現(xiàn)代安全生產科學管理知識講座

劉鐵民

在強調重大事故定量風險評價(QRA) 誤差控制 ,增加定量風險評價的可靠性與合理性 ,應用國外同類屬性數(shù)據(jù)庫和評估模型時,應結合我國生產力水平和企業(yè)管理現(xiàn)狀,充分估計人為因素對計算結果的影響。

定量風險評價(QRA)既是預防重大事故發(fā)生的重要技術方法,也是突發(fā)事件應急指揮決策的主要參考依據(jù)。定量風險評價的有效性和可信性,很大程度上取決于評價過程中誤差辨識與控制。近年來,中國安全生產科學研究院等單位將QRA作為重大危險源風險評估和危險化學品工業(yè)園區(qū)規(guī)劃的主要技術方法。但由于采用的計算模型和數(shù)據(jù)來源不同,導致針對同類甚至同一對象的評價結果有很大差異。這些差異一方面是由于方法學上的問題,另一方面有可能來自抽樣或系統(tǒng)誤差。只有對各種不同類型的誤差進行有針對性的控制,才能使評價結果可信、有效。

QRA方法的可靠性依賴于

使用的類屬性失效率數(shù)據(jù)

大多數(shù)QRA方法本質上是一種自上向下的程序,其可靠性相當程度上依賴于使用的類屬性失效率數(shù)據(jù)(即:相同的產品工作到某一時刻尚未失效,在該時刻后,單位時間內發(fā)生失效的概率),其大多來源于歷史上累計的經驗數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)能否與所研究的設備類型相匹配,幾乎是每一個研究人員須面對的問題。類屬性失效率數(shù)據(jù)主要是從對各種不同年代、不同工藝、不同制造與管理標準設備的研究中得到。同時,不可靠性也可能產生于在使用這些數(shù)據(jù)和對數(shù)據(jù)進行修正的過程中。為有助于數(shù)據(jù)修正,要把收集到的必備數(shù)據(jù)與原始資料,以及由故障樹分析(FTA)等研究所得的容器失效之類的仿真數(shù)據(jù),一并輸入數(shù)據(jù)庫加以檢驗。

失效率數(shù)據(jù)不完善和不嚴密性常被認為是不可靠性的主要原因。如有些從文獻中引用的數(shù)據(jù),可相差一個甚至幾個數(shù)量級。這些變異與不可靠性直接影響到特定風險評價的精確度。此外,還應注意研究失效率數(shù)據(jù)處理過程中存在的問題?？茖W家們一直在試圖改善所有假定條件內部的一致性,將他們大體建立在一套類屬性失效率數(shù)據(jù)的標準平臺基礎上,并努力提高潛在不可靠性危險度評估的精確度,這是一項重要的基礎性工作。

QRA的精確度主要取決于

模型的誤差控制水平

1.主要計算參數(shù)

舉例來說,從泄漏開始直到有毒物質與周圍大氣的混合過程由周圍大氣湍流支配。在液化氣體從壓力容器中釋放出(例如液氨或液氯)的情況下,與這些物質流入到大氣中,相關的轉換過程很復雜,并且涉及不平衡的兩相“噴濺”流動。在建立泄漏(開始)模型時要考慮到當噴射從裂口處發(fā)生時,噴射的快速膨脹與進一步的液體噴濺、液體在分裂成小液滴和煙霧并伴隨著可能的液體沖洗、以及在噴射過程中夾帶空氣等問題。為達到 QRA的目標,要把諸多復雜的釋放現(xiàn)象首先歸結在一個泄漏開始之上,以便于擴散計算。計算過程中應考慮的主要因素包括:蒸氣和煙霧的形成速率、釋放物質夾帶空氣的速率以及與所夾帶空氣混合而消失的釋放物質所占的比例;當混合過程是由周圍大氣湍流支配而不是釋放本身的動力引起的湍流支配時(即當噴射速度接近風速時),釋放物質形成的幾何形狀、質量、溫度及密度等因素。這些數(shù)據(jù)所需要的精確度取決于對它們之間變異預測的準確程度,以及用于模仿擴散程序的性能,例如擴散云霧中存在懸浮微粒等作用。如果由于泄漏開始不可靠度產生的影響和在其他評估程序中的影響相比相對較小,就會十分有利于優(yōu)選模型和控制誤差。

一些試驗觀測結果顯示:在有些情況下,泄漏源頭處較大程度的稀釋并沒有使得遠處的危險程度降低。這是因為夾卷空氣的增加,導致了遠處的危險物更深、更厚 ,但范圍較小的云霧或卷流傳輸?shù)酶?因此它與周圍空氣的混合時間比那些范圍較大但厚度較薄的云霧要短;表面粗糙度(z0)變化所產生的影響也很明顯。這些影響的相對數(shù)量要比存在障礙地貌的影響大很多。中國安全生產科學研究院科研人員在研究分析復雜地形地貌條件下天然氣井噴事故硫化氫擴散行為時,建立包括擴散速率、風向(力)和地形地貌在內的三維擴散模型,較好地解決了安全區(qū)劃定和應急規(guī)劃區(qū)設置等一系列技術難點。

2.不同擴散模型預測的計算數(shù)值差異很大

不同擴散模型預測的密集程度的計算數(shù)值,最大可差一個數(shù)量級。美、英、德等國科學家開展了這類研究,應用模擬程序所做的計算得出大致相似的結果。從這些試驗可以觀察到幾百米外云團里的懸浮物質。懸浮物的出現(xiàn)將延長和加重氣體的卷流行為,因為產生的氣體將被蒸發(fā)的懸浮物所冷卻。另一方面,任何因挾帶水蒸氣的水解都會產生熱量,加熱卷流。因此,就有補償性的熱力學過程發(fā)生。

3.模型建立和應用過程中應關注嚴重程度和損傷標準

大多數(shù) QRA模型危險度的計算是建立在接受特定劑量的有毒氣體、熱輻射或者離主要危險源一定距離處特定超壓水平的基礎上。而且特定劑量的效果也取決于承受個體的實際情況,實際的接受劑量是建立在個人行為之上,QRA模型在評價傷害后果時需要事先定義個人特征。在如何確定接受劑量問題上,大多數(shù)評估模型采取假設“平均人” 的方法。在后階段評估過程中或者特定危險標準使用中,也要考慮個體接受特定靈敏度的承受能力。中國安全生產科學研究院在研究重大事故災難應急疏散專題時,模擬、檢測了重大事故狀態(tài)下,各類人群的反應行為,并結合危險物質擴散模型推算,提出該類重大事故應急處置決策支撐方案。

4.QRA模型應充分考慮毒性因素作用產生的誤差

近十年來QRA模型的研究開發(fā)和實際應用,使得人們對毒性的作用越來越重視 ,尤其是對硫化氫、氯氣和氨氣這類高危險的有毒氣體。毒性因素的作用應在QRA模型中得到充分體現(xiàn)。

吸入速率的變化對吸收毒物負荷具有很明顯的影響。 對液態(tài)氨、氯和硫化氫等一些毒物預測分析數(shù)據(jù)表明 ,隨著離工廠距離的延長,致死性(LC50)預測的危險也隨之發(fā)生變化;當計算存在致命危險時,必須認真注意一些評價模型的弱點。為了減少由于有毒氣體模型的這些弱點產生相當大的不可靠性,一些科學家開發(fā)應用了一些有效的辦法,例如:對于每種物質使用特定的劑量標準或者毒物負荷。這些新的技術方法預期可能適合所有這類評估模型,并已開始得到廣泛的應用。

許多研究報告注意到,QRA 模型的毒性標準僅僅建立在致死性(LC50)上還不夠充分,還應考慮幾乎每人都會出現(xiàn)的痛苦反應,其中有的可能致殘或可能致死,有的必須送醫(yī)院給予醫(yī)療護理。

人為因素對QRA模型的

影響不能忽略

我國目前采用的一些 QRA評價軟件及其數(shù)據(jù)庫,來源于工業(yè)發(fā)達國家的技術部門,與我國在技術基礎與管理基礎上都有很大差距,在引進和采用這些技術系統(tǒng)時,應注意到這類數(shù)據(jù)可能存在的誤差。

有些專家認為,由于類屬性數(shù)據(jù)包含了那些低于平均水平的設備失效,可能導致過高估計了危險度。這些意見對在實行高標準的設備上進行QRA運算時或許正確,但當所評估的設備是一類設備的原型時,或者在未來很長一段時間內會有改變管理的可能性時,就應該與時俱進,采用改進后更具有針對性的評價模型。這種改進實質上等于把用工程判斷來修正某特定設備條件下的類屬性失效率的方法形式化,以求增強這些方法的嚴密性和一致性,增加QRA的“透明度”。其主要目的在于提供一套能夠測量某主要危險地區(qū)的安全管理質量的審核系統(tǒng),審核結果可用于修正作為失效率這些類屬性數(shù)據(jù),并使審核系統(tǒng)與QRA程序相連接。首先是鑒別與某設備安全管理質量相關性或用于測量安全管理質量的關鍵指標或關鍵因素。其次是這些因素怎樣才能更好的審核和正確的運用在QRA中,并適當分配它們的權重。這些研究中的一個重要發(fā)現(xiàn)就是:容器和管道系統(tǒng)失效中很大一部分(超過2/3)本是可以通過危險檢查或者操作和維修過程的人為因素檢查避免的。任何審核系統(tǒng)都需要包括完成檢查的程序,以及尋找可能失誤的方法和要求。

另一個人為因素與粗心大意或者不正確人為操作有關,這種人為失誤可能破壞安裝在設備上良好的預防系統(tǒng),導致事件發(fā)生。決策者在判斷預測危險度的有效性時,必須考慮到人為因素的可能性,這需要系統(tǒng)分析和設計,應用系統(tǒng)工程和系統(tǒng)分析方法對某設備進行全面安全評價。這種系統(tǒng)安全評價的效果可能隨著時間變化非常顯著。為了避免上述不可靠性問題的影響,英國職業(yè)安全衛(wèi)生局(HSE)開發(fā)和使用一種被稱為 “最謹慎評估”的方法。這種方法有助于在一定程度上抵消由可能存在的違反常規(guī)的人為操作及其他不定量的偶然原因所引起的不可靠性,在專業(yè)判斷的基礎上,所用的謹慎程度應依具體情況而定。值得指出的是,把難以估量”的失效原因計算在內時,得出的危險程度也許會明顯增加,危險度評估將對人為因素類型的問題很敏感、復雜和多變。

誤差與誤差控制是任何科學技術和管理工作中永恒的問題,隨著先進的軟件、大容量數(shù)據(jù)庫和高速計算工具的應用, QRA誤差與誤差控制已取得一些令人矚目的進展。

編輯 邊 安