超量儲存MIC埋隱患，項目設計呼喚本質安全

據相關報道，印度博帕爾泄漏事故發生時，工廠內有3個異氰酸甲酯（MIC）儲罐，每個儲罐的存儲量約為57立方米。按照操作要求，儲罐中MIC液位不得超過60%（在美國西弗吉尼亞類似的工廠要求不超過50%）。但在事故發生時，實際液位是87%。因此，在泄漏的在2小時內，便有大約25噸的MIC進入大氣，致使工廠下風向8千米內的區域都暴露在泄漏的化學品中，短時間內造成周圍25平方千米范圍內居民大量傷亡。

MIC是劇毒化學品，沸點只有36℃至39℃，具有揮發性且易燃、易爆，燃燒時會產生氰化氫與氮氧化物等劇毒氣體。只要有極少量短時間停留在空氣中，就會讓人感到眼睛疼痛；若濃度稍大，就會使人窒息。大量儲存劇毒化學品，從本質上就是不安全的，為事故的發生留下了隱患。

40年過去了，類似的本質不安全所引發的事故，或導致事故后果擴大，在今天是否還在發生呢？

誠然，40年來，我國化學工業生產裝置、工藝技術水平有了質的提升。尤其是近十多年，國家強力推動本質安全提升，推進自動化改造，取得了一定的成效。而且，《化工過程安全管理導則》（AQ/T 3034-2022）還將“本質更安全”作為20個要素中的一個獨立要素，這是我們這么多年反思與提升的結果。

但筆者在企業檢查時，還是常聽到企業陪同人員自信地說：“崗位操作工都干了10多年了，手動比自動化控制還可靠，不會發生失誤的?！边@種盲目自信，寄希望操作不犯錯誤的做法，暴露了企業對本質安全設計的不重視。

什么叫本質更安全的設計？也就是要按照最小化、替代、緩和、簡化四原則進行設計。借用博帕爾泄漏事故作個參照，就是：儲存或使用更少的MIC，即便泄漏也可以管控在安全的范圍內；采用其他低毒化學品替代MIC，讓泄漏變得并不可怕；采用更加緩和的工藝，讓生產過程更加平和；采用簡化的操作程序或設備，使得即便操作失誤，也不會發生閥門內漏入儲罐的情況。

那么，危險化學品企業如何提升化工裝置本質安全水平呢？

首先，是最小化原則。企業可通過優化工藝、提升生產運行管理、優化供應商管理、加強銷售管理，減少危險有害物料的在線量，降低危險物料的庫存。博帕爾事故未遵循“最小化”的本質安全原則，在滿足工藝技術要求的前提下，盡量減少工藝系統內危險化學品的存儲量。

最小化原則的重要應用之一是反應器的選擇。目前，被廣泛推廣應用的微通道反應器、管式反應器，就很好遵循了最小化原則。這類反應器通常體積小，具有較大的比表面積與體積比，意味著在反應過程中產生的熱量能夠更快地傳遞和散發，降低了熱量積累和溫度升高的風險。

儲存和輸送的物料也應滿足最小化原則。因為儲存設備和輸送管線是發生泄漏的重要危險源，所以必須確認危害性原料或中間產物的最小儲存量。尤其應采取措施，盡量避免儲存和運輸具有危害性的中間產物或副產物。如：生產丙烯腈流程的副產物氫氰酸直接作為其它生產單元的原料，從而消除了對氫氰酸的儲存。

其次，是替代原則。即盡量采用無毒或毒性小的化學品替代毒性大的化學品。博帕爾事故中，MIC是該廠生產工藝過程中的中間產物，在工廠設計階段，可以考慮其他工藝路線，以此避免產生如此毒性的中間產物。當時，已有兩家類似的工廠采用了其他替代的工藝路線，成功避免了在工藝過程中產生MIC。

替代原則主要考慮對反應物和溶劑的替代。通過采用新原料、改變反應路線、開發新型技術、實現對危害反應物（或反應路徑）的替代。反應物替代有以下3個方面：

反應物選擇?？山柚瘜W品理化特性數據庫,將可燃、有毒或高毒的物質用不易燃、無毒或低毒的物質替代等,來限制或減少危害;

反應條件。通過采用新工藝路線，規避產生危險的中間產物或危險原料,或用催化劑等有效化學劑來降低副反應危害,改善條件苛刻度;

反應路線。通過各種試驗優化過程工藝,促使反應介質濃度、溫度和壓力降低,從而緩和反應條件。如：氨氧化過程生產丙烯腈，以氨和丙烯代替乙炔和氰化氫作為原料，消除危害性原料氰化氫；用碳四原料生產烷基化汽油，采用固體酸催化劑代替氫氟酸，消除了危害性原料氫氟酸。

再次，是緩和原則。博帕爾事故中泄漏的MIC，其沸點為39.1℃，很容易氣化，因此，工藝設計時采用了冷凍系統。這遵循了本質安全的第三原則——緩和原則，但令人遺憾的是，事故發生前冷凍系統被人為停用了。

“緩和”通常采用物理和化學兩種方式，前者包括稀釋、制冷等，后者則通過化學方法改良苛刻的過程條件。沸點較低的物質常儲存于壓力系統中，通過用高沸點溶劑進行稀釋降低系統壓力,發生泄漏時可有效降低泄漏速率。如果過程允許，應在稀釋狀態下儲存和操作危害性物質，如：氨水代替液氨、鹽酸代替氯化氫、稀釋的硫酸代替發煙硫酸等。稀釋系統還可應用于緩和反應速率、限制最高反應溫度等方面。

最后，是簡化原則。企業應盡可能簡化工藝流程及操作方法,減少人為失誤的概率。簡單的工藝、設備和系統往往具有更高的本質安全性,因為簡單的工藝、設備所包含的部件較少,可以減少失誤。

企業要消除不必要的復雜性，使工廠和生產過程更容易設計、建造和操作，降低操作錯誤發生的可能性；開展容錯設計，使其不易發生設備、控制和人為故障。如：強化反應器設計，能夠減少復雜的安全裝置。反應器設計壓力若能大于反應失效時的最大壓力，則不需要超壓安全聯鎖裝置，同時有效減小泄放系統的尺寸，從而使過程設備簡化，但前提是要充分理解失效條件下的反應機理、熱力學和動力學特性并進行評價。

需要注意的是，本質安全的四個原則在應用時很難同時得到滿足，需要結合過程失效機理進行權衡，深入研究綜合評價方法作為決策的重要支撐。

例如：將1個進行復雜反應的間歇反應器分解成3個較小的反應器完成，可以減小單個反應器的復雜性，減少物料流股間的交互作用，但分解后反應器個數增加，且中間產物的屬性及輸送也會增大過程的復雜性，與最小化原則相比，恰為相反的過程。

同時，本質安全原則的應用有賴于新型過程和技術的開發，如新材料、新技術、新工藝、新設備、新型反應路徑、新型催化劑等。建議企業應定期跟蹤同類企業、同類裝置在本質更安全方面的最佳工程實踐，并逐步應用，實現裝置的本質更安全。
    （作者系中國化學品安全協會專家）