武志峰，黨文義

(1.中國(guó)石化安全工程研究院，山東青島 2660712.化學(xué)品安全控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266071)

重大危險(xiǎn)源定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估關(guān)鍵問(wèn)題研討

武志峰1,2，黨文義1,2

(1.中國(guó)石化安全工程研究院，山東青島2660712.化學(xué)品安全控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島266071)

采用“影響距離”法和“選擇數(shù)”法選取泄漏單元，建立設(shè)備泄漏頻率失效模型,計(jì)算不同孔徑的泄漏頻率,計(jì)算結(jié)果和國(guó)際通用失效頻率軟件計(jì)算結(jié)果基本一致。提出以個(gè)體自然死亡概率為基礎(chǔ)，確定不同防護(hù)目標(biāo)的個(gè)體風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)，社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)作為對(duì)個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)的補(bǔ)充對(duì)危險(xiǎn)源引發(fā)重大事故風(fēng)險(xiǎn)的可接受程度進(jìn)行評(píng)估。

重大危險(xiǎn)源 定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 泄漏單元 泄漏頻率 風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)

重大危險(xiǎn)源定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)于促進(jìn)企業(yè)安全管理、減少和預(yù)防傷亡事故具有重要作用，為重大工業(yè)傷亡事故的預(yù)防和控制奠定基礎(chǔ)。國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局于2011年頒布實(shí)施了《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》(簡(jiǎn)稱(chēng)“安監(jiān)總局令第40號(hào)”)，采用了危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源分級(jí)和定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等管理理念，提高了我國(guó)危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源安全管理水平。

定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)復(fù)雜，目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用趨于廣泛[1-4]，但是有些關(guān)鍵問(wèn)題，一直在困擾相關(guān)人員。重大危險(xiǎn)源定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的核心問(wèn)題是泄漏單元的選取、設(shè)備泄漏頻率的確定以及風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)的制定。目前，泄漏單元選取方法不統(tǒng)一，泄漏單元?jiǎng)澐植幌嗤?。設(shè)備泄漏頻率來(lái)自不同的數(shù)據(jù)源，比如：適用于化工行業(yè)的失效數(shù)據(jù)庫(kù)、企業(yè)歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、基于可靠性的失效概率模型或其他數(shù)據(jù)來(lái)源[5]。不同的泄漏頻率數(shù)據(jù)源因統(tǒng)計(jì)方法、失效條件等不同，差異性較大。風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)值是重大危險(xiǎn)源定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的前提和基礎(chǔ)，確定風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)應(yīng)遵循基本的原則，風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)使同類(lèi)型的裝置或設(shè)施的重大危險(xiǎn)定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估計(jì)算結(jié)果更加有對(duì)比性，為領(lǐng)導(dǎo)決策提供技術(shù)支撐。

1 重大危險(xiǎn)源定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估程序

重大危險(xiǎn)源定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估程序見(jiàn)圖1，其基本程序包括一、二級(jí)重大危險(xiǎn)源的資料數(shù)據(jù)收集、泄漏單元選擇、泄漏頻率分析、失效后果分析、定量風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算與評(píng)價(jià)、個(gè)體風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算，并與風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析,判斷是否滿(mǎn)足風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 重大危險(xiǎn)源定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估程序

2 重大危險(xiǎn)源定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估關(guān)鍵問(wèn)題

2.1 泄漏單元選取

重大危險(xiǎn)源的泄漏單元通常由多個(gè)設(shè)備單元組成。單元選擇應(yīng)選擇對(duì)廠區(qū)外風(fēng)險(xiǎn)有所貢獻(xiàn)的設(shè)備單元。設(shè)備單元選擇有以下2種方法[6]。

2.1.1“影響距離”法

“影響距離”法[6]的應(yīng)用原理是“設(shè)備單元”如果發(fā)生泄漏事故，其影響距離超出廠區(qū)邊界，對(duì)外部風(fēng)險(xiǎn)有所貢獻(xiàn)?！坝绊懢嚯x”法包括步驟如下。

a)確定每一個(gè)設(shè)備單元的最大影響距離(E)。即設(shè)備單元在最壞事故模式下1%致人死亡率達(dá)到的最大距離，1%致人死亡率對(duì)應(yīng)的不同危害后果強(qiáng)度閾值見(jiàn)表1[7,8]。

表1 1%致人死亡率對(duì)應(yīng)的危害強(qiáng)度閾值

b)確定每一個(gè)設(shè)備單元距廠區(qū)邊界的最小距離(T)。

c)對(duì)每一個(gè)設(shè)備單元，比較E和T值，如果E>T，則該設(shè)備單元應(yīng)進(jìn)行定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；否則，不需要進(jìn)行定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

應(yīng)用基于“影響距離”法進(jìn)行設(shè)備單元選擇，所有選中的設(shè)備單元必須全部進(jìn)行定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。如果選中的單元數(shù)大于5，可以通過(guò)“選擇數(shù)”法進(jìn)一步選擇，以減少選擇的單元數(shù)和簡(jiǎn)化定量風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算。

2.1.2“選擇數(shù)”法

如果按照“影響距離”法選中的單元超過(guò)5個(gè)，可進(jìn)一步采用“選擇數(shù)”法進(jìn)行單元選擇以減少需要進(jìn)行定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的單元數(shù)量?！斑x擇數(shù)”法單元選擇程序基于單元內(nèi)危險(xiǎn)物質(zhì)的類(lèi)型、數(shù)量和單元工藝狀態(tài)，即計(jì)算單元“選擇數(shù)”的方法[5,8]。

如果重大危險(xiǎn)源包括5個(gè)以上的設(shè)備單元，可以選擇直接應(yīng)用“選擇數(shù)“法進(jìn)行單元選擇。

“影響距離”法和“選擇數(shù)”法設(shè)備單元選擇程序見(jiàn)圖2。

2.2 泄漏頻率確定

目前，國(guó)內(nèi)沒(méi)有完整的泄漏頻率數(shù)據(jù)庫(kù)，重大危險(xiǎn)源定量風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算中采用的泄漏頻率主要參考國(guó)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和做法，導(dǎo)致泄漏頻率、事故后果和風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算結(jié)果很難有可比性。國(guó)外一些研究機(jī)構(gòu)，如挪威船級(jí)社(DNV)[6]、英國(guó)健康和安全局(HSE)[9]、美國(guó)化工過(guò)程安全中心(CCPS)[10]等都有類(lèi)似的數(shù)據(jù)庫(kù)，可直接獲得各類(lèi)設(shè)備的泄漏概率，但是這些數(shù)據(jù)庫(kù)各有特點(diǎn)，并不能適合國(guó)內(nèi)企業(yè)的實(shí)際情況。

泄漏頻率分布函數(shù)的一個(gè)特征是允許任何孔徑尺寸分布而不影響結(jié)果。公式(1)給出了總泄漏頻率方程，描述了泄漏頻率和孔徑的變化(d=1～D)。

F(d)=f(D)dm+Frup

(1)

式中：F(d)——孔徑尺寸d的泄漏頻率，a-1；

f(D) ——設(shè)備直徑D泄漏頻率波動(dòng)函數(shù)；

D——設(shè)備直徑， mm；

d——孔徑， mm；

m——斜率；

Frup——破裂失效頻率，a-1。

孔徑在d1～d2變動(dòng)范圍內(nèi)的頻率為：

(2)

全孔破裂的頻率(孔直徑為D)為：

F(D)=f(D)dDm+Frup

(3)

f(D)=c(1+αDn)

(4)

式中：c，α，n——設(shè)備類(lèi)型常數(shù)。

圖2 設(shè)備單元選擇程序

在失效頻率模型中，確定常數(shù)c、a、n和m是核心，以離心壓縮機(jī)為例，通過(guò)多次計(jì)算與驗(yàn)證，得到離心壓縮機(jī)泄漏頻率，模型中的c、a、n和m值分別為0.010 61、0、-0.907 23和0，離心壓縮機(jī)泄漏面積與失效頻率的關(guān)系曲線(xiàn)見(jiàn)圖3，通過(guò)該圖可得出不同孔徑的泄漏頻率，該數(shù)據(jù)模型針對(duì)具體設(shè)備失效頻率的計(jì)算結(jié)果和國(guó)際通用失效頻率LEAK軟件計(jì)算結(jié)果基本一致，其結(jié)果對(duì)于石化企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估具有重要的實(shí)際價(jià)值。

圖3 離心壓縮機(jī)泄漏面積與失效頻率關(guān)系

2.3 風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)確定

2.3.1個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)

風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)是判斷重大危險(xiǎn)源定量風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算結(jié)果的基準(zhǔn)，2011年安監(jiān)總局令第40號(hào)《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》要求對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源進(jìn)行分級(jí)，并對(duì)一、二級(jí)重大危險(xiǎn)源進(jìn)行定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，給出了危險(xiǎn)化學(xué)品單位距離周邊重要目標(biāo)和敏感場(chǎng)所的可容許個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)，但是沒(méi)有對(duì)新建裝置和在役裝置加以區(qū)別，而且可容許個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格。

不同防護(hù)目標(biāo)的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)由分年齡段死亡率最低值乘以相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制系數(shù)得出。根據(jù)第六次人口普查數(shù)據(jù)，10歲至20歲之間青少年的平均死亡率3.64×10-4/a，是分年齡段死亡率最低值。風(fēng)險(xiǎn)控制系數(shù)的確定參考丹麥等國(guó)的相關(guān)做法[7]，分別選定10%，3%，1%和0.1%應(yīng)用于不同防護(hù)目標(biāo)，是公眾對(duì)意外風(fēng)險(xiǎn)可接受水平的直觀體現(xiàn)。最終確定了個(gè)人可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)值由國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局在2014年以第13號(hào)文的形式發(fā)布——《危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)、儲(chǔ)存裝置個(gè)人可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)和社會(huì)可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)(試行)》。

2.3.2社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)

社會(huì)可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)個(gè)人可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充，是在危險(xiǎn)源周邊區(qū)域的實(shí)際人口分布的基礎(chǔ)上，為避免群死群傷事故的發(fā)生概率超過(guò)社會(huì)和公眾的可接受范圍而制定的。通常用累積頻率和死亡人數(shù)之間的關(guān)系曲線(xiàn)(F-N曲線(xiàn))表示。在設(shè)置社會(huì)可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)家和地區(qū)中，英國(guó)、荷蘭以及中國(guó)香港地區(qū)的社會(huì)可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)較具有代表性。

我國(guó)采用香港地區(qū)的社會(huì)可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)值，作為個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充對(duì)危險(xiǎn)源造成群死群傷事故風(fēng)險(xiǎn)的可接受程度進(jìn)行評(píng)估。

3 結(jié)論

a)為有效控制危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源導(dǎo)致重大社會(huì)危害，2011年國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局發(fā)布實(shí)施的安監(jiān)總局令第40號(hào)，首次提出對(duì)重大危險(xiǎn)源進(jìn)行定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，標(biāo)志著國(guó)家對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源區(qū)域位置由距離管理向風(fēng)險(xiǎn)管理的發(fā)展。

b) 重大危險(xiǎn)源是個(gè)敏感的安全問(wèn)題，其定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的準(zhǔn)確性和合理性越來(lái)越受到重視，其中泄漏單元的選取、泄漏頻率確定和風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)是3個(gè)核心問(wèn)題。

c)泄漏頻率是開(kāi)展重大危險(xiǎn)源定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的關(guān)鍵因素之一。目前，國(guó)內(nèi)缺乏相關(guān)設(shè)備的泄漏頻率，沒(méi)有泄漏頻率數(shù)據(jù)庫(kù)，取值具有較大的不確定性。建議開(kāi)展具體行業(yè)的泄漏頻率數(shù)據(jù)收集與研究，開(kāi)發(fā)適合中國(guó)國(guó)情的泄漏頻率數(shù)據(jù)庫(kù)。

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DiscussionsintoKeyIssuesofQuantitativeRiskAssessmentofMajorHazardInstallations

Wu Zhifeng1,2，Dang Wenyi1,2

(1.SINOPEC Research Institute of Safety Engineering, Shandong, Qingdao 266071 2.State Key Laboratory of Chemical Safety and Control, Shandong, Qingdao 266071)

The use of “impact distance” method and the “select number” method selected leakage unit, set up equipment failure frequency leakage model to calculate different aperture leak frequency calculation results and international general software failure frequency calculation results are basically the same. This paper proposes on the basis of individual natural death probability for the first time, determine different protection objective standard of individual risk, social risk as a complement to the individual risk of hazards caused by an acceptable level of major accident risk assessment.

major hazard installations； quantitative risk assessment；leakage unit；leakage frequency；risk criterion

2016-05-10

武志峰，工程師，2008年畢業(yè)于吉林大學(xué)，現(xiàn)在中國(guó)石化安全工程研究院從事石油化工行業(yè)安全技術(shù)研究和定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作。