超量储存MIC埋隐患项目设计呼唤本质安全

  据相关报道，印度博帕尔泄漏事故发生时，工厂内有3个异氰酸甲酯（MIC）储罐，每个储罐的存储量约为57立方米。按照操作要求，储罐中MIC液位不允许超出60%（在美国西弗吉尼亚类似的工厂要求不超过50%）。但在事故发生时，实际液位是87%。因此，在泄漏的在2小时内，便有大约25吨的MIC进入大气，致使工厂下风向8千米内的区域都暴露在泄漏的化学品中，短时间内造成周围25平方千米范围内居民大量伤亡。

  MIC是剧毒化学品，沸点只有36 至39 ，具有挥发性且易燃、易爆，燃烧时会产生氰化氢与氮氧化物等剧毒气体。只要有极少量短时间停留在空气中，就会让人感到眼睛疼痛；若浓度稍大，就会使人窒息。大量储存剧毒化学品，从本质上就是不安全的，为事故的发生留下了隐患。

  40年过去了，类似的本质不安全所引发的事故，或导致事故后果扩大，在今天是否还在发生呢？

  诚然，40年来，我国化学工业生产装置、工艺技术水平有了质的提升。尤其是近十多年，国家强力推动本质安全提升，推进自动化改造，取得了一定的成效。而且，《化工过程安全管理导则》（AQ/T 3034-2022）还将“本质更安全”作为20个要素中的一个独立要素，这是我们这么多年反思与提升的结果。

  但笔者在企业检查时，还是常听到企业陪同人员自信地说：“岗位操作工都干了10多年了，手动比自动化控制还可靠，不会发生失误的。”这种盲目自信，寄希望操作不犯错误的做法，暴露了企业对本质安全设计的不重视。

  什么叫本质更安全的设计？也就是要按照最小化、替代、缓和、简化四原则进行设计。借用博帕尔泄漏事故作个参照，就是：储存或使用更少的MIC，即便泄漏也可以管控在安全的范围内；采用其他低毒化学品替代MIC，让泄漏变得并不可怕；采用更加缓和的工艺，让生产的全部过程更加平和；采用简化的操作程序或设备，使得即便操作失误，也不可能会发生阀门内漏入储罐的情况。

  首先，是最小化原则。企业可通过优化工艺、提升生产运行管理、优化供应商管理、加强销售管理，减少危险有害物料的在线量，降低危险物料的库存。博帕尔事故未遵循“最小化”的本质安全原则，在满足工艺技术方面的要求的前提下，最好能够降低工艺系统内危险化学品的存储量。

  最小化原则的重要应用之一是反应器的选择。目前，被广泛推广应用的微通道反应器、管式反应器，就很好遵循了最小化原则。这类反应器通常体积小，具有较大的比表面积与体积比，意味着在反应过程中产生的热量能够更快地传递和散发，降低了热量积累和温度上升的风险。

  储存和输送的物料也应满足最小化原则。因为储存设备和输送管线是发生泄漏的重要危险源，所以必须确认危害性原料或中间产物的最小储存量。尤其应采取一定的措施，尽可能的避免储存和运输具有危害性的中间产物或副产物。如：生产丙烯腈流程的副产物氢氰酸直接作为其它生产单元的原料，从而消除了对氢氰酸的储存。

  其次，是替代原则。即尽量采用无毒或毒性小的化学品替代毒性大的化学品。博帕尔事故中，MIC是该厂生产的基本工艺过程中的中间产物，在工厂设计阶段，可优先考虑其他工艺路线，以此避免产生如此毒性的中间产物。当时，已有两家类似的工厂采用了其他替代的工艺路线，成功避免了在工艺过程中产生MIC。

  替代原则主要考虑对反应物和溶剂的替代。通过采用新原料、改变反应路线、开发新型技术、实现对危害反应物（或反应路径）的替代。反应物替代有以下3个方面：

  反应物选择。可借助化学品理化特性数据库,将可燃、有毒或高毒的物质用不易燃、无毒或低毒的物质替代等,来限制或减少危害;

  反应条件。通过采用新工艺路线，规避产生危险的中间产物或危险原料,或用催化剂等有效化学剂来降低副反应危害,改善条件苛刻度;

  反应路线。通过种种试验优化过程工艺,促使反应介质浓度、温度和压力降低,从而缓和反应条件。如：氨氧化过程生产丙烯腈，以氨和丙烯代替乙炔和氰化氢作为原料，消除危害性原料氰化氢；用碳四原料生产烷基化汽油，采用固体酸催化剂代替氢氟酸，消除了危害性原料氢氟酸。

  再次，是缓和原则。博帕尔事故中泄漏的MIC，其沸点为39.1 ，很容易气化，因此，工艺设计时采用了冷冻系统。这遵循了本质安全的第三原则——缓和原则，但令人遗憾的是，事故发生前冷冻系统被人为停用了。

  “缓和”一般会用物理和化学两种方式，前者包括稀释、制冷等，后者则通过化学方法改良苛刻的过程条件。沸点较低的物质常储存于压力系统中，通过用高沸点溶剂进行稀释降低系统压力,发生泄漏时可大大降低泄漏速率。如果过程允许，应在稀释状态下储存和操作危害性物质，如：氨水代替液氨、盐酸代替氯化氢、稀释的硫酸代替发烟硫酸等。稀释系统还可应用于缓和反应速率、限制最高反应温度等方面。

  最后，是简化原则。企业应尽可能简化工艺流程及操作方法,减少人为失误的概率。简单的工艺、设备和系统往往具有更高的本质安全性,因为简单的工艺、设备所包含的部件较少,能够大大减少失误。

  企业要消除不必要的复杂性，使工厂和生产的全部过程更容易设计、建造和操作，降低操作错误发生的可能性；开展容错设计，使其不易发生设备、控制和人为故障。如：强化反应器设计，能够减少复杂的安全保护装置。反应器设计压力若能大于反应失效时的最大压力，则不需要超压安全联锁装置，同时有效减小泄放系统的尺寸，从而使过程设备简化，但前提是要充分理解失效条件下的反应机理、热力学和动力学特性并进行评价。

  需要注意的是，本质安全的四个原则在应用时很难同时得到满足，需要结合过程失效机理进行权衡，深入研究综合评价方法作为决策的重要支撑。

  例如：将1个进行复杂反应的间歇反应器分解成3个较小的反应器完成，能减小单个反应器的复杂性，减少物料流股间的交互作用，但分解后反应器个数增加，且中间产物的属性及输送也会增大过程的复杂性，与最小化原则相比，恰为相反的过程。

  同时，本质安全原则的应用有赖于新型过程和技术的开发，如新材料、新技术、新工艺、新设备、新型反应路径、新型催化剂等。建议企业应定期跟踪同类企业、同类装置在本质更安全方面的最佳工程实践，并逐步应用，实现装置的本质更安全。