道化學(xué)評價法中安全措施影響后果分類補償計算方法分析

石洪濤，陳延軍（.河北省公安消防總隊廊坊市消防支隊，河北　廊坊065000；.新疆公安消防總隊哈密消防支隊，新疆哈密839000）

道化學(xué)評價法中安全措施影響后果分類補償計算方法分析

石洪濤1，陳延軍2
（1.河北省公安消防總隊廊坊市消防支隊，河北廊坊065000；2.新疆公安消防總隊哈密消防支隊，新疆哈密839000）

針對現(xiàn)有的兩類道化學(xué)評價方法中火災(zāi)爆炸危險指數(shù)（F&EI）修正過程中未對安全措施的影響后果進行分類，使得減少事故損失方面安全措施的積極影響也被施加在單元固有危險程度的降低上，不同程度地夸大了安全措施的效果這一問題，提出了安全措施分類補償?shù)挠嬎惴椒?，將安全措施分為防護型和減損型，防護型措施與評價單元的固有危險性相聯(lián)系，而減損型措施與事故后果相聯(lián)系；在對F&EI進行修正時僅引入防護型安全措施的補償系數(shù)，在計算最大可能財產(chǎn)損失時考慮減損型安全措施的影響，使得評價結(jié)果更加客觀、準確，為有關(guān)人員提供更合理的評價單元危險等級的參考數(shù)據(jù)。

DOW指數(shù)法；安全措施；影響后果；分類補償；F&EI修正

道化學(xué)火災(zāi)爆炸指數(shù)法（簡稱DOW指數(shù)法）是美國道化學(xué)公司于1964年在《化工過程及生產(chǎn)裝置的火災(zāi)爆炸危險度評價法及其相應(yīng)措施》中提出的，并且先后進行了6次修改與完善，于1993年推出了第七版。該評價方法具有較廣泛的實用性，不僅可用于評價生產(chǎn)、貯存、處理具有可燃、爆炸、化學(xué)活潑物質(zhì)的化工過程，而且還可用于供排水（氣）系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)、配電系統(tǒng)以及鍋爐、發(fā)電廠的某些設(shè)施和具有一定潛在危險的裝置等的危險性評價。這種評價法是以過去的事故統(tǒng)計資料以及物質(zhì)的潛在能量和現(xiàn)行安全措施為依據(jù)，定量地對工藝單元潛在火災(zāi)、爆炸和反應(yīng)危險性進行分析與評價。其目的主要包括:量化潛在火災(zāi)、爆炸和反應(yīng)性事故的預(yù)期損失；確定可能引起事故發(fā)生或使事故擴大的裝置；向有關(guān)部門通報潛在的火災(zāi)、爆炸危險性；使有關(guān)人員及工程技術(shù)人員了解到各工藝部門可能造成的損失，以此確定減輕事故嚴重性和總損失的有效、經(jīng)濟的途徑［1-2］。

DOW指數(shù)法首先通過工藝單元危險物質(zhì)的辨識、決定物質(zhì)的選取和危險系數(shù)的計算來確定初始的火災(zāi)爆炸危險指數(shù)等級；然后針對生產(chǎn)或工藝過程所采取的各種安全裝置與措施，計算安全措施補償系數(shù)，進行危險分析；最后得出安全補償后的實際最大可能財產(chǎn)損失，并用于指導(dǎo)生產(chǎn)［3］。從評價程序來看，工藝單元內(nèi)采取的安全措施的積極效果僅體現(xiàn)在最大可能財產(chǎn)損失的降低上，而未體現(xiàn)在代表單元固有的火災(zāi)爆炸危險指數(shù)（F&EI）上，進而確定的暴露面積也偏大。為了解決這一問題，國內(nèi)外不少學(xué)者提出了應(yīng)用安全措施補償系數(shù)來修正F&EI及暴露半徑、暴露面積。目前現(xiàn)有的修正方法可以歸結(jié)為兩類:第一類修正方法是直接修正法，即將計算得到的安全措施補償系數(shù)直接與修正前的F&EI相乘，根據(jù)修正后的F&EI確定暴露半徑及暴露面積［4-10］，如趙玲等［11］提出了將管理補償系數(shù)計算在總補償系數(shù)中，周麟璋等［12］提出了應(yīng)用于野戰(zhàn)油庫的道化學(xué)安全評價方法，從本質(zhì)上看，這是屬于直接修正這一類的方法；第二類修正方法是根方法，即將計算得到的安全措施補償系數(shù)的平方根與修正前的F&EI相乘，并根據(jù)修正后的F&EI確定暴露半徑及暴露面積［3，13］。

雖然上述兩類修正方法可以在一定程度上降低系統(tǒng)成本及保險金額，提高了被評價單元固有危險水平的準確度，但筆者認為，從不同安全措施所產(chǎn)生的效果和影響來看，兩類修正方法均沒有對安全措施進行影響后果的分類，使得修正結(jié)果仍然存在不合理性。鑒于此，本文嘗試在對這兩類修正方法分析評判的基礎(chǔ)之上，提出安全措施影響后果分類補償?shù)挠嬎惴椒?，并通過實際案例加以驗證分析。

1　安全措施影響后果分類概念的提出

在對某單元或企業(yè)進行安全評價時，首先要考慮的問題就是風(fēng)險的大小，而對于風(fēng)險要同時考慮兩個方面，一是受害程度或損失大小，二是造成某種損失或損壞的難易程度。考慮到這兩個方面的問題，可以用下面象征性的式子來表示風(fēng)險:

DOW指數(shù)法中，通常采用F&EI和MPPD來表征被評價單元的火災(zāi)爆炸風(fēng)險。F&EI體現(xiàn)了被評價單元固有的危險，或者說是其發(fā)生火災(zāi)爆炸的難易程度及概率，從而對應(yīng)于等式（1）中的不可靠性；MPPD體現(xiàn)了被評價單元發(fā)生火災(zāi)爆炸事故后所造成的財產(chǎn)損失，對應(yīng)于等式（1）中的損害。

DOW指數(shù)法將安全措施分為三類，即工藝控制安全措施、物質(zhì)隔離安全措施和防火安全措施，應(yīng)用這種分類方法，將各類安全措施的補償系數(shù)作為一個整體用來確定實際的最大可能財產(chǎn)損失（Actual MPPD）是可行的，但未考慮各類安全措施造成的影響后果，因此直接作為整體系數(shù)來修正F&EI是欠妥當?shù)摹Ｔ趯嶋H應(yīng)用中，有必要根據(jù)各項安全措施的可靠程度及影響后果進行分類，才能客觀地反映安全措施對工藝單元安全水平的貢獻。據(jù)此，本文將安全措施其分為防護型措施和減損型措施，并定義如下:①防護型措施。防護型措施主要是那些能夠降低火災(zāi)爆炸事故發(fā)生概率的措施，從而對應(yīng)于評價單元的不可靠性，影響后果體現(xiàn)在F&EI的減小上。例如，DOW指數(shù)法中，工藝安全措施類的應(yīng)急電源可劃分為防護型措施，物質(zhì)隔離安全措施類的連鎖裝置可劃分為防護型措施。②減損型措施。減損型措施主要是那些一旦發(fā)生了意外事故或火災(zāi)爆炸事故，能夠及時控制事故進一步擴大，降低事故范圍或損失的措施，從而對應(yīng)于評價單元的損害，影響后果體現(xiàn)在MPPD的減小上。例如，DOW指數(shù)法中，工藝安全措施類的抑爆裝置可劃分為減損型措施，物質(zhì)隔離安全措施類的遙控閥可劃分為減損型措施，防火安全措施類的均可劃分為減損型措施。DOW指數(shù)法中三類安全措施影響后果的具體分類情況見表1。

由于F&EI代表的是單元所固有的危險程度，在使用安全措施補償系數(shù)對評價單元的F&EI進行修正時，應(yīng)僅考慮能夠降低單元事故概率的防護型安全措施的影響，而不應(yīng)將減少事故損失的減損型措施也考慮進來；同理，當應(yīng)用修正后的F&EI計算實際的MPPD時，也僅需考慮減損型安全措施的影響，無需再次引入防護型安全措施的補償系數(shù)。這樣分類補償?shù)慕Y(jié)果，可以避免在F&EI修正過程中錯誤地低估評價單元火災(zāi)爆炸危險水平的現(xiàn)象。

表1　安全措施影響后果分類表Table 1 Classifications of measures based on their effects

2　DOW指數(shù)法安全措施補償修正方法的分析與討論

2.1現(xiàn)有DOW指數(shù)法安全措施補償修正方法存在的不足

2.1.1安全措施補償系數(shù)直接與修正前F&EI相乘的方法

從我國目前的大多數(shù)文獻來看，采用安全措施補償系數(shù)直接與修正前的F&EI相乘的方法進行修正的居多，這種修正方法計算簡便、直觀，能夠充分體現(xiàn)安全措施在降低被評價單元危險程度中的重要性。但該修正方法存在以下兩方面問題，使之不能真實地反映修正結(jié)果的準確性。

（1）該修正方法將各類安全措施的補償系數(shù)相乘，作為一個整體對F&EI進行修正，并未考慮各類安全措施的影響后果，使得減損型措施的影響后果也被施加到體現(xiàn)被評價單元固有危險特性的F&EI上，從而使修正結(jié)果比實際值偏小，不能準確地反映評價單元的客觀危險程度。

（2）在DOW指數(shù)法中，安全措施的效果體現(xiàn)在基本MPPD的減小上，即確定實際的MPPD。應(yīng)用安全措施補償系數(shù)對F&EI進行修正后，可以計算得到修正后的暴露半徑、暴露面積、基本MPPD，而修正后的基本MPPD應(yīng)與修正前的實際MPPD相等。即運用安全措施補償系數(shù)對F&EI進行修正，不能影響被評價單元真實的MPPD的大小。

對此修正方法分析如下:

其中，下標1表示修正前的參數(shù)（下同）；下標2表示修正后的參數(shù)（下同）；C為安全措施總補償系數(shù)。

暴露半徑R=0.84×F&EI

對比（5）、（6）兩式發(fā)現(xiàn)，修正后的基本MPPD比修正前實際MPPD多乘了一項安全措施補償系數(shù)C，使得修正后的MPPD與修正前實際MPPD不相等，且修正結(jié)果明顯偏小，顯著夸大了安全措施帶來的補償效果。

通過以上分析，可以發(fā)現(xiàn)采用安全措施補償系數(shù)直接與修正前的F&EI相乘的方法進行修正時，得到的修正結(jié)果偏小，尤其暴露面積和MPPD的值會被顯著地降低，導(dǎo)致錯誤地低估了被評價單元的火災(zāi)爆炸危險水平，從而降低了安全管理人員對此類單元的重視程度，會給安全生產(chǎn)帶來隱患。

2.1.2安全措施補償系數(shù)的平方根與修正前的F&EI相乘的方法

安全措施補償系數(shù)的平方根與F&EI相乘的修正方法，以等式（7）為前提條件進行推導(dǎo)分析，由關(guān)系式（8）、（9），得到應(yīng)用安全措施補償系數(shù)對F&EI進行修正的計算關(guān)系式，即式（10）。

在該修正方法中，由于使用安全措施補償系數(shù)的平方根與F&EI相乘，從而保證了修正后的基本MPPD應(yīng)與修正前的實際MPPD相等，解決了第一類方法中存在的問題，在很好地表達了DOW指數(shù)法（第七版）原則的基礎(chǔ)上，比較客觀地體現(xiàn)了安全措施在降低單元危險方面的作用。但從各種安全措施所產(chǎn)生的后果影響來看，采用安全措施補償系數(shù)的平方根與F&EI相乘進行修正的方法與第一類方法存在一個共同的問題，即修正過程中將防護措施和減損措施的補償系數(shù)作為一個整體來對F&EI進行修正，使得用于減少事故損失措施的補償系數(shù)被施加到體現(xiàn)單元固有危險水平的F&EI上，從而使修正結(jié)果較真實值偏低，會誤導(dǎo)有關(guān)管理人員降低對評價單元危險程度的認識。

2.2安全措施影響后果分類補償計算方法

基于以上分析，為了準確反映安全措施在降低被評價單元火災(zāi)爆炸危險性中的補償作用，同時又能表達出DOW指數(shù)法（第七版）的基本要求，筆者提出了安全措施分類補償?shù)挠嬎惴椒?，整體修正計算思路如下:

（1）將DOW指數(shù)法的安全措施分為防護型和減損型兩類。

（2）在對F&EI進行修正時，用防護型安全措施補償系數(shù)的平方根與修正前F&EI相乘，并據(jù)此得到修正后的暴露半徑及暴露面積。

（3）確定了暴露面積內(nèi)的財產(chǎn)更換價值和危害系數(shù)后，將兩者的乘積與減損型安全措施補償系數(shù)相乘，得到MPPD，此MPPD為考慮了安全措施后的實際MPPD。

3　案例應(yīng)用及分析

3.1案例應(yīng)用

為了說明安全措施影響后果分類補償計算方法的具體應(yīng)用過程，本文以文獻［13］中合成氨的工藝為評價單元進行算例分析。文獻［13］使用的是安全措施補償系數(shù)平方根與F&EI相乘的修正方法，各參數(shù)取值及計算過程如下:

（1）選擇工藝單元。將氨合成反應(yīng)器作為被評價的工藝單元，工藝設(shè)備中的物料有氫氣、氮氣、氨氣。

（2）確定物質(zhì)系數(shù)。將氫氣作為確定物質(zhì)系數(shù)的物質(zhì)，查表得氫氣的物質(zhì)系數(shù)MF為21。

（3）計算單元一般工藝危險系數(shù)?；鞠禂?shù)為1，放熱化學(xué)反應(yīng)項取0.3，通道項取0.2，其他項均取0，則該單元的一般工藝危險系數(shù)為F1=1+ 0.3+0.2=1.5。

（4）計算單元特殊工藝危險系數(shù)?；鞠禂?shù)為1，毒性物質(zhì)項取0.6，過程失?；虼祾吖收享椚?.3，一直在燃燒范圍項取0.8，壓力項取0.93，工藝中的液體和氣體項取1.4，腐蝕與磨蝕項取0.1，其他項均取0，則該單元的特殊工藝危險系數(shù)為F2= 1+0.6+0.3+0.8+0.93+1.4+0.1=5.13。

（5）確定工藝單元危險系數(shù)。該工藝單元危險系數(shù)為F3=F1×F2=1.5×5.13=7.7。

（6）計算安全措施補償系數(shù)。由表2計算得到安全措施補償系數(shù)C1=0.742、C2=0.911 8、C3= 0.708 5，則整體安全措施補償系數(shù)C=0.479 3。

（7）計算評價單元的F&EI值。該評價單元的F&EI=MF×F3×C1/2=21×7.7×0.479 31/2=111.9。

（8）確定暴露半徑及暴露面積。暴露半徑R= F&EI×0.84×0.304 8=28.66 m；暴露面積S= πR2=3.14×28.662=2 580.867 m2。

（9）確定暴露面積內(nèi)財產(chǎn)的更換價值。暴露面積內(nèi)財產(chǎn)的更換價值RV=原來成本×0.82×價格增長系數(shù)。文獻［13］中，假設(shè)原來成本=S×價值密度，且0.82×價格增長系數(shù)=1，其中價值密度為單位面積的暴露區(qū)域內(nèi)含有的價值量，價值密度取值為5 000美元/m2，則有RV=S×5 000×1=2 580.867× 5 000=12.904百萬美元。

（10）確定最大可能財產(chǎn)損失MPPD。最大可能財產(chǎn)損失MPPD=DF×RV=0.83×12.904= 10.7百萬美元（DF為單元危害系數(shù)，由單元危險系數(shù)F3和物質(zhì)系數(shù)MF按單元危害系數(shù)計算圖來確定，本案例中的DF為0.83）。

（11）確定最大可能工作日損失MPDO及停產(chǎn)損失BI。根據(jù)計算得到的MPPD，由最大可能停工天數(shù)計算圖，可得到最大可能工作日損失MPDO=86.15 d；停產(chǎn)損失BI=（MPDO/30）× VPM×0.7=（86.15/30）×100×0.7=201.017百萬美元（VPM為每月產(chǎn)值，單位為百萬美元）。

由于工藝單元的選擇、物質(zhì)系數(shù)的確定、工藝單元危險系數(shù)的確定、單元危害系數(shù)的確定等計算過程與文獻［13］一致，在此不再贅述，以下為使用安全措施影響后果分類補償方法的計算過程，本文僅對F&EI的修正和MPPD的確定進行說明。

（1）計算防護型補償系數(shù)和減損型補償系數(shù)。在計算被評價單元的防護型補償系數(shù)和減損型補償系數(shù)時，首先要根據(jù)各類安全措施產(chǎn)生后果的不同將其進行分類，并依據(jù)評價單元的實際情況，參考DOW指數(shù)法第七版相關(guān)說明，采用相應(yīng)的補償系數(shù)，本例中的各類安全措施的分類及補償系數(shù)取值見表2。將所有防護型安全措施的補償系數(shù)相乘，可得到該評價單元的防護型補償系數(shù)C防；將所有減損型安全措施的補償系數(shù)相乘，可得到該評價單元的減損型補償系數(shù)C減。由表2可計算得到該評價單元的C防=0.87，C減=0.55。

（2）確定評價單元修正后的F&EI。此F&EI為防護型安全措施補償系數(shù)修正后的數(shù)值，即F&EI= F3×物質(zhì)系數(shù)×C防1/2=7.7×21×0.871/2=150.8。

（3）確定暴露面積。暴露半徑R=F&EI× 0.84×0.3048=38.58 m；暴露面積S=πR2= 3.14×38.582=4 674.6 m2。

（4）確定暴露面積內(nèi)財產(chǎn)的更換價值。暴露面積內(nèi)財產(chǎn)的更換價值RV=原來成本×0.82×價格增長系數(shù)。在本算例中，假設(shè)原來成本=S×價值密度，且0.82×價格增長系數(shù)=1，其中價值密度為$5 000/m2，則RV=S×5 000×1=4 674.6× 5 000=23.373百萬美元。

表2　合成氨裝置單元安全措施分類及補償系數(shù)表Table 2 Classification of the safety measures and credit factors used for the ammonia synthesis reactor unit

（5）確定最大可能財產(chǎn)損失MPPD。根據(jù)上文介紹的計算方法，MPPD=DF×RV×C減= 0.83×23.373×0.55=10.7百萬美元。

在此需要說明的是，由于該計算方法中得到的F&EI已經(jīng)是修正后的數(shù)值，故由F&EI確定的暴露半徑、暴露面積及更換價值均是修正后的數(shù)值，即考慮了防護型安全措施的影響后果而得到的數(shù)值，另外又將減損型安全措施的補償系數(shù)計算在內(nèi)，因而據(jù)此計算得到的MPPD為實際的MPPD，此方法中不涉及基本MPPD的計算。

（6）確定最大可能工作日損失MPDO及停產(chǎn)損失BI。根據(jù)計算得到的MPPD，由最大可能停工天數(shù)計算圖，可得到最大可能工作日損失MPDO=86.15 d；停產(chǎn)損失BI=（MPDO/30）× VPM×0.7=（86.15/30）×100×0.7=201.017百萬美元。

3.2不同修正方法計算結(jié)果對比分析

為了進一步說明安全措施后果補償計算方法的合理性，針對上例，本文采用各種修正方法分別進行了計算，其計算結(jié)果見表3。

由表3可見，對同一評價單元，當采用不同的評價方法時得到的評價結(jié)果也不盡相同。從F&EI值來看，DOW指數(shù)法第七版評價方法未對其進行修正，計算得到的F&EI值最高，危險等級為非常大；應(yīng)用第一類修正方法計算得到的F&EI值最小，危險等級較修正前降低了三個等級，為較輕；應(yīng)用第二類修正方法和安全措施影響后果分類補償法計算得到的F&EI值居中，危險等級分別降低了二個等級和一個等級，分別為中等和很大危險等級。由于修正后F&EI值的降低程度不同，導(dǎo)致各種方法計算得到的暴露半徑和暴露面積也各不相同，第一類修正方法計算得到的暴露面積最小，第二類修正方法和安全措施影響后果分類補償法計算得到的暴露面積居中。從實際MPPD、MPDO和BI值來看，DOW指數(shù)法第七版評價方法、第二類修正方法和安全措施分類補償法計算得到的MPPD、MPDO和BI值相同，而第一類修正方法計算得到的結(jié)果顯著降低。

表3　不同修正方法得到的評價結(jié)果Table 3 Evaluation results of fire explosion by different modifying methods

通過對比分析不同計算方法得到的評價結(jié)果可以看出:第二類修正方法和安全措施影響后果分類補償法均能很好地遵循DOW指數(shù)法第七版評價方法的設(shè)計原則，修正后得到的實際MPPD相同；而第一類修正方法錯誤地夸大了安全措施對F&EI和實際MPPD的積極影響，計算結(jié)果被顯著降低，使得評價結(jié)果過于偏向安全；但第二類修正方法在修正F&EI時，未對安全措施進行影響后果分類，將體現(xiàn)減少事故范圍或損失的措施也考慮在內(nèi)，從而也在一定程度上低估了被評價單元的固有危險程度；而基于安全措施影響后果分類補償法修正得到的計算結(jié)果，既可以客觀、準確地體現(xiàn)防護型安全措施在降低評價單元固有危險時所起到的積極效果，又可以恰當?shù)胤从吵鰷p損型安全措施在降低MPPD時起到的作用。

4　結(jié) 論

通過對現(xiàn)有DOW指數(shù)法中安全措施補償修正方法的分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的兩類修正方法不同程度地夸大了安全措施的積極影響，使得修正后的評價結(jié)果偏于保守，會誤導(dǎo)相關(guān)設(shè)計、管理人員降低對評價單元的危險程度的認識；而安全措施影響后果分類補償計算方法，將各項安全措施分為防護型安全措施和減損型安全措施，并根據(jù)兩類安全措施造成的影響后果的不同，將安全措施補償系數(shù)分別體現(xiàn)在F&EI的修正和MPPD的計算上，使得修正結(jié)果更加客觀、準確，既體現(xiàn)了安全措施降低單元危險程度的積極作用，又提醒有關(guān)人員不能盲目信賴安全措施而大幅度降低單元固有的危險水平，可為有關(guān)人員提供更合理的評價單元危險等級。

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Calculation Method of Fire and Explosion Index Value by Taking Classified Credit for the Effect Results of Safety Measures

SHI Hongtao1，CHEN Yanjun2
（1.Langfang Fire Branch of Hebei Province Fire Brigade，Langfang 065000，China；2.Hami Fire Branch of Xinjiang Autonomous Region Fire Brigade，Hami 839000，China）

When using the two methods for the E&EI amending in the evaluation of DOW，the effects of security measures are not classified，which causes that the efficiency of the measures are magnified in different degrees，for the positive impacts of the loss control measures are applied to the level decrease of the nature risk in the evaluated unit.To tackle this problem，this paper proposes the offset method of classified security measures，in which the security measures are divided into protecting type and loss controlling type.The protecting type measures are related to the nature risk of the evaluated unit，and the loss controlling type measures are ralated to the loss of the unit accident.When calculating the amended E&EI，the offset coefficients of protecting type security measures are involved，and when determining the maximum probable property damage，the loss controlling type measures are considered.This method could provide more reasonable reference data about the risk unit，because of its more objective and accurate evaluation results.

DOW Index；safety measures；effect results；classified offset；F&EI amending

X913

A

10.13578/j.cnki.issn.1671-1556.2015.05.014

1671-1556（2015）05-0079-06

2015-03-02

2015-07-31

石洪濤（1978—），男，工程師，主要從事防火工程方面的研究工作。E-mail:shihongtao1978@sina.com