本质安全的概念最早可追溯至20世纪50年代,航宇领域的一些科研人员开始强调应用本质安全理念进行机械预定功能设计,确保预定功能满足自身的安全要求,即使设备出现故障也由于其先行设计的自身应急保护从而避免或不会发生意外伤害事故。随着人类科学技术的进步和安全理论的发展,这一概念被广泛接受,表明传统的“事故预防安全”理念已向“过程本质安全”理念转变。本质安全技术主要应用在电力、能源、航空航天和石油化工行业。
本质安全具有狭义和广义两层含义,狭义的本质安全指当系统中出现故障时,即使这种故障由人为失误操作导致,机器或设备也能够暂时维持正常工作或自动切换为安全状态,从而确保人体、设备和财产的安全。广义的本质安全是指通过优化资源配置,使得各种危害因素始终处于受控制状态,从而实现人-机-环境-管理这一系统和谐统一且安全可靠。人们进入信息化社会后,随着高科技的不断应用,人类在安全认识论上有了自组织的思想和本质化的认识,人类安全哲学观由系统论发展为本质论。人类开始建立起对事故系统的综合认识,开始认识到人、机、环境、管理事故综合要素,主张用工程技术手段和教育、管理等综合措施为安全服务。1969年,美国颁布了《系统安全大纲》,强调系统“内在的”安全而不是“附加的”安全。1977年12月,被誉为“本质安全之父”的英国帝国石油化学工业公司首次提出了化工工艺和设备的本质安全概念,形成了本质安全的雏形。1985年,T.克尔茨将工艺过程本质安全的基本策略归纳为4个方面:①危险物质的最小化,减少系统中危险物质数量,系统中危险物质数量或能量越少,发生事故的可能性以及事故可能造成的危害程度就越小。②高危物质的替代化,替代原理主要是在设计时,采用相对安全的材料或工艺替代比较危险的材料或工艺。③剧烈反应的温和化,采用危险物质的最小危害形态或最小危险的工艺条件。即在作业时,采用更加安全的作业条件,或者能减小危险材料或能量释放影响,或者用更加安全的方式存储、运输危险物质。④工艺过程的简单化,通过设计,简化操作,从而减少人为失误的机会。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,可以减少失误。
1993年,D.W.德华兹和D.劳伦斯首先提出了本质安全原型指数,将本质安全指标分为化学类(包括总量值、易燃性、爆炸性和毒性)和过程类(包括温度、压力和产量),通过计算化学分数和过程分数之和在过程设计早期阶段获取过程的本质安全水平。自本质安全原型指数提出后,涌现出十几种本质安全评价方法,如本质优良指示法、基于模糊理论的安全指标、综合本质安全指标、图示指示法。随着人们对本质安全认识的加深,人们更加注重超前预防和主动防护,本质安全技术得到了很大发展。进入21世纪后,本质安全技术越来越成熟。①从人与机器、环境的本质安全入手,不但要解决人的知识、技能和素质,还有从人的观念、情感、态度、认知、品德等入手从而提出了安全文化建设的思路。②考虑物和环境的本质安全,即采用先进的安全技术,推广自组织、自适应与安全联锁技术;研究人、物、能量、信息的安全系统论、安全控制论和安全信息论等现代工业安全原理。③项目设计中要遵循安全措施与技术实施同时设计、同时施工、同时投入生产的“三同时”原则。④推行安全目标管理、无隐患管理、安全经济分析、危险预知活动、事故判定技术等安全系统工程方法。
本质安全已经在国内外形成了多个标准。在国外,许多国家和组织相继颁布了实施本质安全化设计的标准和指导性文件。英国国家电子标准化组织(NESO)颁布了EN 50020。国际标准化组织、国际电工委员会以及国际电信联盟颁布了IEC 60079—1—2001《易爆环境.第11部分:实质安全性的“i”型防护电气设备》。2011年推出了现行的最新版本IEC 60079—11—2011。此外,国际标准化组织还颁布了ISO 12100《机械类安全设计一般性设计原则》要求设计机械设备时必须考虑设备出现故障时操作的反应行为、操作走捷径、怕麻烦等造成的危险。中国就本质安全技术颁布的相关行业标准主要包括如下:《爆炸性环境 第18部分:本质安全系统》(GB 3836.18—2010)、《爆炸性环境 第4部分:由本质安全型“i”保护的设备》(GB 3836.4—2010)、《爆炸性环境 第19部分:现场总线本质安全概念》(GB 3836.19—2010)、《石油化工企业设计防火 规范》(GB 50160—2008)。
虽然本质安全理论体系已经建立,但对生产系统的本质安全程度的评价还存在很多挑战。因此,对工艺过程本质安全化的量化表征是研究的重点,本质安全设计的研究主要集中在前期的流程设计中。21世纪初,防爆技术、可靠性设计等方法在本质安全化中的研究和应用,已产生可观的研究成果和实际应用。随着信息工程、计算机科学、人工智能等学科的发展和推广应用,本质安全化技术水平进一步提升,中国工业安全水平显著提高,取得了良好的经济效益和社会效益。