基于CASST-QRA 的化工企業定量風險評價研究

趙家程

（中海油天津化工研究設計院有限公司，天津 300131）

化工行業生產使用大量危險化學物料，這些物料具有易燃、易爆、易蒸發、易滲漏的特性，易引起作業場所重大事故的發生。在項目設計階段，運用科學的評價方法，識別出工藝設備發生事故的影響范圍、引起人員傷亡的概率，進而預估個人可接受風險和社會可接受風險，可以有效預防或降低化工設備泄漏引發事故時，對人員的影響，從而降低事故的嚴重性。

1 風險評價的原理

對于構成危險化學品重大危險源的化工企業，且涉及國家重點監控的的化工企業，可以選用CASST-QRA 重大危險源區域定量風險評價軟件對企業的事故后果、個人風險和社會風險進行模擬計算。

失效概率：化工企業普遍存在儲罐、壓力容器、反應器、塔器等工藝設備、以及管道、閥門、泵體、壓縮機等輔助設施，將上述設備設施的基礎失效概率嵌入到模擬軟件中，由此模擬計算出不同事故失效模式（泄漏孔徑）下的失效概率。

事故情景有泄漏情景、事故災害情景等。

泄漏情景包括設備和管道的小孔、中孔和大孔泄漏，以及容器整體破裂等；事故災害情景有氣體擴散、池火災、火球、云爆、整體爆炸等。

事故后果分為死亡、重傷和輕傷，每種事故后果都具有特定的傷害范圍，以死亡區、重傷區和輕傷區來界定事故的傷害范圍。

1.1 熱輻射傷害/破壞判定準則

熱輻射傷害/破壞判定準則反映的是不同程度的熱輻射強度及暴露時間對人體或設備設施造成危害的嚴重程度。見表1。

表1 熱輻射傷害/破壞準則Table.1 The Criteria of Thermal Radiation Injury/Damage

1.2 可容許個人風險標準

危險化學品生產裝置和儲存設施周邊防護設施可承受的個人風險根據不同的防護目標采取相應的概率值。見表2。

表2 可容許個人風險標準Table.2 Permissible Personal Risk Criteria

1.3 可容許社會風險標準

化工發生重大安全生產事故時，為避免或降低引起企業周邊區域人員傷亡事故的可能性，以事故概率設定社會可接受程度，并由F-N 曲線（社會風險曲線，見圖1）表示累積頻率與死亡人數的相互關系。

F-N 曲線包含不可接受區、盡量降低區和可接受區三個曲線標準值。其中，可接受區表示風險可以被接收，不可接受區相反，而盡可能降低區表示需要采取其他安全措施，使風險降低至可接受的水平。

圖1 可容許社會風險標準（F-N）曲線Fig.1 The F-N Curve for Permissible Social Risk Standard

2 實用舉例

2.1 化工企業儲存和使用物質

某化工企業主要生產六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰等鋰鹽，設置鋰鹽車間和氟化氫儲存設施，主要原料是氟化鋰、五氯化磷及無水氟化氫，副產有氫氟酸和混酸（鹽酸和氫氟酸）。儲存物質為氟化氫，儲存狀態為液態，儲存方式為臥灌。

2.2 鋰鹽罐區事故后果模擬分析

在氟化氫儲運時，由于儲罐和管道泄漏或人為操作失誤等原因，可能發生泄漏事故，有毒物質擴散可能引起中毒窒息事故。

1）危險有害物質。

氟化氫沸點19.5℃，無色氣體，常溫下為液態，是劇毒性物質，具有較強的腐蝕性，因此選擇氟化氫作為模擬分析的物質。

2）泄漏源、泄漏方式及泄漏事故規模。

選取氟化氫臥罐、泄漏部位為管道、閥門、容器作為模擬分析的泄漏源。

選取連續性泄漏、容器整體破裂作為模擬分析的泄漏方式和泄漏事故規模。

模擬參數：鋰鹽罐區共3 個50m3儲罐，氟化氫儲罐總容積150m3，出料管徑假定為DN40，取氟化氫儲罐管道工作流量為0.55kg/s，儲罐壓力為常壓，溫度取常溫。見圖2。

圖2 氟化氫儲罐模擬參數選取Fig.2 Selection of Simulation Parameters for Hydrogen Fluoride Tank

3）運行狀態的選取。

假定儲罐正常儲運作業，危險化學品儲存為最大量。

4）泄漏持續時間的選取。

在模擬泄漏量時，按持續泄漏時間10min 考慮。

5）氣象條件的選取。

風速、風向、大氣穩定度、混合層高度、氣溫是氣象條件的特征。根據企業當地的氣象特征，周邊環境為城市（分散的高矮建筑物），全年平均風速4.6m/s，全年平均氣溫25℃。見圖3。

圖3 氣象條件參數選取Fig.3 Selection of Meteorological Condition Parameters

2.3 事故后果計算

運用CASST-QRA 軟件內嵌計算模型，在鋰鹽罐區氟化氫儲罐發生泄漏后引發中毒擴散事故的影響范圍1452m。見圖4、表3。

圖4 氟化氫儲罐容器整體破裂中毒擴散（靜風，E 類）事故后果圖Fig.4 Consequence Diagram of Poisoning Diffusion(Quiet Wind,Category E) Accident in Whole Vessel Fracture for Hydrogen Fluoride Tank

表3 氟化氫儲罐中毒擴散事故危害范圍Table.3 Hazard Scope of Poisoning and Diffusion Accident for Hydrogen Fluoride Tank

2.4 個人和社會可接受風險模擬

圖5 中紅色、黃色、藍色曲線分別表示1×10-5、3×10-6和3×10-7量級個人風險等值線。

根據模擬結果，1×10-5量級個人風險等值線位于廠區內，3×10-6和3×10-7量級等值線超出廠區。在影響區域內不存在一般防護目標中的三類防護目標，因此企業個人風險水平可接受。社會風險曲線位于F-N 曲線（見圖6）中可接受區，因此，企業社會風險水平可接受。

3 結論

圖6 社會可接受風險值Fig.6 Socially acceptable risk value

通過化工企業事故情景模擬，定性評估化工企業發生泄漏后引發事故的影響范圍，可以為企業在優化工藝設計和設備布局提供指導，提高企業的自動化水平，有效降低事故風險和社會影響。