基于化工裝置風(fēng)險集成的化工園區(qū)外部安全防護(hù)距離研究

王臣 陳美寶 劉國勇 張勇 趙瑞

摘要：針對工業(yè)發(fā)展與脆弱性目標(biāo)的生命財產(chǎn)安全兩者間矛盾日益突出的問題。在化工裝置單一風(fēng)險的基礎(chǔ)上，結(jié)合場論，構(gòu)建區(qū)域風(fēng)險場的化工裝置風(fēng)險集成模型。并利用MATLAB軟件，得到整個園區(qū)的風(fēng)險分布情況。以化工裝置個人風(fēng)險可接受標(biāo)準(zhǔn)作為評判依據(jù)，確定園區(qū)與外部脆弱性目標(biāo)的安全距離是否合理。以甘肅省蘭州市某化工集中區(qū)為例，驗(yàn)證該方法的可行性與實(shí)用性。為化工園區(qū)的下一步發(fā)展與規(guī)劃提供指導(dǎo)。

Abstract： The contradiction between industrial development and life and property security of vulnerability targets has become increasingly prominent. On the basis of single risk of chemical plant and field theory， an integrated risk model of chemical plant in regional risk field is constructed. And MATLAB software is used to get the risk distribution of the whole park. The safety distance between the park and the external vulnerability target is determined based on the acceptance criterion of individual risk of chemical plant. The feasibility and practicability of this method are verified by taking a chemical concentration area in Lanzhou City， Gansu Province as an example. This paper can provide guidance for the next development and planning of chemical industry park.

關(guān)鍵詞：化工園區(qū);化工裝置;風(fēng)險集成;外部安全防護(hù)距離

Key words： chemical industrial park;chemical plant;risk integration;external safety protection distance

中圖分類號：X78 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）13-0053-04

0 ?引言

我國近幾年一直在出臺相關(guān)政策，促進(jìn)石化產(chǎn)業(yè)調(diào)結(jié)構(gòu)促轉(zhuǎn)型增效益，規(guī)劃化工園區(qū)內(nèi)部安全間距、嚴(yán)格把控與周邊脆弱性目標(biāo)的安全防護(hù)距離，對不符合發(fā)展規(guī)劃，規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)督促其改造、搬遷，甚至關(guān)閉。但是對于化工園區(qū)外部安全防護(hù)距離的確定，我國迄今并沒有一套系統(tǒng)的計算方法，理論研究缺乏，未形成系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，難以指導(dǎo)實(shí)際工作。考慮到化工園區(qū)內(nèi)裝置的安全運(yùn)行、區(qū)域的合理布局、資源的利用率以及脆弱性目標(biāo)的生命財產(chǎn)安全，如何科學(xué)、合理地確定園區(qū)與周邊不同對象類型之間的安全防護(hù)距離已經(jīng)成為化工園區(qū)安全領(lǐng)域亟待解決的重要課題。

目前國內(nèi)外學(xué)者、安全評價工作中對于化工園區(qū)外部安全防護(hù)距離的確定，多是采用以下三種方法：經(jīng)驗(yàn)距離法、基于后果的方法和基于風(fēng)險的方法。這三種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，對三種方法的對比總結(jié)見表1[1]-[4]。

雖然一定程度上豐富了化工園區(qū)安全距離的理論研究，但是仍然存在一些不足：

①在實(shí)際應(yīng)用中，化工企業(yè)或園區(qū)的安全距離確定多是以防火間距、衛(wèi)生防護(hù)距離、一公里等經(jīng)驗(yàn)來確定，這些方法并不適用于化工園區(qū)的實(shí)際情況，沒有針對性。

②基于風(fēng)險的方法確定安全距離時，大多集中在對一個單一的裝置或者一個儲罐的安全距離研究，很少針對多風(fēng)險問題展開研究。忽略了化工園區(qū)作為一個系統(tǒng)，生產(chǎn)、儲存設(shè)施復(fù)雜多樣，風(fēng)險集中。存在多種風(fēng)險共存的情況，尤其是對外部脆弱性目標(biāo)的安全距離亟待解決。

③關(guān)于風(fēng)險疊加問題開展的研究較少，多是基于事故后果，構(gòu)建致死概率矩陣進(jìn)行疊加，這種對概率進(jìn)行線性疊加的方法并不適應(yīng)實(shí)際情況。另外，在研究風(fēng)險疊加時，忽略了危險源與危險源間相互影響下的多米諾風(fēng)險。

鑒于研究中的不足，根據(jù)化工園區(qū)內(nèi)危險源眾多，風(fēng)險集中復(fù)雜的實(shí)際情況，本文從區(qū)域風(fēng)險分布的角度出發(fā)，結(jié)合化工裝置的風(fēng)險集成對化工園區(qū)安全距離進(jìn)行研究，豐富園區(qū)外部安全防護(hù)距離的理論研究，對于保障化工園區(qū)安全發(fā)展，指導(dǎo)其優(yōu)化布局和安全規(guī)劃具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 ?基于區(qū)域風(fēng)險場的化工裝置風(fēng)險集成模型

1.1 利用風(fēng)險場分析的假設(shè)

在研究化工裝置風(fēng)險疊加時，其研究思路是將整個園區(qū)看作風(fēng)險場，各個危險源形成各自的風(fēng)險場，將各危險源產(chǎn)生的風(fēng)險場疊加，便可得到整個園區(qū)的區(qū)域風(fēng)險分布。但是，在實(shí)際情況中，化工裝置的危險性具有不確定性，是動態(tài)變化的。那么由各裝置危險源構(gòu)成的化工園區(qū)風(fēng)險場也是會隨著時間的變化而改變的場。因此，為了方便下文研究，假設(shè)園區(qū)風(fēng)險場是恒定場，不隨時間而變化。

風(fēng)險場分為源風(fēng)險場與派生風(fēng)險場，其中源風(fēng)險場指的就是危險源存在的風(fēng)險;派生風(fēng)險場指的是在化工園區(qū)中，一旦某個儲罐或者生產(chǎn)裝置危險源發(fā)生事故，便會產(chǎn)生風(fēng)險，處于區(qū)域風(fēng)險場中的任意一點(diǎn)就會有與之對應(yīng)的個人風(fēng)險值。本文所研究的個人風(fēng)險是指化工園區(qū)中，由于裝置發(fā)生泄漏從而造成火災(zāi)、爆炸、中毒等事故時，對于處在事故影響范圍內(nèi)的人員，造成人員死亡的風(fēng)險值。其計算公式如下：

1.2 基于區(qū)域風(fēng)險場的風(fēng)險集成模型

由于園內(nèi)存在的風(fēng)險屬性不一樣，不能簡單的直接相加。通過以上建立的風(fēng)險場，將各個危險源產(chǎn)生的風(fēng)險場，轉(zhuǎn)換成以個人風(fēng)險這個共同指標(biāo)進(jìn)行疊加。分別考慮了三種情況下的風(fēng)險集成計算模型：

①在化工園區(qū)風(fēng)險場中某個危險源同時或在不同時間間隔下導(dǎo)致兩種或者兩種以上事故發(fā)生，需要綜合考慮所帶來的事故后果。例如：園區(qū)內(nèi)的某個危險源發(fā)生泄漏在t1和t2時間內(nèi)可能分別發(fā)生火災(zāi)和爆炸事故。選取事故后果最嚴(yán)重的一種事故。那么，風(fēng)險場中任意一點(diǎn)處的個人風(fēng)險疊加值可用式（2）表示：

2 ?外部安全防護(hù)距離確定

2.1 化工裝置個人風(fēng)險可接受風(fēng)險標(biāo)準(zhǔn)

通過借鑒國外許多國家制定的個人風(fēng)險可接受標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合我國人口密度大、土地資源緊缺、化工裝置密集等實(shí)際情況。結(jié)合2014年國家安監(jiān)總局頒布的《危險化學(xué)品生產(chǎn)、儲存裝置個人可接受風(fēng)險標(biāo)準(zhǔn)和社會可接受風(fēng)險標(biāo)準(zhǔn)》[5]以及《化工企業(yè)定量風(fēng)險評價導(dǎo)則》[6]確定本文研究的化工裝置風(fēng)險集成的個人風(fēng)險可接受標(biāo)準(zhǔn)，如表2所示。

防護(hù)目標(biāo)的具體分類見《危險化學(xué)品生產(chǎn)、儲存裝置個人可接受風(fēng)險標(biāo)準(zhǔn)和社會可接受風(fēng)險標(biāo)準(zhǔn)》。

2.2 外部安全防護(hù)距離

基于以上構(gòu)建的區(qū)域風(fēng)險場的風(fēng)險集成模型，得到區(qū)域內(nèi)任意一點(diǎn)處的個人風(fēng)險值。依據(jù)個人風(fēng)險可接受標(biāo)準(zhǔn)判定，該防護(hù)目標(biāo)處受到的風(fēng)險，是否處于可接受范圍內(nèi)。若防護(hù)目標(biāo)處個人風(fēng)險大于最大可接受風(fēng)險值，那么防護(hù)目標(biāo)處的個人風(fēng)險是不被接受的，其外部安全防護(hù)距離設(shè)置不合理，需采取相應(yīng)的安全措施加以控制;若防護(hù)目標(biāo)處個人風(fēng)險小于最大可接受風(fēng)險值，那么其個人風(fēng)險是能被接受的;若園區(qū)的整體個人風(fēng)險值等于最大可接受風(fēng)險值，那么此時可求取最小外部安全防護(hù)距離。即：

3 ?實(shí)例應(yīng)用

本文以甘肅省蘭州市某石化集中區(qū)的為例，實(shí)際應(yīng)用前文所提出的計算方法，確定化工園區(qū)的外部安全防護(hù)距離。該石化集中區(qū)以蘭州石化分公司為生產(chǎn)主體，周邊聚集十多余家危險化學(xué)品生產(chǎn)儲存企業(yè)，構(gòu)成集煉油、化工、裝備制造、工程建設(shè)、檢維修及礦區(qū)服務(wù)為一體的大型綜合煉化生產(chǎn)基地。由于篇幅有限，選取集中區(qū)的儲存區(qū)域用于研究外部安全防護(hù)距離。其儲存區(qū)域位于石化集中區(qū)的東面，均儲存的是原油，15萬立方的原油儲罐2個，10萬立方的原油儲罐6個。儲罐區(qū)相對位置圖如圖1所示。

原油儲罐最易發(fā)生池火災(zāi)，因此，運(yùn)用MATLAB軟件對其事故后果進(jìn)行模擬分析。得到15萬立方、10萬立方原油儲罐目標(biāo)接受的熱輻射通量與到池火焰中心距離的二維關(guān)系圖如圖2所示，左：15萬立方;右：10萬立方。計算得到其傷亡半徑，如表3所示。

對于儲存裝置的泄漏概率取5×10-6，利用可燃液體瞬時泄漏事件樹分析得到其點(diǎn)火概率為：0.065，則原油儲罐發(fā)生池火災(zāi)的事故概率為0.325×10-6。并且基于罐區(qū)的多米諾效應(yīng)分析，對各儲罐的事故發(fā)生概率加以修正，如表4所示。

從預(yù)防性安全措施和事故減緩性安全措施兩方面構(gòu)建了風(fēng)險抵消系數(shù)，得到儲存裝置風(fēng)險抵消系數(shù)為0.3549。利用MATLAB軟件，將儲罐區(qū)劃分為1000乘以1000的網(wǎng)格，步長為1。根據(jù)編寫的計算程序，求得各儲罐對區(qū)域各點(diǎn)產(chǎn)生的風(fēng)險，形成風(fēng)險矩陣。最后，將各風(fēng)險矩陣疊加，得到儲罐區(qū)的個人風(fēng)險分布圖，如圖3、圖4所示。

通過調(diào)研儲罐區(qū)周邊的脆弱性目標(biāo)，在距離儲罐區(qū)東面有一社區(qū)，其距離罐區(qū)的最近距離100米，社區(qū)總?cè)藬?shù)2432人，屬于一類防護(hù)目標(biāo)。利用以上的計算方法，得到該社區(qū)處接收到來自儲罐區(qū)總的風(fēng)險為1.14×10-7，風(fēng)險可接受的水平為3×10-7。因此，得出該社區(qū)的風(fēng)險是可接受的。

4 ?結(jié)論

①提出化工裝置風(fēng)險集成模型。在計算單一風(fēng)險值的基礎(chǔ)上，針對化工園區(qū)的多風(fēng)險情況，結(jié)合場論，構(gòu)建風(fēng)險集成模型。主要考慮了三種情況的風(fēng)險集成，一是在化工園區(qū)風(fēng)險場中一個危險源同時或在一段時間內(nèi)導(dǎo)致兩種或者多種事故發(fā)生;二是在化工園區(qū)風(fēng)險場中，兩個或者兩個以上危險源同時失效導(dǎo)致同時發(fā)生多種事故;三是考慮多米諾效應(yīng)。并運(yùn)用MATLAB軟件，將園區(qū)網(wǎng)格化，編寫計算程序，使得計算簡單化。計算出網(wǎng)格內(nèi)任意位置處的個人風(fēng)險，得到園區(qū)內(nèi)風(fēng)險的區(qū)域分布。

②確定安全距離。通過計算的區(qū)域風(fēng)險分布，對園區(qū)周邊的脆弱性目標(biāo)所受到的個人風(fēng)險進(jìn)行計算，與化工裝置個人風(fēng)險可接受標(biāo)準(zhǔn)值判定，確定外部安全防護(hù)距離。

③工程應(yīng)用。將本文提出的化工園區(qū)外部安全防護(hù)距離確定方法應(yīng)用于甘肅省蘭州市某化工集中區(qū)，驗(yàn)證了這套計算方法的可行性與實(shí)用性。

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[5]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局：《危險化學(xué)品生產(chǎn)、儲存裝置個人可接受風(fēng)險標(biāo)準(zhǔn)和社會可接受標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（國安監(jiān)[2014]13號），[EB/OL][2014-5-7].

[6]化工企業(yè)定量風(fēng)險評價導(dǎo)則[S].國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，2013.