天然氣儲(chǔ)罐蒸氣云爆炸事故個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)分析

郭曉曉 蔡治勇 梁開(kāi)武 崔月冬

（重慶科技學(xué)院安全工程學(xué)院，重慶 401331）

天然氣儲(chǔ)罐具有較大危險(xiǎn)性，介質(zhì)易燃易爆且處于一定的壓力狀態(tài)。一旦泄漏，氣體與空氣高度紊流易形成爆炸性蒸氣云，若遇火源則發(fā)生蒸氣云爆炸，蒸氣云爆炸事故頻率高，若發(fā)生在城市或人口聚集區(qū)，會(huì)造成嚴(yán)重的后果。在對(duì)蒸氣云爆炸事故進(jìn)行定量風(fēng)險(xiǎn)分析的基礎(chǔ)上，確定安全距離并進(jìn)行安全規(guī)劃是減輕事故危害的基本途徑之一。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)工業(yè)設(shè)施所造成的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)提出了切實(shí)可行的定量計(jì)算方法。潘科以英國(guó)HSE 的人員傷亡評(píng)估probit 標(biāo)準(zhǔn)來(lái)計(jì)算個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)值，對(duì)液化石油氣VCE 事故定量分析。李清水應(yīng)用基于個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)的土地利用規(guī)劃方法，在定量風(fēng)險(xiǎn)分析的基礎(chǔ)上對(duì)某擬建LNG 儲(chǔ)備庫(kù)周?chē)耐恋乩妙愋瓦M(jìn)行了規(guī)劃與調(diào)整。林銘玉結(jié)合某城市某區(qū)燃?xì)夤芫W(wǎng)布置的實(shí)際情況，進(jìn)行個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)定量分析，確定了天然氣儲(chǔ)配站的安全距離。武雪芳分析歸納了國(guó)外有關(guān)的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)，提出每年10-6的死亡風(fēng)險(xiǎn)是可以忽略不計(jì)的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)水平等觀點(diǎn)。

本文擬在以往研究的基礎(chǔ)上，對(duì)個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算方法進(jìn)行整合，確定天然氣儲(chǔ)罐蒸氣云爆炸事故個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算模型，并結(jié)合案例進(jìn)行個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)分析，找出不同人口密度場(chǎng)所與天然氣儲(chǔ)罐的安全距離，為安全規(guī)劃及防護(hù)措施的制定提供依據(jù)。

1 天然氣儲(chǔ)罐蒸氣云爆炸事故個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算模型

1.1 蒸氣云爆炸（VCE）超壓計(jì)算模型

蒸氣云爆炸是指可燃?xì)怏w或蒸氣與空氣的云狀混合物在開(kāi)闊地上空遇到點(diǎn)火源引發(fā)的爆炸。蒸氣云爆炸能產(chǎn)生多種破壞效應(yīng)，如沖擊波超壓、熱輻射、碎片作用等，但最危險(xiǎn)、破壞力最強(qiáng)的是沖擊波的破壞效應(yīng)。

TNT 當(dāng)量法廣泛用于簡(jiǎn)單蒸氣云爆炸模擬。由于對(duì)TNT 炸藥的爆炸威力已進(jìn)行了大量研究工作，目前已能有效地預(yù)測(cè)其爆炸場(chǎng)和對(duì)物體的破壞作用；設(shè)想把蒸氣云爆炸的破壞作用轉(zhuǎn)化成TNT爆炸的破壞作用，由此評(píng)價(jià)相關(guān)爆炸的一系列結(jié)果，如所測(cè)點(diǎn)的超壓。TNT 當(dāng)量的轉(zhuǎn)化公式為

式中：

WTNT-爆炸的TNT 當(dāng)量質(zhì)量（kg）；

μ-蒸氣云的TNT 當(dāng)量系數(shù)，取4%；

Hc-燃料熱值（kJ/kg）；

Wf-氣云中燃料的總量（kg）；

WTNT-TNT 的爆熱，4520kJ/kg。

若VCE 為地面或近地面爆炸，則爆炸總能量為實(shí)際能量的1.8 倍，在蒸氣云爆轟時(shí)，其沖擊波參數(shù)可以用下面的公式 計(jì)算：

式中：

P0-環(huán)境大氣壓，1.01×105Pa；

PS-沖擊波正相最大超壓（Pa）；

R-目標(biāo)到蒸氣云中心的距離（m）。

1.2 人體脆弱模型

人體脆弱模型用于評(píng)價(jià)人類對(duì)于有毒物質(zhì)、熱輻射、超壓的劑量-反應(yīng)關(guān)系。脆弱性影響因素與概率單位的關(guān)系見(jiàn)表1。

采用人體脆弱性模型計(jì)算脆弱性影響因素的概率單位值。沖擊波超壓的概率變量公式為：

PS-靜態(tài)超壓的峰值（bar）；

Y-致死概率單位值。

人體脆弱性的傷害或死亡概率V 與概率單位Y 之間有如下正態(tài)分布關(guān)系：

1.3 個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算式

個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)定義為：在某一特定位置長(zhǎng)期生活的未采取任何防護(hù)措施的人員遭受特定危害的頻率，等于特定事故發(fā)生概率和后果的乘積。事故后果僅考慮對(duì)人員的影響，只考慮死亡情況，不考慮人員受傷情況、財(cái)產(chǎn)損失和環(huán)境破壞情況。

通常情況下，個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算如下：

表2 擬定個(gè)人可接受風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)值

表3 儲(chǔ)配站周邊環(huán)境一覽表

式中：

Pf是事故發(fā)生的概率；

十、神矮LS—1蘋(píng)果其他品種及砧木種子 太平洋嘎拉、五代紅星、昌紅、煙富（1～6號(hào)）、南陽(yáng)富士、高樁短富；Jm7號(hào)、八棱海棠、杜梨、山毛桃、山杏等種子。

Pd/f是個(gè)人由于事故的發(fā)生而死亡的概率。

計(jì)算天然氣儲(chǔ)罐事故發(fā)生概率時(shí)，通常需要以往事故發(fā)生次數(shù)的統(tǒng)計(jì)值。但只有當(dāng)研究區(qū)域較大時(shí)（省級(jí)以上區(qū)域）才較容易獲得事故發(fā)生次數(shù)統(tǒng)計(jì)值，而當(dāng)研究區(qū)域較小時(shí)（縣、區(qū)及其以下區(qū)域）其值常常嚴(yán)重不足。因此，本文假設(shè)天然氣儲(chǔ)罐發(fā)生蒸氣云爆炸事故的頻率為10-5次/年。

由式（1）～（5）分析建立天然氣儲(chǔ)罐蒸氣云爆炸事故個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)模型如下：

2 天然氣儲(chǔ)罐蒸氣云爆炸事故個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)分析

2.1 個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)可接受水平的確定

國(guó)家安全監(jiān)管總局在對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)土地安全規(guī)劃、安全距離確定方法進(jìn)行廣泛調(diào)研和分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)國(guó)情，研究提出了我國(guó)危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)、儲(chǔ)存裝置個(gè)人可接受風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)，見(jiàn)表2。

2.2 案例分析

某天然氣儲(chǔ)備站新建1 臺(tái)100m3臥式液化天然氣儲(chǔ)罐，取充裝系數(shù)為0.9，LNG 的密度為450kg/m3，儲(chǔ)存壓力0.6MPa。儲(chǔ)配站周邊環(huán)境情況見(jiàn)表3。

為建立模型及計(jì)算簡(jiǎn)便起見(jiàn)，假設(shè)外界環(huán)境為靜風(fēng)；將儲(chǔ)罐看做一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，在儲(chǔ)罐處發(fā)生地面或近地面蒸氣云爆炸。經(jīng)計(jì)算TNT 當(dāng)量為：

WTNT=0.0 4×100×0.9×450×55600/4 520=20000kg。

根據(jù)所建立天然氣儲(chǔ)罐蒸氣云爆炸事故個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)模型——式（6），得到距儲(chǔ)罐不同位置處的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)值，見(jiàn)表4。

表4 距儲(chǔ)罐不同位置個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算結(jié)果

表4 中的數(shù)據(jù)按照間距為10m 的方式記錄了距離儲(chǔ)罐不同位置處的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)值。距離儲(chǔ)罐越遠(yuǎn)，個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)值越小。

本項(xiàng)目為新建項(xiàng)目，參見(jiàn)表3、表4可知：

（1）若防護(hù)目標(biāo)為低密度人員場(chǎng)所則其距儲(chǔ)罐的安全距離為20m。本案例天然氣儲(chǔ)備站周邊所涉及場(chǎng)所為低密度人員場(chǎng)所，其間距大于安全距離。

（2）若防護(hù)目標(biāo)為居住類高密度場(chǎng)所或公眾聚集類高密度場(chǎng)所，其安全距離為90m。本天然氣儲(chǔ)備站周邊不存在此類場(chǎng)所。

（3）若防護(hù)目標(biāo)為高敏感場(chǎng)所、重要目標(biāo)或特殊高密度場(chǎng)所，其安全距離約為175m。本天然氣儲(chǔ)備站周邊不存在此類場(chǎng)所。

3 結(jié)論

（1）根據(jù)本文整合所得個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)模型，低密度人員場(chǎng)所的安全距離為20m。本案例中，天然氣儲(chǔ)配站北面的零星民舍屬低密度人員場(chǎng)所，距離此處30m，所建模型的計(jì)算結(jié)果符合實(shí)際。

（2）根據(jù)《危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)、儲(chǔ)存裝置個(gè)人可接受風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)可接受風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)（征求意見(jiàn)稿）》所規(guī)定的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)可接受水平，結(jié)合實(shí)際案例，得到了該天然氣儲(chǔ)配站周邊不同人口密度場(chǎng)所的安全距離，為其安全規(guī)劃提供了依據(jù)。

（3）本文未考慮風(fēng)速、大氣穩(wěn)定度等對(duì)事故后果的影響，儲(chǔ)罐選址時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加下風(fēng)向的安全距離或增設(shè)安全防護(hù)措施。

[1]潘科，劉媛，許開(kāi)立.基于probit 模型的超壓引發(fā)多米諾效應(yīng)定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2012，22（09）:51-56.

[2]李清水，劉茂，等.基于個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)的土地利用規(guī)劃在LNG 儲(chǔ)備庫(kù)的應(yīng)用[J].中國(guó)工程科學(xué)，2008，10（09）:79-82.

[3]林銘玉.燃?xì)夤芫W(wǎng)對(duì)土地利用規(guī)劃的風(fēng)險(xiǎn)影響分析[D].成都:西南石油大學(xué)，2010.

[4]武雪芳.定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)探討[J].上海環(huán)境科學(xué)，2000，19（04）:152-158.