郭強之,黨文義,葛春濤,于安峰,慕云濤,劉金玲,王雅真

(1.化學品安全全國重點實驗室,山東青島 266104 2.中石化安全工程研究院有限公司,山東青島 266104 3.中石化國家石化項目風險評估技術(shù)中心有限公司,山東青島 266104)

0 前言

隨著我國法規(guī)要求日益嚴格,以及化工企業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的需要,經(jīng)濟和技術(shù)已不再是影響化工裝置工藝路線選擇的重要要素,而在工藝設(shè)計階段如何消除健康、安全和環(huán)境(HSE)危害、降低風險,成為化工企業(yè)普遍關(guān)心的問題。因此,在化工裝置工藝設(shè)計階段便開始關(guān)注HSE要素,盡量實現(xiàn)化工生產(chǎn)過程的本質(zhì)安全及健康,是化工裝置安全平穩(wěn)運行的重要保障[1]。就目前而言,化工領(lǐng)域本質(zhì)安全評估方法主要關(guān)注安全方面[2-5],對職業(yè)健康因素缺乏本質(zhì)化的評估方法,僅考慮職業(yè)危害識別和評估,無法從源頭上對職業(yè)健康風險提出應(yīng)對措施。因此,本文旨在建立一種基于LOPA策略的本質(zhì)職業(yè)健康評估方法,并將該方法應(yīng)用于化工裝置工藝路線選擇及職業(yè)病防護設(shè)施設(shè)置。

1 評估方法選擇

目前,國外關(guān)于職業(yè)健康風險評估方法的研究已非常豐富且運用廣泛。其中,定性職業(yè)健康風險評估方法包括羅馬尼亞模型、澳大利亞模型、國際采礦和金屬委員會模型和英國健康危害物質(zhì)控制策略簡易法模型等;半定量職業(yè)健康風險評估方法包括新加坡模型、模糊數(shù)學風險評估模型、作業(yè)條件危險性評價法、職業(yè)危害風險指數(shù)評估法和本質(zhì)職業(yè)健康指數(shù)法(IOHI)等;定量職業(yè)健康風險評估方法包括美國環(huán)境保護署吸入風險評估模型、有毒氣體半球擴散模型和生理藥代動力學模型等[6]。相比國外,國內(nèi)關(guān)于職業(yè)健康風險評估方法的研究相對較晚,目前的職業(yè)健康風險評估標準為GBZ/T 298—2017《工作場所化學有害因素職業(yè)健康風險評估技術(shù)導則》。

根據(jù)以上職業(yè)健康風險評估方法的特點,本研究基于危害識別、使用方便、不依賴使用者主觀判斷3項基本準則,將化工裝置關(guān)鍵危害參數(shù)與本質(zhì)職業(yè)健康指數(shù)法及LOPA策略相融合,形成適用于研發(fā)階段的本質(zhì)職業(yè)健康評估方法。

2 關(guān)鍵危害參數(shù)確定及賦值

關(guān)鍵危害參數(shù)包括生產(chǎn)工藝模式、物理危害和健康危害3大類。

2.1 生產(chǎn)工藝模式參數(shù)

生產(chǎn)工藝模式分為5種:不需要人工操作的自動化連續(xù)生產(chǎn)、緊急情況下需要人工現(xiàn)場處置的自動化連續(xù)生產(chǎn)、需要定期巡檢的自動化連續(xù)生產(chǎn)、需要部分人工操作的半自動化連續(xù)生產(chǎn)、完全依靠人工作業(yè)的非自動化非連續(xù)生產(chǎn),以上生產(chǎn)工藝模式賦值分別為0,1,2,3,4。

其中,不需要人工操作的自動化連續(xù)生產(chǎn)屬于本質(zhì)安全工藝模式,當出現(xiàn)異常工況時完全依靠安全儀表系統(tǒng)(SIS)、緊急停車系統(tǒng)(ESD)等實現(xiàn)閉環(huán)控制,不需要人員現(xiàn)場處置;緊急情況下需要人工現(xiàn)場處置的自動化連續(xù)生產(chǎn)是正常生產(chǎn)情況下不需要人員出現(xiàn)在裝置現(xiàn)場,只有在緊急情況下需要人工現(xiàn)場處置;需要定期巡檢的自動化連續(xù)生產(chǎn)是化工企業(yè)目前常用的工藝模式,內(nèi)操人員在中心控制室通過分散型控制系統(tǒng)(DCS)及子系統(tǒng)進行集中控制和管理,外操人員定期到裝置區(qū)進行巡檢作業(yè);需要部分人工操作的半自動化連續(xù)生產(chǎn)主要涉及人工投料、人工加藥、人工破袋等未完全實現(xiàn)自動化生產(chǎn)的工藝模式;完全依靠人工作業(yè)的非自動化非連續(xù)生產(chǎn)主要靠人工完成作業(yè),且工序非連續(xù),完成前一道工序后再進行下一道工序,往往涉及物料從前一道工序的容器轉(zhuǎn)移至下一道工序的容器中。

2.2 物理危害參數(shù)

物理危害包括4項參數(shù):物料揮發(fā)性、物料揚塵性、操作溫度和壓力。其中,液體或氣體揮發(fā)性(操作溫度以20 ℃計)按照沸點分為低(沸點>150 ℃)、中(50 ℃<沸點≤150 ℃)、高(0 ℃<沸點≤50 ℃)、極高(沸點≤0 ℃),其賦值分別為0,1,2,3。固體揚塵性分為無法形成粉塵、低(不會破碎的固態(tài)小球,使用時幾乎不產(chǎn)生粉塵,例如PVC顆粒、蠟片等)、中(晶體、粒狀固態(tài),使用時能見到粉塵但很快落下,使用后粉塵留在表面,例如肥皂粉、固體硫黃等)、高(細微而輕的粉末,使用時可見塵霧形成,并在空氣中停留幾分鐘,例如水泥、炭黑、粉煤灰等),其賦值分別為0,1,2,3。操作溫度分為低(操作溫度≤70 ℃)、中(70 ℃<操作溫度≤150 ℃)、高(150 ℃<操作溫度≤200 ℃)、極高(操作溫度>200 ℃),其賦值分別為0,1,2,3。操作壓力分為低(操作壓力≤0.5 MPa)、中(0.5 MPa<操作壓力≤5 MPa)、高(5 MPa<操作壓力≤20 MPa)、極高(操作壓力>20 MPa),其賦值分別為0,1,2,3。

2.3 健康危害參數(shù)

健康危害包括6項參數(shù):吸入途徑、急性毒性、致癌性、皮膚/眼刺激性及致敏性、職業(yè)接觸限值、危險度術(shù)語(R-phrases)[7]。其中,吸入途徑包括經(jīng)皮膚吸入、經(jīng)呼吸道吸入、經(jīng)呼吸道+皮膚吸入,其賦值分別為1,2,3。急性毒性分為實際無毒、低毒、中毒、高毒、劇毒,其賦值分別為0,1,2,3,4,急性毒性分級詳見表1。致癌性分為對人致癌(G1)、對人可能致癌(G2A)、對人可疑致癌(G2B)、尚不能分類對人致癌(G3)、可能對人無致癌性(G4),其賦值分別為4,3,2,1,0。皮膚/眼刺激性及致敏性包括無皮膚/眼刺激、輕微眼刺激(可引起輕微的皮膚水腫/紅斑)、可能引起可逆性眼刺激(嚴重的皮膚水腫/紅斑)、嚴重眼損傷(對眼造成不可逆影響損傷、對皮膚/眼有腐蝕、致敏),其賦值分別為0,1,2,3。職業(yè)接觸限值(OEL)根據(jù)化學物質(zhì)形態(tài)分為固體和氣體進行賦值,詳見表2。危險度術(shù)語中無急、慢性毒性效應(yīng)賦值為0;R36、R38、R65、R66賦值為1;R20/21/22、R33、R40/20/21/22、R67、R68賦值為2;R23/24/25、R29、R31、R34、R35、R37、R39/23/24/25、R41、R43、R48/20/21/22賦值為3;R26/27/28、R32、R40、R48/23/24/25、R60、R61、R62、R63、R64賦值為4;R42、R45、R46、R49、R68賦值為5。以上危險度術(shù)語的解釋參照GBZ/T 298—2017 《工作場所化學有害因素職業(yè)健康風險評估技術(shù)導則》。

表1 急性毒性分級[8]

表2 職業(yè)接觸限值(OEL)參數(shù)賦值 mg/m3

若上述參數(shù)賦值時缺少數(shù)據(jù)資料,其賦值按照表2參與計算。

3 職業(yè)危害控制措施賦值

保護層分析(Layer of Protection Analysis,LOPA)[9,10]是目前化工行業(yè)常用的一種簡化的半定量風險評估方法,通過對保護層前后的初始風險、剩余風險及風險降低過程進行分析,可對采取的安全控制措施效果進行有效評估。通常,LOPA分析主要關(guān)注以下方面:物料組成或工藝條件,安全距離,工藝或設(shè)備設(shè)計能力,報警及安全聯(lián)鎖系統(tǒng),操作規(guī)程、培訓、應(yīng)急響應(yīng)等管理措施。本研究基于LOPA策略的基本原則,針對確定的關(guān)鍵危害參數(shù)提出對應(yīng)的職業(yè)危害控制措施,并基于控制措施的優(yōu)先級確定權(quán)重分值?？刂拼胧┰疥P(guān)鍵,賦值越高。對于危害參數(shù)賦值為0的危害等級,不推薦采取控制措施,未采取任何控制措施的統(tǒng)一賦值為0。

a) 生產(chǎn)工藝模式方面,連續(xù)生產(chǎn)工藝模式、通過倒班作業(yè)減少接觸或采用自動化生產(chǎn)模式賦值為1;變更工藝模式為需要定期巡檢的自動化連續(xù)生產(chǎn)模式賦值為2;變更工藝模式為緊急情況下需要人工現(xiàn)場處置的自動化連續(xù)生產(chǎn)模式賦值為3;變更工藝模式為不需要人工操作的自動化連續(xù)生產(chǎn)模式賦值為4。

b) 物理危害的揮發(fā)性/揚塵性方面,機械全面通風或采用水噴霧抑制揚塵賦值為1;控制物料用量、避免人工操作、更換自動化系統(tǒng)、安裝SIS系統(tǒng)、崗位局部通風、安裝溫度探測器、控制器和報警系統(tǒng)賦值為2;采用密閉采樣器、隔離措施(例如負壓操作,全程密閉)、物料替代(例如采用低揮發(fā)性物質(zhì)、粉塵類物料改用球狀或液體懸浮液)賦值為3。操作壓力方面,安裝通風系統(tǒng)或減壓閥賦值為1;優(yōu)化操作程序、安裝SIS系統(tǒng)或壓力探測器、控制器和報警系統(tǒng)賦值為2;無人自動化操作或調(diào)整為低壓力作業(yè)賦值為3。操作溫度方面,安裝通風散熱設(shè)施賦值為1;減少接觸時間、安裝SIS或帶報警系統(tǒng)的溫度探測器賦值為2;工藝調(diào)整為低溫操作或管道保溫使其表面溫度降至60 ℃以下賦值為3。

c) 健康危害的吸入途徑方面,配備的個體防護裝備(PPE)僅滿足部分有害因素的防護需要賦值為1;按照有害因素類型配備合適的PPE(例如防護服、防毒面具、防護手套等)賦值為2。急性毒性方面,減少高毒物料的使用量賦值為1;高毒物料替換為中毒或低毒物料賦值為2;主要物料采用低毒或無毒物料賦值為3;全程采用無毒物料賦值為4。致癌性方面,減少致癌性物料的使用量賦值為1;使用致癌性更低的物料賦值為2;不采用對人致癌(G1)及對人可能致癌(G2A)的物料賦值為3。皮膚/眼刺激性及致敏性方面,作業(yè)現(xiàn)場配備急救藥箱并配備相應(yīng)的急救藥品、配備防護手套、防護眼鏡等專門的PPE賦值為1;避免使用強酸、強堿,或使用稀釋后的強酸、強堿賦值為2;減少刺激性、腐蝕性物料的存儲量及用量賦值為3;不采用具有刺激性、腐蝕性的物料賦值為4。職業(yè)接觸限值方面,采取危害告知、職業(yè)健康監(jiān)護或進行超標點隱患治理確保作業(yè)人員接觸有害因素水平符合國家職業(yè)接觸限值要求賦值為1;采取日常監(jiān)測確保作業(yè)人員接觸有害因素水平低于50%OEL(行動水平)或合理安排作業(yè)以減少作業(yè)人員接觸有害因素時間賦值為2;開展日常監(jiān)測確保作業(yè)人員接觸有害因素水平低于10%OEL或設(shè)置符合有害因素特點職業(yè)病防護設(shè)施并確保其運行穩(wěn)定賦值為3;開展日常監(jiān)測確保作業(yè)人員接觸有害因素水平低于1%OEL或開展LDAR泄漏檢測防止跑、冒、滴、漏等從源頭進行控制措施賦值為4。危險度術(shù)語方面,開展定期監(jiān)測及職業(yè)健康監(jiān)護、提供防護服、防毒面具、防塵口罩、防護眼鏡、防護手套等PPE并按時發(fā)放賦值為1;設(shè)置合理的通風設(shè)施、噴淋洗眼器、氣防柜、急救藥箱等急救或損傷緊急處置用品或設(shè)施賦值為2;設(shè)置配備凈化回收設(shè)施的新風系統(tǒng)、工藝過程和處理系統(tǒng)整體密閉賦值為3;淘汰落后工藝禁止使用高毒物料或低毒物料代替高毒物料賦值為4;采用無毒物料賦值為5。

4 風險指數(shù)計算

基于LOPA策略原則,通過對工藝模式、物理危害及健康危害初始風險進行分析并賦值,計算本質(zhì)職業(yè)健康風險指數(shù),并結(jié)合采取的職業(yè)危害控制措施,計算殘余風險指數(shù)并確定本質(zhì)職業(yè)健康風險等級。本質(zhì)職業(yè)健康風險指數(shù)由公式(1)計算得來。本質(zhì)職業(yè)健康風險指數(shù)減去職業(yè)危害控制措施的賦值分數(shù)可得到各指標的殘余風險值,各指標的殘余風險值之和為殘余風險指數(shù),由公式(2)計算得來。根據(jù)表3確定本質(zhì)職業(yè)健康風險等級,并以此可對化工裝置工藝的本質(zhì)職業(yè)健康水平進行半定量評估。

表3 本質(zhì)職業(yè)健康風險等級

I本質(zhì)=∑(I工藝,i+I物理,i+I健康,i)

(1)

I殘余=∑[(I工藝,i-I控制,i)+(I物理,i-I控制,i)+(I健康,i-I控制,i)]

(2)

式中:I本質(zhì)——本質(zhì)職業(yè)健康風險指數(shù);

I殘余——殘余風險指數(shù);

I工藝,i——第i個生產(chǎn)工藝模式危害指數(shù);

I物理,i——第i個物理危害指數(shù);

I健康,i——第i個健康危害指數(shù);

I控制,i——第i個職業(yè)危害控制措施指數(shù)。

5 案例研究

選擇烷基化裝置的3種不同工藝路線,結(jié)合裝置項目可行性研究報告及設(shè)計階段提出的職業(yè)危害防護措施,按照LOPA策略原則及本質(zhì)職業(yè)健康風險指數(shù)法,分別計算各工藝路線的殘余風險值,并確定各工藝路線的本質(zhì)職業(yè)健康風險指數(shù)風險等級。

a) 工藝路線1:氫氟酸法。該工藝路線采用氫氟酸作為催化劑,是較早進行烷基化生產(chǎn)的技術(shù)路線。由于氫氟酸有強腐蝕性,且毒性較高,因此需要配套安全隔離設(shè)施,最大程度減少氫氟酸的泄漏。該工藝路線危害因素種類、采取的職業(yè)危害控制措施及殘余風險值計算見表4。

表4 氫氟酸法工藝路線殘余風險值計算

b) 工藝路線2:硫酸法。該工藝路線采用濃硫酸作為催化劑,技術(shù)成熟,泄漏后不會形成對人體傷害的氣溶膠,但由于濃硫酸具有強腐蝕性,裝置設(shè)備容易腐蝕,廢酸處理困難,需配套廢酸再生裝置。該工藝路線殘余風險值計算見表5。

表5 硫酸法工藝路線殘余風險值計算

c) 工藝路線3:離子液法。離子液是指全部由離子組成的的液體催化劑,具有不易揮發(fā)和燃燒的優(yōu)點,環(huán)境友好。該工藝路線殘余風險值計算見表6。

表6 離子液法工藝路線殘余風險值計算

根據(jù)公式(1),3種工藝路線的本質(zhì)職業(yè)健康指數(shù)即為危害因素賦值之和。根據(jù)公式(2),表4～6中3種工藝路線各自的殘余風險值之和即為其殘余風險指數(shù),結(jié)合表3可判斷不同工藝路線的本質(zhì)職業(yè)健康風險等級,結(jié)果見表7。

表7 3種工藝路線本質(zhì)職業(yè)健康風險等級計算

從表7可以看出,3種工藝路線雖然采用了相似的職業(yè)危害控制措施,但各工藝路線殘余風險值仍相差較大,其中氫氟酸法和硫酸法工藝路線存在較大職業(yè)危害,離子液法工藝路線職業(yè)危害低,出現(xiàn)以上結(jié)果主要是3種工藝路線本質(zhì)職業(yè)健康指數(shù)差異較大。針對以上情況,可通過2種途徑降低殘余風險值:一是使用離子液替代氫氟酸和硫酸作為催化劑;二是氫氟酸法和硫酸法工藝路線采取更為嚴格的職業(yè)危害控制措施。

6 討論

本質(zhì)職業(yè)健康的理念源于Kletz 20世紀70年代提出的本質(zhì)安全理念[11],其定義是通過限制有毒化學品,以及對勞動者健康造成不利影響的操作程序或參數(shù)的使用來減少或避免工作場所的健康危害[12]。由于工藝設(shè)計是化工工程設(shè)計的源頭,加強并重視工藝流程的本質(zhì)職業(yè)健康設(shè)計,從源頭提升本質(zhì)職業(yè)健康水平,能夠有效降低健康危害發(fā)生的概率,這也是化工行業(yè)從源頭控制職業(yè)病危害最有效的策略。

a) 在化工裝置工藝設(shè)計方面,通過工藝流程的簡化和優(yōu)化、不同設(shè)計方案的本質(zhì)職業(yè)健康評估等措施,可提高化工裝置本質(zhì)職業(yè)健康水平。相比后期增加職業(yè)病防護設(shè)施投資或采取更為嚴格的職業(yè)危害控制措施,在工藝設(shè)計階段開展本質(zhì)職業(yè)健康評估可大大降低裝置運行成本,且防護效果更佳[13]。

b) 在職業(yè)健康關(guān)鍵危害因素選擇方面,職業(yè)健康與職業(yè)安全的主要區(qū)別在于危害因素影響的持續(xù)時間,其中職業(yè)健康除關(guān)注有害因素的急性健康損傷外,重點關(guān)注有害因素長期暴露對作業(yè)人員的健康影響,而職業(yè)安全關(guān)注短期暴露或事故狀況下的風險[2]。因此,在關(guān)鍵危害因素選擇方面,本研究在本質(zhì)安全思路的基礎(chǔ)上,重點關(guān)注職業(yè)健康因素。

c) 在職業(yè)健康風險評估方法方面,相比于GBZ/T 298—2017及其他職業(yè)健康風險評估方法[14],本研究在本質(zhì)職業(yè)健康指數(shù)的基礎(chǔ)上,通過對采取的職業(yè)病防護設(shè)施進行賦值并計算殘余風險,既可以對不同的工藝路線進行對比分析,篩選出更符合本質(zhì)職業(yè)健康的生產(chǎn)工藝,還可以針對同一工藝路線采取不同的職業(yè)病防護措施后的殘余風險進行評估,為企業(yè)采取更為合理的職業(yè)病防護措施提供依據(jù)。此外,通過風險等級判定及推薦的職業(yè)危害控制措施,也可為職業(yè)健康分級管控提供判定依據(jù)。