基于QRA的安全規(guī)劃方法在某油庫的應(yīng)用

胡燕康，康榮學(xué)，宋占兵，于立見

(1.華北科技學(xué)院，北京 東燕郊 065201;2.中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院，北京 100012)

基于QRA的安全規(guī)劃方法在某油庫的應(yīng)用

胡燕康1，康榮學(xué)2，宋占兵2，于立見2

(1.華北科技學(xué)院，北京 東燕郊 065201;2.中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院，北京 100012)

本文通過敘述了定量風(fēng)險(xiǎn)分析的程序、內(nèi)容、指標(biāo)和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并采用此方法的QRA軟件對某油庫計(jì)算了個(gè)人和社會的風(fēng)險(xiǎn)水平。油罐區(qū)的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果表明，該油罐區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)線沒有超出廠區(qū)的范圍，說明該油庫內(nèi)外防護(hù)目標(biāo)的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)是可接受的。社會風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果表明，該油庫沒有產(chǎn)生社會風(fēng)險(xiǎn)曲線，處于可接受區(qū)，滿足社會風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)。出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因既與庫區(qū)自身的儲量、圍堰大小有關(guān)，也與周圍人口分布情況有關(guān)。該方法的應(yīng)用和國家法規(guī)規(guī)定的風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)合，不僅對油庫周邊防護(hù)目標(biāo)安全規(guī)劃具有指導(dǎo)意義，對重大危險(xiǎn)源的新建選址，其他重大危險(xiǎn)源的改、擴(kuò)建以及周邊土地開發(fā)利用均有重要參考價(jià)值。

重大危險(xiǎn)源;安全規(guī)劃;定量風(fēng)險(xiǎn)分析;風(fēng)險(xiǎn)

Abstract：In this paper，we describe the procedures，contents，indexes and evaluation criteria of quantitative risk analysis，and use this method to calculate the personal and social risk level of an oil depot by the QRA software.The personal risk of the tank area indicates that the risk line of the tank area does not exceed the scope of the plant，indicating that the individual risk of the protection target inside and outside the depot is acceptable.Social risk results show that the oil depot does not produce a social risk curve，in an acceptable area，to meet social risk standards.The reason for this phenomenon is related to the reserves of the reservoir area，the size of the cofferdam，and the distribution of the surrounding population.The combination of the application of this method and the risk acceptable standard stipulated in the national laws and regulations not only has the guiding significance to the safety planning of the protection target of the oil depot，the new site of the major hazard source，the alteration and expansion of other major hazard sources and the surrounding land development and utilization Have important reference value.

Key words：Major hazard installations;Safety planning;Quantitative Risk Analysis;Risk

0 引言

1978年以來，隨著工業(yè)化進(jìn)程加速，我國城鎮(zhèn)化發(fā)展呈現(xiàn)“起點(diǎn)低、速度快”的特點(diǎn)。2013年，城鎮(zhèn)常住人口為 7.3 億，城鎮(zhèn)化率達(dá)到 53.7%［1］。京津冀、長三角、珠三角等區(qū)域城市群也開始逐步發(fā)力?？焖偻七M(jìn)的工業(yè)化和城鎮(zhèn)化，使得人口大量匯集，城市重大危險(xiǎn)源的數(shù)量顯著增加，城市固有風(fēng)險(xiǎn)不斷加大，引發(fā)嚴(yán)重的安全問題［2－3］。

表1 典型事故案例

重大危險(xiǎn)源規(guī)劃不合理、安全距離不足等致使事故后果嚴(yán)重。因此，怎樣科學(xué)規(guī)劃重大危險(xiǎn)源，建立重特大事故預(yù)防控制體系，降低事故損失和影響，實(shí)現(xiàn)企業(yè)安全發(fā)展和社會穩(wěn)定，才是社會全體共同關(guān)心、關(guān)注和亟需解決的問題［4］。

目前，國內(nèi)外主要有三種安全規(guī)劃方法：安全距離法、基于后果法和基于風(fēng)險(xiǎn)法［5］。安全距離法主要是依據(jù)專家歷史經(jīng)驗(yàn)判斷和國家法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，確定危險(xiǎn)工業(yè)設(shè)施和活動與防護(hù)目標(biāo)之間的安全距離，通常以表格的形式來表達(dá)?；诤蠊?“確定性方法”或“最壞假象事故情景法”)主要是通過火災(zāi)、爆炸、毒物擴(kuò)散等事故后果模型對應(yīng)的相關(guān)物理量與距離的關(guān)系確定死亡區(qū)和傷害區(qū)范圍。國外目前較為先進(jìn)的安全規(guī)劃方法為ARAMIS(工業(yè)意外事故風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法體系)體系［6］，其在一定程度上改善了前面三種方法的不足，并補(bǔ)充了企業(yè)及周圍脆弱性影響，對土地利用規(guī)劃具有參考意義。本文著重介紹風(fēng)險(xiǎn)法。

1 定量風(fēng)險(xiǎn)分析(QRA)

風(fēng)險(xiǎn)分析源于20世紀(jì)30年代保險(xiǎn)行業(yè)，應(yīng)用于20世紀(jì)60年代化工行業(yè)。經(jīng)歷了美國道化學(xué)指數(shù)法，英國蒙德法，日本化工廠六階段安全法等發(fā)展歷程［7］。定量風(fēng)險(xiǎn)分析(QRA)思想，起源于20世紀(jì)60年代中期。美國拉姆遜教授于1974年首次將其應(yīng)用于核電站風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)中［8］，并發(fā)表了《商用核電站風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)報(bào)告》(WASH—1400)。報(bào)告采用事故樹(FTA)和事件樹(ETA)分析方法，并成功預(yù)測了“三哩島事件”。

定量風(fēng)險(xiǎn)分析(QRA)是對某一裝置或作業(yè)活動中發(fā)生事故頻率和后果進(jìn)行定量分析，并與可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)比較的系統(tǒng)方法。

風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算的通用公式為：

式中 n——事故發(fā)生起數(shù);

fi——事故 i發(fā)生的頻率;

ci——事故 i產(chǎn)生的結(jié)果。

1.1 程序與內(nèi)容

1.1.1 程序

定量風(fēng)險(xiǎn)分析程序如圖1所示。

圖1 定量風(fēng)險(xiǎn)分析程序

1.1.2 內(nèi)容

(1)收集資料

資料主要包括企業(yè)的危險(xiǎn)物質(zhì)信息、工藝危害分析、點(diǎn)火源情況、設(shè)計(jì)運(yùn)行管理資料，當(dāng)?shù)氐臍庀笄闆r、人口數(shù)據(jù)，事故和設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)以及相關(guān)的法律法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

(2)危險(xiǎn)源辨識和單元選擇

危險(xiǎn)辨識是通過系統(tǒng)分析方法辨識評價(jià)區(qū)域的危險(xiǎn)源，確定是否存在重大事故風(fēng)險(xiǎn)。

采用合適的方法(如危險(xiǎn)度評價(jià)法、設(shè)備選擇法等)對辨識出的危險(xiǎn)源進(jìn)行篩選，確定進(jìn)行定量風(fēng)險(xiǎn)分析的危險(xiǎn)源。

(3)風(fēng)險(xiǎn)分析、計(jì)算和評價(jià)

頻率分析是評估火災(zāi)、爆炸、中毒等事故發(fā)生的可能性。

后果分析是依據(jù)事故后果傷害模型，依據(jù)火災(zāi)熱輻射、沖擊波超壓、毒物濃度等物理量與空間距離的關(guān)系，與傷害準(zhǔn)則(熱通量準(zhǔn)則、超壓準(zhǔn)則、半數(shù)致死量等)比較，確定事故后果影響范圍。

風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算是在頻率和后果分析的基礎(chǔ)上，計(jì)算出個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和社會風(fēng)險(xiǎn)。

風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)是依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)確定風(fēng)險(xiǎn)等級的過程，為明確各對象風(fēng)險(xiǎn)控制措施服務(wù)。

1.2 指標(biāo)

定量風(fēng)險(xiǎn)分析有兩個(gè)核心指標(biāo)，即個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)(針對個(gè)體在某位置面臨的風(fēng)險(xiǎn)值)和社會風(fēng)險(xiǎn)(群死事故后果與事故發(fā)生頻率的關(guān)系)［9］。社會風(fēng)險(xiǎn)的另一種表達(dá)方式——潛在生命損失，主要是對各危險(xiǎn)源產(chǎn)生的社會風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量排序，目的是明確風(fēng)險(xiǎn)管理對象、更有效制定風(fēng)險(xiǎn)管理措施。

1.2.1 個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)

個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)是指單位時(shí)間內(nèi)(通常為一年)所有設(shè)施的各種潛在事故導(dǎo)致危險(xiǎn)區(qū)域中某一點(diǎn)人員個(gè)體死亡的概率，只與位置有關(guān)并用風(fēng)險(xiǎn)等值線表示，如圖2所示。

式中 fs——某一事故泄漏概率;

PM——某一天氣等級概率;

Pφ——某一風(fēng)向概率;

Pi——某一點(diǎn)火概率;

vs——該事故人員的死亡概率;

S——事故泄漏場景數(shù)量;

M——天氣等級數(shù)量;

φ——風(fēng)向數(shù)量;

i——點(diǎn)火源數(shù)量。

圖2 個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)等值線

1.2.2 社會風(fēng)險(xiǎn)

社會風(fēng)險(xiǎn)是指危險(xiǎn)源周邊區(qū)域內(nèi)公眾對群死事故后果所能接受的事故發(fā)生概率。通常用事故累積頻率(F)和死亡人數(shù)(N)的關(guān)系曲線(F－N

式中 n——死亡人數(shù);

N——累積死亡總?cè)藬?shù)。曲線)表示。

1.2.3 潛在生命損失

潛在生命損失［10－11］指單位時(shí)間某區(qū)域內(nèi)全部人員可能死亡的數(shù)目，是社會風(fēng)險(xiǎn)的另一種表達(dá)方式，可以依此對重大危險(xiǎn)源進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)排序。

或

式中 PLL——潛在生命損失;

fi——事故 i結(jié)果的頻率，單位為/年;

Ni——第i個(gè)事故的死亡人數(shù);

IRn——為第n個(gè)網(wǎng)格的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn);

dn——為第n個(gè)網(wǎng)格的人員總數(shù);

N——網(wǎng)格數(shù)量。

2 風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)

風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)遵循最低合理可行原則(As Low As Reasonably Practicable，ALARP)［7］，該準(zhǔn)則將風(fēng)險(xiǎn)水平分為三區(qū)兩線，即不可接受區(qū)、可接受風(fēng)險(xiǎn)線、盡可能降低區(qū)、可接受區(qū)和可忽略風(fēng)險(xiǎn)線。

圖3 社會風(fēng)險(xiǎn)等值線

2.1 個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)

個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)指防護(hù)目標(biāo)可接受的來自各危險(xiǎn)源的最高風(fēng)險(xiǎn)(可接受風(fēng)險(xiǎn)值)。確定個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)主要依據(jù)防護(hù)目標(biāo)的聚集程度、對風(fēng)險(xiǎn)的敏感性、暴露的可能性等，不同防護(hù)目標(biāo)的可接受風(fēng)險(xiǎn)不同。

《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》［安監(jiān)總局令第40號］和國家安監(jiān)總局公告［2014年第13號］《危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)、儲存裝置個(gè)人可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)和社會可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)(試行)》中均規(guī)定可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)。40號令和13號公告均對其適用范圍做了規(guī)定，并不沖突。

表2 40號令規(guī)定可接受個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)

表3 13號公告規(guī)定可接受個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)

2.2 社會風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)

社會可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)是公眾對發(fā)生群體死亡事故后果的事故累積頻率的可接受程度。

根據(jù)安監(jiān)總局40號令和13號公告，社會風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)如圖4所示，社會風(fēng)險(xiǎn)曲線是對數(shù)圖，橫坐標(biāo)是死亡人數(shù)，縱坐標(biāo)是所有超過該死亡人數(shù)的事故累積概率。

圖4 我國社會可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)圖

3 應(yīng)用

某油庫西北面約150 m有一洗水廠，東南側(cè)約120m有一米面制品公司，西南面為鄉(xiāng)村公路和村莊。與該村委距離約750 m，與該村小學(xué)距離約650m，與部分房屋距離約96 m，常住人口約87人。庫區(qū)共設(shè)5個(gè)柴油罐(5×2000 m3)、2個(gè)汽油罐(3000 m3+4000 m3)及1個(gè)煤油罐(3000 m3)，總儲量20000m3，屬三級石油庫。

經(jīng)過重大危險(xiǎn)源辨識，該庫區(qū)的油罐區(qū)屬于三級重大危險(xiǎn)源，根據(jù)物質(zhì)性質(zhì)和不同泄漏場景，主要發(fā)生池火災(zāi)危險(xiǎn)。依據(jù)國家安監(jiān)總局40號令和13號公告的規(guī)定，應(yīng)采用13號公告中的在役裝置風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)。

由于該方法需要危險(xiǎn)物質(zhì)數(shù)據(jù)庫、氣象數(shù)據(jù)庫、事故模型數(shù)據(jù)庫、設(shè)備泄露概率數(shù)據(jù)庫等復(fù)雜的數(shù)據(jù)支持以及相應(yīng)的模型和風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算程序，人工計(jì)算較為困難。故通過運(yùn)用中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院開發(fā)的定量風(fēng)險(xiǎn)分析軟件CASST－QRA，輸入相應(yīng)信息，經(jīng)過計(jì)算，得到該油庫的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)等值線和社會風(fēng)險(xiǎn)曲線，如圖5至圖10所示。

圖5 劃分廠區(qū)邊界、危險(xiǎn)源、人員分區(qū)

圖6 輸入危險(xiǎn)源描述信息

圖7 輸入氣象條件描述信息

圖8 輸入人口區(qū)域信息

圖9 油庫個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)等值線圖

由圖9所示，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)線內(nèi)沒有出現(xiàn)其規(guī)定的防護(hù)目標(biāo)，所以該油庫個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)可以接受，由圖10所示，該油庫沒有出現(xiàn)社會風(fēng)險(xiǎn)曲線，說明該油庫油罐區(qū)在發(fā)生池火災(zāi)后不會產(chǎn)生社會風(fēng)險(xiǎn)，不會殃及油庫辦公區(qū)域以及油庫周邊的工廠和居民區(qū)，故沒有潛在生命損失，符合社會容許標(biāo)準(zhǔn)，說明該油庫選址合理，周邊及廠內(nèi)建筑設(shè)施規(guī)劃合理，不存在敏感防護(hù)目標(biāo)。

圖10 油庫社會風(fēng)險(xiǎn)圖

4 結(jié)論

本文簡單指出目前用于安全距離和土地利用規(guī)劃的三種主要安全規(guī)劃方法，即安全距離法、基于后果法和基于風(fēng)險(xiǎn)法。介紹了定量風(fēng)險(xiǎn)分析程序、內(nèi)容、指標(biāo)和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并采用此方法計(jì)算以及評價(jià)了某油庫的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和社會風(fēng)險(xiǎn)。

油罐區(qū)個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果表明，該油罐區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)線沒有超出廠區(qū)的范圍，說明該油庫內(nèi)外防護(hù)目標(biāo)的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)是可接受的。社會風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果表明，該有油庫沒有產(chǎn)生社會風(fēng)險(xiǎn)曲線，處于可接受區(qū)，滿足社會風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)。出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因既與庫區(qū)內(nèi)部的油罐區(qū)的儲量、圍堰大小有關(guān)，也與周圍環(huán)境的情況有關(guān)。

依據(jù)評估結(jié)果和風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)，不僅對油庫周邊防護(hù)目標(biāo)安全規(guī)劃具有指導(dǎo)意義，對重大危險(xiǎn)源的新建選址，其他重大危險(xiǎn)源的改、擴(kuò)建以及其周邊土地開發(fā)利用均有重要參考價(jià)值。

［1］ 中共中央國務(wù)院.國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃2014－2020年［Z］.2014－3－16

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［4］ 魏利軍，多英全，于立見，等.化工園區(qū)安全規(guī)劃方法與程序研究［J］.中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2007(9)：45－51+180.

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Application of Safety Planning Method Based on Quantitative
Risk Analysis in an Oil Depot

HU Yan－kang1，KANG Rong－xue2，SONG zhan－bing2，YU Li－jian2
(1.North China Institute of Science and Technology，Yanjiao，101601，China;2.China Academy of Safety Science and Technology，Beijing，100012，China)

TQ086

A

1672－7169(2017)03－0084－08

2017－04－25

國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2015BAK16B00)

胡燕康(1993－)，男，河北邯鄲人，華北科技學(xué)院在讀碩士研究生，研究方向：危險(xiǎn)化學(xué)品安全技術(shù)。E－mail：371911613@qq.com