現(xiàn)代安全生產(chǎn)科學(xué)管理知識(shí)講座

劉鐵民

在強(qiáng)調(diào)重大事故定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)(QRA) 誤差控制 ,增加定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的可靠性與合理性 ,應(yīng)用國外同類屬性數(shù)據(jù)庫和評(píng)估模型時(shí),應(yīng)結(jié)合我國生產(chǎn)力水平和企業(yè)管理現(xiàn)狀,充分估計(jì)人為因素對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。

定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)(QRA)既是預(yù)防重大事故發(fā)生的重要技術(shù)方法,也是突發(fā)事件應(yīng)急指揮決策的主要參考依據(jù)。定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的有效性和可信性,很大程度上取決于評(píng)價(jià)過程中誤差辨識(shí)與控制。近年來,中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院等單位將QRA作為重大危險(xiǎn)源風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和危險(xiǎn)化學(xué)品工業(yè)園區(qū)規(guī)劃的主要技術(shù)方法。但由于采用的計(jì)算模型和數(shù)據(jù)來源不同,導(dǎo)致針對(duì)同類甚至同一對(duì)象的評(píng)價(jià)結(jié)果有很大差異。這些差異一方面是由于方法學(xué)上的問題,另一方面有可能來自抽樣或系統(tǒng)誤差。只有對(duì)各種不同類型的誤差進(jìn)行有針對(duì)性的控制,才能使評(píng)價(jià)結(jié)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(zhì)上是一種自上向下的程序,其可靠性相當(dāng)程度上依賴于使用的類屬性失效率數(shù)據(jù)(即:相同的產(chǎn)品工作到某一時(shí)刻尚未失效,在該時(shí)刻后,單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的概率),其大多來源于歷史上累計(jì)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)能否與所研究的設(shè)備類型相匹配,幾乎是每一個(gè)研究人員須面對(duì)的問題。類屬性失效率數(shù)據(jù)主要是從對(duì)各種不同年代、不同工藝、不同制造與管理標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的研究中得到。同時(shí),不可靠性也可能產(chǎn)生于在使用這些數(shù)據(jù)和對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(yàn)。

失效率數(shù)據(jù)不完善和不嚴(yán)密性常被認(rèn)為是不可靠性的主要原因。如有些從文獻(xiàn)中引用的數(shù)據(jù),可相差一個(gè)甚至幾個(gè)數(shù)量級(jí)。這些變異與不可靠性直接影響到特定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的精確度。此外,還應(yīng)注意研究失效率數(shù)據(jù)處理過程中存在的問題?？茖W(xué)家們一直在試圖改善所有假定條件內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)基礎(chǔ)上,并努力提高潛在不可靠性危險(xiǎn)度評(píng)估的精確度,這是一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)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(jì)算參數(shù)

舉例來說,從泄漏開始直到有毒物質(zhì)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(zhì)流入到大氣中,相關(guān)的轉(zhuǎn)換過程很復(fù)雜,并且涉及不平衡的兩相“噴濺”流動(dòng)。在建立泄漏(開始)模型時(shí)要考慮到當(dāng)噴射從裂口處發(fā)生時(shí),噴射的快速膨脹與進(jìn)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(dá)到 QRA的目標(biāo),要把諸多復(fù)雜的釋放現(xiàn)象首先歸結(jié)在一個(gè)泄漏開始之上,以便于擴(kuò)散計(jì)算。計(jì)算過程中應(yīng)考慮的主要因素包括:蒸氣和煙霧的形成速率、釋放物質(zhì)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(zhì)所占的比例;當(dāng)混合過程是由周圍大氣湍流支配而不是釋放本身的動(dòng)力引起的湍流支配時(shí)(即當(dāng)噴射速度接近風(fēng)速時(shí)),釋放物質(zhì)形成的幾何形狀、質(zhì)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(duì)它們之間變異預(yù)測的準(zhǔn)確程度,以及用于模仿擴(kuò)散程序的性能,例如擴(kuò)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(chǎn)生的影響和在其他評(píng)估程序中的影響相比相對(duì)較小,就會(huì)十分有利于優(yōu)選模型和控制誤差。

一些試驗(yàn)觀測結(jié)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(yuǎn)處的危險(xiǎn)程度降低。這是因?yàn)閵A卷空氣的增加,導(dǎo)致了遠(yuǎn)處的危險(xiǎn)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(shí)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(chǎn)生的影響也很明顯。這些影響的相對(duì)數(shù)量要比存在障礙地貌的影響大很多。中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院科研人員在研究分析復(fù)雜地形地貌條件下天然氣井噴事故硫化氫擴(kuò)散行為時(shí),建立包括擴(kuò)散速率、風(fēng)向(力)和地形地貌在內(nèi)的三維擴(kuò)散模型,較好地解決了安全區(qū)劃定和應(yīng)急規(guī)劃區(qū)設(shè)置等一系列技術(shù)難點(diǎn)。

2.不同擴(kuò)散模型預(yù)測的計(jì)算數(shù)值差異很大

不同擴(kuò)散模型預(yù)測的密集程度的計(jì)算數(shù)值,最大可差一個(gè)數(shù)量級(jí)。美、英、德等國科學(xué)家開展了這類研究,應(yīng)用模擬程序所做的計(jì)算得出大致相似的結(jié)果。從這些試驗(yàn)可以觀察到幾百米外云團(tuán)里的懸浮物質(zhì)。懸浮物的出現(xiàn)將延長和加重氣體的卷流行為,因?yàn)楫a(chǎn)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(huì)產(chǎn)生熱量,加熱卷流。因此,就有補(bǔ)償性的熱力學(xué)過程發(fā)生。

3.模型建立和應(yīng)用過程中應(yīng)關(guān)注嚴(yán)重程度和損傷標(biāo)準(zhǔn)

大多數(shù) QRA模型危險(xiǎn)度的計(jì)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(xiǎn)源一定距離處特定超壓水平的基礎(chǔ)上。而且特定劑量的效果也取決于承受個(gè)體的實(shí)際情況,實(shí)際的接受劑量是建立在個(gè)人行為之上,QRA模型在評(píng)價(jià)傷害后果時(shí)需要事先定義個(gè)人特征。在如何確定接受劑量問題上,大多數(shù)評(píng)估模型采取假設(shè)“平均人” 的方法。在后階段評(píng)估過程中或者特定危險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)使用中,也要考慮個(gè)體接受特定靈敏度的承受能力。中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院在研究重大事故災(zāi)難應(yīng)急疏散專題時(shí),模擬、檢測了重大事故狀態(tài)下,各類人群的反應(yīng)行為,并結(jié)合危險(xiǎn)物質(zhì)擴(kuò)散模型推算,提出該類重大事故應(yīng)急處置決策支撐方案。

4.QRA模型應(yīng)充分考慮毒性因素作用產(chǎn)生的誤差

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

吸入速率的變化對(duì)吸收毒物負(fù)荷具有很明顯的影響。 對(duì)液態(tài)氨、氯和硫化氫等一些毒物預(yù)測分析數(shù)據(jù)表明 ,隨著離工廠距離的延長,致死性(LC50)預(yù)測的危險(xiǎn)也隨之發(fā)生變化;當(dāng)計(jì)算存在致命危險(xiǎn)時(shí),必須認(rèn)真注意一些評(píng)價(jià)模型的弱點(diǎn)。為了減少由于有毒氣體模型的這些弱點(diǎn)產(chǎn)生相當(dāng)大的不可靠性,一些科學(xué)家開發(fā)應(yīng)用了一些有效的辦法,例如:對(duì)于每種物質(zhì)使用特定的劑量標(biāo)準(zhǔn)或者毒物負(fù)荷。這些新的技術(shù)方法預(yù)期可能適合所有這類評(píng)估模型,并已開始得到廣泛的應(yīng)用。

許多研究報(bào)告注意到,QRA 模型的毒性標(biāo)準(zhǔn)僅僅建立在致死性(LC50)上還不夠充分,還應(yīng)考慮幾乎每人都會(huì)出現(xiàn)的痛苦反應(yīng),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(hù)理。

人為因素對(duì)QRA模型的

影響不能忽略

我國目前采用的一些 QRA評(píng)價(jià)軟件及其數(shù)據(jù)庫,來源于工業(yè)發(fā)達(dá)國家的技術(shù)部門,與我國在技術(shù)基礎(chǔ)與管理基礎(chǔ)上都有很大差距,在引進(jìn)和采用這些技術(shù)系統(tǒng)時(shí),應(yīng)注意到這類數(shù)據(jù)可能存在的誤差。

有些專家認(rèn)為,由于類屬性數(shù)據(jù)包含了那些低于平均水平的設(shè)備失效,可能導(dǎo)致過高估計(jì)了危險(xiǎn)度。這些意見對(duì)在實(shí)行高標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備上進(jìn)行QRA運(yùn)算時(shí)或許正確,但當(dāng)所評(píng)估的設(shè)備是一類設(shè)備的原型時(shí),或者在未來很長一段時(shí)間內(nèi)會(huì)有改變管理的可能性時(shí),就應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn),采用改進(jìn)后更具有針對(duì)性的評(píng)價(jià)模型。這種改進(jìn)實(shí)質(zhì)上等于把用工程判斷來修正某特定設(shè)備條件下的類屬性失效率的方法形式化,以求增強(qiáng)這些方法的嚴(yán)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(xiǎn)地區(qū)的安全管理質(zhì)量的審核系統(tǒng),審核結(jié)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(shè)備安全管理質(zhì)量相關(guān)性或用于測量安全管理質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)或關(guān)鍵因素。其次是這些因素怎樣才能更好的審核和正確的運(yùn)用在QRA中,并適當(dāng)分配它們的權(quán)重。這些研究中的一個(gè)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(xiǎn)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(gè)人為因素與粗心大意或者不正確人為操作有關(guān),這種人為失誤可能破壞安裝在設(shè)備上良好的預(yù)防系統(tǒng),導(dǎo)致事件發(fā)生。決策者在判斷預(yù)測危險(xiǎn)度的有效性時(shí),必須考慮到人為因素的可能性,這需要系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì),應(yīng)用系統(tǒng)工程和系統(tǒng)分析方法對(duì)某設(shè)備進(jìn)行全面安全評(píng)價(jià)。這種系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)的效果可能隨著時(shí)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(jǐn)慎評(píng)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(chǔ)上,所用的謹(jǐn)慎程度應(yīng)依具體情況而定。值得指出的是,把難以估量”的失效原因計(jì)算在內(nèi)時(shí),得出的危險(xiǎn)程度也許會(huì)明顯增加,危險(xiǎn)度評(píng)估將對(duì)人為因素類型的問題很敏感、復(fù)雜和多變。

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

編輯 邊 安