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重大危險源定量風險評價方法研究

文檔作者：侯福忠文檔來源：新疆富蘊廣匯新能源有限公司安環(huán)部		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年05月26日
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2015年06月 | 109
重大危險源定量風險評價方法研究
侯福忠( 新疆富蘊廣匯新能源有限公司安環(huán)部, 新疆 烏魯木齊 830002)
摘要：隨著化學工業(yè)的不斷發(fā)展、壯大，重大危險源的數(shù)量不斷增多。由于缺乏合理建設規(guī)劃，一些?；分卮笪ｋU源被居民區(qū)或公
共設施所包圍。由此產(chǎn)生的火災、爆炸和毒害品泄漏等重大災害事故屢屢發(fā)生，嚴重危及人員安全。在我國正在積極倡導的“以人為
本、安全發(fā)展”和依法治國的大背景下，本文通過對某化工企業(yè)重大危險源進行定量風險評價與計算，來探討、研究定量風險評價法
在重大危險源安全管理中的應用。
關(guān)鍵詞：重大危險源；定量；風險評價；方法
1 重大危險源危險性的定性、定量分析評價過程
本文擬采用某公司新建項目的儲存設施( 主要為甲醇罐
區(qū)、液氨、油品罐區(qū)) 為研究對象。根據(jù)《危險化學品重大危險
源辨識》(GB 18218-2009) 進行辨識、計算后得知, 該公司罐
區(qū)屬于一級重大危險源。為確定該罐區(qū)周邊的安全防護距離，
就需要進行危險性的定性定量評價與計算。我們首先采用預先
危險性分析法對本重大危險源可能存在的危險有害因素進行
分析、分級，并提出相應的防范措施。
1.1 重大危險源危險性分析預評價過程
結(jié)合危險有害因素辨識和評價單元劃分，選取本系統(tǒng)單元
可燃液體儲罐子單元作為評價對象。預先危險性分析評價過程
見附表1-1-1。
通過預先危險性分析可知，甲醇、焦油、石腦油儲罐和液氨
球罐等發(fā)生火災、爆炸事故是最主要的危險有害因素，尤其是
罐區(qū)儲存易燃、易爆物質(zhì)數(shù)量大，一旦泄漏發(fā)生火災造成的危
害后果較為嚴重。此外，罐區(qū)還存在中毒危害。
1.2 重大危險源災害后果模擬分析評價過程
重大危險源中甲醇、焦油、石腦油儲罐等泄漏遇火源可能
發(fā)生池火災，液氨球罐泄漏可造成大面積的毒害范圍。我們首
先用災害模型模擬、評估影響范圍。
(1) 可燃液體儲罐泄漏引發(fā)池火災的影響范圍計算過
程 選取甲醇、石腦油和焦油儲罐區(qū)等作為評價目標。根據(jù)評
估模型計算方法進行“池火災”災害評估。其中儲罐體積參數(shù)、
池面積等主要依據(jù)《可研報告》選??；物質(zhì)密度、燃燒熱等數(shù)
據(jù)主要來自《危險化學品安全技術(shù)說明書》。數(shù)據(jù)處理計算過
程及結(jié)果見附表1-2-1。
附表1-2-1 儲罐區(qū)“池火災”損傷估算結(jié)果表
單元 項目甲醇儲罐石腦油罐焦油儲罐中油儲罐
充裝系數(shù)0.80 0.80 0.80 0.8
體積(m3) 1000 3000 5000 5000
密度(kg/m3) 790 740 1200 1200
燃燒熱(kJ/kg) 20067 38103 37000 37350
質(zhì)量(kg) 711000 1887000 5400000 5400000
池面積(m2) 1000 3000 5000 5000
池直徑(m) 35.7 61.83 79.8 79.8
燃燒速率(kg/m2.s) 0.0311 0.025 0.06 0.06
空氣密度(kg/m3) 1.293 1.293 1.293 1.293
火焰高度(m) 25.8 33.14 67.5 67.5
燃燒時間(s) 22861 20152 18000 17000
人員暴露時間(s) 60 60 60 60
死亡半徑(m) R1 20.8 48.28 97.5 98.1
重傷半徑(m) R2 27.6 58.94 126.1 126.9
輕傷半徑(m) R3 44.0 92.09 222.8 222.8
附表1-1-1可燃液體儲罐子單元預先危險性分析表
單
元
設備
設施
風險因素
及事故類別
原因分析
后果
或影響
后果
級別
控制措施
儲
罐
單
元
甲醇、石腦
油和焦油罐
等易燃液體
儲罐
火災
1)罐體及附屬管閥因材質(zhì)、制造缺陷或安裝、檢修操
作不當損壞泄漏；2)罐體內(nèi)外壁防腐不當或防腐層損
壞，導致腐蝕穿孔損壞泄漏；3)罐體液位計損壞、失
靈或人員違章操作，造成溢罐等；4)靜電或電氣、車
輛火花等。
設備損
壞； 人
員傷
亡。
Ⅳ
1)儲罐制作、安裝、檢修選擇有相應資質(zhì)的企業(yè)，堅持
嚴格的監(jiān)理、檢驗制度；2)選擇合適的防腐材料和防腐
方法，定期檢測罐體及管閥腐蝕情況，及時處理；3)定
期檢查維護液位計，嚴格執(zhí)行裝卸操作規(guī)程；4)罐區(qū)
嚴禁明火作業(yè)，采取可靠的防靜電、防電氣火花等措
施。
高空墜落
罐高10m以上，人員上罐操作，如果梯子和護欄不牢
固、不防滑或人員操作不慎，可能造成滑跌、墜落。
人員傷
亡
Ⅱ
1)按相關(guān)標準設置梯子護欄，并保證完好牢靠；2)上罐
登高作業(yè)須集中注意力并有人監(jiān)護，必要時采取系安
全帶等防護措施。
液氨
球罐
物理爆炸
1)球罐本體材質(zhì)、焊縫以及組裝工藝存在缺陷，內(nèi)應
力過大，強度不足；2)球罐壓力表、安全閥失效，人
員違章作業(yè)，造成超壓，罐體或焊縫超過破壞極限；
3)球罐冷卻噴淋設施失效，在火災狀態(tài)或高溫氣候條
件下不能及時冷卻，造成超壓爆炸。
設備損
壞、人
員傷亡
Ⅲ
1)壓力表、安全閥等安全設施必須采購有資質(zhì)廠家的合
格產(chǎn)品，并定期校驗；2)儲罐使用前經(jīng)嚴格試壓驗收；
3)嚴格遵照容規(guī)要求，定期對罐體作測厚及焊縫探傷檢
測，及時處理缺陷；3)保持球罐冷卻噴淋設施有效可
靠；4)嚴格執(zhí)行罐區(qū)操作規(guī)程，杜絕違章作業(yè)。
中毒窒息
1)罐體及附屬管閥因材質(zhì)、焊縫缺陷或安裝、檢修操
作不當損壞泄漏；2)罐體內(nèi)外壁防腐不當或防腐層損
壞，導致腐蝕穿孔損壞泄漏；
3)排污閥未加保溫和伴熱而凍裂，液氨泄漏失控；4)
進罐閥門損壞失控，未設置緊急切斷閥，造成液氨大
量泄漏；5)罐體液位監(jiān)測設施損壞失靈或人員違章操
作，造成溢罐等。
人員傷
亡
Ⅲ
1)球罐制作、檢修選擇有相應壓力容器資質(zhì)的企業(yè)；2)
嚴格遵照容規(guī)要求，定期對罐體作測厚及焊縫探傷檢
查，及時處理缺陷；3)定期檢查維護液位監(jiān)測設施，嚴
格執(zhí)行罐區(qū)操作規(guī)程；4)進出罐管線設置緊急切斷閥；
5)罐區(qū)嚴禁用明火，采取可靠的防電氣火花和車輛火星
等措施。6)進液氨罐區(qū)搶險需佩戴防中毒、防腐蝕灼傷
防護服和呼吸器。
理論 · 實踐
110 | 2015年06月
評估結(jié)果分析：
通過對本重大危險源的災害事故初步模擬計算可知，液
體儲罐一旦發(fā)生池火災、爆炸，造成的最大影響范圍在220M 左
右。
(2) 液氨球罐泄漏中毒災害的影響范圍計算過程 液氨球
罐泄漏后將造成一定的毒害范圍，故針對本項目2 個1000m3 液
氨球罐中一個儲罐泄漏選取有毒、有害物質(zhì)在大氣中擴散模型
分別進行模擬評價。
本項目儲罐工藝條件：1000m3 球罐，溫度常溫20℃，儲存
壓力1.6MPa，密度0.67，裝載系數(shù)取0.85，質(zhì)量W=569500kg
當球罐破裂時，球罐內(nèi)壓力降至latm(0.1MPa)，處于過熱
狀態(tài)的液氨溫度迅速降至標準沸點t0(-33℃)，此時全部液氨所
放出的熱量為：
Q=WC(t-t0)=569500×4.6×(20+33)=1.39×108
式中：Q 為液氨放出的熱量(kJ) ；W 為容器內(nèi)液氨的質(zhì)量(kg)
；W=569500kg ；C 為液氨比熱(kJ/kg ℃) ；C ＝4.6kJ/
kg℃ ；t 為液氨溫度，t ＝20℃ ；t0 為液氨沸點，t0 ＝-33℃ ；
假設這些熱量全部用于球罐內(nèi)液氨的蒸發(fā)，則其蒸發(fā)量
為：
W'= Q/q=1.39×108/1.37×103=1.01×105kg
式中：q 為液氨的汽化熱，1.37×103kJ/kg。
則在沸點下蒸氣氨氣的體積Vg 為：
式中：M 為氨的分子量，M ＝17 ；
計算得：Vg ＝1.33×105m3
附表1-2-2 液氨的物化性質(zhì)
物質(zhì)
名稱
相對分子
質(zhì)量M
沸點
(t0/℃)
平均比熱
C/(kJ/kg·℃)
汽化熱
q/(kJ/kg)
定壓比熱
cp/[kj/(kg·k)]
氨17 -33 4.6 1.37×103 2.112
根據(jù)《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級》可知，氨屬于Ⅳ( 輕
度危害)，車間允許濃度30mg/m3，半數(shù)致死濃度1390mg/m3。
假設在靜風條件下，氨氣初始云團按半球狀在地面釋放，
設釋放后云團的濃度為30mg/m3，則輕度危害半徑為：
R1=1172m
設釋放后濃度為1390mg/m3，則中度危害半徑為：
R2=326m
由上述計算結(jié)果可知，一旦液氨球罐發(fā)生泄漏，在以球罐
為圓心，半徑1172m 的區(qū)域范圍內(nèi)氨氣濃度高于國家衛(wèi)生標
準30mg/m3 以上，會造成輕度危害；在半徑326m 的區(qū)域范圍
內(nèi)會導致重度危害。
2 重大危險源事故樹分析評價過程
通過預先危險性分析評價和災害評估可以看出，重大危險
源液氨球罐破裂發(fā)生泄漏造成人員中毒的危害區(qū)域較大。
選取“球罐超壓爆裂泄漏事故”作為頂上事件，以在同類
工程進行實地調(diào)研的結(jié)果為依據(jù)，進行事故預想分析，列出“事
故原因調(diào)查表”。畫出事故樹圖。計算泄漏事故發(fā)生的最小割
集、最小徑集、基本事件的結(jié)構(gòu)重要度等。根據(jù)事故樹計算結(jié)
果，分析控制事故發(fā)生的途徑和手段，提出預防事故發(fā)生的對
策和措施。
2.1 事故原因分析
液氨球罐為第Ⅲ類壓力容器，其發(fā)生超壓爆裂泄漏事故的
可能原因列表如下( 附表2-1-1)，繪出事故樹附圖2-1-2。
附表2-1-1 液氨球罐超壓爆裂泄漏事故原因列表
序號事件名稱事件代號事件類型
1 球罐超壓爆裂泄漏事故T 頂上事件
2 球罐超壓A1 中間事件
3 安全閥未起作用A2 中間事件
4 液位高A3 中間事件
5 自控失效A4 中間事件
6 超溫A5 中間事件
7 報警顯示功能失效A6 中間事件
8 自控執(zhí)行機構(gòu)失效A7 中間事件
9 環(huán)境溫度高A8 中間事件
10 顯示系統(tǒng)故障A9 中間事件
11 焊縫缺陷A10 中間事件
12 安全閥構(gòu)件故障×1 基本事件
13 安全閥調(diào)壓不當×2 基本事件
14 安全閥下閥門未開×3 基本事件
15 液位自控故障×4 基本事件
16 手動誤操作×5 基本事件
17 溫度未顯示×6 基本事件
18 報警器故障×7 基本事件
19 自控元件故障×8 基本事件
20 自控系統(tǒng)設計缺陷×9 基本事件
21 氣溫高×10 基本事件
22 附近熱源影響×11 基本事件
23 顯示器損壞×12 基本事件
24 壓力表故障×13 基本事件
25 液位計故障×14 基本事件
26 焊接工藝不良×15 基本事件
27 腐蝕疲勞應力過大×16 基本事件
2.2 最小割(徑)集計算
經(jīng)對球罐超壓爆裂泄漏事故樹圖進行分析計算，求得最小
徑集3 個，即液氨等球罐不發(fā)生超壓爆裂泄漏的可能性有3 種:
P1={ “×15”,“×16”};
P2={ “×1”,“×2”,“×3”};
P3={ “×4”,“×5”, “×6”, “×7”,“×8”,“×9”,
“×12”,“×13”,“×14”};
2.3 事故樹基本事件的結(jié)構(gòu)重要度
根據(jù)判別結(jié)構(gòu)重要度近似方法和結(jié)構(gòu)重要系數(shù)計算公
為
2015年06月 | 111
式，得到球罐超壓爆裂泄漏事故樹基本事件的結(jié)構(gòu)重要順序。
Iφ15=Iφ16 >Iφ1=Iφ2 =Iφ3 ＞Iφ4 =Iφ5=Iφ7 =Iφ8=Iφ9
=Iφ12 =Iφ13 =Iφ14 ＞Iφ6 ＞Iφ10 =Iφ11
2.4 球罐超壓爆裂泄漏事故樹評價結(jié)論
從計算結(jié)果可知，基本事件×15、×16 構(gòu)成了最小徑集
P1，且其結(jié)構(gòu)重要度最大，是球罐發(fā)生超壓爆裂泄漏事故的最
重要條件，其次，基本事件×1、×2、×3 的結(jié)構(gòu)重要度僅次于
×15、×16，也是控制事故發(fā)生的重要條件。
具體操作中，應注意作到：
①依照壓力容器規(guī)范要求，及時對球罐及附屬管線的焊縫
作射線探傷檢查和缺陷修復。②及時調(diào)校安全閥，確保其靈敏、
可靠，并保持根部閥全開；③及時監(jiān)控罐內(nèi)液位和壓力，保證
液位計、壓力表指示正常；④及時調(diào)校報警裝置以及自控系統(tǒng)。
3 本重大危險源(罐區(qū))的定性、定量危險性分析
結(jié)果
本項目重大危險源是罐區(qū)( 甲醇罐區(qū)、液氨、油品罐區(qū))，通
過上述定性定量危險性分析可以得出：
3.1 預先危險性分析評價結(jié)果
通過預先危險性分析可知，甲醇、焦油、石腦油儲罐和液氨
球罐等發(fā)生的火災、爆炸事故是最主要的危險有害因素。由于
儲存易燃易爆、有毒物質(zhì)數(shù)量大，一旦泄漏發(fā)生罐區(qū)火災造成
的危害后果較為嚴重。
3.2 災害后果模擬分析、評價結(jié)果
(1) 可燃液體儲罐泄漏引發(fā)池火災的影響評價結(jié)果
1000m3 甲醇儲罐泄漏發(fā)生池火災造成的死亡半徑為
20.8m，重傷半徑為27.7m，輕傷半徑為44m。
3000m3 石腦油儲罐泄漏發(fā)生池火災造成的死亡半徑為
48.3m，重傷半徑為58.9m，輕傷半徑為92.1m。
5000m3 焦油儲罐泄漏發(fā)生池火災造成的死亡半徑為
98.1m，重傷半徑為126.9m，輕傷半徑為222.8m。
(2) 液氨球罐泄漏災害模擬評價結(jié)果
液氨球罐發(fā)生泄漏，通過擴散模型評價得知：一旦液氨球
罐發(fā)生泄漏，在以球罐為圓心，半徑1172m 的區(qū)域范圍內(nèi)氨氣
濃度高于國家衛(wèi)生標準30mg/m3 以上，會造成輕度危害；在半
徑326m 的區(qū)域范圍內(nèi)會導致重度危害。
液氨泄漏造成毒害范圍除了和泄漏孔徑有關(guān)外，還與大氣
穩(wěn)定度、風速等有密切關(guān)系。在實際中，液氨泄漏事故發(fā)生后，
氣體擴散范圍較難精確預測，不同地形、風速、風向、溫度等都
會對泄漏后的擴散形式、距離造成影響，故需要盡可能的遠離
人員集中的居住區(qū)、工廠等場所。
4 危險性定量分析的應用和推廣
隨著國家對安全和環(huán)保工作重視程度的不斷提升，重大危
險源作為容易引發(fā)重大安全事故的管控目標，已越來越受到企
業(yè)和安監(jiān)局等監(jiān)管部門的高度重視。發(fā)達國家已廣匯應用的危
險性定量計算和評價方法，能夠比較科學、準確地分析、評價生
產(chǎn)儲存系統(tǒng)或工藝裝備的危險性，確保人員和財產(chǎn)安全。隨著，
國家安監(jiān)總局[2014]13 號公告的實施(《危險化學品生產(chǎn)、儲存
裝置個人可接受風險標準和社會可接受風險標準( 試行)》)，定
量風險評價法必將得到更加廣泛的應用。
作者簡介：侯福忠(1973- ), 男，漢族，山西介休人，國家注冊安
全工程師, 研究方向：煤化工安全技術(shù)及管理。
附圖2-1-2 球罐超壓爆裂泄漏事故樹圖

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