重大危險源定量風險評價方法研究

侯福忠（新疆富蘊廣匯新能源有限公司安環(huán)部， 新疆 烏魯木齊 830002）

重大危險源定量風險評價方法研究

侯福忠（新疆富蘊廣匯新能源有限公司安環(huán)部， 新疆 烏魯木齊 830002）

隨著化學工業(yè)的不斷發(fā)展、壯大，重大危險源的數(shù)量不斷增多。由于缺乏合理建設規(guī)劃，一些?；分卮笪ｋU源被居民區(qū)或公共設施所包圍。由此產(chǎn)生的火災、爆炸和毒害品泄漏等重大災害事故屢屢發(fā)生，嚴重危及人員安全。在我國正在積極倡導的“以人為本、安全發(fā)展”和依法治國的大背景下，本文通過對某化工企業(yè)重大危險源進行定量風險評價與計算，來探討、研究定量風險評價法在重大危險源安全管理中的應用。

重大危險源；定量；風險評價；方法

1　重大危險源危險性的定性、定量分析評價過程

本文擬采用某公司新建項目的儲存設施（主要為甲醇罐區(qū)、液氨、油品罐區(qū)）為研究對象。根據(jù)《危險化學品重大危險源辨識》（GB 18218-2009）進行辨識、計算后得知，該公司罐區(qū)屬于一級重大危險源。為確定該罐區(qū)周邊的安全防護距離，就需要進行危險性的定性定量評價與計算。我們首先采用預先危險性分析法對本重大危險源可能存在的危險有害因素進行分析、分級，并提出相應的防范措施。

1.1重大危險源危險性分析預評價過程

結合危險有害因素辨識和評價單元劃分，選取本系統(tǒng)單元可燃液體儲罐子單元作為評價對象。預先危險性分析評價過程見附表1-1-1。

通過預先危險性分析可知，甲醇、焦油、石腦油儲罐和液氨球罐等發(fā)生火災、爆炸事故是最主要的危險有害因素，尤其是罐區(qū)儲存易燃、易爆物質數(shù)量大，一旦泄漏發(fā)生火災造成的危害后果較為嚴重。此外，罐區(qū)還存在中毒危害。

1.2重大危險源災害后果模擬分析評價過程

重大危險源中甲醇、焦油、石腦油儲罐等泄漏遇火源可能發(fā)生池火災，液氨球罐泄漏可造成大面積的毒害范圍。我們首先用災害模型模擬、評估影響范圍。

（1）可燃液體儲罐泄漏引發(fā)池火災的影響范圍計算過程 選取甲醇、石腦油和焦油儲罐區(qū)等作為評價目標。根據(jù)評估模型計算方法進行“池火災”災害評估。其中儲罐體積參數(shù)、池面積等主要依據(jù)《可研報告》選??；物質密度、燃燒熱等數(shù)據(jù)主要來自《危險化學品安全技術說明書》。數(shù)據(jù)處理計算過程及結果見附表1-2-1。

附表1-2-1 儲罐區(qū)“池火災”損傷估算結果表

附表1-1-1可燃液體儲罐子單元預先危險性分析表

評估結果分析：

通過對本重大危險源的災害事故初步模擬計算可知，液體儲罐一旦發(fā)生池火災、爆炸，造成的最大影響范圍在220M左右。

（2）液氨球罐泄漏中毒災害的影響范圍計算過程 液氨球罐泄漏后將造成一定的毒害范圍，故針對本項目2個1000m3液氨球罐中一個儲罐泄漏選取有毒、有害物質在大氣中擴散模型分別進行模擬評價。

本項目儲罐工藝條件：1000m3球罐，溫度常溫20℃，儲存壓力1.6MPa，密度0.67，裝載系數(shù)取0.85，質量W=569500kg

當球罐破裂時，球罐內壓力降至latm（0.1MPa），處于過熱狀態(tài)的液氨溫度迅速降至標準沸點t0（-33℃），此時全部液氨所放出的熱量為：

Q=WC（t-t0）=569500×4.6×（20+33）=1.39×108

式中：Q為液氨放出的熱量（kJ）；W為容器內液氨的質量（kg）；W=569500kg；C為液氨比熱（kJ/kg℃）；C=4.6kJ/ kg℃；t為液氨溫度，t=20℃；t0為液氨沸點，t0=-33℃；假設這些熱量全部用于球罐內液氨的蒸發(fā)，則其蒸發(fā)量為：

W'= Q/q=1.39×108/1.37×103=1.01×105kg

式中：q為液氨的汽化熱，1.37×103kJ/kg。

則在沸點下蒸氣氨氣的體積Vg 為：

式中：M為氨的分子量，M=17；

計算得：Vg=1.33×105m3

附表1-2-2 液氨的物化性質

根據(jù)《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級》可知，氨屬于Ⅳ（輕度危害），車間允許濃度30mg/m3，半數(shù)致死濃度1390mg/m3。

假設在靜風條件下，氨氣初始云團按半球狀在地面釋放，設釋放后云團的濃度為30mg/m3，則輕度危害半徑為：

設釋放后濃度為1390mg/m3，則中度危害半徑為：

由上述計算結果可知，一旦液氨球罐發(fā)生泄漏，在以球罐為圓心，半徑1172m 的區(qū)域范圍內氨氣濃度高于國家衛(wèi)生標準30mg/m3以上，會造成輕度危害；在半徑326m的區(qū)域范圍內會導致重度危害。

2　重大危險源事故樹分析評價過程

通過預先危險性分析評價和災害評估可以看出，重大危險源液氨球罐破裂發(fā)生泄漏造成人員中毒的危害區(qū)域較大。

選取“球罐超壓爆裂泄漏事故”作為頂上事件，以在同類工程進行實地調研的結果為依據(jù)，進行事故預想分析，列出“事故原因調查表”。畫出事故樹圖。計算泄漏事故發(fā)生的最小割集、最小徑集、基本事件的結構重要度等。根據(jù)事故樹計算結果，分析控制事故發(fā)生的途徑和手段，提出預防事故發(fā)生的對策和措施。

2.1事故原因分析

液氨球罐為第Ⅲ類壓力容器，其發(fā)生超壓爆裂泄漏事故的可能原因列表如下（附表2-1-1），繪出事故樹附圖2-1-2。

附表2-1-1 液氨球罐超壓爆裂泄漏事故原因列表

2.2最小割（徑）集計算

經(jīng)對球罐超壓爆裂泄漏事故樹圖進行分析計算，求得最小徑集3個，即液氨等球罐不發(fā)生超壓爆裂泄漏的可能性有3種：

P1=｛ “×15”，“×16”｝；

P2=｛ “×1”，“×2”，“×3”｝；

P3=｛ “×4”，“×5”， “×6”， “×7”，“×8”，“×9”，“×12”，“×13”，“×14”｝；

2.3事故樹基本事件的結構重要度

根據(jù)判別結構重要度近似方法和結構重要系數(shù)計算公式，得到球罐超壓爆裂泄漏事故樹基本事件的結構重要順序。

附圖2-1-2 球罐超壓爆裂泄漏事故樹圖

Iφ15=Iφ16 >Iφ1=Iφ2 =Iφ3＞Iφ4 =Iφ5=Iφ7 =Iφ8=Iφ9 =Iφ12 =Iφ13 =Iφ14 ＞Iφ6＞Iφ10 =Iφ11

2.4球罐超壓爆裂泄漏事故樹評價結論

從計算結果可知，基本事件×15、×16構成了最小徑集P1，且其結構重要度最大，是球罐發(fā)生超壓爆裂泄漏事故的最重要條件，其次，基本事件×1、×2、×3的結構重要度僅次于×15、×16，也是控制事故發(fā)生的重要條件。

具體操作中，應注意作到：

①依照壓力容器規(guī)范要求，及時對球罐及附屬管線的焊縫作射線探傷檢查和缺陷修復。②及時調校安全閥，確保其靈敏、可靠，并保持根部閥全開；③及時監(jiān)控罐內液位和壓力，保證液位計、壓力表指示正常；④及時調校報警裝置以及自控系統(tǒng)。

3　本重大危險源（罐區(qū)）的定性、定量危險性分析結果

本項目重大危險源是罐區(qū)（甲醇罐區(qū)、液氨、油品罐區(qū)），通過上述定性定量危險性分析可以得出：

3.1預先危險性分析評價結果

通過預先危險性分析可知，甲醇、焦油、石腦油儲罐和液氨球罐等發(fā)生的火災、爆炸事故是最主要的危險有害因素。由于儲存易燃易爆、有毒物質數(shù)量大，一旦泄漏發(fā)生罐區(qū)火災造成的危害后果較為嚴重。

3.2災害后果模擬分析、評價結果

（1）可燃液體儲罐泄漏引發(fā)池火災的影響評價結果

1000m3甲醇儲罐泄漏發(fā)生池火災造成的死亡半徑為20.8m，重傷半徑為27.7m，輕傷半徑為44m。

3000m3石腦油儲罐泄漏發(fā)生池火災造成的死亡半徑為48.3m，重傷半徑為58.9m，輕傷半徑為92.1m。

5000m3焦油儲罐泄漏發(fā)生池火災造成的死亡半徑為98.1m，重傷半徑為126.9m，輕傷半徑為222.8m。

（2）液氨球罐泄漏災害模擬評價結果

液氨球罐發(fā)生泄漏，通過擴散模型評價得知：一旦液氨球罐發(fā)生泄漏，在以球罐為圓心，半徑1172m的區(qū)域范圍內氨氣濃度高于國家衛(wèi)生標準30mg/m3以上，會造成輕度危害；在半徑326m的區(qū)域范圍內會導致重度危害。

液氨泄漏造成毒害范圍除了和泄漏孔徑有關外，還與大氣穩(wěn)定度、風速等有密切關系。在實際中，液氨泄漏事故發(fā)生后，氣體擴散范圍較難精確預測，不同地形、風速、風向、溫度等都會對泄漏后的擴散形式、距離造成影響，故需要盡可能的遠離人員集中的居住區(qū)、工廠等場所。

4　危險性定量分析的應用和推廣

隨著國家對安全和環(huán)保工作重視程度的不斷提升，重大危險源作為容易引發(fā)重大安全事故的管控目標，已越來越受到企業(yè)和安監(jiān)局等監(jiān)管部門的高度重視。發(fā)達國家已廣匯應用的危險性定量計算和評價方法，能夠比較科學、準確地分析、評價生產(chǎn)儲存系統(tǒng)或工藝裝備的危險性，確保人員和財產(chǎn)安全。隨著，國家安監(jiān)總局［2014］13號公告的實施（《危險化學品生產(chǎn)、儲存裝置個人可接受風險標準和社會可接受風險標準（試行）》），定量風險評價法必將得到更加廣泛的應用。

侯福忠（1973- ），男，漢族，山西介休人，國家注冊安全工程師，研究方向：煤化工安全技術及管理。