汪侃， 明楊， 時婷婷

(1.上海海事大學海洋科學與工程學院， 上海 201306； 2.國家電投集團科學技術研究院， 北京 102209)

全球制造業(yè)在新材料領域制定了相應規(guī)劃，全面加強研究和開發(fā)，在生產(chǎn)、市場、環(huán)境等不同層面出臺相應政策，如《先進制造業(yè)國家戰(zhàn)略計劃》等計劃進一步加大國家對新材料創(chuàng)新生產(chǎn)的扶持[1]。在中國，以中小型民營企業(yè)為代表的區(qū)域型特色經(jīng)濟體在構建長江經(jīng)濟帶發(fā)展進程中發(fā)揮重要作用。諸多中小型新興民營企業(yè)在新材料產(chǎn)品的生產(chǎn)與加工環(huán)節(jié)尚未建立可靠的安全管理機制，在應對突發(fā)事件時無法采取有效的風險控制措施，導致此類新興企業(yè)在運營過程中存在事故風險隱患。據(jù)統(tǒng)計，僅浙江省于2019年內(nèi)各中小型民營企業(yè)發(fā)生安全生產(chǎn)事故1 463起，造成死亡1 292人和受傷593人。2020年，浙江省全年發(fā)生同類型的安全生產(chǎn)事故1 141起，造成死亡1 005人。由此可見，新興企業(yè)在新材料生產(chǎn)和加工過程中所誘發(fā)的安全事故，將造成慘重后果，嚴重影響區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和社會安定。

新材料在生產(chǎn)和加工環(huán)節(jié)中的事故風險源為作業(yè)過程中人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)。對此，胡延超等[2]以明確工藝危險分析作為過程安全管理的核心內(nèi)容為目標，對熱電廠液氨儲存過程設備進行危險源識別，提出了減少生產(chǎn)過程危險因素的方法。成連華等[3]分析“人-機-環(huán)” 評價指標體系的不足，提出基于結構效應的風險評價指標體系。田殊馳[4]運用道化學法分析化工企業(yè)危險化學品的危險因素和重大危險源，提出相應安全管理建議。張子為[5]研究發(fā)現(xiàn)材料生產(chǎn)企業(yè)的風險管控薄弱環(huán)節(jié)，通過實地案例分析與風險評估提出管理措施。申嘉輝等[6]依據(jù)指標體系建立原則，建立影響企業(yè)安全狀況的四大指標即“環(huán)境、人員素質(zhì)、綜合管理、?；泛驮O備”，通過層次分析與模糊數(shù)學綜合評判方法定性、定量分析企業(yè)作業(yè)過程的安全狀況。尹柯等[7]為更好地研究不同評估方法在安全防范系統(tǒng)的應用，分析了各類方法的特點和成效，探討風險評估方法在城市企業(yè)安全領域的價值。Chen等[8]研究發(fā)現(xiàn)，安全風險已成為中國材料化工行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的巨大障礙，研究比較了歐洲與化學品安全的相關法律、法規(guī)、準則、標準和措施，通過對比中國和歐洲化學工業(yè)、化學事故、安全立法和措施，系統(tǒng)論述當前中國企業(yè)材料化學安全存在的問題。Nwankwo等[9]研究材料加工業(yè)中多數(shù)事故的根本原因歸因于過程安全問題，包括不良安全文化，缺乏溝通，資產(chǎn)完整性問題，缺乏管理領導和人為因素。Ferjencik[10]針對中小型材料加工企業(yè)，將基本安全管理描述為與基本風險控制保持對安全開放性的活動的組合，使用四個里程碑和三個規(guī)則來獲得必要和足夠的控制措施選擇，這將使風險達到可接受的水平。Aneziris等[11]以材料生產(chǎn)裝置為例，在歐洲項目“安全關鍵活動的全面運營管理”中制定了基本框架。Oberholff等[12]認為在材料生產(chǎn)過程中選擇低風險的工藝步驟、化學品和適當設備，可降低潛在的事故風險。當前，結合新興企業(yè)實際生產(chǎn)過程構建安全管理機制的研究尚不足，依舊存在此類企業(yè)危險源辨識不明晰，風險因素掌握不全面，分析手段局限等問題。進而導致無法判定實際新興材料企業(yè)在生產(chǎn)過程中的安全管理與風險控制狀況。

以浙江省某新興有機絕緣材料企業(yè)為研究對象，結合企業(yè)實地調(diào)研掌握的數(shù)據(jù)資料，根據(jù)“人-機-環(huán)-法-管”管理模型由多角度開展針對性的危險源辨識，基于道化學火災爆炸危險指數(shù)(fire and explosion index,F&EI)評價分析法對該企業(yè)生產(chǎn)與加工環(huán)節(jié)進行事故風險評價，綜合定性與定量分析結果，從管理、技術、應急預案等多層面提出系統(tǒng)性的管控措施，研究結果預期對區(qū)域中小型新材料經(jīng)營企業(yè)的事故隱患排查、降低事故風險、提高應急水平和保障員工安全提供科學參考。

1 新材料生產(chǎn)流程與危險源分析

1.1 新材料生產(chǎn)物料的危險性分析

研究涉及的新興有機絕緣材料企業(yè)占地面積3.4×104m2，以云母材料為主要生產(chǎn)加工對象，涵蓋云母板、云母帶、電阻絲發(fā)熱元件等材料。生產(chǎn)與加工車間外側安裝兩臺干式除塵機、一臺蓄熱式焚燒爐(regenerative thermal oxidizer，RTO)，RTO蓄熱回收有機廢氣，用于處理生產(chǎn)線產(chǎn)生的揮發(fā)性有機物(volatile organic compounds，VOCs)。生產(chǎn)車間西側為儲藏倉庫，放置甲苯、丙酮、異丙醇與KD-L 212導熱油積碳清洗劑(油性)等化工原料。廠區(qū)內(nèi)正在修建新的臥式地埋罐，數(shù)量為八個，準備用于儲藏上述化工物料。企業(yè)辦公樓宇、會議樓、食堂等位于生產(chǎn)廠房北側。實地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，云母作為該新興企業(yè)經(jīng)營的新材料，在生產(chǎn)加工過程中的物料使用和儲存存在嚴重安全紕漏?；诖耍槍υ撔虏牧仙a(chǎn)物料開展有效危險源辨識是預防事故風險的基礎和保障企業(yè)正常運轉(zhuǎn)的必要前提。

云母制品在生產(chǎn)加工過程中需要使用樹脂膠溶液進行上膠處理，在這一環(huán)節(jié)中，所用到的溶劑為甲苯。甲苯是一種無色、帶特殊芳香味的易揮發(fā)液體。在對云母帶和云母板進行上膠處理的生產(chǎn)過程中需加熱至200 ℃以上，大量甲苯分子相變?yōu)闅鈶B(tài)揮發(fā)性物質(zhì)進入車間內(nèi)。甲苯高度易燃，無法用水澆滅，其蒸氣與空氣混合形成爆炸性混合物，遇明火能引起爆炸。由于甲苯相對蒸氣密度大，泄漏后以重氣擴散的形式蔓延至較遠處。甲苯屬于第三類第2項中閃點易燃液體，當企業(yè)生產(chǎn)單元、儲存單元內(nèi)存在甲苯量超過500 t時，視為重大危險源。

云母生產(chǎn)過程中所使用的另一種有機合成原料為丙酮，同時該物料還作為加工環(huán)節(jié)使用的稀釋劑和清洗劑。丙酮屬于一類無色透明有特殊的辛辣氣味，易燃、易揮發(fā)液體。丙酮高度易燃，無法用水澆滅，遇高溫、明火極易發(fā)生爆炸。丙酮發(fā)生泄漏后同樣屬于重氣擴散，為第三類第1項低閃點易燃液體。當生產(chǎn)單元、儲存單元內(nèi)存在丙酮量等于或超過500 t時，視為重大危險源。

云母自身帶有表面親水特性，其界面與塑料、橡膠等高分子材料的界面性質(zhì)不同，相容性差，難以在基質(zhì)中分散均勻，直接大量添加容易劣化材料的性能，不利于發(fā)揮云母的優(yōu)勢特性，因此需要對云母進行改性，以期更好地發(fā)揮云母的特性，同時保持材料的其他性能。為通過共沉淀法改性云母材料，該企業(yè)基于異丙醇鈦、無水乙醇等起始原料，獲得粒徑為0.23 μm的二氧化鈦并包覆在云母表面上。這一過程中涉及異丙醇的使用和儲存，該物料是一種無色透明具有乙醇氣味的易燃性液體。具有高度易燃，用水滅火無效，其蒸汽與空氣混合形成爆炸性混合物，遇明火、高熱能引起爆炸。

1.2 工藝過程危險性分析

在生產(chǎn)和加工以云母為新材料的過程分為云母上膠、烘干、VOCs處理、云母板或帶切割等環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)中涉及的危險因素分析如下。

(1)上膠過程中，涂料膠水由甲苯、異丙醇和膠水調(diào)制。甲苯和異丙醇的含量均超過50%，而上膠機完全暴露于空中，甲苯與異丙醇蒸發(fā)的氣體在周圍擴散，具有刺激性氣味，造成嚴重的環(huán)境危害。

(2)烘干過程中，云母紙在上膠后通過履帶送入烘干機。由于甲苯沸點為110.6 ℃，異丙醇沸點82.45 ℃，而烘干機內(nèi)溫度約為120 ℃，以保證多余甲苯、異丙醇蒸發(fā)，其蒸汽與空氣混合后遇明火高溫極易爆炸，發(fā)生重大生產(chǎn)事故。

(3)烘干機內(nèi)的甲苯與異丙醇氣體通過管道，進入RTO中進行焚燒。隨后，熱量通過導熱油送回烘干機器中持續(xù)供熱。導熱油再次進入RTO，利用廢棄燃燒產(chǎn)生熱量升溫，再回到工作車間，以此循環(huán)。導熱油在受熱后體積膨脹率遠大于水，膨脹效果明顯，如果有裂縫或開關未關閉。當溫度高于70 ℃時，導熱油與空氣中氧氣接觸會強烈氧化，產(chǎn)生積碳，積碳累積堵塞管道，導致熱量不易散出，壓力增大，發(fā)生爆炸，嚴重時甚至引爆甲苯與異丙醇蒸汽混合氣體，進而二次引燃導熱油，擴大傷害范圍。

(4)上膠后，云母帶切割成段與壓制后的云母板，按定制需求切割過程產(chǎn)生大量碎屑粉塵而懸浮。車間內(nèi)無機械通風設施，只有房屋頂部自然通風，空氣流動速率低，長期于此易發(fā)生粉塵爆炸事故。

1.3 潛在事故隱患因素分析

新興企業(yè)生產(chǎn)加工過程中的潛在危險源出現(xiàn)屬于難易觸發(fā)條件，決定事故發(fā)生可能性大小，包括物的不安全狀態(tài)、人的不安全行為以及管理缺陷等三方面因素。對于物的不安全狀態(tài)，歸納為無靜電消除裝置、無防護罩、機器操作配置不安全、作業(yè)車間通風不良、地面濕滑、儲存方法不規(guī)范。人的不安全行為包括操作失誤、忽視安全、忽視警告；行為造成安全裝置失效；在不安全的位置操作；手代替工具操作；未使用或未正確使用個人防護用品。該新興企業(yè)上層追求更高效的生產(chǎn)目標，而通過質(zhì)量文化體系可看出企業(yè)對安全的重視程度較存在明顯不足。安全管理需要領導重視，管理落實，員工遵守，即使員工沒有按要求做到，也應有管理人員及時提醒和教育。企業(yè)在車間內(nèi)有現(xiàn)場生產(chǎn)管理人員巡視，但車間管理人員自身也未按要求穿戴防護用具，存在監(jiān)管不嚴現(xiàn)象。

2 基于F&EI的事故風險評價

研究所用方法F&EI旨在依據(jù)事故統(tǒng)計資料、物質(zhì)潛在能量和當前安全措施[13]，量化潛在事故的預期損失，對單元中的工藝設備設施和所含物料的潛在火災爆炸和反應危險進行定量分析，確定可能發(fā)生事故的設施設備。其中，物質(zhì)系數(shù)(matter coefficient,MF)為涉及物質(zhì)的內(nèi)在特征，描述發(fā)生化學反應造成的火災爆炸所產(chǎn)生的能量。選擇新興企業(yè)材料生產(chǎn)加工過程中所涉及的甲苯、丙酮和異丙醇三種物質(zhì)各自的存儲與輸送系統(tǒng)作為評價對象，將整個企業(yè)劃分為三個單元進行評價。如表1所示，根據(jù)選擇各工藝單元內(nèi)危險性最高的物質(zhì)，再選取單元內(nèi)最高工藝參數(shù)進行計算，進而對整個單元最大危險性程度開展評價，確定危險等級，判定可接受度。火災爆炸危險指數(shù)IFe計算公式為

表1 火災爆炸危險指數(shù)單元劃分Table 1 Unit partition of F&EI

IFe=FmF3

(1)

F3=F1F2

(2)

式中：Fm為單元中重要物質(zhì)的物質(zhì)系數(shù)；F3為單元工藝危險系數(shù)；F1為一般工藝危險性系數(shù)；F2為特殊工藝危險性系數(shù)。

一般工藝危險性系數(shù)F1為確定事故危險程度的主要因素，包括吸熱反應、物料運輸?shù)攘鶄€方面。針對甲苯、丙酮、異丙醇三種物質(zhì)各自的地埋罐及輸送系統(tǒng)為單元進行系數(shù)值選取，如表2所示。

表2 一般工藝危險系數(shù)取值Table 2 Coefficient of general industrial technology hazard

特殊工藝危險性系數(shù)F2為導致事故發(fā)生的主要原因，包括低溫、明火設備、轉(zhuǎn)動設備等12項工藝條件。其中，毒性物質(zhì)的危險系數(shù)為0.2NH，故系數(shù)取值為甲苯0.4、丙酮0.2、異丙醇0.2。對于易燃性NF都為3的甲苯、丙酮、異丙醇地埋罐，在液體泵出或突然冷卻時可能進入空氣，危險系數(shù)均取0.5。三個單元皆有儲存的易燃液體，單個罐體儲存物質(zhì)容量為160.0 m3。利用總能量與危險系數(shù)的對應方程計算本項系數(shù)，得丙酮危險系數(shù)Y=0.46，甲苯危險系數(shù)Y=0.47，異丙醇危險系數(shù)Y=0.42。三個單元腐蝕速率按照小于0.127 mm/a，取值為0.2。三個單元皆存在抽取泵，系數(shù)皆為0.5。綜上，物質(zhì)特殊工藝危險系數(shù)F2的取值如表3所示。

表3 特殊工藝危險系數(shù)取值Table 3 Coefficient of special industrial technology hazard

綜合F&EI方法下對一般工藝系數(shù)F1和特殊工藝危險系數(shù)F2對單元危險性進行定量分析，以各單元火災爆炸危險指數(shù)確定其危險等級。依據(jù)F&EI中的標準，將火災爆炸危險等級分最輕(1～60)、較輕(61～96)、中等(97～127)、重大(128～158)、非常大(>159)。由式(1)和式(2)得到該新興企業(yè)新材料生產(chǎn)和加工過程中，甲苯與丙酮儲存和輸送單元的危險等級均為“非常大”，異丙醇儲存和輸送單元的危險等級為“重大”，如表4所示。

表4 工藝危險系數(shù)和火災爆炸危險指數(shù)Table 4 Coefficient of industrial technology hazard and F&EI

生產(chǎn)加工過程中，各個危險單元形成事故危險后果將產(chǎn)生疊加效應，造成多米諾事故鏈。由公式

R=IFe×0.84×0.304 8

(3)

S=πR2

(4)

計算事故暴露面積結果顯示，暴露面積達到5 709.05 m2，暴露半徑達到42.64 m，若發(fā)生火災爆炸將波及相鄰一家機械制造企業(yè)。為此，亟需對該新興企業(yè)的材料生產(chǎn)與加工環(huán)節(jié)運行現(xiàn)狀采取針對性的安全管理措施，以降低事故風險。

3 風險控制改進措施與應急建議

3.1 基于F&EI結果提出安全措施補償

新材料生產(chǎn)企業(yè)在建造時需考慮基本設計要點，也應按實際情況采取安全措施。本研究涉及企業(yè)在云母材料生產(chǎn)與加工過程中，根據(jù)F&EI評價結果提出針對性安全措施，以提升該企業(yè)安全等級。安全補償措施由生產(chǎn)工藝控制、物質(zhì)隔離和防火措施三方面綜合構成，具體措施如表5和表6所示。

表5 工藝控制補償系數(shù)C1Table 5 Compensation coefficient C1 of industrial control

表6 物質(zhì)隔離補償系數(shù)和防火措施補償系數(shù)Table 6 Compensation coefficient of material isolation and fire protection

綜合該新興企業(yè)生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)內(nèi)的工藝控制安全修正系數(shù)C1、物質(zhì)隔離安全修正系數(shù)C2和防火措施補償系數(shù)C3，可確定總體的安全補償系數(shù)C為0.48。通過安全措施補償后結果顯示，新興企業(yè)生產(chǎn)加工過程中各評價單元的事故危險等級均降至“較輕”及以下。同時，該企業(yè)材料生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)中發(fā)生事故造成的最大危害區(qū)域降至1 315.73 m2。表明在絕緣材料企業(yè)生產(chǎn)過程中，采用針對性的風險管控措施可有效降低事故影響范圍，如表7所示。

表7 新興材料企業(yè)風險評價結果Table 7 Risk assessment of emerging material enterprise

3.2 安全文化建設與風險防控技術

基于新興有機材料生產(chǎn)企業(yè)實地調(diào)研、定性分析和F&EI定量評價后，提出安全文化建設的建議。

(1)樹立正確的安全文化理念，建立“以人為本”的安全生產(chǎn)價值觀。日常培訓中引導員工明晰安全生產(chǎn)離不開任何一名員工的參與。在具體作業(yè)時落實預防措施，如開機前提前檢查機器周圍環(huán)境、儲藏危險有毒化學品時做好防止泄漏的準備、烘干機廢氣管道做好安全防護、RTO焚燒爐確保做好導熱油積碳定期清理、備好突發(fā)性事故安全對策。

(2)建立安全會議制度。在每天開工前開會提醒員工注意的安全事項；每周總結性開會評議本周安全工作；每個月全體員工一起分享安全作業(yè)經(jīng)驗或發(fā)生危險操作后的反思；每年全職工、領導共同展開一次安全討論會議，獎勵安全績效突出者，激勵其他員工主動學習，主動防范，有效減少事故發(fā)生。

(3)健全安全管理制度，落實安全生產(chǎn)責任制。各級在管理生產(chǎn)的同時必須照顧到安全，各類人員在生產(chǎn)中都有相應的責任，且全員應該實現(xiàn)標準化管理。

針對新興企業(yè)風險防控技術包括以下幾方面。

(1)防靜電。車間地面使用導靜電地板，天花板選用抗靜電材料。人員進入車間前需要按規(guī)定使用靜電消除設備.在車間內(nèi)工作時需按照要求穿戴防靜電服裝，防靜電靴等防護用品。車間內(nèi)上膠機、烘干機、切割機、壓制機和車間外RTO焚燒爐等設備的連接管道，除并列管道可串聯(lián)外，其余都應單獨與接地體或接地干線直接相連。云母粉塵收集袋式集塵設備的金屬絲接地端應直接接地。各地埋罐的接地點不少于兩處且間距小于30.0 m，且與罐體底部對稱相接。在環(huán)境空氣干燥時，增加環(huán)境濕度，加快電荷轉(zhuǎn)移，如此不易形成靜電累積。

(2)防雷電。地埋罐應采取防雷接地，至少有兩個接地點，罐與地埋之上的管道相連并接地。廠房內(nèi)安裝接閃器，如避雷針等裝置。管道始、末端和分支處設置電阻不低于規(guī)定阻值的防雷電接地裝置。

(3)防火防爆。在烘干機入料口和出料口、切割機床上方增加機械排煙，將產(chǎn)生的有毒氣體與云母礦粉塵及時排出，避免積聚。有機物料的埋地儲罐分散至蔭涼通風處，同時保證密封性良好，進行定期檢查。倉庫門前禁止堆放雜物擋住消防通道。有機物與膠水混合時，易燃液體的容器要防止碰撞。嚴禁明火，管理員巡邏時要注意是否存在煙頭等可能導致引燃的危險源。上膠機的軸承要定期注油，防止摩擦起火。在車間工作的員工需按要求穿戴防護用品，嚴禁穿戴鐵質(zhì)工具避免產(chǎn)生電火花。定期檢查電線線路是否老化破損，及時修補更換。

(4)防泄漏。安裝氣體檢測裝置，對有機物泄漏及時做出報警。地埋罐中安裝液位檢測系統(tǒng)，當出現(xiàn)異常液位變化時及時報警提醒。定期檢查閥門、管道連接處有無腐蝕或破損，若發(fā)現(xiàn)即處理。

(5)消防。按照標準配備消防器材，定期檢查消防器材、火災自動報警系統(tǒng)和水噴淋系統(tǒng)是否運轉(zhuǎn)正常。

3.3 事故應急處置的建議

若發(fā)生意外情況須及時根據(jù)現(xiàn)場事故應急預案做出響應，以減少事故中人員傷亡和財產(chǎn)損失。

(1)按照廠區(qū)實際情況制定有機物化學品泄漏應急預案、火災爆炸應急預案、臺風應急預案等。預先規(guī)劃人員應急疏散路徑，成立應急救援小組，每年進行兩次以上演練。

(2)當甲苯、丙酮、異丙醇或?qū)嵊桶l(fā)生泄漏時，立即停止生產(chǎn)作業(yè)，依照應急預案處理。

(3)將有機絕緣材料企業(yè)周圍的其他加工生產(chǎn)企業(yè)救援資源進行信息錄入，以便查詢和統(tǒng)計。

(4)更新通信設備并定期檢查，確保使用無故障，保持與消防等應急部門的聯(lián)系。

4 結論

以某新興有機絕緣材料企業(yè)為例，對浙江省某新興企業(yè)生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)開展系統(tǒng)性綜合事故風險評價，提出針對性的風險管控措施和應急處置建議，得到以下三方面的研究結論。

(1)針對某新興有機絕緣材料企業(yè)進行結合實地調(diào)研，對該企業(yè)生產(chǎn)加工車過程開展綜合危險源辨識。由生產(chǎn)物料危險性角度確定主要危險物質(zhì)為云母上膠所用的甲苯、丙酮和異丙醇。從工藝過程危險性角度明確靜電或明火引起粉塵爆炸或有機物蒸汽與空氣混合形成的混合蒸汽，導熱油與空氣接觸后形成積碳堵塞管道，導致管道爆裂等。

(2)通過F&EI法定量分析獲知新興企業(yè)生產(chǎn)加工過程中的危險單元為甲苯與丙酮儲存和輸送單元，事故危險區(qū)域為5 709.05 m2。通過提出針對性的安全管理措施后，事故風險等級下降至“較輕”及以下，事故危險區(qū)域縮小至1 315.73 m2。

(3)從安全文化建設、風險防控技術、事故應急處置多方面提出新興有機材料生產(chǎn)企業(yè)的事故風險管控建議，力求降低各類事故的發(fā)生概率，切實為企業(yè)解決現(xiàn)實難題，保障新興化工企業(yè)的運行安全。