風險評價技術在化工設備安全評估中的應用

李龍

（長沙新材料產業研究院有限公司，湖南 長沙 414000）

壓力容器、換熱器、蒸餾塔等化工設備是工業領域常用的裝備，是易發生重大事故的特殊設備，任何環節出現問題都極有可能導致人員傷亡和財產損失。同時在用化工設備必須長周期運行，維護和檢驗成本較高。為了既保證安全性又兼顧經濟性，需要采用各類風險評價技術對其安全狀況進行評估。隨著行業的不斷發展，定量風險評價技術在化工設備安全領域越來越受到重視和應用。

1 風險評價概述

風險評價就是為了達到系統安全的目的，通過一系列安全標準和評判工具，對流程中存在的潛在風險進行識別、判斷和分析，并采取一系列措施，規避事故的發生或減少事故發生的可能性。

風險評價方法有定性、定量和半定量評價法，每一種評價方法有其特點和使用范圍，不同的行業需要采用不同的風險評價方法。

2 化工設備風險評價方法

根據企業自身的特點，結合設備的具體狀況，如數量、介質、工作條件、使用年限等，選擇合適的風險評價方法，對其安全狀況進行評估，可達到協調其安全性與經濟性的目的。

2.1 定性風險評價方法

根據化工設備的特點，對其安全狀況進行評定中，一般使用的定性風險評價方法有安全檢查表法（SCL）、預先危險性分析（PHA）、故障類型和影響分析（FMEA）、危險性與可操作性研究（HAZOP）。安全檢查表法（SCL）以分析危險有害因素、安全等級為評價目的。特點是以提問或現場觀察方式確定各檢查項目的狀況。優點是簡單易掌握，缺點是只能獲得定性的評價結果；預先危險性分析（PHA）以危險性等級為評價目的。特點是通過分析討論系統中存在的危險及有害要素、觸發原因、事故類型，評定等級。優點是方法簡單容易，缺點是分析評價人為因素影響；故障類型和影響分析（FMEA）以分析故障的影響等級為目的。特點是通過分析系統中的故障類型、原因、影響，從而評定影響等級。優點是分析詳細，缺點就是分析太復雜；危險性和可操作性研究（HAZOP）以分析偏離及其原因、后果造成影響為評價目的。特點是通過分析可能出現的偏離及原因、產生的后果；優點是方法簡單易行，應用廣泛，缺點是容易受主觀因素影響。

2.2 半定量風險評價方法

化工設備安全狀況的評定中，主要使用的半定量風險評價方法。

事件樹分析（ETA）主要分析事故發生的原因、導致事故的條件和事故發生的可能性有多大，主要采用的是歸納方法，以計算方法推算事故發生的可能性有多大，方法容易，但缺點是只有失敗和成功兩種表達狀態，而且受人為因素影響較大；事故樹分析（FTA）和事件樹一樣的評價目的，區別是其通過演繹法判斷事故發生的概率，優點是準確，主要用于尋找失效事件間的關系，缺點是過于復雜，需要大量計算。

作業條件危險性分析（LEC）主要用于評價危險性等級，特點是按照一定的方法進行危險程度打分，從而評定危險等級，優點是方法簡單，缺點也是容易受到人為主觀因素影響。

人因失誤、可靠性分析主要是評價人的因素產生的影響，很明顯，這種方法簡單實用，但受到人為主觀因素影響；日本六階段評價法主要是通過查表定性和基準局定量評價危險性等級，優點是綜合運用了定性和定量的方法，準確性高，但缺點是工作量大。

最后一種方式是易燃、易爆、有毒重大險源評價方法，從源頭分析物質的危險性，評價準確，缺點是評價工作量較大。

2.3 定量風險評價方法

化工設備安全狀況的評定中，常用的定量風險評價方法主要有道化學指數法、ICI猛德法、危險度評價法、基于風險的檢測法（定量RBI）、基于可拓方法的風險評價、模糊風險評價法。道化學指數法主要評價等級和所造成事故的損失，特點是通過物質、流程和工藝分析事故的等級及造成的損失。優點是簡單明確，缺點是參數范圍廣，容易受人為因素影響；ICI蒙德法評價火災、爆炸和有毒物質及整體的危險性等級，方法同道化學指數法一樣，優缺點因而也一樣；危險度評價法評價危險性等級，通過物質、工藝、毒性及布置危險性來計算火災、爆炸、毒性和整體危險性指數，從而評定各類危險性等級的方法評價，優點是操作簡單，缺點是容易受人為因素的影響；基于風險的檢測法（定量RBI）識別風險及危險性等級，方法特點是基于風險的辨識，量化事故發生的可能性及嚴重程度，評定各類危險性等級，優點是有具體數據量化風險，使用方便，缺點是定量計算中需要大量基礎數據和歷史資料；基于可拓方法的風險評價用來評價危險性等級。通過較好地對各類風險信息進行綜合和量化，確定危險性等級。

優點是能很好地綜合一些影響系統或裝置風險大小的模糊因素，缺點是實際應用案例少，還有待于開發；模糊風險評價法以信息定量化，危險性等級為評價目的。采用模糊參數區間量化法，從而能很好地綜合一些影響系統或裝置風險大小的模糊因素。優點是有較大的靈活性和適應性，缺點是隸屬函數的確定沒有完全客觀的標準。

3 典型風險評價方法應用：基于RBI方法的壓力容器安全評估

3.1 RBI的程序

典型RBI的程序流程一般包括以下三個階段：

（1）交流階段：確定RBI實施范圍、項目內容及進度計劃。

（2）準備階段：收集所需基本資料；進行流程分割；進行RBI評估。

（3）實施階段：通過RBI分析得出初步的風險評估報告；制定檢驗計劃；實施檢驗計劃。

3.2 基于半定量RBI方法對壓力容器的安全評估

基于生產企業和壓力容器設備實際情況的調查、問答、評分、估算，對壓力容器的失效可能性以及失效后果進行量化，風險以及風險的可接受準則采用風險矩陣法表示，在此基礎上確定壓力容器風險等級以及檢測周期。

3.3 基于定量RBI方法對壓力容器的安全評估

3.3.1 壓力容器失效可能性量化

具體步驟如下：

（1）確定通用事故頻率。根據壓力容器設備的類型，從通用事故頻率數據庫中確定所預計的通用事故頻率。

（2）確定設備修正因子。根據設備的實際情況，確定技術模型子因子、環境子因子、機械子因子和工藝子因子，按下式確定設備修正因子：

（3）確定管理修正因子。根據壓力容器設備所在車間的實際情況，確定管理系統評估方面的得分，并將得分換算為管理修正因子。

（4）確定實際事故頻率。

3.3.2 壓力容器失效后果量化

考慮火災爆炸、中毒、環境破壞、停產損失四個方面的事故后果，量化壓力容器失效后果。其定量的計算方法可依據美國石油協會（API）制定的規范RP580中的計算模型。

3.3.3 壓力容器風險等級和檢查周期的確定

式中，Pi表示第i種破壞規模的事故概率；C1i表示對應第i種破壞規模的火災爆炸后果；C2i表示對應第i種破壞規模的中毒后果；C3i表示對應第i種破壞規模的環境后果；C4i表示對應第i種破壞規模的停產損失。

可根據在用壓力容器的監測規范以及相應的法規，同時應考慮生產企業自身狀況和經濟性，來確定壓力容器的維修計劃和檢驗周期。

3.3.4 壓力容器 RBI再評估

當壓力容器設備及壓力設備所在的環境狀況發生變化，或者評價人員取得壓力容器更新的資料時，應當對設備進行RBI再評估。

3.4 分析

通過比較可知，半定量RBI評價方法所需要的原始數據較少，評價的成本較低，同時操作比較簡單，在一般情況下可以滿足工程實踐的精度需要，因此在壓力容器設備的風險評估方面獲得了廣泛的應用。定量RBI方法需要大量的原始數據和前期技術資料，不能在短時期內完成，成本較高，計算復雜，但能進行更精確和詳盡的評定，是RBI方法的發展趨勢。

4 應用展望

4.1 國外先進風險評價技術與我國實際情況相結合

當前化工設備的風險評價技術基本采用美國或英國的風險評估技術和方法。在工程實踐往往需要結合具體的實際情況，我國在引起國外的先進評價技術中，應結合我國在法規、生產企業、標準的具體狀況，制定針對化工設備的風險評價方法。通過在企業的推廣和運用，逐漸形成我國自主的、合乎工程實際的統一標準。

4.2 風險評價基礎數據庫的建立和完善

通過定性、半定量、定量風險評價方法的比較中，可知定量風險評價法往往更加具體和準確，但由于需要大量的基礎數據庫和前期技術研究工作，導致其成本較高。在當前化工設備的風險評價中，在引用國外數據庫的基礎上，應結合我國的實際情況逐漸建立并完善相關壓力容器等化工設備的失效基礎數據庫，從而推動定量風險評價技術在我國的發展和應用。

5 結語

（1）化工設備的安全評估領域中引入風險評價技術，符合設備安全性與經濟性相統一的趨勢。

（2）通過對各類風險評價方法的比較以及基于半定量、定量RBI方法對壓力容器的安全評估，可知定性、半定量的風險評價技術簡單實用，成本較低，應用較為廣泛；定量的風險評級技術更加精確，但需要大量基礎數據，成本較高。

（3）化工設備失效基礎數據庫的建立，將推動定量風險評價方法在我國的發展和應用。