加氫站事故的定量風險評價研究

張杰，陳星光，趙明

(1.北京市勞動保護科學研究所，北京 100054；2.北京市應急管理局，北京 101101)

0 引言

隨著人類經濟社會的發展，能源緊張與環境污染的問題逐漸成為世界各國共同面對的難題，因此，各國均在開展替代能源和清潔能源的研究，以期解決或緩解這些難題。2016 年，國家發展和改革委員會、國家能源局等聯合發布的《能源技術革命創新行動計劃(2016—2030 年)》，提出了能源技術革命重點創新行動路線圖，“氫能與燃料電池技術創新”位列其中，標志著氫能產業已被納入中國國家能源戰略。氫能作為新能源，除了具有燃燒產物潔凈、無污染、不產生溫室氣體等環保性和可再生性外，還是其他清潔能源儲存和轉換的樞紐，且具有熱值高(高效)等優勢。

加氫站是氫能供應的重要保障。由于加氫站的氫氣具有易燃易爆高壓的特性，一旦加氫站發生火災和爆炸事故，將會帶來巨大的經濟損失，影響正常的生產秩序，甚至造成人員傷亡。因此，對加氫站進行事故后果模擬和風險分析，可以為加氫站的運行安全提供重要的參考。

1 風險分析方法

目前定量風險分析方法比較多，本論文主要采用南京安元QRA 定量風險評估軟件對氫氣泄漏事故進行模擬，辨識各類事故的影響范圍和距離，分析某加氫站氫氣儲存設施的個人風險和社會風險，并計算加氫站氫氣儲存設施的外部安全防護距離。

2 事故模擬

2.1 事故類型

本論文模擬的事故類型如下：

(1)氫氣儲存設施類型：固定的帶壓容器和儲罐；

(2)泄漏模式：完全破裂，小孔泄漏；

(3)泄漏源強：連續泄漏源強＜10 kg/s；

(4)事故類型：噴射火災(JET FIRE)，蒸氣云爆炸事故(UVCE)，壓力容器物理爆炸(PVE)。

各類事故影響規模曲線顏色標注如圖1 所示。

圖1 事故影響規模曲線顏色

2.2 模擬結果及分析

(1)噴射火災事故后果模擬。噴射火災事故模擬相關參數如表1 所示。

噴射火災事故后果如圖2 所示。

由圖2 看出，氫氣儲罐小孔泄漏發生噴射火災事故，人員死亡半徑3.2 m，重傷半徑3.93 m，輕傷半徑5.93 m，財產損失半徑1.62 m。

(2)蒸汽云爆炸事故模擬。蒸汽云爆炸事故模擬相關參數如表2 所示。

圖2 噴射火災事故后果

表2 蒸汽云爆炸事故模擬相關參數

蒸汽云爆炸事故后果如圖3 所示。

圖3 蒸汽云爆炸事故后果圖

由圖3 看出，氫氣儲罐發生蒸汽云爆炸事故，人員死亡半徑3.86 m，重傷半徑15.12 m，輕傷半徑29.41 m，財產損失半徑8.82 m。

(3)壓力容器物理爆炸事故后果模擬。壓力容器物理爆炸事故后果模擬相關參數如表3 所示。

表3 壓力容器物理爆炸事故模擬相關參數

壓力容器物理爆炸事故后果如圖4 所示。

由圖4 看出，氫氣儲罐發生壓力容器物理爆炸事故，人員死亡半徑20 m，重傷半徑26.5 m，輕傷半徑34.5 m，財產損失半徑14 m。

通過對加氫站氫氣儲罐事故模擬可以看出，如果加氫站氫氣儲罐發生泄漏，導致火災爆炸事故，造成的事故后果是相當嚴重的，尤其是蒸汽云爆炸和壓力容器爆炸事故，事故的傷亡半徑幾乎覆蓋了加氫站整個區域。

圖4 壓力容器物理爆炸事故后果圖

3 風險分析

依據 GB 36894—2018《危險化學品生產裝置和儲存設施風險基準》，個人風險定義為：假設人員長期處于某一場所且無保護，由于發生危險化學品事故而導致的死亡頻率，單位為次/每年。社會風險定義為：群體(包括周邊企業員工和公眾)在危險區域承受某種程度傷害的頻發程度，通常表示為大于或等于N 人死亡的事故累計頻率(F)，以累計頻率和死亡人數之間關系的曲線圖(F-N 曲線)來表示。

危險化學品生產裝置和儲存設施周邊防護目標所承受的個人風險應不超過表4 中個人風險基準的要求，本論文模擬的為危險化學品在役生產裝置和儲存設施。

表4 個人風險基準

危險化學品生產裝置和儲存設施周邊防護目標所承受的社會風險基準如圖5 所示。

圖5 社會風險基準

3.1 個人風險

本論文模擬的加氫站周邊建設有辦公樓、工業廠房、道路等建構筑物，依據GB 36894—2018 《危險化學品生產裝置和儲存設施風險基準》，周邊辦公樓為一類防護目標、工業廠房為二類防護目標、周邊模擬圖片范圍內不涉及三類防護目標。

加氫站氫氣儲罐周邊防護目標的個人風險詳見圖6。

圖6 個人風險模擬

由圖6 可以看出，一般防護目標中的一類防護目標辦公樓均位于紅圈外，二類防護目標工業廠房位于黃線外，藍線內無三類防護目標，因此，該加氫站儲罐周邊防護目標的個人風險符合要求。

3.2 社會風險

對該加氫站氫氣儲罐的社會風險分析如圖7 所示，由圖7可以看出，一部分曲線位于盡可能降低區，因此，需要盡可能采取安全改進措施降低社會風險，例如降低加氫站儲氫裝置的儲氫量、減少周邊建筑物內人員的密度等。

圖7 社會風險模擬

4 外部防護距離

依據GB/T 37243—2019《危險化學品生產裝置和儲存設施外部安全防護距離確定方法》，外部安全防護距離定義為：為了預防和減緩危險化學品生產裝置和儲存設施潛在事故(火災、爆炸和中毒等)對廠外防護目標的影響，在裝置和設施與防護目標之間設施的距離或風險控制線。

按照 GB 36894—2018《危險化學品生產裝置和儲存設施風險基準》中的個人風險基準，繪制危險化學品生產裝置和儲存設施的風險等值線，確定不同類型防護目標外部安全防護距離是否滿足風險基準的要求。

對加氫站儲罐周邊不同類型目標外部安全防護距離模擬計算如圖8 所示。由圖8 可以看出，高敏感防護目標、重要防護目標、一般防護目標中的一類防護目標對應的外部安全防護距離為17.24 m，一般防護目標中的二類防護目標對應的外部安全防護距離為44.31 m，一般防護目標中的三類防護目標對應的外部安全防護距離為65.2 m，各區域內的防護目標均滿足標準要求。

圖8 外部防護距離

5 結語

(1)加氫站如果發生氫氣泄漏，引發火災爆炸事故，后果會非常嚴重，能夠造成較大的人員傷亡和財產損失，且影響范圍非常大。因此，務必做好加氫站設備設施的日常巡查工作，發現隱患立即整改，堅決杜絕設備“帶病”運行。

(2)加氫站的運行對周邊建構筑物構成較大風險，對周邊防護目標的要求較高。因此，在做加氫站規劃時，應盡量避開居民區、企事業單位辦公樓，尤其是低矮平房、加油站等人員密集和危險性較大的建筑，確保防護目標滿足安全距離的要求。

(3)氫氣作為一種高熱值的清潔能源，正受到國家和地方政府的高度關注和支持，加氫站也是遍地開花建設中，但氫氣又是一種爆炸極限范圍寬、極易燃易爆的氣體，因此，我們在充分享受氫氣帶來的清潔環境的同時，一定要重視加氫站的安全管理和風險研判工作，確保加氫站的運行萬無一失。