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user: 3. 化工过程本质安全指数评价方法分类 对工艺过程的本质安全化的量化表征是研究的重点方向，研究人员提出了多种本质安全化的评价指数设计方法 [ 7 ]。按照本质安全指数方法的特点，可以将其分为以下五类： 1) 丰富和完善本质安全评价指标的范围，使其能全面的描述实际化工过程的安全化水平。 最早开发的指数型评价方法是Edwards和Lawrence [ 8 ] 于1993年提出的本质安全原型指数法(Prototype Index for Inherent Safety， PIIS)，该方法主要包括：化学物质指数和工艺过程指标，前者主要包括存量、易爆和毒性；后者主要包括温度、压力和产率等指标。该方法的优点是：在过程设计早期，不能获得详细的过程信息也可以使用；缺点是：未考虑各个指标的权重因素，评价指标的划分和赋值计算过于简单。本质安全指数法(Inherent Safety Index， ISI)是Heikkila [ 9 ] 于1996年提出，该方法在本质安全原型指数法(Prototype Index for Inherent Safety， PIIS)的基础上扩大了指标范围，首次将本质安全指标应用于工艺设计中。该方法的优点是：指标覆盖因素多，评价准确性高，必须要求输入的信息少。缺点是：评价结果主观性太强，计算量大，花费时间长，不能说明复杂过程的安全性。2002年，Palaniappan等针对以上两种本质安全评价指数区间划分不明显的问题，开发了i-safe指数法。该方法增加了5个补充指标，分别为危险化学指标(Hazardous Chemical Index， HCI)、危险反应指标(Hazardous Reaction Index， HRI)、总化学指标(Total Chemical Index， TCI)、最坏化学指标(Worst Chemical Index， WCI)、最坏反应指标(Worst Reaction Index， WRI)，当PIIS和ISI两指标评价分数十分接近时，会选择以上的补充指标对其进行安全评价 [ 10 ]。 2) 综合考虑化工过程对周围环境和员工健康的影响，拓展本质安全评价指数的适用范围。 着眼整个生命周期的本质安全评价，为了应对化工过程的复杂性和多样性，必须建立综合考虑HSE影响的评价方法，。Koller等 [ 11 ] 提出了综合考虑安全、健康、环境的指数评价方法(Environment， Health、Safety Index， EHS)。该方法在医药、农药和精细化学品等间歇生产过程的安全评价有独特的优势。该方法缺点是：没有充分考虑反应釜内各个物质间相互作用和发生事故后可能导致的协同风险。2011年，英国为了促进本质安全化原则在化工过程全生命周期中的应用，成立INSIDE项目，开发了INSET工具箱 [ 12 ]。该工具箱的优点是：一是基于大量专业知识提供的程序和表格，可靠且便于使用。二是工具箱中包含安全、健康、环境三者集成评价模块，考虑的更加全面。所以，应用其他学科知识开发更加符合实际情形的评价方式和流程也是重要的研究方向。 3) 为了能将本质安全指数评价方法从理论研究运用到化工生产中，将该方法集成到过程模拟软件中。 本质安全指数评价的另一个重要应用为本质安全评价模块开发及嵌入过程模拟工具的研究。Leong和Shariff等 [ 13 ] 提出本质安全指数模型(Inherent Safety Index Module， ISIM)。该模型是在化工流程模拟软件HYSYS中集成本质安全指数模型ISIM、IRET评价模块。通过从HYSYS中提取相关过程信息，并从中分析本质安全水平、事故发生的可能性和事故的严重性。该模型具有方便、高效、经济的优点。Leong等 [ 14 ] 提出过程路径指数法(Process stream index， PSI)将爆炸上限与爆炸下限作差，两者的差值来评价易燃易爆物的爆炸水平，该方法的优点是综合考虑了过程温度和压力对爆炸上下限的影响。此外，把该方法集成到化工流程模拟软件HYSYS中，在化工过程模拟时选择出本质安全的过程路径。Shariff等 [ 15 ] 提出过程流股指数法(Process Stream Index， PSI)，从发生爆炸的潜力角度，评价化工流程模拟软件HYSYS过程中所有流股的本质安全水平，从而避免甚至减少爆炸危险性水平。 以上所提出的本质安全指数评价方法，根据模拟得到的工艺条件对化工过程的本质安全、事故结果、风险概率进行评价，为过程设计提供分析工具。类似于经济、环境等评价模块，本质安全指数评价的模块化、工具化有利于提高从业者的积极性和工作效率，内嵌于过程模拟优化软件也是重要的推广方式，因此，提高本质安全化技术的智能化程度也是一个重要的研究方向。 4) 为了克服本质安全指数方法区间划分和权重分配的不合理性，提出了改进的本质安全指数方法。 Gentile等 [ 16 ] 运用模糊逻辑理论，弥补了本质安全指数法(ISI)指标主观性强的缺点，提出模糊逻辑本质安全指数法(Fuzzy Based Inherent Safety Index， Fuzzy Based ISI)。模糊逻辑系统基于if-then规则，将本质安全指标以“高中低”的语言变量输入，通过隶属变度函数之后输出，从而确定其对应的本质安全指数值。此外，2008年，Srinivasan等 [ 17 ] 提出了本质优良性指数法(Inherent Benign-ness Indicator， IBI)，就是将统计学的方法运用到安全评价的过程中，运用主成分分析法(Principal Component Analysis， PCA)分析各影响因素，找到过程中的最佳路径，该方法的优点是：能够避免指数评价法中权重和范围划分主观性强的缺点。以上改进的本质安全指数方法，通常所用的数学方法本身具有局限性。这些指数评价方法一般将评价范围分成若干个小区间并进行赋值的做法，会产生低敏感性的问题。 5) 考虑化工过程全生命周期的本质安全管理，提出了通用性本质安全指数评价方法。 作为决定过程特征的重要阶段，通过本质安全技术与成熟过程综合方法的有效集成，建立指导化工过程本质安全的决策系统性方法。Khan [ 18 ] 提出集成的本质安全指数法(Integrated Inherent Safety Index， I2SI)。该方法包含两个子指标：危害指标和应用本质安全原则指标，二者通过集成获得总体安全性评价指标。该方法的优点是：将本质安全的原则独立运用。2003年，Gupta and Edwards [ 19 ] 提出了图示法，用一个总的本质安全设计指标(Inherent Safety Design Index，ISDI)表示不同反应过程的安全评价，对不同化学反应路径中易燃性、易爆性、毒性等指标单独计算，并对单个指标进行评价。该方法的优点是：能够直观地看出不同合成路径中各个本质安全指标大小。 以上定量的本质安全指数评价方法仅用于指导如何选择反应路径，降低事故发生时可能带来的损失，但不能确保事故发生的概率。因为化工过程具有强非线性，对于选定的反应路径，系统存在多个稳态，这些稳态操作点的稳定性不完全相同，对于稳定的稳态操作点，他们的稳定性也不尽相同 [ 20 ]。因此，在化工设计阶段就需要考虑选择具有更好稳定性的稳态操作点，进而从理论上降低化工过程中可能发生事故的概率，提高化工过程的本质安全化水平。 对于现有的这些本质安全指数评价方法中还存在着较多的不足之处，还需要加强对这些本质安全指数评价方法的分析，然后对其加以改进和完善，才能够提升该方法的科学性 [ 21 ]。首先，现有的本质安全指数评价方法存在较大的局限性，由于本质安全指数评价工作开展是在化工过程设计的早期阶段，在此阶段掌握的技术信息相对较少，这必然会对最终的安全评价工作造成较大的影响，可能引起评价结果的失真；其次，存在较强的主观判断性，使得安全评价的主观性受到影响；最后，当前采用的指数评价方法几乎都是建立在统计分析数学方法之上，虽然统计具有较强的严格性，但实际采集到的数据却并不是十分的准确，其中许多数据依靠猜测获得，这也将影响最终评价的准确性。