转自公众号：中安咨询在线
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2024年4月25日，应急管理部下发试行《化工企业生产过程异常工况安全处置准则》，明确要求企业建立健全异常工况处置制度，规范异常工况处置程序，提高生产过程异常工况安全处置能力。
《化工企业生产过程异常工况安全处置准则》的出台是基于对国内危化品行业历史事故统计分析及2023年较重大事故的反思落实，具有明确的现实指导意义。
备注：12%的事故由于异常工况处置不当所导致
备注：2023年11起较重大事故中5起与异常工况处置相关，其中3起重大事故均发生在异常工况处置期间
放眼全球，基于瑞士再保险（Swiss Re）对1996-2019年间石油化工行业137起损失大于5千万美金事故的分析，86%的事故发生在“异常或非计划工况”及“非常规或低频次操作”中。在危化品行业，这些非正常操作模式仅占了工艺操作周期不到10%的时间，却贡献了60~75%的主要事故；开停车阶段发生的重大工艺安全事故是正常生产阶段的5倍。
虽然“准则”规定了7条异常工况处置基本管理要求、5项异常工况处置基本原则，以及4类企业典型异常工况处置要点；但是由于危化品行业各企业工艺特性不同，《准则》无法全面覆盖各类异常工况。本文将通过案例分析，重点讨论如何识别与评估异常工况，以及基于风险控制层级的异常工况控制策略。
异常工况下的屏障失效
2018年4月26日，位于美国威斯康星州的赫斯基炼油厂（Husky Refinery）流化催化裂化装置（FCC）在停车过程中发生爆炸，爆炸碎片造成罐区的沥青储罐发生泄漏，并进一步引发火灾。事故中泄漏超过15000桶（1桶=159升）沥青，造成多人受伤，数千人被迫疏散。
备注：事故现场航拍视频
该工厂的流化催化裂化装置（FCC）采用UOP的同轴烟囱式设计，事故调查发现停车阶段，再生器中的空气经反应器窜入下游主分馏塔及气体吸收装置，形成了爆炸性混合气体，最终被吸收塔内的易自燃物质（如FeS）引燃爆炸。你可以通过如下视频了解事故发生的过程：
备注：FCC装置工艺流程示意图
在该起爆炸事故中，多道防止停车过程中形成爆炸性混合气体环境的保护措施失效，包括：
没有在反应器中通过停工蒸汽建立隔离；
没有对主分馏塔进行吹扫防止氧气聚集；
待生滑阀内漏造成催化剂液位隔离失效；
值得一提的是，该事故与2015年2月18日，埃克森美孚公司Torrance炼油厂FCC装置在另一个非正常工况—“安全停车”模式下发生的爆炸事故，有一定的相似性。你可以参考如下的事故分析，进一步了解细节：
异常工况的识别与评估
异常工况
装置开停车、非计划检维修、操作参数异常、非正常操作或设备设施故障及其他存在能量意外释放风险的情况。
—《化工企业生产过程异常工况安全处置准则》
造成异常工况下事故风险远大于正常操作的一个重要原因，是许多正常操作工况下的保护措施/屏障，在异常工况失效或无法完全发挥作用，例如在Husky炼油厂爆炸事故中，
催化剂再生滑阀自动关闭在正常操作中是一个保护措施，但在停车工况中该阀门已经关闭；
滑阀前后压差报警在停车工况中由于催化剂循环已经停止，无法再向操作人员警示可能的逆流。
因此，如何识别异常工况及相应场景下保护措施的有效性，便成为了降低异常工况风险的首要工作。企业的风险评估工作，需要全面覆盖正常工况和包括开停车、设备在线维护、操作参数异常等在内的异常工况。
遗憾的是，从1974年英国Flixborough事故（同样发生在开车工况）后风险评估方法得到推广应用后的四十年间，企业对异常操作工况下风险评估的关注程度远远不如正常操作，这体现在企业各个阶段HAZOP分析报告中。
2008年，美国化学工程师协会AIChE在《风险评估流程指南》的第三修订版中，增加了全新的章节，明确了覆盖各类型工况的风险评估方式，包括如何基于异常工况的操作规程开展HAZOP、What-if分析，以确定非连续操作工况中的保护措施是否完备。行业人员认识到，这种基于规程的HAZOP分析方法可以识别绝大多数非常规操作工况下的事故场景，并评估是否设置了充分的保护措施。
不同操作工况下的风险评估方式
相对于在连续操作模式的HAZOP分析中增加“开停车、维修”等偏差进行分析，基于规程的HAZOP分析使用特定的7/8个引导词及双引导词进行分析。
备注1 * ：可选引导词
备注2 **：不适用于简单的启动/停止、开/关操作
备注：双引导词分析法
异常工况的控制策略
在对不同操作工况开展风险评估的过程中，不可避免的一个话题是：应该如何设定保护措施，以确保异常工况风险可控？经典的“洋葱图”和“风险控制层级图”都可以引导我们进行保护措施的设计。
备注：NIOSH, 风险控制层级
以Husky炼油厂爆炸事故为例，可以按照“风险控制层级图”进行保护措施的优化与完善：
本质安全设计
事故中一二级吸收塔爆炸产生的设备碎片飞入周围装置，原址上只留下了设备裙座和塔底部分，其中一片碎片击中了罐区的沥青储罐，造成泄漏及引发火灾。
设备失效分析发现，一二级吸收塔的约大多数设备碎片呈现为脆性断裂模式。由于这两座设备所选用的材料韧脆性转变温度较高，在操作温度下韧性较差。如果选择更合适的替代材料，虽然设备仍然无法承受内部爆炸的压力，但设备韧性断裂失效下仅会发生“拉链”或“鱼嘴”形貌的开口而不会产生大量设备碎片，事故后果将不会进一步扩大。
备注：脆性断裂与韧性断裂
工程措施
此次事故中，由于没有在反应器中通过停工蒸汽建立隔离，导致再生器中的空气经反应器窜入下游主分馏塔及气体吸收装置，形成了爆炸性混合气体。
在事故后重建装置设计中增加了新的工程控制措施，通过在分馏塔入口增加隔离阀门，可以实现开车、停车、备用工况下对反应再生系统的有效隔离。与单纯依赖建立蒸汽隔离相比，隔离阀及法兰组件可以显著降低系统隔离时间。
备注：反再系统与主分馏塔增加隔离阀门（右：改造后）
与之类似的是，在2015年埃克森美孚公司Torrance炼油厂FCC装置爆炸后，部分工厂增加了静电除尘装置（ESP）停车联锁，防止主分馏塔的轻烃气体逆流进入烟气系统。
管理措施
FCC装置停车涉及大量的操作员主动性监控和决策，因此如何提升异常工况下操作人员可靠性，减少人员失误成为了人机工程的研究重点。Husky工厂的培训手段单一，五年一次的装置开停车限制了操作人员获取有限的实操经验；企业需要充分利用各种形式的培训方式，例如模拟演练、口述、讨论或OTS仿真培训。
备注：垂直向上的箭头代表了不同类型的训练环节，包括演练、口述模拟、”如果-假设“法讨论和OTS仿真培训等
备注：OTS（Operator Training Simulator）仿真培训，以及与VR（Virtual reality）虚拟现实培训的结合
通过优化设计DCS控制台和报警系统，可以提升操作员在异常工况下的情境意识。例如开停车工况的报警限值与正常工况通常有差异，如果不进行有效管理将导致报警泛滥；报警工况管理功能，可以随着工况的改变而改变报警相关设置，如报警使能、报警限值。你也可以在众多前期文章中找到关于报警管理优化的内容。
在对异常工况的识别、评估和控制策略进行了讨论后，我们需要回到原点讨论“什么是异常工况”？在《准则》公布之后的讨论中，我们听到许多将“异常”等同于“应急”的错误理解。
参考下图，当工艺参数偏离正常状态或运行范围，无法通过基本过程控制系统（BPCS）恢复正常状态时，就会出现异常工况。如果不在异常工况的早期阶段加以纠正，则会进一步发展成重大事故。
为了控制异常状态的升级并避免损失事故的发生，异常工况/状态管理并不局限于使用应急操作规程，而是广泛涉及危害辨识与风险评估、工艺过程控制系统、行政管理措施、人员培训及能力、人机工程与人员因素、事故学习和变更管理。
来源：中安咨询在线
中国化学品安全协会
编辑：佑安
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