加氫站事故的定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

張杰，陳星光，趙明

(1.北京市勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)研究所，北京 100054；2.北京市應(yīng)急管理局，北京 101101)

0 引言

隨著人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，能源緊張與環(huán)境污染的問題逐漸成為世界各國共同面對(duì)的難題，因此，各國均在開展替代能源和清潔能源的研究，以期解決或緩解這些難題。2016 年，國家發(fā)展和改革委員會(huì)、國家能源局等聯(lián)合發(fā)布的《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃(2016—2030 年)》，提出了能源技術(shù)革命重點(diǎn)創(chuàng)新行動(dòng)路線圖，“氫能與燃料電池技術(shù)創(chuàng)新”位列其中，標(biāo)志著氫能產(chǎn)業(yè)已被納入中國國家能源戰(zhàn)略。氫能作為新能源，除了具有燃燒產(chǎn)物潔凈、無污染、不產(chǎn)生溫室氣體等環(huán)保性和可再生性外，還是其他清潔能源儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)換的樞紐，且具有熱值高(高效)等優(yōu)勢。

加氫站是氫能供應(yīng)的重要保障。由于加氫站的氫氣具有易燃易爆高壓的特性，一旦加氫站發(fā)生火災(zāi)和爆炸事故，將會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，影響正常的生產(chǎn)秩序，甚至造成人員傷亡。因此，對(duì)加氫站進(jìn)行事故后果模擬和風(fēng)險(xiǎn)分析，可以為加氫站的運(yùn)行安全提供重要的參考。

1 風(fēng)險(xiǎn)分析方法

目前定量風(fēng)險(xiǎn)分析方法比較多，本論文主要采用南京安元QRA 定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估軟件對(duì)氫氣泄漏事故進(jìn)行模擬，辨識(shí)各類事故的影響范圍和距離，分析某加氫站氫氣儲(chǔ)存設(shè)施的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)，并計(jì)算加氫站氫氣儲(chǔ)存設(shè)施的外部安全防護(hù)距離。

2 事故模擬

2.1 事故類型

本論文模擬的事故類型如下：

(1)氫氣儲(chǔ)存設(shè)施類型：固定的帶壓容器和儲(chǔ)罐；

(2)泄漏模式：完全破裂，小孔泄漏；

(3)泄漏源強(qiáng)：連續(xù)泄漏源強(qiáng)＜10 kg/s；

(4)事故類型：噴射火災(zāi)(JET FIRE)，蒸氣云爆炸事故(UVCE)，壓力容器物理爆炸(PVE)。

各類事故影響規(guī)模曲線顏色標(biāo)注如圖1 所示。

圖1 事故影響規(guī)模曲線顏色

2.2 模擬結(jié)果及分析

(1)噴射火災(zāi)事故后果模擬。噴射火災(zāi)事故模擬相關(guān)參數(shù)如表1 所示。

噴射火災(zāi)事故后果如圖2 所示。

由圖2 看出，氫氣儲(chǔ)罐小孔泄漏發(fā)生噴射火災(zāi)事故，人員死亡半徑3.2 m，重傷半徑3.93 m，輕傷半徑5.93 m，財(cái)產(chǎn)損失半徑1.62 m。

(2)蒸汽云爆炸事故模擬。蒸汽云爆炸事故模擬相關(guān)參數(shù)如表2 所示。

圖2 噴射火災(zāi)事故后果

表2 蒸汽云爆炸事故模擬相關(guān)參數(shù)

蒸汽云爆炸事故后果如圖3 所示。

圖3 蒸汽云爆炸事故后果圖

由圖3 看出，氫氣儲(chǔ)罐發(fā)生蒸汽云爆炸事故，人員死亡半徑3.86 m，重傷半徑15.12 m，輕傷半徑29.41 m，財(cái)產(chǎn)損失半徑8.82 m。

(3)壓力容器物理爆炸事故后果模擬。壓力容器物理爆炸事故后果模擬相關(guān)參數(shù)如表3 所示。

表3 壓力容器物理爆炸事故模擬相關(guān)參數(shù)

壓力容器物理爆炸事故后果如圖4 所示。

由圖4 看出，氫氣儲(chǔ)罐發(fā)生壓力容器物理爆炸事故，人員死亡半徑20 m，重傷半徑26.5 m，輕傷半徑34.5 m，財(cái)產(chǎn)損失半徑14 m。

通過對(duì)加氫站氫氣儲(chǔ)罐事故模擬可以看出，如果加氫站氫氣儲(chǔ)罐發(fā)生泄漏，導(dǎo)致火災(zāi)爆炸事故，造成的事故后果是相當(dāng)嚴(yán)重的，尤其是蒸汽云爆炸和壓力容器爆炸事故，事故的傷亡半徑幾乎覆蓋了加氫站整個(gè)區(qū)域。

圖4 壓力容器物理爆炸事故后果圖

3 風(fēng)險(xiǎn)分析

依據(jù) GB 36894—2018《危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲(chǔ)存設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)》，個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)定義為：假設(shè)人員長期處于某一場所且無保護(hù)，由于發(fā)生危險(xiǎn)化學(xué)品事故而導(dǎo)致的死亡頻率，單位為次/每年。社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)定義為：群體(包括周邊企業(yè)員工和公眾)在危險(xiǎn)區(qū)域承受某種程度傷害的頻發(fā)程度，通常表示為大于或等于N 人死亡的事故累計(jì)頻率(F)，以累計(jì)頻率和死亡人數(shù)之間關(guān)系的曲線圖(F-N 曲線)來表示。

危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲(chǔ)存設(shè)施周邊防護(hù)目標(biāo)所承受的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)不超過表4 中個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)的要求，本論文模擬的為危險(xiǎn)化學(xué)品在役生產(chǎn)裝置和儲(chǔ)存設(shè)施。

表4 個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)

危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲(chǔ)存設(shè)施周邊防護(hù)目標(biāo)所承受的社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)如圖5 所示。

圖5 社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)

3.1 個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)

本論文模擬的加氫站周邊建設(shè)有辦公樓、工業(yè)廠房、道路等建構(gòu)筑物，依據(jù)GB 36894—2018 《危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲(chǔ)存設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)》，周邊辦公樓為一類防護(hù)目標(biāo)、工業(yè)廠房為二類防護(hù)目標(biāo)、周邊模擬圖片范圍內(nèi)不涉及三類防護(hù)目標(biāo)。

加氫站氫氣儲(chǔ)罐周邊防護(hù)目標(biāo)的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)詳見圖6。

圖6 個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)模擬

由圖6 可以看出，一般防護(hù)目標(biāo)中的一類防護(hù)目標(biāo)辦公樓均位于紅圈外，二類防護(hù)目標(biāo)工業(yè)廠房位于黃線外，藍(lán)線內(nèi)無三類防護(hù)目標(biāo)，因此，該加氫站儲(chǔ)罐周邊防護(hù)目標(biāo)的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)符合要求。

3.2 社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)

對(duì)該加氫站氫氣儲(chǔ)罐的社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)分析如圖7 所示，由圖7可以看出，一部分曲線位于盡可能降低區(qū)，因此，需要盡可能采取安全改進(jìn)措施降低社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)，例如降低加氫站儲(chǔ)氫裝置的儲(chǔ)氫量、減少周邊建筑物內(nèi)人員的密度等。

圖7 社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)模擬

4 外部防護(hù)距離

依據(jù)GB/T 37243—2019《危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲(chǔ)存設(shè)施外部安全防護(hù)距離確定方法》，外部安全防護(hù)距離定義為：為了預(yù)防和減緩危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲(chǔ)存設(shè)施潛在事故(火災(zāi)、爆炸和中毒等)對(duì)廠外防護(hù)目標(biāo)的影響，在裝置和設(shè)施與防護(hù)目標(biāo)之間設(shè)施的距離或風(fēng)險(xiǎn)控制線。

按照 GB 36894—2018《危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲(chǔ)存設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)》中的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)，繪制危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲(chǔ)存設(shè)施的風(fēng)險(xiǎn)等值線，確定不同類型防護(hù)目標(biāo)外部安全防護(hù)距離是否滿足風(fēng)險(xiǎn)基準(zhǔn)的要求。

對(duì)加氫站儲(chǔ)罐周邊不同類型目標(biāo)外部安全防護(hù)距離模擬計(jì)算如圖8 所示。由圖8 可以看出，高敏感防護(hù)目標(biāo)、重要防護(hù)目標(biāo)、一般防護(hù)目標(biāo)中的一類防護(hù)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的外部安全防護(hù)距離為17.24 m，一般防護(hù)目標(biāo)中的二類防護(hù)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的外部安全防護(hù)距離為44.31 m，一般防護(hù)目標(biāo)中的三類防護(hù)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的外部安全防護(hù)距離為65.2 m，各區(qū)域內(nèi)的防護(hù)目標(biāo)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖8 外部防護(hù)距離

5 結(jié)語

(1)加氫站如果發(fā)生氫氣泄漏，引發(fā)火災(zāi)爆炸事故，后果會(huì)非常嚴(yán)重，能夠造成較大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，且影響范圍非常大。因此，務(wù)必做好加氫站設(shè)備設(shè)施的日常巡查工作，發(fā)現(xiàn)隱患立即整改，堅(jiān)決杜絕設(shè)備“帶病”運(yùn)行。

(2)加氫站的運(yùn)行對(duì)周邊建構(gòu)筑物構(gòu)成較大風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)周邊防護(hù)目標(biāo)的要求較高。因此，在做加氫站規(guī)劃時(shí)，應(yīng)盡量避開居民區(qū)、企事業(yè)單位辦公樓，尤其是低矮平房、加油站等人員密集和危險(xiǎn)性較大的建筑，確保防護(hù)目標(biāo)滿足安全距離的要求。

(3)氫氣作為一種高熱值的清潔能源，正受到國家和地方政府的高度關(guān)注和支持，加氫站也是遍地開花建設(shè)中，但氫氣又是一種爆炸極限范圍寬、極易燃易爆的氣體，因此，我們在充分享受氫氣帶來的清潔環(huán)境的同時(shí)，一定要重視加氫站的安全管理和風(fēng)險(xiǎn)研判工作，確保加氫站的運(yùn)行萬無一失。