特種設(shè)備安全防護(hù)體系的初步構(gòu)建與應(yīng)用研究

＊王霞 張昱 劉俞辰 李強(qiáng) 王威 毛翔虎

（內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院 內(nèi)蒙古 010051）

特種設(shè)備涉及生命安全、危險(xiǎn)性較大，共包括八大類設(shè)備。其中，鍋爐、壓力容器（含氣瓶）、壓力管道屬于承壓類特種設(shè)備；電梯、起重機(jī)械、客運(yùn)索道、大型游樂設(shè)施和場(chǎng)（廠）內(nèi)專用機(jī)動(dòng)車輛，屬于機(jī)電類特種設(shè)備[1]。這些特種設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)和民用領(lǐng)域中占有極為重要的地位，關(guān)系著人民群眾的生命、財(cái)產(chǎn)安全。近年來，隨著工業(yè)生產(chǎn)和民用特種設(shè)備建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，國(guó)家對(duì)公共安全管理、風(fēng)險(xiǎn)防控與應(yīng)急技術(shù)裝備的日益重視，深入研究特種設(shè)備安全防護(hù)技術(shù)的迫切性日益突出。目前，我國(guó)特種設(shè)備安全防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，安全性、可靠性的基礎(chǔ)理論研究和標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，還需要進(jìn)一步健全與完善。本文依托“特種設(shè)備安全防護(hù)系統(tǒng)功能安全保障關(guān)鍵技術(shù)研究”項(xiàng)目課題一“特種設(shè)備安全防護(hù)系統(tǒng)故障模式及預(yù)防關(guān)鍵技術(shù)研究”，借鑒功能安全評(píng)估理論的思想，以承壓類設(shè)備為例，從以下幾方面進(jìn)行闡述：特種設(shè)備安全防護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀、功能安全評(píng)估理論簡(jiǎn)介、特種設(shè)備安全防護(hù)體系的初步構(gòu)建及承壓類設(shè)備安全防護(hù)系統(tǒng)示例。

1.特種設(shè)備安全防護(hù)技術(shù)現(xiàn)狀

目前，我國(guó)特種設(shè)備總體運(yùn)行平穩(wěn)，但仍有安全生產(chǎn)事故發(fā)生。據(jù)國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局關(guān)于2020年全國(guó)特種設(shè)備安全狀況的通告[2]，承壓類設(shè)備（鍋爐、壓力容器、氣瓶、壓力管道）事故的主要特征是爆炸、泄漏著火等；事故發(fā)生的主要原因有：設(shè)備缺陷或安全附件失效；違章作業(yè)或操作不當(dāng)。

對(duì)于承壓類設(shè)備，要構(gòu)建一整套安全防護(hù)技術(shù)保障體系，不僅是緊急停車系統(tǒng)、燃燒器管理系統(tǒng)、火災(zāi)和氣體安全系統(tǒng)、高完整性壓力保護(hù)系統(tǒng)等以安全保護(hù)和抑制減災(zāi)為目的的安全儀表系統(tǒng)（SIS）[3]，還需要完善各項(xiàng)安全管理制度和日常安全操作規(guī)程，把人為的因素綜合考慮進(jìn)去，才能真正實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。

2.功能安全簡(jiǎn)介

功能安全的概念最早用于電氣安全相關(guān)系統(tǒng)，是保障安全生產(chǎn)的重要措施。功能安全通過安全儀表系統(tǒng)功能的可靠執(zhí)行來保證生產(chǎn)安全。功能安全的相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)有國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)IEC61508和IEC61511（適于石油、化工等過程工業(yè)）等；目前我國(guó)等同采用的是GB/T 20438-2017《電氣/電子/可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全》和GB/T 21109-2007《過程工業(yè)領(lǐng)域安全儀表系統(tǒng)的功能安全》兩個(gè)推薦性標(biāo)準(zhǔn)[4-6]。

功能安全是一種基于風(fēng)險(xiǎn)分析的安全技術(shù)和管理理論，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是實(shí)施前提，安全完整性等級(jí)是其技術(shù)體現(xiàn)，安全生命周期是功能安全管理的方法[6]。是貫穿安全生產(chǎn)全生命周期的系統(tǒng)分析方法[4]。

因此，基于風(fēng)險(xiǎn)的功能安全理論，對(duì)特種設(shè)備安全防護(hù)技術(shù)同樣適用。下面以承壓類設(shè)備為例，闡述特種設(shè)備安全防護(hù)系統(tǒng)的初步構(gòu)建過程。

3.特種設(shè)備安全防護(hù)體系的初步構(gòu)建

要構(gòu)建一套完整的特種設(shè)備安全防護(hù)體系，需要明確受控對(duì)象即：具體的特種設(shè)備，分析其風(fēng)險(xiǎn)，并明確與之對(duì)應(yīng)的安全防護(hù)措施。這是將功能安全理論應(yīng)用于特種設(shè)備安全防護(hù)系統(tǒng)的必要基礎(chǔ)條件。結(jié)合企業(yè)調(diào)研，參考目前我國(guó)特種設(shè)備行業(yè)安全防護(hù)技術(shù)相關(guān)的法規(guī)條文等內(nèi)容，具體說明如下。

(1)明確防護(hù)對(duì)象(受控特種設(shè)備)

按《特種設(shè)備目錄（2014年第114號(hào)）》壓力容器（即承壓設(shè)備）分為固定式容器、移動(dòng)式容器和氣瓶、氧艙四類。

(2)危險(xiǎn)源辨識(shí)及其種類劃分

目前，國(guó)內(nèi)并無危險(xiǎn)源分類的相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。危險(xiǎn)源劃分多數(shù)參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13861-2009《生產(chǎn)過程危險(xiǎn)和有害因素分類與代碼》，將其按照導(dǎo)致事故和職業(yè)危害的直接原因分為六類：物理性、化學(xué)性、生物性、心理和生理性、行為性及其他危險(xiǎn)源。部分學(xué)者按照在事故發(fā)生、發(fā)展中的作用，將危險(xiǎn)源劃分為：第一類危險(xiǎn)源，生產(chǎn)過程中存在的、可能發(fā)生意外釋放的能量或危險(xiǎn)物質(zhì)；第二類危險(xiǎn)源，導(dǎo)致能量或危險(xiǎn)物質(zhì)的約束、限制措施破壞及失效的各種因素[7-11]。

特種設(shè)備，尤其是承壓類特種設(shè)備，其工作介質(zhì)蘊(yùn)含能量高，危險(xiǎn)性較大。本文提出一種新的危險(xiǎn)源劃分方法，即：將含有各種能量的物質(zhì)，都?xì)w類為含能物質(zhì)。危險(xiǎn)源總體分為含能物質(zhì)、毒性物質(zhì)、窒息物質(zhì)和其它四類。

(3)危險(xiǎn)及危害種類的劃分

根據(jù)上述危險(xiǎn)源分類方法，我們將危險(xiǎn)分為三類：能量的意外釋放；毒性物質(zhì)泄漏擴(kuò)散；窒息物質(zhì)聚集。其中，能量的意外釋放又分為：爆炸、著火、高（低）溫物質(zhì)外泄或暴露、化學(xué)品侵逸出或暴露、物體運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)件外露等等14類。

筆者對(duì)特種設(shè)備安全防護(hù)技術(shù)涉及的危害種類劃分，主要參考GB6441-1986《企業(yè)職工傷亡事故分類》中的20種類別。該標(biāo)準(zhǔn)劃分的危害種類較多，標(biāo)準(zhǔn)制定時(shí)間較早，近40年時(shí)間內(nèi)仍在沿用，并未修訂。對(duì)于特種設(shè)備而言，該標(biāo)準(zhǔn)中的一些事故分類并不存在，如冒頂片幫、透水、放炮等。有些事故分類有交叉。從特種設(shè)備安全防護(hù)系統(tǒng)理論體系建設(shè)和故障模型建立的角度，特種設(shè)備宜有專門的事故類型劃分。

(4)危害原因

對(duì)危害原因的分類，基本參照了GB/T 13861-2009《生產(chǎn)過程危險(xiǎn)和有害因素分類與代碼》的分類方法，從“人、機(jī)、料、法、環(huán)”幾方面進(jìn)行劃分。此處不再贅述。

(5)安全防護(hù)措施

特種設(shè)備安全防護(hù)系統(tǒng)的落腳點(diǎn)，即安全防護(hù)措施。上述所有的危險(xiǎn)源、危險(xiǎn)危害種類劃分，目的就是找到與之對(duì)應(yīng)的合理的安全防護(hù)對(duì)策措施。從功能安全的角度，結(jié)合事故演化的規(guī)律，安全防護(hù)措施可分為防止措施、減緩措施，以及必要的程序安全措施和個(gè)體防護(hù)措施。特種設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造和選材等內(nèi)容，不在安全防護(hù)措施范圍內(nèi)，即默認(rèn)設(shè)備的初始設(shè)計(jì)安全。

防止措施，是指主動(dòng)防止危險(xiǎn)發(fā)生所采取的一系列措施，例如壓力、溫度、液位等報(bào)警聯(lián)鎖設(shè)施，包含受DCS遠(yuǎn)程控制的帶報(bào)警的溫度指示儀表，當(dāng)溫度超限時(shí)，即可采取相應(yīng)措施；還包括緊急停車系統(tǒng)等等。

減緩措施，譬如緊急泄壓的安全閥、爆破片或易熔塞等安全附件，當(dāng)防止措施不能完全控制危險(xiǎn)事件的發(fā)生時(shí)，所采用的安全防護(hù)措施，可降低事故的危害后果。

除設(shè)備、設(shè)施安全，還應(yīng)充分考慮人的因素，即程序安全措施和個(gè)體防護(hù)措施。

程序安全措施包括：日常維護(hù)和保養(yǎng)的基本程序以及特種設(shè)備相關(guān)操作人員、管理人員應(yīng)執(zhí)行的安全準(zhǔn)則、作業(yè)規(guī)程，以及應(yīng)急預(yù)案和應(yīng)急演練的相關(guān)內(nèi)容。

個(gè)體防護(hù)措施是危害發(fā)生后，使相關(guān)人員盡可能避免受到傷害所需采取的措施。不僅包括一般的生產(chǎn)勞動(dòng)保護(hù)措施，還包含一些特殊工藝或工段應(yīng)具備的相關(guān)保護(hù)措施，如化工企業(yè)廣泛使用的工作服、安全帽、防砸鞋等，易燃易爆工段需要配備的便攜式氣體探測(cè)儀，等等。此部分內(nèi)容參照了GB/T 29639-2020《經(jīng)營(yíng)單位生產(chǎn)安全事故應(yīng)急預(yù)案編制導(dǎo)則》和AQ/T 9011-2019《生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)單位安全事故應(yīng)急預(yù)案評(píng)估指南》等規(guī)范的內(nèi)容[12]。

4.特種設(shè)備安全防護(hù)體系構(gòu)架及示例

(1)特種設(shè)備安全防護(hù)體系初步框架

借鑒功能安全理念分析特種設(shè)備安全防護(hù)系統(tǒng)，從明確防護(hù)對(duì)象（受控設(shè)備）開始，以不同能量類別區(qū)分危險(xiǎn)源，分析風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)（危險(xiǎn)源）和危險(xiǎn)有害因素，按照事故發(fā)展、演變過程，對(duì)應(yīng)不同等級(jí)的安全防護(hù)措施。通過企業(yè)實(shí)地調(diào)研，收集了八大類中典型特種設(shè)備的安全防護(hù)技術(shù)數(shù)據(jù)，以思維導(dǎo)圖的方式，繪制了特種設(shè)備安全防護(hù)體系的初步框架，見圖1。

圖1 特種設(shè)備安全防護(hù)系統(tǒng)的初步框架示意圖（部分）

(2)特種設(shè)備安全防護(hù)體系示例

作者調(diào)研、分析了八大類典型特種設(shè)備的安全防護(hù)技術(shù)數(shù)據(jù)，如燃煤鍋爐、氣化爐、合成塔、壓力管道、曳引式電梯、叉車、觀光車、客運(yùn)索道、游樂設(shè)施、門式起重機(jī)等，建立了各類特種設(shè)備安全防護(hù)系統(tǒng)的初步框架。因篇幅所限，這里僅以燃煤鍋爐為例。鍋爐的壓力能危險(xiǎn)源意外釋放導(dǎo)致爆炸傷害，從危害原因之一—物的不安全狀態(tài)分析其對(duì)應(yīng)的安全防護(hù)措施，如圖2、圖3所示。對(duì)于燃煤鍋爐，可采取的安全防護(hù)措施包括：

圖2 燃煤鍋爐壓力能危險(xiǎn)源導(dǎo)致的爆炸傷害及危害原因分析示例

圖3 燃煤鍋爐危害原因及安全防護(hù)措施示例

主動(dòng)防止措施（信號(hào)響應(yīng)型）：設(shè)置溫度、液位報(bào)警，高低壓報(bào)警、控制；設(shè)置緊急停車系統(tǒng)等。這些措施可避免爆炸傷害的發(fā)生。

減緩措施（機(jī)械液壓型）：設(shè)置安全閥等泄壓保護(hù)裝置?？蓽p輕爆炸傷害的損害。

程序安全措施：涉及日常操作、維護(hù)保養(yǎng)，包括：編制操作規(guī)程，定期培訓(xùn)；班組定期對(duì)壓力表、溫度表、液位計(jì)、閥門閥位進(jìn)行對(duì)照檢查；班組定期檢查安全附件；定期檢驗(yàn)設(shè)備本體、安全閥、壓力表等；企業(yè)建立應(yīng)急預(yù)案，定期組織培訓(xùn)，設(shè)專門應(yīng)急電話，安排專人24小時(shí)值班值守；設(shè)置視頻監(jiān)控系統(tǒng)等等。

個(gè)體防護(hù)措施：配備必要的勞動(dòng)防護(hù)用品，如工作服、安全帽、防砸鞋；佩戴護(hù)目鏡、防塵口罩等防護(hù)措施；設(shè)置事故應(yīng)急柜，配備：正壓式空氣呼吸器、安全繩、隔熱服、防燙手套等應(yīng)急物資。

燃煤鍋爐工作介質(zhì)為煤粉，易發(fā)生粉塵爆炸、粉塵污染等事故；因工作環(huán)境特殊，容易導(dǎo)致人員中毒、窒息、塵肺病和中暑危害的發(fā)生。這是鍋爐區(qū)別于其它特種設(shè)備的地方，針對(duì)這些危害的防護(hù)措施也應(yīng)配套。

5.結(jié)論

（1）本文借鑒功能安全評(píng)估理論的思想，通過采集、分析八大類典型特種設(shè)備的危險(xiǎn)源、危險(xiǎn)危害因素?cái)?shù)據(jù)及對(duì)應(yīng)的安全防護(hù)措施，搭建了特種設(shè)備安全防護(hù)體系的初步框架，并以承壓類設(shè)備燃煤鍋爐為例，具體說明了該安全防護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用。

（2）本文從能量釋放的角度，提出一種新的危險(xiǎn)源劃分方法，即：將含有壓力能、化學(xué)能、熱能、電能、聲能、動(dòng)能、勢(shì)能等的物質(zhì)，都?xì)w類為含能物質(zhì)。危險(xiǎn)源總體劃分為：含能物質(zhì)、毒性物質(zhì)、窒息物質(zhì)和其它四大類。

（3）在構(gòu)建特種設(shè)備安全防護(hù)體系的過程中，參考了國(guó)內(nèi)現(xiàn)行的相關(guān)法規(guī)條文，從特種設(shè)備安全防護(hù)理論體系建設(shè)和建立故障模型的角度提出，特種設(shè)備宜有專門的事故類型劃分，便于后續(xù)研究的開展。

（4）構(gòu)建和應(yīng)用以功能安全為基礎(chǔ)的特種設(shè)備安全防護(hù)體系，對(duì)企業(yè)安全生產(chǎn)管理（包括日常安全的自查、自檢）提供了有益的參考；同時(shí)為進(jìn)一步深入研究特種設(shè)備安全防護(hù)理論體系提供數(shù)據(jù)支持。

（5）今后我們還將進(jìn)一步探討特種設(shè)備安全防護(hù)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析的定量方法，采用定量分析法確定事故發(fā)生的可能性大小、頻率及事故造成后果的嚴(yán)重程度，從量的角度完善這一系統(tǒng)，使之具有可操作性，充分發(fā)揮安全防護(hù)技術(shù)在特種設(shè)備安全保障中的關(guān)鍵作用。