風險評估技術在大型球罐安全管理中的應用實踐研究

劉飛，郇冬

（江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院，南京 210000）

1 引言

大型球罐作為盛裝液體、氣體、液化氣體的一種介質設備，其和同容量的球罐相比，表面積較小且重量較輕，并具有占地面積小、制造時間短的優勢。所以它已經被廣泛應用于石油化工、冶金以及城市燃氣等領域內。但大型球罐在使用過程中的安全事故影響巨大，一旦發生被破壞或者爆炸的情況，就會影響人們的生命安全，使企業面臨嚴重的損失。對此，企業需合理應用風險評估技術，實現對大型球罐的安全管理，以促進企業的進一步發展，增加對企業安全管理工作方面的指導性因素。

2 風險評估技術分析

風險評估表示，在安全風險事件降臨之前或還未結束時，相關人員預測此事件給企業或人們的生命、生活以及財產等方面所帶來的影響，量化評估損失，即風險評估就是量化測評某一事件或事物帶來的影響或損失的可能程度。

所以，工作人員運用風險評估技術，可采用收集信息、風險識別、風險分析、風險控制的方式，實現對風險問題的全面監控及管理，以防止風險的發生，預估風險并降低安全風險所帶來的影響[1]。

3 大型球罐的安全風險因素

3.1 底部破裂

在企業使用大型球罐時，可能會發生底部破裂的情況，因為球罐受到重壓的影響，發生破損、裂紋等問題。此時，工作人員若忽視此問題，沒有在第一時間內將大型球罐進行維修及更換，則會引發爆炸等安全事故的發生[2]。

3.2 點火爆炸

因為大型球罐中是會存儲一些氣體、液體的，所以其若發生泄漏以及被點燃的情況，則會導致爆炸問題的發生，不僅會對周圍環境造成影響，還會嚴重影響人們的生命安全[3]。

3.3 外力撞擊

若大型球罐所處的地理位置不佳，存在放置不穩定的情況，受到地震、惡劣天氣或其他自然因素的影響，則會導致球罐出現被擠壓撞擊或破壞的情況，增加其發生爆炸的可能性[4]。

3.4 技術因素

工作人員需結合大型球罐的具體狀況，將先進技術應用于大型球罐使用、維護等方面。其中包含了大型球罐的制造、設計、檢驗等工作，使工作人員結合大型球罐的生產單位、級別進行合理的檢驗，以確保大型球罐在應用過程中不會出現問題。同時，若企業內的工作人員技術水平較高，則大型球罐就會降低事故的發生概率，降低其在使用過程中的危險性[5]。

3.5 管理因素

企業的管理因素對大型球罐的安全性會有直接的影響，所以，使用單位需健全內部的管理機制為大型球罐配備專職人員，使每位操作者都能持證上崗，并經過嚴格把關后，才能實現對設備的自檢與維護。若管理工作達標，則可降低大型球罐發生事故的概率。

4 風險評估技術在大型球罐安全管理中的應用措施

4.1 創建大型球罐風險評估矩陣

管理者在實行大型球罐的安全管理工作時，需注重風險評估準則了解后果因素以及風險因素所帶來的影響，在評價指標設置時，可以采用分級的方式劃分1、2、3、4 個等級。然后，為大型球罐安全管理工作進行賦值處理。

第一，指標分級。管理者可將1 級風險評價指標設置為2.5 分；將2 級風險評價指標設置為5 分；將3 級風險評價指標設置為7.5 分；將4 級風險評價指標設置為10 分。這樣，管理者則可根據風險等級，了解大型球罐在使用過程中可能發生的風險概率。第二，大型球罐失效。管理者應考慮人員、財產、環境以及社會等方面的影響，評估大型球罐的損傷所帶來的影響，實現對大型球罐失效后影響內容的分析，并為其設置分級標準以滿足后續的安全管理工作要求。其中，1 級為傷亡人數少于10 人，財產損失應小于10 萬元，社會及環境影響可忽略不計；2 級為傷亡人數少于50 人，財產損失應小于50 萬元，社會為工礦企業，環境影響為中度；3 級為傷亡人數少于100 人，財產損失應小于100 萬元，社會居民社區，環境影響為高度；4 級為傷亡人數大于或等于100 人，財產損失應大于或等于100 萬元，社會為醫院、學校級敏感度較高的場所，環境影響為重度。對此，管理人員可以結合層次分析法，實現對大型球罐安全管理工作內容的評估，設置相應的風險評估指標，以列出相應的矩陣。例如，管理人員可以使用初始權數，列出風險判斷矩陣，建議標注具體的平均數β，公式如下：

式中，n 表示矩陣中的標度系數；M 表示權重指標。這樣，管理人員在判斷矩陣內容時，則可掌握初始權數之間可能發生的矛盾，通過一致性判斷的方式計算出最大根值。也可采用檢驗指標的方式，確保大型球掛的失效可能性能夠被確認。

4.2 加大安全風險信息檢索力度

管理人員為保證大型儲罐在運行過程中的安全性，可以從線上與線下渠道檢索與之相關的信息內容。其中包含了操作手冊、儲罐設計、物料特性以及設備安全參數等內容。例如，工作人員可以將大型儲罐的原始設計溫度控制為常溫；設計壓力控制在0.8 MPa 左右；公稱容積需控制在1 000～3 000 m3；沖裝系數為0.9；抗震等級需設置為7 級。這樣一來，一旦工作人員檢索到大型儲罐的相關參數值超出限值，則表示其可能發生的安全風險概率有所提高。因此，管理人員可以采用風險識別技術，利用事件樹分析、影響因素分析、故障模式分析等方式識別風險。

第一，工作人員可以依靠事件樹算法，確認大型儲罐系統及其組成要素，然后分析各個要素之間存在的因果關系，完成事件樹的編制，確保定量計算活動能夠順利開展。對此，工作人員可以確認頂上事件，了解大型儲罐在應用過程中可能存在的火災、爆炸情況或是泄漏問題，將該部分因素作為頂上事件。若大型儲罐中所裝的物質為油品，其存在蒸發或是泄漏的情況，所以工作人員為防止其出現爆炸問題，確保點火熱能要求能夠得到滿足，需及時制定火災的補救方案。利用事件樹的分析方式，確認引火源、氧氣、可燃物等都可以影響大型儲罐的正常使用。

第二，若大型儲罐存在油氣蒸發的情況，其會在收發油作業期間進行小、大呼吸，造成油品發生泄漏的情況。同時，工作人員如果存在操作不當的情況，因為附件、儀表等的丟失，造成油品泄漏，若大型儲罐此時出現結冰、凍死或堵塞的情況，則會導致其無法正常使用，增加后續爆炸或火災的發生概率。另外，若大型儲罐出現罐閥磨損，法蘭連接不嚴謹，安全密封配件無法匹配或材質老化的情況都會出現泄漏的情況。對此，工作人員可以加強對構成因素的調查，確定初始事件，判定大型儲罐的安全功能，則可繪制與大型儲罐相關的事件樹，找出事故中可能出現的連鎖反應，及時預防事故的發生。

第三，管理人員為提高安全風險信息的檢索力度，應注重壓力容器失效模式并開展對壓力容器的設計工作。明確其可能出現韌性斷裂、脆性斷裂、彈塑性失穩及蠕變斷裂的情況。讓其在設計過程中，堅持彈塑性失效、爆破失效以及塑性失效的防治原則，確保該方面的風險因素能夠被合理檢索。而且，在低溫容器設計期間，也應增加對脆斷失效問題的分析；高溫容器，則需檢索蠕變失效參數等信息，使管理人員通過對基本參數的了解，創建出內容風險評估報告，按照標準規程中的內容，增加相關風險規避條款，實現對大型儲罐安全系數、設計荷載、設計方法的確認，防止在其應用期間出現泄漏的問題，使大型儲罐遇見的安全風險可能性降到最低。

4.3 劃分風險評估工作等級

管理人員為確認大型儲罐在使用過程中的風險評價等級，可利用以下公式完成對評價值的計算，具體如下：

R=[P][W][L][N]

式中，R 表示風險因素的評價值；[P]表示大型儲罐可能發生風險的因素指標得分；[W]表示大型儲罐可能發生風險的權重向量；[L]表示大型儲罐發生風險后，所承擔后果的各項指標得分；[N]表示大型儲罐發生風險后，所承擔后果的權重向量。對此，工作人員可以結合28 原則實現對大型儲罐風險等級的劃分，其中若風險等級較高，可以將其得分設置為20%，規劃為一類風險。而風險等級較低，可將其設置為二級，風險使其得分在20%以下。這樣一來，工作人員則可通過安全性評價的方式，保證大型球罐在應用過程中的技術合理性，然后讓工作人員可以酌情增加降載措施，防止大型球罐在使用過程中出現老化損壞等情況，降低對工作人員及周圍環境等帶來的影響。

4.4 制定系統安全性評估方案

工作人員可以采用系統安全性評估的方法，實現對大型球罐系統中各項安全影響因素的分析，然后，其可以設置有限元模型，增加對大型球罐中結構參數、設計參數等的了解，分析其力學性能，具體如表1 所示。

表1 大型球罐的設計參數值

如此，工作人員則可結合大型球罐的幾何結構，在不考慮拉桿和球罐開口接管的情況下，設置兩個支柱，并形成對稱的結構，保證其在正常的工作過程中不會出現因受到壓力荷載和自重的影響，而發生破損及泄漏的情況。讓荷載與幾何結構都能在保證對稱的前提下，取大型球罐的1/8 處作為具體分析的模型內容。同時，工作人員可以加強對大型球罐的上支柱、殼體、下支柱等情況的了解，若在大型球罐的墊板區域，均運用SHELL93 的殼單元，則工作人員可結合大型球罐的力學性能和材質實現對球罐區域內情況的了解。其中在大型球罐使用過程中，工作人員通常會通過低合金鋼類和碳素鋼進行球罐外殼的制造，使材料模型可以采用彈性模型的方式，將其中的泊松比控制在0.3；彈性模量控制在210 GPa；密度控制在7 850 kg/m3。此時，通過網格劃分的方式，則可以掌握球殼與支柱之間的連接效果，使幾何結構不會過于復雜，使其中的應力分布情況也較為均勻。這樣工作人員則可以通過對網格劃分結果的了解掌握大型球罐在正常運行期間可能受到的荷載邊界條件。其中包括大型球罐的設計壓力、自重、靜壓力、位移邊界等內容。所以，工作人員通過對該方面內容的評估，則可以掌握大型球罐在后續使用過程中可能受到的安全影響因素。然后，工作人員結合球罐整體的等效應力，確認球殼體是否分布均勻，讓其中的等效用率能夠在186 MPa 左右，防止大型球罐后續發生泄漏的風險。

4.5 評定大型球罐的強度

工作人員可以結合大型球罐在使用過程中所處的高應力區域，設置9 個校核點，然后，結合球罐的具體分布情況，實現對其強度的評定，以掌握其反應過程中可能存在的風險。首先，工作人員可以結合大型球罐的應力評定要求，在遠離球殼的區域，結合非連續結構的情況，增加對總體薄膜應力的考慮，使薄膜的應力能夠控制在1 倍以內，完成對大型球罐應力強度的設計。然后，可以增加對上支柱與球殼之間連接區域的了解，設置一個上支柱，評估該區域球罐的彎曲應力和薄膜應力，若存在超出限制的情況可能存在安全風險，所以各人員應將二者控制在1.5 倍以內，防止大型球罐的應力過高。

其次，工作人員可以通過HAZOP 分析法的輔助，掌握大型球罐在應用過程中可能發生的系統故障情況，運用效應分析的方式，完成對大型球罐的評估。這樣既可以評定大型球罐此時的強度，又可以讓工作人員從球罐操作等方面內容入手，防止球罐在使用過程中發生故障或者降低出現錯誤的可能性。如此，則可結合大型球罐的故障原因及其可能帶來的后果，完成對該方面風險內容的評估。

例如，某企業為裝液體在區域內設置了上百個大型球罐，企業的管理人員為保證大型球罐的應用安全性可以加強對其風險的評估，通過系統安全評估方法以及HAZOP 分析法的輔助方式，了解球罐內的熱力、液位等信息，實現對其的安全管理及維護，保證工作人員能夠應急響應球罐的安全問題。同時，工作人員也可運用數據分析和統計等方式，創建出完整的大型球罐安全防護措施，以保證后續大型球罐在施工過程中不會發生安全風險。同時，其也可以在大型球罐實驗過程中，讓工作人員做好技術交底工作，按照相關標準流程實現對大型球罐的正確焊接。然后讓每位工作人員都可以結合報告中的內容，實現對大型球罐的應用內容的編制，確保后續工作者在使用大型球罐時，按照作業計劃，實現對其的驗收并保證腳手架、吊具、焊接防護設施、卡具等工裝設施的準備工作能夠落實到位，從而滿足后續大型球罐的應用要求。

最后，通過實踐操作證明，此種風險評估方法不僅能夠提升大型球罐在使用過程的安全性，更可以提高工作人員對其的使用效率，使工作人員能夠根據大型球罐的強度，生成風險評估報告，保證設備的正常運行。同時，在大型球罐存儲液體或相關介質時，工作人員也應加強對有害雜質的控制，如硫化物含量等，并且，工作人員不可移動大型球罐，避免操作工況可能出現的波動情況，防止大型球罐發生疲勞失效問題。

5 結語

綜上所述，企業為保證自身在使用大型球罐時的安全性，可以通過綜合風險評估的方式，了解在大型球罐使用過程中可能存在的安全影響。通過評估底部破裂、點火爆炸、外力撞擊、技術因素、管理因素等內容的方式，使企業的管理人員運用創建大型球罐風險評估矩陣、加大安全風險信息檢索力度、劃分風險評估工作等級、制定系統安全性評估方案、評定大型球罐的強度的方式，防止球罐安全管理風險的發生，從而減少工作人員對大型球罐的維護時間，讓大型球罐能夠在企業內合理應用。