用的溫度范圍也更加廣泛，從裂解爐的8 0 0 u 9 0 0o c - - 直到乙烯低溫儲(chǔ)罐 的8 0 ，液化石油氣儲(chǔ)罐的1 6 0 c ，溫差范圍約1 0 0 0 。c ；就操作壓力而言，高壓聚乙烯 裝置已采用1 0 0 2 0 0 m p a 的超高壓。苛刻的操作條件增加了裝置本身破壞的危險(xiǎn)性”1 。 隨著化學(xué)工業(yè)迅速發(fā)展，裝置的大型化和操作條件更加苛刻，旦發(fā)生火災(zāi)、爆炸 及中毒事故，其波及范圍很廣。國內(nèi)外，石化企業(yè)發(fā)生的災(zāi)害性事故屢見不鮮。 1 9 7 6 年意大利塞維索工廠環(huán)己烷泄漏事故，造成3 0 入傷亡，迫使2 2 萬人緊急疏散； 1 9 8 4 年印度博帕爾市郊農(nóng)藥廠發(fā)生甲基異氰酸鹽泄漏的惡性中毒事故，有2 5 0 0 多人中 毒死亡，2 0 余萬人受傷( 大多數(shù)人雙目失明致殘) ，6 7 萬人受到殘留毒氣的影響；1 9 9 7 年6 月2 7 日，北京東方化工廠儲(chǔ)罐區(qū)發(fā)生火災(zāi)爆炸事故，在較短的時(shí)間內(nèi)，整個(gè)罐區(qū) 一片火海，造成8 人死亡，4 0 人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失1 億多元”1 。 美國化學(xué)安全及危險(xiǎn)調(diào)查局( t h eu sc h e m i c a ls a f e t ya n d 。h a z a r di n v e s t i g a t i o nb o a r d ， c s b ) 對(duì)1 9 8 3 年以來2 2 年發(fā)生的1 6 7 起危險(xiǎn)反應(yīng)事故進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)與分析。這里的“危險(xiǎn) 反應(yīng)”是指有可能導(dǎo)致反應(yīng)事故的反應(yīng)過程，其中事故后果類型見表1 1 。 表1 1危險(xiǎn)反應(yīng)事故后果類型 l 事故后果類型 占事故總數(shù)( ) 事故后果類型 占事故總數(shù)( ) l l 有害液體泄漏 5 火災(zāi)、爆炸和毒氣泄漏 1 6 l l 有毒氣體泄漏 3 7火災(zāi)爆炸 4 2 i 這1 6 7 起危險(xiǎn)反應(yīng)事故的后果，即有害液體泄漏、毒氣泄漏、火災(zāi)和爆炸，不僅對(duì) 員工和公眾造成嚴(yán)重的影響，而且?guī)碇卮蟮慕?jīng)濟(jì)損失并對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的破壞。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，這些危險(xiǎn)反應(yīng)事故有近7 0 發(fā)生在化學(xué)工業(yè)，約3 0 的事故發(fā)生在使用 沈陽航空工業(yè)學(xué)院碩士論文 大量化學(xué)品( 如廢物加工和石油煉制) 的其他行業(yè)。 表1 2 危險(xiǎn)反應(yīng)事故在不同行業(yè)所占比例( ) f 箸掌 其他 儲(chǔ)存廢物處理石油煉制散裝儲(chǔ)存未知 l 6 61322 7 1 在這1 6 7 起危險(xiǎn)反應(yīng)事故都涉及設(shè)備，通過統(tǒng)計(jì)表明化學(xué)過程、存儲(chǔ)設(shè)備r 不包括 反應(yīng)- 器) t n 散裝儲(chǔ)料桶占全部反應(yīng)事故設(shè)備的6 5 。 表1 3 危險(xiǎn)反應(yīng)事故涉及到的設(shè)備 設(shè)備類型 占事故總數(shù)( ) 設(shè)備類型 占事故總數(shù)( ) 反應(yīng)器2 5其他過程容器 2 2 存儲(chǔ)設(shè)備2 2儲(chǔ)料桶1 0 分離設(shè)備 5轉(zhuǎn)換設(shè)備 5 廢物設(shè)備 3未知 8 由上述可知，危險(xiǎn)反應(yīng)事故有近7 0 發(fā)生在化學(xué)工業(yè)，約3 0 的事故發(fā)生在使用 大量化學(xué)品，幾乎1 0 0 的危險(xiǎn)反應(yīng)事故與化學(xué)品有關(guān)；危險(xiǎn)反應(yīng)事故都涉及到設(shè)備， 故化工工藝設(shè)備在化工企業(yè)當(dāng)中占有舉足輕重的地位。由此可知。做好化工工藝設(shè)備的 安全工作是非常重要的，能夠減少或消除絕大多數(shù)的危險(xiǎn)反應(yīng)事故發(fā)生，保證了人們的 安全，減少財(cái)產(chǎn)損失、人員傷亡以及環(huán)境污染。 通過對(duì)這1 6 7 起事故的調(diào)查表明，在這些事故當(dāng)中，有3 6 是因化學(xué)物質(zhì)不相容引 起，3 5 是失控反應(yīng)造成的，1 0 是由于碰撞火、熱敏感物質(zhì)引起，其余1 9 的事故原 因不明”1 。 化學(xué)工業(yè)與其他工業(yè)相比，這些原因主要都是因?yàn)榇罅渴褂每扇夹曰蛴卸拘缘奈?質(zhì)，所以由這些物質(zhì)引起的火災(zāi)、爆炸或中毒的危險(xiǎn)性很大。安全闖題就更應(yīng)該從根本 上解決問題，從系統(tǒng)周期的最起始端設(shè)計(jì)階段達(dá)到本質(zhì)安全化。所以對(duì)于化工工藝 設(shè)備來說，安全設(shè)計(jì)比什么都重要。如果因安全設(shè)計(jì)不充分而引起事故，即使不直接給 居民區(qū)的生命財(cái)產(chǎn)帶來危險(xiǎn)，也會(huì)使人們受到某種程度的心理恐懼感。 1 2 化工過程本質(zhì)安全的研究現(xiàn)狀 本質(zhì)安全設(shè)計(jì)比傳統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)更注重在概念設(shè)計(jì)階段消除或盡量減少潛在的危 險(xiǎn)源。國內(nèi)外，對(duì)化工過程本質(zhì)安全都有定的研究，國外起步較早。 2 沈陽航空工業(yè)學(xué)院碩士論文 1 2 1 傳統(tǒng)的安全設(shè)計(jì) 化工裝置的安全設(shè)計(jì)，以系統(tǒng)科學(xué)的分析為基礎(chǔ)，定性、定量地考慮裝置的危險(xiǎn)性， 同時(shí)以過去的事故等所提供的教訓(xùn)和資料來考慮安全措施，以防再次發(fā)生類似的事故。 以法令規(guī)則為第一階段，以有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范為第二階段，再以總結(jié)或企業(yè)經(jīng)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)為 第三階段來制定安全措施。這種方法叫“事故的后補(bǔ)式”方法。 為保證安全生產(chǎn)，在工藝裝置設(shè)計(jì)中，必須把生產(chǎn)和安全結(jié)合起來，加以全面妥善 的處理，并能符合以下基本要求： ( 1 ) 全面分析原料、成品、加工過程和設(shè)備裝置等各種危險(xiǎn)因素，以確定安全的工藝 路線，選用可靠的設(shè)備裝置，并設(shè)置有效的安全裝置和設(shè)施。 ( 2 ) 能有效地控制和防止火災(zāi)爆炸的發(fā)生。在防火設(shè)計(jì)方面應(yīng)分析研究生產(chǎn)中存在的 可燃物、助燃物和點(diǎn)火源的情況及可能形成的火災(zāi)危險(xiǎn)，采取相應(yīng)的防火和滅火措施。 在防爆設(shè)計(jì)方面，應(yīng)分析研究可能形成爆炸性混合物的條件、起爆因素及爆炸傳播的條 件，并采取相應(yīng)的措施。 ( 3 ) 有效地控制化學(xué)反應(yīng)中的超溫、超壓和爆聚等不正常情況，并采取相應(yīng)的控制措 施。 ( 4 ) 對(duì)使用物料的毒害性進(jìn)行全面的分析，并采取有效的密閉、隔離、遙控及通風(fēng)排 毒等措施。 ( 5 ) 對(duì)于有潛在危險(xiǎn)、可能使設(shè)備和裝置遭受毀壞或可能泄漏出大量有毒物料，可能 造成多人中毒死亡的工藝過程和生產(chǎn)裝置，必須采取可靠的安全防護(hù)系統(tǒng)。 工藝過程和裝置設(shè)備的安全是構(gòu)成化工生產(chǎn)過程中安全的重要部分。工藝過程安全 是指在化工單元過程中，所進(jìn)行的氧化、還原、硝化、裂化、聚合等過程，以及化工單 元操作蒸餾、冷凝、干燥、粉碎等操作過程的安全；生產(chǎn)裝置的安全是指構(gòu)成裝置的各 種機(jī)器設(shè)備、塔、罐等的耐腐蝕、耐疲勞性等有關(guān)材質(zhì)和強(qiáng)度等方面的安全。在設(shè)計(jì)階 段，首先對(duì)工藝過程的危險(xiǎn)性、設(shè)備的危險(xiǎn)性及人的危險(xiǎn)因素進(jìn)行全面的分析，在此基 礎(chǔ)上分別對(duì)裝置總的危險(xiǎn)性，各個(gè)設(shè)備輸送和維修過程中的危險(xiǎn)性，采取綜合的技術(shù)預(yù) 防設(shè)施和手段，設(shè)計(jì)安全的基本程序，如圖1 1 所示“。 沈陽航空工業(yè)學(xué)院碩士論文 圖1 1 工藝裝置設(shè)計(jì)安全的基本程序 1 2 2 本質(zhì)安全化設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀 1 9 世紀(jì)7 0 年代，奎重筮耋壘援盒提出，化工等領(lǐng)域開始重視本質(zhì)較安全設(shè)計(jì)。本 質(zhì)較安全設(shè)計(jì)不同于傳統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)，前者是消除或減少設(shè)備裝置中的危險(xiǎn)源，旨在降 低事故發(fā)生的可能性，后者是采用外加的保護(hù)系統(tǒng)對(duì)設(shè)備裝置中存在的危險(xiǎn)源進(jìn)行控 制，著重降低事故的嚴(yán)重性及其導(dǎo)致的后果。 1 9 8 5 年，在美國化學(xué)工程師協(xié)會(huì)( p d c h z ) 的2 0 世紀(jì)損失預(yù)防研討會(huì)中k l e t z 介紹了 本質(zhì)較安全方法。此報(bào)告被稱為是會(huì)議中最重要的論文報(bào)告，在此之后，專家學(xué)者相繼 發(fā)表了不少相關(guān)內(nèi)容的文章，并介紹了一些分析方法。幾年后，k l e t z 和g u p t a 指出了 雖然本質(zhì)安全方法在安全、經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域有較大優(yōu)勢，但它對(duì)于技術(shù)和管理方面卻是一個(gè) 4 沈陽航空工業(yè)學(xué)院碩士論文 挑戰(zhàn)。 1 國外情況 1 9 9 4 年，歐盟成立了i n s i d e 專家研究組( n h e r e n ts h ei nd e s i g np r o j e c tt e a m , i n s i d e ) ，主要目的是驗(yàn)證本質(zhì)安全設(shè)計(jì)方法在化學(xué)工業(yè)應(yīng)用的可行性，鼓勵(lì)化學(xué)工藝 和設(shè)備本質(zhì)安全的應(yīng)用及研究。三年后，有關(guān)本質(zhì)安全健康環(huán)境分析方法工具箱( t h e , _ 蚴e r e n ts a f e t yh e a l t ha n de n v i r o n m e n t e v a l u a t i o nt o o l ，i n s e t ) 的研究有了一定的成果a 2 0 0 1 年，m a n s f i e l d 整理工具箱的相關(guān)理論并發(fā)表報(bào)告。工具箱收集了3 1 種方法，主要 是在設(shè)計(jì)階段從安全、健康、環(huán)境角度分析工藝優(yōu)化選擇問題。工具箱分為四個(gè)過程， 分別是化學(xué)路線的選擇、化學(xué)路線的具體評(píng)價(jià)分析、工藝過程設(shè)計(jì)的最優(yōu)化和工藝設(shè)備 設(shè)計(jì)，主要覆蓋設(shè)備壽命周期的早期設(shè)計(jì)階段。 z w e t s l o o t 和a s k o u n e s a s h f o r d 根據(jù)歐洲一些化工企業(yè)運(yùn)用i n s e t 工具箱的實(shí)際情 況，分析得出本質(zhì)安全原理是有效的，i n s e t 工具箱是可行的，在設(shè)計(jì)早期階段運(yùn)用更 經(jīng)濟(jì)。但在設(shè)計(jì)的早期階段得不到全面的數(shù)據(jù)信息，只能采用較為簡單的本質(zhì)安全分析 方法，具有一定豹局限性“1 ?！? 。 國外對(duì)化工過程本質(zhì)安全進(jìn)行了大量的研究，取得了一定的成果。t r e v o rk l e t z 等 人發(fā)表了許多相關(guān)的文章，化工過程本質(zhì)安全已成為美國、芬蘭、德國等國家當(dāng)前研究 的熱點(diǎn)之一。 1 9 9 0 年，歐洲各國已明確指出：本質(zhì)安全健康環(huán)境的工廠具有成本低、管理維護(hù)費(fèi) 用低、易于操作等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)成為化工工藝過程安全設(shè)計(jì)開發(fā)的主要方向。1 9 9 8 年，美國 已將本質(zhì)較安全生產(chǎn)過程列為化學(xué)過程安全中心( c e n t e rf o rc h e m i c a lp r o c e s ss a f e t y , c c p s ) 現(xiàn)階段研發(fā)的重點(diǎn)項(xiàng)目之一。a i c h e 在展望2 0 2 0 ) ) ( v i s i o n2 0 2 0 ) 報(bào)告中亦指出， 美國化學(xué)工業(yè)未來要維持國際競爭力，需考慮本質(zhì)較安全化學(xué)工藝過程的研發(fā)情況m 1 。 國外從事這一研究領(lǐng)域的人較多，主要是定性研究，定量研究文章相對(duì)較少，其中 具有代表性的對(duì)化學(xué)工藝過程本質(zhì)安全分析的方法主要有m 1 ： f 1 ) e d w a r d sa n dl a w r e n c e ( 1 9 9 3 ) 提出的p i i s ( p r o t o t y p ei n d e xo fi n h e r e n ts a f e t y ) 法， 主要目的是對(duì)化工工藝過程路線選擇的評(píng)價(jià)，對(duì)每個(gè)指標(biāo)給定安全系數(shù)，主要是對(duì)較容 易獲得信息的指標(biāo)分析，最后得出安全系數(shù)之和。 ( 2 ) h e i k k i l aa n dh u r m e ( 1 9 9 9 ) 提出的i s i ( i n h e r e n ts a f e t yi n d e x ) 法，本方法需結(jié)合化 沈陽航空工業(yè)學(xué)院碩士論文 工事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、專家經(jīng)驗(yàn)及專業(yè)技術(shù)分析。 ( 3 ) k o l l e r ( 2 0 0 1 ) 等人提出的s h e ( s a f e t y ，h e a l t ha n de n v i r o n m e n t a l ) i , a z 估方法。 ( 4 ) k h a n 和m n y o t t e ( 2 0 0 3 ) 提出的1 2 s i ( i m e g r a t e di n h e r e ms a f e t yi n d e x ) 法，是結(jié)合 h i ( h a z a r di n d e x ) ni s p i ( i n h e r e n ts a f e t yp o t e n t i a li n d e x ) 完成化工工藝過程本質(zhì)安全量化 計(jì)算的。 盡管這些專家學(xué)者提出了以上分析方法，目前仍然沒有一套為大家廣泛接受的本質(zhì) 安全量化方法。 2 國內(nèi)情況 國內(nèi)的研究起步較晚，大量地吸收和總結(jié)國外的成果，專題開展這方面研究較少， 但是國內(nèi)越來越重視化工的本質(zhì)安全，大量呼吁企業(yè)要盡可能地達(dá)到本質(zhì)安全化。從國 內(nèi)的文獻(xiàn)資料來看，只有少量的相關(guān)內(nèi)容，而且絕多數(shù)都是定性分析，如職業(yè)安全衛(wèi) 生術(shù)語( g b t 1 5 2 3 6 9 4 ) 、化工企業(yè)安全衛(wèi)生設(shè)計(jì)規(guī)定( h g 2 0 5 7 1 9 5 ) 以及國內(nèi)一些 有關(guān)本質(zhì)安全的編譯文章等。 臺(tái)灣工業(yè)技術(shù)研究院的環(huán)境與安全衛(wèi)生技術(shù)研發(fā)中心的制程監(jiān)控技術(shù)研究室，于 19 9 2 年開展了本質(zhì)較安全生產(chǎn)過程設(shè)計(jì)研究，并提倡應(yīng)用k o l l e r 等人提出的s h e ( s a f e t y ， h e a l t ha n de n v i r o n m e n t a l ) 評(píng)估方法，運(yùn)用本質(zhì)較安全的設(shè)計(jì)概念，結(jié)合成本評(píng)估分析， 使其成為一套完整的設(shè)計(jì)方法”“。 1 3 本文所做的工作 本文研究的目的是在了解國內(nèi)外化工工藝設(shè)備本質(zhì)安全設(shè)計(jì)理論研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ) 上，對(duì)化工工藝設(shè)備本質(zhì)安全程度評(píng)價(jià)模式進(jìn)行嘗試性的研究。 本文所做的工作主要包括： 1 根據(jù)本質(zhì)安全概念，總結(jié)出化工工藝設(shè)備設(shè)計(jì)所需的本質(zhì)安全原理，指出了實(shí) 現(xiàn)化工工藝設(shè)備本質(zhì)安全化的方法。 2 從化工工藝設(shè)備所需使用的物質(zhì)危險(xiǎn)性、工藝過程危險(xiǎn)、設(shè)備本身所需的安全 裝置三個(gè)總體方面考慮，建立本質(zhì)安全程度評(píng)價(jià)模型。 3 在設(shè)計(jì)階段，由于信息的不完備性、不確定性和主觀性，故運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)方法 進(jìn)行計(jì)算。在模型建立和計(jì)算過程中，充分利用一些實(shí)際可得到的數(shù)據(jù)，并結(jié)合專家的 6 沈陽航空工業(yè)學(xué)院碩士論文 意見。由于缺乏完善的量化本質(zhì)安全方法，大多數(shù)量化方法應(yīng)用經(jīng)典集合對(duì)指標(biāo)迸行區(qū) 間等級(jí)劃分，缺乏一定的連續(xù)性。本文嘗試性地運(yùn)用m a m d a n i 模糊推理算法對(duì)本質(zhì)安 全程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，并具體分析m a m d a n i 運(yùn)算工具的可行性和可用性。 4 通過實(shí)例分析應(yīng)用本質(zhì)安全原理設(shè)計(jì)的工藝設(shè)備，可以減少化工事故發(fā)生的可 能性和降低化工事故的嚴(yán)重性。 5 提出本文中的化工工藝設(shè)備本質(zhì)安全設(shè)計(jì)需要進(jìn)一步加強(qiáng)研究的工作。 7 沈陽航空工業(yè)學(xué)院碩士論文 第2 章化工工藝設(shè)備本質(zhì)安全化 2 1 化工本質(zhì)安全( 化) 概念的提出 1 9 7 4 年6 月1 日，英國傅立克斯鎮(zhèn)( f l i x b o r o u g h ) n y p r o 公司的爆炸事件導(dǎo)致廠內(nèi)2 8 人 死亡，3 6 人受傷，廠外5 3 人受傷，損失達(dá)25 4 4 億美元。這使得行業(yè)內(nèi)人士、政府機(jī)構(gòu)和 公眾對(duì)化工工藝安全更加重視。他們關(guān)心的焦點(diǎn)是希望通過改進(jìn)操作程序和增加額外的 安全聯(lián)鎖裝置來控制與化工工藝和設(shè)備有關(guān)的危險(xiǎn)。t r e v o r k l e t z 提出了一種完全不同的 方法：在化工工藝設(shè)備設(shè)計(jì)的早期階段，從本質(zhì)上消除或減少潛在危險(xiǎn)源。 1 9 7 7 年1 2 月1 4 日，英國帝國石油化學(xué)工業(yè)公司o c i ) 的安全顧i 口 t r e v o r k l e t z 在英格蘭 的威德尼斯( w i d n e s ) 召開的英國化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì)周年紀(jì)念大會(huì)上作了主題為“你沒有的東 西不可能泄漏”的演講，第一次簡潔明了地提出了化工工藝和設(shè)備本質(zhì)安全的概念。1 。 2 2 化工本質(zhì)安全化的必要性 大部分事故的發(fā)生需要有三個(gè)步驟：( 1 ) 引發(fā)一使事故發(fā)生的事件；( 2 ) 傳播擴(kuò)大 事故的事件；( 3 ) 終止一停止事故發(fā)生或消除事故的事件。 傳統(tǒng)的危險(xiǎn)管理方法是通過危險(xiǎn)與入們、財(cái)產(chǎn)和環(huán)境之問的保護(hù)層來控制危險(xiǎn)的。 保護(hù)層包括對(duì)人員的監(jiān)督、控制系統(tǒng)、警報(bào)及保護(hù)裝置，還有應(yīng)急系統(tǒng)。該方法很有效， 在一定程度上改善了化學(xué)工業(yè)的安全記錄。但是在危險(xiǎn)與受到潛在影響的人、財(cái)產(chǎn)和環(huán) 境之間設(shè)立保護(hù)層也有很多不利之處： ( 1 ) 建立和維護(hù)保護(hù)層的費(fèi)用大，包括最初的設(shè)備投入、操作費(fèi)用、安全培訓(xùn)費(fèi)用及 維修保養(yǎng)費(fèi)用等； ( 2 ) 失效的保護(hù)層都可能導(dǎo)致事故的發(fā)生； ( 3 ) 因?yàn)槲ｋU(xiǎn)依然存在，保護(hù)層只是抑制了危險(xiǎn)，增加了事故發(fā)生的突然性。 鑒于這些原因，本質(zhì)安全化是任何過程安全追求的目標(biāo)，若能消除或盡量減少危險(xiǎn)， 將不再需要那些保護(hù)層來控制危險(xiǎn)。探索本質(zhì)上更安全的工藝在項(xiàng)目初期可能需要更大 的投資，但縱觀全局，將本質(zhì)安全化應(yīng)用到工藝設(shè)備的早期階段能帶來更大經(jīng)濟(jì)效益。 在技術(shù)不斷發(fā)展的今天，即使我們認(rèn)為本質(zhì)上較不安全的技術(shù)可以使用，還是應(yīng)該繼續(xù) 沈陽航空工業(yè)學(xué)院碩士論文 尋找本質(zhì)上更安全的替代方法。就經(jīng)濟(jì)方面而言，本質(zhì)安全化可能不太具有吸引力，但 未來本質(zhì)上更安全的新技術(shù)的研制將給工藝安全目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)帶來更可靠更經(jīng)濟(jì)的前景。 2 , 3 本質(zhì)安全的概念 在工業(yè)技術(shù)發(fā)展史上，涉及到本質(zhì)安全的概念有多個(gè)，先將這些概念做一個(gè)簡單的 介紹。 2 3 1 概念之- - ( i n t r i n s i cs a f e t y ) 本質(zhì)安全( i n t r i n s i cs a f e t y ) 的概念源于電氣設(shè)備的防爆構(gòu)造設(shè)計(jì)。早在1 9 1 4 - 1 9 1 6 年 英國開發(fā)了一種新的防爆技術(shù)，這種防爆技術(shù)不附加任何安全裝愛，只是利用本身的結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)，通過限制電路自身的電壓和電流來預(yù)防產(chǎn)生過熱、起弧或火花而引起火災(zāi)或引 發(fā)可燃性混氣的爆炸。該類電氣設(shè)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(zhì)安全設(shè)備主要用于煤礦。1 9 6 0 年以后隨 著作為限壓元件齊納二極管的引進(jìn)，本質(zhì)安全作為一項(xiàng)防爆技術(shù)發(fā)展起來，并在其它領(lǐng) 域得以廣泛應(yīng)用。 由于采用以上的技術(shù)措施，給電氣設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供了安全、可靠的保障，從根 本上解決了危險(xiǎn)環(huán)境下電氣設(shè)備的防爆問題，故這樣的電氣設(shè)備被稱之為本質(zhì)安全型設(shè) 各3 。 2 3 2 概念之二( i n t r i n s i es a f e t y ) 職業(yè)安全衛(wèi)生術(shù)語( g b t1 5 2 3 6 9 4 ) 將本質(zhì)安全( i n t f i n s i es a f e t y ) 定義為“通過設(shè) 計(jì)等手段使生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)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(huì)造成事故”3 。 機(jī)械工業(yè)職業(yè)安全衛(wèi)生管理體系試行標(biāo)準(zhǔn)將本質(zhì)安全( i n t r i n s i cs a f e t y ) 定義為 “生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)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(huì)造成 事故”“。 從以上兩個(gè)定義可以看出，本質(zhì)安全指的是安全性，是生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)系統(tǒng)的本質(zhì) 的、固有的屬性，不會(huì)因人的失誤和設(shè)備故障而發(fā)生變化。 從系統(tǒng)安全的角度來看，絕對(duì)的安全是不存在的，安全是相對(duì)的。由于新材料、新 沈陽航空工業(yè)學(xué)院碩士論文 技術(shù)的不斷采用，生產(chǎn)系統(tǒng)不可能達(dá)到絕對(duì)的安全。換句話來講，本質(zhì)安全應(yīng)是一種理 想，是一個(gè)追求的目標(biāo)。 2 3 3 概念之= ( i n h e r e n t l ys a f e rd e s i g n ) 1 9 7 7 年1 2 月1 4 日，英國帝國石油化學(xué)公司( i c i ) 的安全顧問t r e v o r k l e t z 在英格蘭 的w i d n e s 召開的英國化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì)年會(huì)上所提出的工藝和設(shè)備本質(zhì)安全的概念。 本質(zhì)較安全設(shè)計(jì)( i n h e r e n t l ys a f e rd e s i g n , i s d ) 的基本法則包括避免使用真危害性物 質(zhì)、使危害性物質(zhì)的庫存量最小化及選擇使用較簡單、友好及緩和的工藝過程等等，其 目的是在化工過程和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中盡可能地消除各種危險(xiǎn)，而不是以外加的防護(hù)系統(tǒng)去 控制危害。 “本質(zhì)較安全”概念有別于“本質(zhì)安全”的概念。因?yàn)槿魏挝镔|(zhì)或工藝過程從本質(zhì) 上來講都存在有一定的危險(xiǎn)有害因素( i n h e r e n th a z a r d ) 。想要完全消除一切危險(xiǎn)和有害因 素是不切實(shí)際的。所謂的本質(zhì)較安全是說某一工藝過程比另一工藝過程在本質(zhì)上“較 ( 更) ”安全，因?yàn)樗奈ｋU(xiǎn)性比另一個(gè)過程明顯地降低了。 在國內(nèi)有人將t r e v o rk l e t z 等人的文獻(xiàn)中的i s d 譯成本質(zhì)安全化設(shè)計(jì)，而另一些人 將i s d 譯成本質(zhì)較( 更) 安全設(shè)計(jì)。從這一點(diǎn)來看，本質(zhì)安全化設(shè)計(jì)和本質(zhì)較安全設(shè)計(jì)沒 有根本的區(qū)別。 2 3 4 概念之i 四( 1 n h e r e n ts a f e t y l 化工企業(yè)安全衛(wèi)生設(shè)計(jì)規(guī)定( h g 2 0 5 7 1 9 5 ) 將生產(chǎn)過程的本質(zhì)安全化定義為：“生 產(chǎn)過程本質(zhì)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(shù)、新設(shè)備。此外還包括從原料入庫到成 品包裝出廠整個(gè)生產(chǎn)過程中應(yīng)具有比較高的連續(xù)化、自動(dòng)化和機(jī)械化，為提高裝置安全 可靠性而設(shè)計(jì)的監(jiān)測、報(bào)警、聯(lián)鎖、安全保護(hù)裝置，為降低生產(chǎn)過程危險(xiǎn)性而采取的各 種安全衛(wèi)生措旌和迅速撲救事故裝置?；ぱb置本質(zhì)安全化罹相對(duì)的，它隨著生產(chǎn)技術(shù) 和安全技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展”“”。 、 從上面幾個(gè)涉及到本質(zhì)安全的概念可以看到，不同的行業(yè)對(duì)于本質(zhì)安全的概念理解 不盡相同。關(guān)于本質(zhì)安全技術(shù)，在學(xué)術(shù)界還存在著一定的爭議，有些人認(rèn)為應(yīng)該叫做“安 1 0 沈陽航空工業(yè)學(xué)院碩士論文 全本質(zhì)化”，但習(xí)慣上還是稱之為“本質(zhì)安全化”。本文還是采用本質(zhì)安全( 化) 這一術(shù)語。 2 4 本質(zhì)安全“匕) 原理 本質(zhì)安全( 化) 技術(shù)，是依靠自身的安全設(shè)計(jì)，進(jìn)行本質(zhì)方面的改善，即使發(fā)生故障 或誤操作，設(shè)備和系統(tǒng)仍能保證安全。 防止事故發(fā)生的最有效方法是消除危險(xiǎn)因素，這是本質(zhì)安全化的基本原理。盡管完 全消除所有危險(xiǎn)源是不可能的，但通過改變工藝、操作方式設(shè)計(jì)來減少事故發(fā)生的可能 性是可行的辦法。 化工工藝設(shè)備設(shè)計(jì)途徑采用如下的本質(zhì)安全化原理“3 2 23 2 1 ： 1 最小化( m i n i m i z e l 減少生產(chǎn)裝置內(nèi)危險(xiǎn)化學(xué)品的數(shù)量，減少庫存或使用量。只有裝置內(nèi)沒有危險(xiǎn)化學(xué) 品，才不存在危險(xiǎn)品泄漏的危險(xiǎn)。 減少設(shè)備裝置有害原料的庫存和使用量是實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全普遍使用的方法。削減庫存 量就是通過限制物質(zhì)存量來降低有毒物質(zhì)泄漏的風(fēng)險(xiǎn)率，是工藝本質(zhì)安全化最常用也最 有效的方法之一。例如使用氯氣瓶而不是氯罐車，可減少泄漏的影響范圍并降低泄漏規(guī) 模和影響后果。 庫存量削減適用于工藝單元和儲(chǔ)罐。通過連續(xù)生產(chǎn)代替間歇生產(chǎn)，可以減少工藝單 元存量。例如硝酸甘油的生產(chǎn)，早期工藝生產(chǎn)為每批1o t ，后來變成連續(xù)生產(chǎn)，存量大為降 低，最后這一工藝發(fā)展為只在一個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行，存量不到5 k s 。 中間儲(chǔ)罐用來儲(chǔ)存生產(chǎn)過程中的中間產(chǎn)物。與展終產(chǎn)品相比，一些中間產(chǎn)物毒性更 大。例如有毒物質(zhì)光氣和甲基異氰酸鹽就是生產(chǎn)胺甲萘的中間產(chǎn)物，博帕爾災(zāi)害就是生 成甲基異氰酸鹽后，容器破裂導(dǎo)致有害物質(zhì)泄漏。采用連續(xù)工藝有助于減少中間產(chǎn)物的 存量，可以極大降低危險(xiǎn)嚴(yán)重程度，使工藝變得更安全。 2 替代( s u b s t i t u t e ) 使用相對(duì)安全的材料代替比較危險(xiǎn)的材料。使用非可燃物質(zhì)代替可燃物質(zhì)，或者使 用非毒性物質(zhì)代替有毒物質(zhì)，這都是可能的。 使用危險(xiǎn)性低且仍能滿足工藝要求的替代物質(zhì)，可以降低風(fēng)險(xiǎn)，減輕工藝單元或儲(chǔ) 存設(shè)施的泄漏后果。例如使用次氯酸鈉代替純氯氣來進(jìn)行水的消毒，或在精練廠烷烴化 沈陽航空工業(yè)學(xué)院碩士論文 單元中使用硫酸代替氫氟酸。介質(zhì)的改變也是一種替代，例如噴灑時(shí)使用以水為溶劑的 油漆或殺蟲劑，要比使用有毒或易燃的溶劑安全。在很多情況下，采用本質(zhì)安全工藝， 生產(chǎn)本質(zhì)安全產(chǎn)品，可以使顧客和生產(chǎn)者受益。 3 弱化或緩和( m o d e r a t o 用較安全的條件、材料、形式或使用可以減少危險(xiǎn)材料或能量釋放的設(shè)施。在比較 緩和的條件下使用危險(xiǎn)化學(xué)品，如較低的壓力或溫度。這樣可以將一種危險(xiǎn)的化學(xué)反應(yīng) 狀態(tài)轉(zhuǎn)化一種相對(duì)安全的化學(xué)反應(yīng)狀態(tài)，或者以一種相對(duì)安全的形式存儲(chǔ)和運(yùn)輸危險(xiǎn)物 質(zhì)。 因此，氯氣和氨氣應(yīng)該以冷凍的方式在常壓下儲(chǔ)存，來取代常溫下的高壓儲(chǔ)存方式。 較低的壓力能夠產(chǎn)生較低的泄漏率，并且較低的溫度能夠降低汽化率。通常還采用稀釋 或沖淡物料( 例如毒性和蒸氣壓) 的方法來降低危險(xiǎn)性。如盡可能使用h c i 或n 吼水溶液 而不是純的h c l 或n h 3 。 4 限制影響( l i m i to f e 鼢) 通過改變?cè)O(shè)計(jì)或者工藝參數(shù)的方式來取代新增可能導(dǎo)致新故障的防護(hù)性設(shè)備的方 式。如果前三種方法都不能達(dá)到一種可接受的狀態(tài)，那么就要限制失效導(dǎo)致的后果。 例如，如果設(shè)備設(shè)計(jì)成失效后以較小的流量泄漏，那么這種泄漏就比較容易控制。 墊圈就是典型的例子，墊圈應(yīng)該設(shè)計(jì)成故障失效后可將泄漏量最小化，而且，通過設(shè)備 設(shè)計(jì)或者改變反應(yīng)條件來限制影響，要比另外附加保護(hù)裝置好的多。 5 簡化( s i m p l i 助 工藝簡單的裝置要比工藝復(fù)雜的裝置安全。簡化的工藝裝置可以減少出錯(cuò)的幾率， 并且包含較少的可能出現(xiàn)故障的設(shè)備。避免組裝錯(cuò)誤以及避免間接影響等原理也是本質(zhì) 安全設(shè)計(jì)概念的范疇。一個(gè)簡單的工廠要比一個(gè)復(fù)雜的工廠的本質(zhì)安全程度要高，而且， 簡單工廠的成本也要比復(fù)雜的工廠的成本要低。 應(yīng)用以上最基本的本質(zhì)安全原理在設(shè)計(jì)的所有階段，這些原理可以幫助我們選擇相 對(duì)安全的材料，處理進(jìn)程，甚至是處理工藝。但是困難在于我們現(xiàn)在還沒有很好的辦法 將這些本質(zhì)安全原理應(yīng)用到實(shí)際設(shè)計(jì)中去。 在實(shí)際的執(zhí)行上也有一定的困難，圖21 顯示了在不同的設(shè)計(jì)階段加入本質(zhì)安全的 時(shí)機(jī)，由圖可知，越是在設(shè)備的早期加入本質(zhì)安全的概念，時(shí)機(jī)越有利，反之接近開始 沈陽航空工業(yè)學(xué)院碩士論文 運(yùn)行使用階段，時(shí)機(jī)越不利，到了后期階段，其所需要的成本及困難就極高“。 l | | 蓁萋1 1 1 差霍 蠢 圖2 i 應(yīng)用本質(zhì)安全于各階段的時(shí)機(jī)( k l e t z ，1 9 9 1 ) 2 5 工藝和設(shè)備設(shè)計(jì)本質(zhì)安全的優(yōu)點(diǎn) 將本質(zhì)安全( 化) 概念應(yīng)用于設(shè)計(jì)階段的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防、控制，具有以下優(yōu)點(diǎn)m ”，“1 ： ( 1 ) 在設(shè)計(jì)階段，辨析出可能出現(xiàn)豹危險(xiǎn)源，在此階段達(dá)到最佳程度的本質(zhì)安全，將 其危險(xiǎn)源消除或減少。 但) 在設(shè)計(jì)階段考慮利用現(xiàn)有的設(shè)備或系統(tǒng)達(dá)到本質(zhì)安全，以兔在設(shè)計(jì)完后由于疏忽 或失效而需外加安全屏蔽措施，減少不必要的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用，并可增加其可靠性。 ( 3 ) n 用一定的技術(shù)水平，達(dá)到本質(zhì)安全化運(yùn)行的目的。簡化其設(shè)備裝置盡量減少由 于人失誤等原因而造成事故，同時(shí)也減少其設(shè)備裝置本身的重量及所需放置的空間領(lǐng)域 需求，以及減少發(fā)生故障而添加不必要的維修費(fèi)用。以免為了預(yù)防事故發(fā)生而添加額外 操作人員的特意監(jiān)督管理，和設(shè)備運(yùn)行期間提前發(fā)生故障麗導(dǎo)致?lián)p失或報(bào)廢所帶來的昂 貴經(jīng)濟(jì)損失。 ( 4 ) 在設(shè)計(jì)階段將其危險(xiǎn)源盡量消除，可減少設(shè)備本身及其它鄰近系統(tǒng)遭受破壞或損 失的危險(xiǎn)，以及增加安全距離和安全空間區(qū)域，在某些情況可以減少防火墻等安全措施 的使用。 ( 5 ) 可在潛在危險(xiǎn)源的萌芽階段減少其發(fā)生的可能性和嚴(yán)重性，由此減少了化工工藝 設(shè)備事故的發(fā)生。 應(yīng)用辜質(zhì)安亭i卜魯葉小品的時(shí)機(jī) 沈陽航空工業(yè)學(xué)院碩士論文 2 6 化工工藝設(shè)備本質(zhì)安全設(shè)計(jì)與風(fēng)險(xiǎn)管理 在設(shè)計(jì)階段，化工工藝設(shè)備盡可能要求達(dá)到本質(zhì)安全化，但本質(zhì)安全是一種理想狀 態(tài)，就目前而言，還不具備完善的本質(zhì)安全技術(shù)，不可能完全消除工藝設(shè)備正常情況下 的潛在危險(xiǎn)源。盡管利用了本質(zhì)安全原理對(duì)設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)后，仍然出現(xiàn)以上情況時(shí)，應(yīng) 該加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)管理，努力減少事故發(fā)生的可能性和嚴(yán)重性，減少由化工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的 危險(xiǎn)，減少損失和傷亡程度。一般來說，依靠可靠性的高低，減少風(fēng)險(xiǎn)的策略可分為四 種： ( 1 ) 本質(zhì)的( i n h e r e n t 卜_ 通過采用不危險(xiǎn)的材料或工藝過程來消除危險(xiǎn)。 ( 2 ) 被動(dòng)式( p a s s i v e ) 通過減少具有危險(xiǎn)性操作的頻率來減少危險(xiǎn)。 ( 3 ) 主動(dòng)式( a c t i v e 卜使用控制、安全聯(lián)鎖和緊急切斷系統(tǒng)來監(jiān)測和糾正過程的偏差。 ( 4 ) 程序式( p r o c e d u r a l ) 采用操作程序、管理檢查、應(yīng)急響應(yīng)和其它管理方法和措施來 預(yù)防事故或減少事故后果。 本質(zhì)的和被動(dòng)式的風(fēng)險(xiǎn)控制策略是更可靠的，主動(dòng)式和程序式的風(fēng)險(xiǎn)管理也可能達(dá) 到本質(zhì)上的更安全。使用安全裝置時(shí)，被動(dòng)式比主動(dòng)式可靠，所以使用被動(dòng)式安全裝置 的設(shè)備比主動(dòng)式本質(zhì)上較安全。在概念設(shè)計(jì)階段，化工工藝設(shè)備本質(zhì)安全設(shè)計(jì)器在于從 根本上消除或減少潛在的危險(xiǎn)源。 2 7 化工工藝設(shè)備本質(zhì)安全設(shè)計(jì) 本質(zhì)安全主要體現(xiàn)在消除或減少危險(xiǎn)源。傳統(tǒng)的安全方法主要是通過緩解事故的后 果來降低其嚴(yán)重性。雖然這些方法相當(dāng)重要，并且普遍有效，但是僅僅依靠這些方法還 不足以完全減少化學(xué)事故的危險(xiǎn)。所以本質(zhì)安全設(shè)計(jì)變得十分重要。 在現(xiàn)役的生產(chǎn)裝置上，應(yīng)用本質(zhì)安全設(shè)計(jì)將是一種挑戰(zhàn)。因?yàn)閷?duì)現(xiàn)役的生產(chǎn)裝置進(jìn) 行本質(zhì)安全技術(shù)改造可能要求巨大的資金投入。如果不以生產(chǎn)裝置作為一個(gè)蹩體的觀點(diǎn) 來進(jìn)行安全改造，就可能無意中導(dǎo)致了裝置風(fēng)險(xiǎn)的增加。一套化工生產(chǎn)裝置是盛裝有多 種化學(xué)品的、錯(cuò)綜復(fù)雜的、相互連接的設(shè)備、管線、容器以及儀表的復(fù)雜組合?；ぱb 置的某一部分進(jìn)行了改造，其他部分必將受到影響，要求其他的部分也要進(jìn)行相應(yīng)的改 造。如果在最初的評(píng)估時(shí)，這種影響沒有注意到，那么最終可能的結(jié)果一套不安全 的裝置。 1 4 沈陽航空工業(yè)學(xué)院碩士論文 而設(shè)計(jì)階段僅僅存在于紙張之上，所以在新建裝囂上，實(shí)施本質(zhì)安全是比較簡單的 和比較經(jīng)濟(jì)的。然而由于缺乏完善的系統(tǒng)性分析方法，所以許多本質(zhì)上比較安全的選擇 和應(yīng)用仍將受到限制。 本質(zhì)安全技術(shù)的應(yīng)用要求在幾個(gè)因素之間做出主觀判斷和權(quán)衡，而且，使用方法的 選擇和技術(shù)本身不能夠確保這套裝置在其復(fù)雜的和內(nèi)在聯(lián)系的系統(tǒng)之中產(chǎn)生一個(gè)比較 安全的效果。 本質(zhì)安全技術(shù)的目標(biāo)是消除或者減少危險(xiǎn)。從理論上來講，消除所有的危險(xiǎn)是不可 能的。只能設(shè)計(jì)本質(zhì)上較安全的裝置，再利用其他方法來控制剩余危險(xiǎn)。事故的發(fā)生仍 然是可能的，但是事故的后果要減輕。 當(dāng)決定是主觀的和未經(jīng)過系統(tǒng)方法分析的時(shí)，本質(zhì)安全也能夠被錯(cuò)誤地應(yīng)用。例如， 要求通過鐵路來運(yùn)輸原材料的化工裝置能夠決定通過減少危險(xiǎn)化學(xué)品的儲(chǔ)存量來提高 其本質(zhì)安全的水平。運(yùn)輸方式變?yōu)榭ㄜ囘\(yùn)輸將產(chǎn)生一個(gè)較小的運(yùn)輸量( 和一個(gè)較小的儲(chǔ) 存量) ，但是它將成倍地增加運(yùn)輸?shù)拇螖?shù)。因此，雖然裝置危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)存量保持在低 水平，但是，剩余的儲(chǔ)存量轉(zhuǎn)移到了從供應(yīng)商到用戶之間的運(yùn)輸車輛上。 由于本質(zhì)安全是基于眾所周知的原理，因此依據(jù)常規(guī)的工業(yè)方式采用這些原理就會(huì) 遇到許多困難。例如在應(yīng)用時(shí)遇到的主觀性問題。這些原理是描述性的，而非規(guī)范性的， 因此它容易受到個(gè)人以往的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)以及認(rèn)識(shí)能力的影響。造成主觀性結(jié)果的原因是 缺乏一個(gè)量化本質(zhì)安全程度的系統(tǒng)性方法。因?yàn)槟壳霸u(píng)估這些原理的應(yīng)用效果及水平是 不完善的，所以目前了解一套化工工藝裝置或者一臺(tái)工藝設(shè)備的本質(zhì)安全程度也是不太 成熟的阻“2 1 ”3 “。 綜上所述，本質(zhì)安全設(shè)計(jì)應(yīng)用在設(shè)計(jì)階段，越早越好，但由于在設(shè)計(jì)的早期階段， 資料也較少，不利于風(fēng)險(xiǎn)量化的評(píng)估。沒有適當(dāng)?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，也就沒法有效地發(fā)揮本質(zhì) 安全的優(yōu)點(diǎn)。 不僅僅是化工工藝設(shè)備在設(shè)計(jì)階段需要進(jìn)行本質(zhì)安全化設(shè)計(jì)，需要一個(gè)量化本質(zhì)安 全程度的系統(tǒng)性方法，而且需要通過本質(zhì)安全程度的量化并做出比較安全的選擇，所以 對(duì)化工工藝設(shè)備建立一個(gè)通用的本質(zhì)安全程度評(píng)價(jià)模型并給出具體的評(píng)價(jià)及方法是一 項(xiàng)十分有意義的工作，本文將嘗試性地在這方面進(jìn)行探討。 沈陽航空工業(yè)學(xué)院碩士論文 第3 章模糊推理算法介紹 化工工藝設(shè)備本質(zhì)安全程度模型研究主要是探討化工工藝設(shè)備設(shè)計(jì)階段的安全程 度，由于在設(shè)計(jì)階段很難獲得所需要的一些詳細(xì)相關(guān)信息，所以本文模型建立和計(jì)算需 要結(jié)合模糊集合理論，同時(shí)結(jié)合基于m a t l a b 環(huán)境下的m a m d a n i 模糊推理方法。本方 法具有實(shí)用、方便、容易理解、清晰、可視化等優(yōu)點(diǎn)。 3 1m a m d a n i 模糊推理系統(tǒng)工具箱介紹 利用模糊邏輯工具箱的圖形用戶界面( g t n ) 更容易建立模糊推理系統(tǒng)，這里主要有 五個(gè)g u i _ = e 具用于建立、編輯和觀察模糊推理系統(tǒng)( f i s ) ；它們分別是f i s 編輯器、隸屬 度函數(shù)編輯器、規(guī)則編輯器、規(guī)則觀測器和曲面觀測器。它們之間是動(dòng)態(tài)鏈接的，使用 它們中的任意一個(gè)對(duì)f i s 的修改將影響任何其它已打開的g u i 中的顯示結(jié)果。編輯器所作 的修改能夠及時(shí)地體現(xiàn)在觀測器上。圖3 1 形象地描述了它們之間的關(guān)系。 f i s 編輯器 規(guī)則編輯器 卜 ，7 、 ff i s ) h u 隸屬度函數(shù)編輯器 圍圈隧蕊懣鞫基曼糊 規(guī)則觀測器曲面觀測器 圖3 1 五個(gè)基本g e l 工具以及與模糊推理系統(tǒng)之間的關(guān)系圖 f i s 編輯器：可處理模糊系統(tǒng)的高層次闊題，如系統(tǒng)中有多少個(gè)輸入和輸出變量。 1 6 琶 沈陽航空工業(yè)學(xué)院碩士論文 模糊邏輯工具箱并沒有限制輸入變量數(shù)，但系統(tǒng)的輸入變量數(shù)可能受限于機(jī)器可用的內(nèi) 存。 隸屬度函數(shù)編輯器：用來定義每個(gè)變量的隸屬度函數(shù)的形狀及參數(shù)。 規(guī)則編輯器：用來編輯f i s 的規(guī)則。 規(guī)則觀測器和曲面觀測器：分別用來觀測f i s 的規(guī)則和輸出曲面。 實(shí)際上，上述三個(gè)編輯器相互配合，可方便地構(gòu)成模糊推理系統(tǒng)，而兩個(gè)觀測器主 要用來檢查系統(tǒng)的性能。這五個(gè)g u i 工具可在它們之間交互和交換信息。每個(gè)g u i 都 可裝入任意的f i s ，而且它能感知其它圖形窗口的存在，從而根據(jù)本窗口的修改去更新 其它窗口的內(nèi)容“?！啊?3 2 模糊推理的發(fā)展過程及來源 1 9 6 5 年，模糊理論的創(chuàng)始人，美國加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的自動(dòng)控制理論專家 l az a d e h 教授發(fā)表了題為“f u z z ys e t ”的論文，標(biāo)志著模糊信息處理的誕生，并于2 0 世紀(jì)6 0 年代闡述了模糊信息處理觀點(diǎn)理論，描述和處理事物的模糊性和系統(tǒng)中的不確 定性，以及模擬人所特有的模糊邏輯思維功能，從定性到定量，提供了一個(gè)強(qiáng)有力的工 具。1 9 6 6 年，馬里諾斯( p n m a r u n o s ) 發(fā)表了模糊邏輯的研究報(bào)告，而z a d e h 進(jìn)步提 出著名的模糊語言值邏輯，并于1 9 7 4 年進(jìn)行了模糊邏輯推理研究。由于這一研究和觀 點(diǎn)反映了客觀世界中普遍存在的事物，它出現(xiàn)便顯示出強(qiáng)大的生命力和廣闊的發(fā)展前 途，在自然科學(xué)、其它科學(xué)領(lǐng)域及工業(yè)中得到了迅速的、廣泛的應(yīng)用。 2 0 世紀(jì)7 0 年代模糊理論用于控制領(lǐng)域的研究開始盛行，并取得成效。其代表是英 國倫敦大學(xué)瑪麗皇后分校的e h m a m d a n i 教授將i f t h e n 型模糊規(guī)則用于模糊推理， 并把這種規(guī)則型模糊推理用于蒸汽機(jī)的自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)中，其效果超過了傳統(tǒng)的d d c 控制， 由此開辟了模糊理論用于工業(yè)生產(chǎn)的第一個(gè)實(shí)例。而后模糊理論在各行中的研究與應(yīng)用 很快展開。 在工業(yè)控制方面，已實(shí)現(xiàn)了石油、冶金、化工、機(jī)械制造及其它方面的模糊控制。 模糊控制技術(shù)已經(jīng)能夠成為復(fù)雜系統(tǒng)控制的一種有效手段，大大拓寬了自動(dòng)控制的應(yīng)用 范圍。 越來越多的研究報(bào)告表明，模糊推理是一類行之有效的不確定性推理方法。在人類 沈陽航空工業(yè)學(xué)院碩士論文 的活動(dòng)中，常常使用不精確的，不完全的或不完全可靠的信息進(jìn)行推理不確定性推 理。 3