天然氣爆炸性區(qū)域的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)研究

史安亮（長慶油田分公司第五采氣廠 陜西 西安 714000）

一、個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)的定義

個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)是指評價(jià)區(qū)域內(nèi)的所有危險(xiǎn)源因各種潛在事故造成區(qū)域內(nèi)某一固定位置長期生活的未采取任何防護(hù)措施的人員個(gè)體死亡的概率，是社會(huì)可接受風(fēng)險(xiǎn)的最小單元。任意一點(diǎn)受多個(gè)容器失效或隱患同時(shí)作用的風(fēng)險(xiǎn)值用公式可總結(jié)為：

其中Pi為失效導(dǎo)致的個(gè)體死亡概率，Di為失效概率。

二、個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算中個(gè)體死亡率計(jì)算

1.模型及傷害方式的選取

蒸氣云爆炸(VCE)、沸騰液體擴(kuò)展蒸氣云爆炸(BLEVE)和池火災(zāi)是爆炸事故中常見的三種事故模式，其中以蒸氣云爆炸為主。其主要由于閥門泄漏、管線失效、等因素導(dǎo)致危險(xiǎn)物泄漏、與周圍空氣形成“預(yù)混云”被引爆。

天然氣及儲(chǔ)存壓力容器爆炸時(shí)，爆破能量以沖擊波能量、碎片能量和容器殘余變形能量三種形式表現(xiàn)出來。后二者所消耗的能量只占總爆破能量的3%～15%，也就是說大部分能量是產(chǎn)生空氣沖擊波。

2.風(fēng)險(xiǎn)模型中個(gè)體死亡率計(jì)算

（1）爆炸能量的當(dāng)量計(jì)算。TNT當(dāng)量法適用于蒸氣云爆炸且用以模擬爆炸遠(yuǎn)場時(shí)偏差較小。地面或近地面爆炸即為:

式中：α為爆炸效率因子，對于天然氣推薦值3%；Wf為蒸氣云中可燃物的質(zhì)量，kg；QTNT為TNT的爆炸當(dāng)量能量，一般取4686k J/kg。

（2）沖擊波的計(jì)算。沖擊波常以空氣沖擊波存在，破壞傷害多由超壓引起。沖擊波模型采用“Jose Henrych”經(jīng)驗(yàn)式,尤其適用于中遠(yuǎn)距離爆炸：

式中：R為測點(diǎn)到爆心的距離，m；τ為超壓作用時(shí)間，ms；

（3）沖擊波超壓造成人員的死亡率計(jì)算。通過沖擊波超壓p和爆炸時(shí)間τ0的計(jì)算，參考超壓值表1，可直接進(jìn)行查詢并得出個(gè)人死亡率；對于沒有出現(xiàn)的數(shù)據(jù)，可以采用擬合法計(jì)算。

表1 身長垂直沖擊波方向的作用時(shí)間與不同死亡率的超壓值

?

3792692212071941934.010.020.040.0100.0200.0758496414400365359568.5382.5317.5303.5279.5273.0

首先對爆炸時(shí)間τ和99%、50%、1%死亡率的爆炸沖擊波超壓進(jìn)行擬合，得到爆炸時(shí)間和三個(gè)死亡率的爆炸沖擊波之間的關(guān)系公式y(tǒng)=1710 τ-0.3737、y=1557.4 τ-0.4291、y=1015.2 τ-0.4127；并以此為基礎(chǔ)求出爆炸時(shí)間τ0的相應(yīng)的三個(gè)死亡率的爆炸沖擊波p1、p2、p3。將超壓數(shù)據(jù)與對應(yīng)的死亡率進(jìn)行擬合，進(jìn)而得出沖擊波超壓與死亡率的關(guān)系。將由經(jīng)驗(yàn)式計(jì)算得出的沖擊波超壓p 帶入關(guān)系式中即可計(jì)算得出爆炸時(shí)間τ0對應(yīng)的死亡率。

三、爆炸性區(qū)域蒸氣云爆炸的總失效頻率

蒸氣云爆炸的頻率主要包括三個(gè)部分：

1.基本泄露發(fā)生概率。根據(jù)爆炸性區(qū)域容器相關(guān)資料和與孔尺寸與壁厚相關(guān)的失效率表可以確定發(fā)生泄露的概率DE0；

2.個(gè)體暴露概率。工時(shí)數(shù)除以全年小時(shí)數(shù)即為全年的個(gè)體暴露概率DI0。計(jì)算年個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)時(shí)則不用考慮此概率;

3.失效頻率的調(diào)整系數(shù)。泄露后可能會(huì)導(dǎo)致不同的后果，通過事件樹分析，可以得到管道泄露后發(fā)生各種事故的頻率，其中DA即為天然氣泄漏后發(fā)生蒸汽云爆炸的概率。

發(fā)生蒸氣云爆炸的總失效頻率：

四、個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)對區(qū)域規(guī)劃的參考意義

個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算和評估對不同區(qū)域的建設(shè)起著重要的參考作用，是確定天然氣開發(fā)和儲(chǔ)存規(guī)劃等方面工作的重要依據(jù)。風(fēng)險(xiǎn)并不是越低越好，因?yàn)轱L(fēng)險(xiǎn)的降低需要付出較大的安全投入。因此通常需要定義一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)可接受準(zhǔn)則，將風(fēng)險(xiǎn)限制在一個(gè)可接受的水平。參考國家《城市公共安全規(guī)劃技術(shù)、方法與程序研究》成果，建議的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)容許標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。天然氣爆炸性區(qū)域的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)規(guī)劃應(yīng)控制在企業(yè)內(nèi)部的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)要求之下，以保證人員和生產(chǎn)安全。

表2 我國建議的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)容許標(biāo)準(zhǔn)

［1］賈偉.區(qū)域定量風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法及其在化工園區(qū)中的運(yùn)用[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2009.

［2］張衛(wèi)強(qiáng)、焦強(qiáng)、崔鋒.壓力容器爆炸傷害事故后果分析及評價(jià)[J].科技信息，2008.