化学工业是我国国民经济的重要支柱。资料显示，2010 年我国跃居世界化学品生产第一大国，目前我国化工行业产值约占全球总量的40%，比美国、欧盟和日本的化工总产值之和还要多。快速发展的化学工业在为国家现代化建设、社会繁荣、生命健康、绿色发展作出了巨大贡献的同时，各类重特大事故也给整个行业的可持续发展带来了前所未有的挑战。2005年11月吉化双苯厂爆炸、2013年11月青岛黄岛输油管道泄漏爆炸、2015年4月福建漳州PX 装置爆炸、2018年11月河北盛华化工氯乙烯泄漏爆燃、2019年3月江苏响水天嘉宜公司爆炸、2023年1月辽宁盘锦浩业化工爆炸等事故向我们提出了严峻的问题： 如何有效预防重大化工事故? 如何让化学工业在造福人类的同时，避免对生命、财产和环境的危害? 当前我国化工行业正处于高质量发展的转型期，新能源、新材料、新工艺、新装备不断涌现，势必会伴随着新的未知风险，更需要一大批掌握先进的事故预防理论和方法的人才。
那么什么是先进的事故预防理论和方法? 2013年7月29日，国家安全生产监督管理总局发布《关于加强化工过程安全管理的指导意见》，该意见给出了很好的回答： 加强化工过程安全管理是国际先进的重大工业事故预防和控制方法，是企业及时消除安全隐患、预防事故、构建安全生产长效机制的重要基础性工作。为推动化工企业有效系统识别、管控风险，2022 年12 月，应急管理部批准了行业标准《化工过程安全管理导则》(AQ/T 30342022)，并认为该标准是预防化工重特大事故的有效抓手。
为了助力培养我国化工安全复合型人才，赵劲松教授等于2015年编写了《化工过程安全》教材，确定了编写思路，即以风险辨识-风险分析与评价-风险控制为主线，阐述化工过程安全的技术、方法和管理体系，在一定程度上推动了我国化工行业基于风险的化工过程安全管理实践。近年来，我国化工过程安全研究和实践的不断深入，特别是在行业转型升级高质量发展过程中，工业互联网、大数据、人工智能的技术在化工安全领域的应用对于促进全行业的安全发展发挥着越来越大的作用，急需培养交叉复合型人才，我们在本书中专门增加了工业互联网+危化安全生产 这一章。与此同时，为使读者更加容易理解和掌握化工过程安全的理论、方法和管理体系，我们对2015年版教材的章节和内容进行了比较多的调整、修改和补充，并增加了近年来的事故案例和新标准。但是，这并不意味着本书涵盖了所有化工安全技术和方法，因为即使到科技如此发达的今天，尚有很多问题我们并没有研究清楚。例如，人在短时间内暴露于致癌物质环境中是否有害? 如果有害，如何评估其风险? 又如，多种化学物质的混合物在不同温度和压力条件下的爆炸极限等物理化学性质将如何变化? 还有，当前很多工厂中的设备已经逐渐老化，如何比较可靠地评估这些老化设备的风险? 这些问题将有待于那些有志于化工安全的青年学子去探索和解答。
化工过程安全是理论性和实践性都很强的学科。参与本书编写工作的人员既有来自大学的学者，也有来自工业界的专家，学术界的参与确保了教材的基本概念和原理的正确性，工业界的参与为本书提供了更切合实际的工业案例。相信这样的组合会让本教材的内容为更多的师生和工业界人士所理解和接受。
本教材的第1、2、8章由清华大学赵劲松教授负责完成，第3、9、10、12章由四川大学戴一阳副教授负责编写，华东理工大学王冰副教授撰写了第5章和第11章，华东理工大学盛敏教授编写了第4章，戴一阳副教授、赵劲松教授和中国寰球工程有限公司贺丁高级工程师共同编写了第6章和第7章。赵劲松教授对各章进行了总审核，清华大学博士生徐硕、殷凯、华东理工大学助教博士生何鸿飞等同学做了部分文字整理工作，在此表示特别感谢!
本教材的组织编写工作始于2023年年初，在过去的两年多时间里，我们得到了化学工业出版社、清华大学教改项目和清华大学化工系的支持。他们的信任和支持为本书的编写工作提供了比较强大的工作动力和经济基础，让我们更加专注于教材的编写工作。在此，我们表示深深的感谢!
2015年出版的《化工过程安全》为第二版的编写奠定了较好的基础，在此感谢《化工过程安全》2015 年版的各位作者。成千上万的学子和从业人员已经从2015年版《化工过程安全》教材中学习了化工过程安全相关知识，为行业安全生产贡献力量!
感谢我们的家人在本书编写的过程中给予了我们耐心的帮助、理解和支持! 为了写好本书，我们每个人都在各自的办公室度过了许多夜晚和节假日，而在这期间，我们的家人都默默地承担了更多的家庭责任。
最后，希望本书有助于预防化工事故，为我国化工安全复合型人才培养作出贡献。由于编写人员的知识水平和精力有限，在编写过程中难免出现疏漏。我们诚恳地欢迎读者向我们提出批评意见和建议。
编者
2025年2月
第一版前言
化学工业是我国国民经济的重要支柱。资料显示，2011 年我国化工产品总产值占世界化工产品总产值的25%，已成为世界化学品生产第一大国。快速发展的化学工业在为国家现代化建设、社会繁荣和人们生活水平提高做出了巨大贡献的同时，各类重特大事故也给整个行业的可持续发展带来了前所未有的挑战。2005 年11月吉化双苯厂爆炸事故、2013 年11 月青岛黄岛输油管道泄漏爆炸事故、2015年3月福建漳州PX装置爆炸等事故在不断地向我们提出严峻的问题：如何有效预防重大化工事故? 如何让化学工业在造福人类的同时，避免对生命、财产和环境的破坏?
事故预防工作需要一大批掌握先进的事故预防理论和方法的人才。那么什么是先进的事故预防理论和方法? 2013年7月29日，国家安全生产监督管理总局发布《关于加强化工过程安全管理的指导意见》，该意见给出了很好的回答：加强化工过程安全管理是国际先进的重大工业事故预防和控制方法，是企业及时消除安全隐患、预防事故、构建安全生产长效机制的重要基础性工作。
化工过程安全是国际上新兴的专业领域，尚未列入国内外化学工程及相关专业的普修课程，相关教材也很少见。如何写好这本教材也给编者提出了一定的挑战。2014年8月27日，教育部和国家安全生产监督管理总局联合发布了《关于加强化工安全人才培养工作的指导意见》，要求完善化工安全人才标准，要将危险与可操作性分析、定量风险分析等国际通用化工安全分析技术纳入培养要求，增加化工过程安全及过程自动化控制等方面的教学内容。编者结合自己多年来在化工过程安全的研究成果和工作经验，确定了本书的编写思路，即以风险辨识-风险分析与评价-风险控制为主线，阐述化工过程安全的技术、方法和管理体系，同时也针对化工过程安全学科交叉的特点，对安全仪表系统、机械完整性和应急管理进行了专门的论述。为加深对各章内容的理解，编者在每一章的开始给出了一个引导性的事故案例，这也是本书的特点之一。但是，这并不意味着本书涵盖了所有化工安全技术和方法，因为即使到科技如此发达的今天，尚有很多问题我们并没有研究清楚。例如，人在短时间内暴露于致癌物质环境中是否有害? 如果有害，如何评估其风险?又如，多种化学物质的混合物在不同温度和压力条件下的爆炸极限等物理化学性质将如何变化? 这些问题将有待于那些有志于化工安全的青年学子去探索和解答。
化工过程安全是理论性和实践性都很强的学科。参与本书编写工作的人员既有来自大学的学者，也有来自工业界的专家，学术界的参与确保了教材的基本概念和原理的正确性，工业界的参与为本书提供了更切合实际的工业最佳实践和案例。相信这样的组合会让本书的内容为更多的教师、学生和工业界人士所理解和接受。
本书的第1、2、9、10章由清华大学的赵劲松教授负责完成，第3和第8两章由南京理工大学的陈网桦教授完成，风控(北京) 工程技术有限公司的袁小军先
生、安佰芳女士和鲁毅先生则分别撰写了第4、11和12章，中国石油大学(华东)的孟亦飞老师编写了第6章和第7章，清华大学的王运东教授编写了第5章。其中第9章和第10章主要是由赵劲松的研究生贺丁和舒逸聃协助完成的。贺丁于2013年夏天硕士毕业，现在中国寰球工程公司工作。舒逸聃将于2015年夏天博士毕业。赵劲松指导的博士后陈明亮博士在本教材的编写过程中进行了大量的图文编辑和认真细致的文字校对工作，在此表示特别感谢!
赵劲松和王运东从2009年秋季学期起，开始在清华大学化学工程系教授一门32学时的有关化工过程安全的本科生课程。该课程的最后一节课都会留给一位特邀的工业界专家来讲授。这些专家包括：中国石化工程建设有限公司的孙成龙先生、英国BP石油公司的Steven Yang先生、上海瑞迈企业管理咨询有限公司的粟镇宇先生、英国劳氏船级社(中国) 有限公司的王朝晖先生、风控(北京) 工程技术有限公司的刘昳蓉女士。他们丰富的实践经验和亲身感受丰富了教学内容，为本书的构思提供了很多素材。在此一并表示感谢! 我们知道，要用32学时讲完本书的所有内容是非常困难的，建议授课教师根据学生的特点和自己的专业见解，对本书的内容进行优化和取舍，突出重点，繁简有序。
本书的组织编写工作始于2012年年底，在过去的两年半时间里，我们得到了国家安全生产监督管理总局的有关领导、教育部高等学校化工类专业教学指导委员会、化学工业出版社和清华大学教务处的支持。他们的信任和支持为本书的编写工作提供了比较强大的工作动力和经济基础，让我们更加专注于教材的编写工作。在此，我们表示深深的感谢!
还要感谢我们的家人，他们在本书编写的过程中给予了我们耐心的帮助、理解和支持。为了写好本书，我们每个人都在各自的办公室度过了难以计数的夜晚和节假日，而在这期间，我们的家人都默默地承担了更多的家庭重任。
最后，希望本书有助于预防化工事故，为我国化工安全复合型人才培养做出贡献。由于编写人员的知识水平和精力有限，在编写过程中难免出现疏漏。我们诚恳地欢迎读者向我们提出批评意见和建议。
赵劲松，陈网桦，鲁毅，孟亦飞，王运东
2015年4月27日
本书献给在历次化工事故中失去生命的人们,是他们的生命唤起了人们对化工过程安全的重视,让后人从那些事故中吸取了宝贵的经验教训!
第1章 绪论 1
1.1 化学工业的安全现状 1
1.2 化工过程安全发展历程 2
1.3 化工过程安全的重要性 5
1.4 工程伦理 6
习题 7
参考文献 8
第2章 风险管理和过程安全管理 9
2.1 基本概念和定义 9
2.1.1 危险 (或危害) 9
2.1.2 危险化学品 10
2.1.3 风险 10
2.1.4 残余风险 10
2.1.5 可接受风险 10
2.1.6 安全 10
2.1.7 事故隐患 10
2.1.8 安全管理 11
2.1.9 风险管理 11
2.1.10 风险辨识 11
2.1.11 风险分析 12
2.1.12 风险准则 (风险标准) 12
2.1.13 风险评价 14
2.1.14 风险评估 14
2.1.15 风险控制 14
2.1.16 重大危险源 14
2.2 双重预防机制 15
2.2.1 全面开展安全风险辨识 16
2.2.2 科学评定安全风险等级 16
2.2.3 有效管控安全风险 16
2.2.4 实施安全风险公告警示 16
2.2.5 建立完善隐患排查治理体系 16
2.3 过程安全管理 17
2.3.1 PSM简要历程 17
2.3.2 我国过程安全管理二十要素 18
2.3.3 建立环境 19
2.3.4 沟通与交流 22
2.3.5 监测与评审 24
2.3.6 PSM体系及实施 25
2.4 公众对化工安全风险的感知和理解 27
习题 28
参考文献 28
第3章 化学品及化学工艺的危险性 29
3.1 化学品危险性的制度和标准 29
3.1.1 《全球化学品统一分类和标签制度》 (GHS) 29
3.1.2 国内危险化学品分类法规与标准 30
3.1.3 化学品安全技术说明书 30
3.2 典型危险化学品种类及危险特性 31
3.2.1 爆炸物的种类及其危险性 31
3.2.2 易燃气体的危险性 34
3.2.3 高压气体的危险性 34
3.2.4 易燃液体的危险性 37
3.2.5 易燃固体的危险性 41
3.2.6 自反应物的危险性 42
3.2.7 有机过氧化物的危险性 44
3.2.8 其他类别化合物的物理危险性 45
3.2.9 毒性物质的危险性 48
3.2.10 危害环境化学品的危险性 54
3.3 化学品混合的危险性 56
3.3.1 化学品的不相容性 56
3.3.2 化学品安全相容矩阵表 57
3.4 重点监管危险化学品、 重点监管危险化工工艺与重大危险源 57
3.4.1 重点监管危险化学品的管理 58
3.4.2 重点监管危险化工工艺的管理 58
3.4.3 重大危险源的管理与辨识 60
习题 67
参考文献 67
第4章 化学反应过程的危险性 69
4.1 化工反应安全的基本概念与基础知识 71
4.1.1 目标反应 71
4.1.2 副反应 71
4.1.3 分解反应 72
4.1.4 反应热 72
4.1.5 反应体系压力 78
4.1.6 化工过程热平衡方面的基本概念 80
4.1.7 温度对反应速率的影响 83
4.1.8 化工过程的失控反应 84
4.2 化工反应安全风险数据 87
4.2.1 热力学数据 87
4.2.2 仪器测量 88
4.2.3 分解反应动力学拟合及模拟仿真应用 99
4.3 化工反应安全风险的评估方法 103
4.3.1 Stoessel反应工艺危险分级方法及评估实例 103
4.3.2 反应过程的危险性评估实例 106
4.3.3 非反应单元的反应安全危险点 109
习题 110
参考文献 110
第5章 事故后果分析 112
5.1 泄漏后果分析 112
5.1.1 高压工艺单元内带压液体经小孔泄漏源模型 114
5.1.2 储罐内液体经小孔泄漏的源模型 115
5.1.3 液体经管道泄漏的源模型 117
5.1.4 气体或蒸气经小孔泄漏的源模型 121
5.1.5 液体闪蒸的泄漏源模型 124
5.1.6 易挥发液体蒸发的泄漏源模型 126
5.2 扩散后果分析 127
5.2.1 扩散影响因素 128
5.2.2 扩散模型 131
5.2.3 高斯扩散模型 134
5.2.4 毒性作用标准 142
5.3 火灾后果分析 143
5.3.1 火灾的一般性描述 143
5.3.2 液体和蒸气的燃烧特性 145
5.3.3 池火 149
5.3.4 火球 156
5.3.5 喷射火 160
5.3.6 闪火 160
5.3.7 火灾的热辐射影响 160
5.4 爆炸后果分析 162
5.4.1 爆炸的一般描述 162
5.4.2 蒸气云爆炸 166
5.4.3 BLEVE和容器爆炸 167
5.4.4 粉尘爆炸 171
习题 175
参考文献 176
第6章 风险辨识 178
6.1 风险辨识概述 178
6.2 安全检查表 179
6.2.1 安全检查表简介 179
6.2.2 检查表的编制 179
6.2.3 检查过程 182
6.3 故障假设分析 184
6.3.1 故障假设分析简介 184
6.3.2 故障假设分析法的步骤 184
6.3.3 结构化的故障假设分析方法 185
6.4 失效模式与影响分析 186
6.4.1 FMEA方法概述 186
6.4.2 FMEA的分析步骤 187
6.4.3 FMEA的应用 189
6.5 危险与可操作性分析 190
6.5.1 HAZOP主要概念 191
6.5.2 HAZOP人员组成 192
6.5.3 HAZOP分析步骤 193
6.5.4 HAZOP分析案例 197
习题 203
参考文献 203
第7章 风险分析与评价 205
7.1 保护层分析 205
7.1.1 LOPA方法概述 206
7.1.2 LOPA分析步骤 207
7.1.3 LOPA分析案例 211
7.2 故障树分析 215
7.2.1 故障树的编制 215
7.2.2 故障树的分析 217
7.2.3 基本事件的发生概率 222
7.3 定量风险分析 223
7.3.1 QRA分析理论概述 223
7.3.2 事故场景后果分析 223
7.3.3 事故场景频率分析 225
7.3.4 风险计算 225
7.3.5 QRA的应用 227
习题 228
参考文献 229
第8章 风险控制 230
8.1 风险控制概述 231
8.2 本质更安全的设计 232
8.2.1 最小化 (minimize) 232
8.2.2 替代 (substitue) 234
8.2.3 缓和 (moderate) 235
8.2.4 简化 (simplify) 236
8.2.5 无人化 (unmanned) 236
8.3 被动控制 237
8.3.1 安全泄放装置 237
8.3.2 惰化防爆技术 248
8.3.3 静电防护 251
8.3.4 化工防爆区划分及电气设备选型 254
8.3.5 工厂选址和设施布局 255
8.3.6 防火堤、 围堰和防爆墙 257
8.4 主动控制 257
8.4.1 基本过程控制系统 258
8.4.2 报警系统和报警管理 258
8.5 程序控制 262
8.5.1 开车前安全审查 (PSSR) 262
8.5.2 操作规程 263
8.5.3 变更管理 264
8.5.4 承包商管理 264
8.5.5 作业管理 266
习题 267
参考文献 268
第9章 安全仪表系统 270
9.1 概述 270
9.2 安全仪表系统与功能安全 271
9.2.1 安全仪表系统与安全仪表功能 271
9.2.2 安全仪表系统与基本过程控制系统 272
9.3 功能安全与风险削减 273
9.4 安全仪表系统的安全完整性 274
9.4.1 安全仪表系统的失效模式 274
9.4.2 安全仪表系统的操作模式 275
9.4.3 安全仪表系统的冗余结构 276
9.5 安全仪表系统的安全生命周期 279
9.5.1 过程危险和风险评估 280
9.5.2 给保护层分配安全仪表功能 280
9.5.3 SIS安全要求规范 281
9.5.4 SIS设计和工程 282
9.5.5 SIS安装、 调试和确认 282
9.5.6 SIS操作和维护 283
9.5.7 SIS变更 283
9.5.8 停用 284
9.5.9 SIS验证、 SIS功能安全评估与安全生命周期结构和计划 284
9.6 安全仪表系统的可靠性计算 285
9.6.1 可靠性指标 285
9.6.2 可靠性计算方法 286
9.6.3 典型安全仪表冗余结构的马尔可夫分析 290
习题 301
参考文献 302
第10章 设备完好性管理 303
10.1 设备及设备完好性概念 304
10.1.1 设备及设备生命周期的定义 304
10.1.2 设备完好性的定义及发展历程 305
10.1.3 特种设备 306
10.1.4 本质安全型设备 307
10.1.5 安全关键设备 307
10.2 设备完好性管理计划的关键要素 308
10.2.1 设备风险管理 309
10.2.2 设备选择和分级管理 310
10.2.3 过程质量保证 312
10.2.4 设备缺陷管理 313
10.2.5 变更管理 313
10.2.6 检验、 测试与预防性维修 314
10.3 设备预测性维修 323
10.3.1 从预防到预测性维修 323
10.3.2 预测性维修技术体系 324
10.3.3 状态监测与故障诊断 325
习题 328
参考文献 328
第11章 事故应急 329
11.1 基本概念和定义 330
11.2 有关法律、 法规及标准 331
11.3 应急准备 332
11.3.1 应急组织体系 334
11.3.2 应急指挥机构及职责 334
11.3.3 应急人员 335
11.3.4 应急预案 336
11.3.5 应急设施与物资 337
11.3.6 应急演练 337
11.3.7 应急培训 339
11.4 应急响应 339
11.4.1 响应分级 339
11.4.2 响应程序 339
11.4.3 应急结束 340
11.4.4 工厂外部突发事件的应急管理 340
11.5 应急恢复 340
11.5.1 恢复期间的管理 341
11.5.2 恢复过程中的重要事项 341
11.5.3 应急后评估 342
11.6 事故事件管理 342
11.6.1 事故事件的分类与分级 342
11.6.2 事故事件上报 343
11.6.3 事故事件调查 345
11.6.4 事故整改与措施落实 349
11.6.5 事故结案归档 349
11.6.6 事故调查的方法 350
11.6.7 事故的数理分析及事故过程分析 355
习题 357
参考文献 358
第12章 工业互联网+ 危化安全生产 360
12.1 建设背景 360
12.2 主要技术手段 362
12.2.1 物联网 (IoT) 362
12.2.2 大数据分析 363
12.2.3 人工智能 (AI) 364
12.2.4 云计算与边缘计算 366
12.2.5 标识解析 366
12.3 应用案例 367
12.3.1 案例1： 化工企业智能工厂建设 368
12.3.2 案例2： 化工园区安全风险智能化管控平台 369
习题 374
参考文献 374
附录 375
附录一 常见碳氢化合物的燃烧数据 375
附录二 危险化学品名称及其临界量 379
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