定量風(fēng)險(xiǎn)分析（QRA）技術(shù)在環(huán)氧乙烷儲(chǔ)罐安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

郭保建

（中海煉化惠州煉化分公司，廣東惠州516086）

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定量風(fēng)險(xiǎn)分析（QRA）技術(shù)在環(huán)氧乙烷儲(chǔ)罐安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

郭保建

（中海煉化惠州煉化分公司，廣東惠州516086）

定量風(fēng)險(xiǎn)分析（QRA）是一種系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析方法，通過對(duì)系統(tǒng)或設(shè)備的失效概率和失效后果嚴(yán)重程度進(jìn)行系統(tǒng)分析，進(jìn)而量化系統(tǒng)或設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)定量風(fēng)險(xiǎn)分析的概念及開展工作的步驟做了詳細(xì)介紹，并以某企業(yè)環(huán)氧乙烷儲(chǔ)罐的定量安全風(fēng)險(xiǎn)分析為例，闡述了定量風(fēng)險(xiǎn)分析技術(shù)在安全評(píng)價(jià)工作中的實(shí)施過程。

定量風(fēng)險(xiǎn)分析；失效概率；失效后果；環(huán)氧乙烷儲(chǔ)罐

1　定量風(fēng)險(xiǎn)分析概述

定量風(fēng)險(xiǎn)分析（Quantitative Risk Assessment，QRA），也稱定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，目前已廣泛應(yīng)用于運(yùn)輸、建筑、能源、化工、航空、軍事等諸多領(lǐng)域，甚至在項(xiàng)目計(jì)劃和財(cái)務(wù)管理等方面也時(shí)有采用［1］，在區(qū)域安全規(guī)劃、安全評(píng)價(jià)及安全設(shè)施設(shè)計(jì)等方面尤為普遍。在安全評(píng)價(jià)領(lǐng)域，采用QRA對(duì)系統(tǒng)或設(shè)備的事故概率和事故后果的嚴(yán)重程度進(jìn)行量化分析，進(jìn)而精確描述并量化系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)，通過與可接受的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，從而提出防范措施，降低風(fēng)險(xiǎn)［2］。

目前，美國(guó)、英國(guó)、荷蘭已制定出符合各自國(guó)情的定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)導(dǎo)則并推廣使用。中國(guó)國(guó)家安全監(jiān)督管理總局也于2013年發(fā)布了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)AQ3046—2013《化工企業(yè)定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)導(dǎo)則》，針對(duì)數(shù)據(jù)采集、危險(xiǎn)識(shí)別、單元選擇、事故模式和風(fēng)險(xiǎn)度量等方面做了規(guī)范，為各組織和單位開展化工項(xiàng)目定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作提供了參考。

2　定量風(fēng)險(xiǎn)分析的程序［2-3］

2.1確定被分析系統(tǒng)

確定被分析系統(tǒng)的范圍，即明確將要分析的具有潛在風(fēng)險(xiǎn)的場(chǎng)所、裝置或作業(yè)行為，確定分析區(qū)域的邊界、裝置的種類和位置、作業(yè)行為的類別等內(nèi)容。

2.2數(shù)據(jù)資料收集及分析

收集被分析系統(tǒng)的危害信息、工藝技術(shù)數(shù)據(jù)、區(qū)域位置布置圖、總平面布置圖、設(shè)備布置圖、工藝儀表流程圖自動(dòng)控制系統(tǒng)等資料；收集分析區(qū)域的氣象數(shù)據(jù)、自然條件、周邊生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)及其他場(chǎng)所情況、人口分布狀況；確定評(píng)價(jià)區(qū)域和周邊明顯的或潛在的點(diǎn)火源。

2.3危險(xiǎn)辨識(shí)

危險(xiǎn)辨識(shí)是定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的重要步驟，主要是運(yùn)用安全風(fēng)險(xiǎn)分析的方法對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象做系統(tǒng)分析，確定由于危險(xiǎn)物質(zhì)、危險(xiǎn)能量或危險(xiǎn)行為的存在而可能導(dǎo)致的安全風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而確定重大安全風(fēng)險(xiǎn)，以進(jìn)一步進(jìn)行定量風(fēng)險(xiǎn)分析。

2.4失效概率分析

分析系統(tǒng)和設(shè)備失效的常用作法是對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備的失效模式分組，針對(duì)需要進(jìn)一步分析的失效模式確定失效概率，從而對(duì)事故發(fā)生的可能性加以評(píng)估。失效概率分析主要可以通過2方面獲得：1）歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，國(guó)內(nèi)外相關(guān)組織也已經(jīng)建立了失效概率的數(shù)據(jù)庫，可供分析者直接查詢利用；2）理論模型計(jì)算，比如事故樹分析、頻率組合、馬爾科夫模型等方法。

2.5事故后果分析

事故后果分析以各種事故后果傷害模型和傷害準(zhǔn)則為基礎(chǔ)，通過事故后果模擬計(jì)算得到熱輻射、沖擊波超壓或毒物濃度等隨氣象條件、環(huán)境條件和距離等參數(shù)變化的規(guī)律，通過和相應(yīng)的傷害準(zhǔn)則比較，以確定事故后果影響的范圍。事故發(fā)生后會(huì)造成人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失和環(huán)境破壞等多種后果，在安全評(píng)價(jià)過程中，定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)則將人員傷亡作為重點(diǎn)分析考量?jī)?nèi)容。

定量風(fēng)險(xiǎn)分析工作中，事故后果分析的主要內(nèi)容：1）對(duì)潛在事故情景的描述（容器、管道等設(shè)備破裂等）；2）危險(xiǎn)物質(zhì)泄漏量的計(jì)算（有毒、易燃、易爆物質(zhì)泄漏量）；3）針對(duì)危險(xiǎn)物質(zhì)泄漏后擴(kuò)散情況的計(jì)算；4）事故后果影響的評(píng)估（熱輻射、爆炸沖擊波、毒性）。

近年來，隨著數(shù)字技術(shù)及軟件技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外許多相關(guān)組織開發(fā)了定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)軟件，通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)及內(nèi)嵌的數(shù)學(xué)模型模塊，可方便快捷地對(duì)事故后果加以分析，比如DNV（挪威船級(jí)社）開發(fā)的SAFETI、TNO（荷蘭國(guó)家應(yīng)用科學(xué)院）開發(fā)的EFFECYS和DAMAGE、中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)研究院開發(fā)的CASST-QRA重大危險(xiǎn)源區(qū)域定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)軟件、交通部水運(yùn)科學(xué)研究院開發(fā)的重大危險(xiǎn)源評(píng)價(jià)軟件DANGERS等。

2.6風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算

確定假想事故的頻率和后果后，基于風(fēng)險(xiǎn)理論中風(fēng)險(xiǎn)與事故頻率和后果的函數(shù)關(guān)系，就可以進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算。

風(fēng)險(xiǎn)度量最常用的表現(xiàn)形式有個(gè)體風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)。個(gè)體風(fēng)險(xiǎn)指?jìng)€(gè)體在危險(xiǎn)區(qū)域可能受到來自危險(xiǎn)因素某種程度傷害的頻發(fā)程度，通常為個(gè)體死亡的發(fā)生頻率，可通過個(gè)體風(fēng)險(xiǎn)等值線加以描述［3］。社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)指群體（包括職工和公眾）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≥N人死亡的事故累計(jì)頻率（F），二者之間的關(guān)系采用F-N曲線圖表示［3］。

2.7風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)就是對(duì)假想事故的風(fēng)險(xiǎn)與選定的風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)加以比較，判斷項(xiàng)目的實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)水平是否在可接受范圍之內(nèi)，其目的是針對(duì)不可容許的風(fēng)險(xiǎn)提出降低風(fēng)險(xiǎn)的對(duì)策措施，使風(fēng)險(xiǎn)水平盡可能降低。這一過程可循環(huán)開展，直至所有風(fēng)險(xiǎn)被接受為止。

2014年5月，中國(guó)國(guó)家安監(jiān)總局于發(fā)布了《危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)、儲(chǔ)存裝置個(gè)人可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)和社會(huì)可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（安監(jiān)總局公告，2014年第13號(hào)，以下簡(jiǎn)稱《試行標(biāo)準(zhǔn)》），對(duì)中國(guó)危險(xiǎn)化學(xué)品裝置個(gè)人可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)和社會(huì)可接受風(fēng)險(xiǎn)做了規(guī)定，并確定了外部安全防護(hù)距離，如構(gòu)成危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源，應(yīng)按照《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)總局公告，2011年第40號(hào)）中規(guī)定的風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，具體內(nèi)容見表1、圖1［4］。

表1　可容許個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)

圖1　可容許社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)（F-N）曲線

3　定量風(fēng)險(xiǎn)分析在環(huán)氧乙烷罐區(qū)安全評(píng)價(jià)工作中的運(yùn)用實(shí)例

3.1環(huán)氧乙烷罐區(qū)工程概況

某化工企業(yè)設(shè)有200 m3環(huán)氧乙烷球罐4臺(tái)，儲(chǔ)罐為半冷凍式，儲(chǔ)存溫度為-10～-5℃，冷媒為乙二醇水溶液，設(shè)計(jì)壓力為0.8 MPa。

3.2危險(xiǎn)辨識(shí)

環(huán)氧乙烷罐區(qū)涉及的危險(xiǎn)物質(zhì)主要是環(huán)氧乙烷。環(huán)氧乙烷屬于高度易燃易爆及毒性物質(zhì)，常溫下為無色氣體，低溫時(shí)為無色易流動(dòng)液體，閃點(diǎn)＜-18℃，爆炸極限為3.0%～100%（體積比），自燃溫度為429℃，最小點(diǎn)火能為0.065 mJ，最大爆炸壓力為0.970 MPa。

根據(jù)GBZ 230—2010《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級(jí)》的描述，環(huán)氧乙烷應(yīng)屬高度危害類（Ⅱ級(jí)）化學(xué)品，吸入、食入、經(jīng)皮吸收會(huì)造成急性中毒，出現(xiàn)頭暈、惡心、胸悶、呼吸困難等癥狀，重者甚至?xí)霈F(xiàn)神志不清、昏迷的情況，還可能造成心肌損害和肝功能異常，長(zhǎng)期少量接觸還會(huì)造成神經(jīng)系統(tǒng)的慢性影響。皮膚接觸會(huì)發(fā)生紅腫、起泡，反復(fù)接觸可致敏。

環(huán)氧乙烷罐區(qū)在裝卸及外輸過程中，由于環(huán)氧乙烷泄漏容易引發(fā)火災(zāi)、爆炸及人員中毒事故，有可能導(dǎo)致重大的人身傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，是本罐區(qū)需要主要防范的安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.3失效模式和失效概率的確定

針對(duì)環(huán)氧乙烷儲(chǔ)罐進(jìn)出物料的管道，筆者采用CASST-QRA軟件將失效模式分為小孔泄漏、中孔泄漏及全管徑破裂，并針對(duì)每一種失效模式的失效概率做了分析，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2　環(huán)氧乙烷儲(chǔ)罐進(jìn)出料管道失效模式及泄漏概率

3.4定量風(fēng)險(xiǎn)分析

3.4.1事故后果模式

液化環(huán)氧乙烷發(fā)生大量泄漏后，由于氣象條件和點(diǎn)火方式的不同，可能形成閃火、池火災(zāi)以及蒸氣云爆炸事故，筆者選取在環(huán)氧乙烷裝卸過程中出料管線發(fā)生泄漏后，在罐區(qū)發(fā)生的池火災(zāi)事故為例，對(duì)事故后果做了模擬分析。池火災(zāi)的主要危害因素是火焰和熱輻射，對(duì)設(shè)備設(shè)施和人員可能造成嚴(yán)重的破壞和傷害。

熱輻射傷害/破壞判定準(zhǔn)則反映的是不同程度的熱輻射強(qiáng)度及暴露時(shí)間對(duì)人體或設(shè)備設(shè)施造成危害的嚴(yán)重程度，具體見表3。池火災(zāi)燃燒穩(wěn)定，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，屬于穩(wěn)態(tài)火災(zāi)，較為符合熱輻射傷害/破壞準(zhǔn)則。

表3　熱輻射傷害/破壞準(zhǔn)則［1］

3.4.2泄漏擴(kuò)散事故情景模擬

1）危險(xiǎn)有害物質(zhì)的選取。本工程裝卸儲(chǔ)運(yùn)的貨物是環(huán)氧乙烷，因此選取環(huán)氧乙烷作為危險(xiǎn)有害物質(zhì)進(jìn)行模擬計(jì)算與評(píng)價(jià)。

2）泄漏源、泄漏方式及泄漏事故規(guī)模的選取。

泄漏源：環(huán)氧乙烷儲(chǔ)罐出料管線。

泄漏方式：假定正在進(jìn)行出料作業(yè)，管道內(nèi)充滿物料，發(fā)生連續(xù)性環(huán)氧乙烷液態(tài)泄漏。

泄漏事故規(guī)模：在裝卸壓力和管徑確定的情況下，管道泄漏事故規(guī)模取決于泄漏孔徑的大小。

3）泄漏持續(xù)時(shí)間的選取。實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)有相關(guān)自動(dòng)控制措施以及巡視人員，因此泄漏時(shí)間通常≤10 min。模擬實(shí)驗(yàn)中，CASST-QRA按持續(xù)泄漏10 min考慮泄漏量。

4）典型擴(kuò)散氣象條件的選取。對(duì)氣體擴(kuò)散有較大影響的氣象條件為風(fēng)速、風(fēng)向、大氣穩(wěn)定度、混合層高度、氣溫等。根據(jù)本工程所在區(qū)域的自然條件，模擬計(jì)算選擇正常的氣象條件，主要?dú)庀蟓h(huán)境參數(shù)：大氣穩(wěn)定度為D級(jí)（中性），風(fēng)速為4.1m/s，環(huán)境溫度為25.0℃。

3.4.3事故影響范圍計(jì)算結(jié)果

利用CASST-QRA軟件包內(nèi)嵌的計(jì)算模型，在環(huán)氧乙烷儲(chǔ)罐出料管線泄漏發(fā)生池火災(zāi)事故模擬情景下，得到有關(guān)事故的影響范圍，結(jié)果見表4。

表4　環(huán)氧乙烷罐區(qū)池火災(zāi)事故危害范圍

3.4.4社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)曲線圖

根據(jù)CASST-QRA軟件包模擬結(jié)果繪制了環(huán)氧乙烷罐區(qū)社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)曲線圖，具體見圖2。

圖2　社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)曲線圖（F-N曲線）

3.4.5個(gè)體風(fēng)險(xiǎn)等值線計(jì)算結(jié)果

根據(jù)CASST-QRA軟件包模擬計(jì)算結(jié)果，確定環(huán)氧乙烷罐區(qū)全管徑破裂時(shí)個(gè)體風(fēng)險(xiǎn)等值線量極分別為1×10-6次/a和3×10-7次/a。

4　定量風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)論

通過應(yīng)用定量風(fēng)險(xiǎn)分析技術(shù)，并結(jié)合CASSTQRA重大危險(xiǎn)源區(qū)域定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)軟件對(duì)某化工企業(yè)環(huán)氧乙烷罐區(qū)開展了定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作，闡述了定量風(fēng)險(xiǎn)分析的實(shí)施過程，得出主要結(jié)論。

1）因液化環(huán)氧乙烷泄漏引發(fā)池火災(zāi)的熱輻射危害相當(dāng)嚴(yán)重，由表4模擬計(jì)算結(jié)果可知，當(dāng)因環(huán)氧乙烷儲(chǔ)罐出料管線全管徑破裂而引起池火災(zāi)事故時(shí)，因火焰熱輻射造成的人員輕度燒傷、嚴(yán)重?zé)齻八劳鼍嚯x分別達(dá)到117、79、65 m。

2）全管徑破裂引發(fā)池火災(zāi)事故屬于極端不利事故后果，發(fā)生概率極低，根據(jù)CASST-QRA軟件提供的數(shù)據(jù)，全管徑破裂發(fā)生的基礎(chǔ)概率為10-7量級(jí)，但是不排除因地震導(dǎo)致設(shè)備設(shè)施連接管路整體斷裂的情況。

3）從環(huán)氧乙烷儲(chǔ)罐發(fā)生火災(zāi)、爆炸生產(chǎn)安全事故，個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)等值線的模擬分析結(jié)果來看，個(gè)體風(fēng)險(xiǎn)1×10-6和3×10-7均位于企業(yè)廠區(qū)范圍內(nèi)，不存在居住類和公共聚集類高密度場(chǎng)所、高敏感場(chǎng)所、重要目標(biāo)和特殊高密度場(chǎng)所。根據(jù)《試行標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)規(guī)定，個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)水平可接受。

4）從圖2結(jié)果可見，可接受風(fēng)險(xiǎn)值位于F-N曲線中的可容許區(qū)和盡可能降低區(qū)，根據(jù)《試行標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)規(guī)定，社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)水平可接受。

5）10-6量級(jí)個(gè)體風(fēng)險(xiǎn)等值線覆蓋半徑約為82 m，對(duì)于居住類高密度場(chǎng)所和公共聚集類高密度場(chǎng)所，其外部安全防護(hù)距離為82 m，因該距離小于GB 50160—2008《石油化工企業(yè)防火設(shè)計(jì)規(guī)范》第4.1.9條的中150 m的要求，其外部安全防護(hù)距離尚未達(dá)標(biāo)，應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格執(zhí)行；3×10-7次/a個(gè)體風(fēng)險(xiǎn)等值線覆蓋半徑約為176 m，因此對(duì)于高敏感場(chǎng)所、重要目標(biāo)和特殊高密度場(chǎng)所，其外部安全防護(hù)距離應(yīng)為176 m。

［1］陳網(wǎng)樺.安全評(píng)價(jià)師［M］.北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2005.

［2］盧衛(wèi).定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)在石化項(xiàng)目安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］.廣州化工，2012，40：217-220.

［3］AQ 3046—2013化工企業(yè)定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)導(dǎo)則［S］.

［4］國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局.危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)、儲(chǔ)存裝置個(gè)人可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)和社會(huì)可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)（試行）［Z］.2014.

［5］國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局.危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源監(jiān)督管理暫行規(guī)定［Z］.2011.

聯(lián)系方式：guobj@cnooc.com.cn

Application of quantitative risk analysis（QRA）technique in safety assessment of epoxy ethane storage tanks

Guo Baojian
（Huizhou Branch，CNOOC Oil&Petrochemicals Co.，Ltd.，Huizhou 516086，China）

Quantitative risk analysis（QRA）is a systematic risk analysis method.The risk of system or equipment can be quantized by the systematic analysis on its failure probability and severity degree of failure consequences.The QRA′s concept and working procedures were introduced in detail.Taking a QRA on an enterprise′s epoxy ethane storage tank as an example，the implementation process of QRA technique in the safety assessment was reviewed.

quantitative risk analysis；failure probability；failure consequences；epoxy ethane

TQ086.1

A

1006-4990（2016）08-0063-04

2016-02-10

郭保建（1976—），男，HSE工程師，主要從事安全監(jiān)督工作。