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摘要：为研究氯甲烷储罐泄漏后果严重程度，采用定量风险分析(QRA)评价氯甲烷储罐的风险后果和事故后果，进而量化储罐的风险。文章以某企业氯甲烷储罐为例，确定四种泄漏场景，通过QRA分别模拟风险后果个人风险值和社会风险值，模拟三种事故后果。结果表明，风险后果中个人风险水平、社会风险水平可接受，但其外部防护距离不满足规定要求。由此可知本次模拟有效，对企业安全预防事故发生有指导意义。
关键词：定量风险分析；氯甲烷储罐；事故频率；事故后果；化工生产；安全管理
0引言
QRA(定量风险分析)目前用于工贸、交通、建筑、化工、冶金等诸多行业中。在区域性的安全规划、安全“三同时”评价中运用极为广泛[1]。郭保健[2]采用QRA对环氧乙烷储罐进行安全评价，阐述了其实施过程。谢伟[3]采用贝叶斯网络和事故树模型计算储罐泄漏事故模型。韦洪龙等[4]提出以某化工园区为背景，采用QRA分析可燃物料泄漏扩散发生蒸气云爆炸，从而引发多米诺骨牌效应。杨晓东等[5]采用QRA与NFPA59A描述性方法做对比，研究QRA在LNG应用中存在的一些问题。ZHANG等[6]采用定量风险评估(QRA)和后果的方法确定HRS安全距离，由此得出QRA确定安全HRS的安全距离更为准确。LI等[7]提出在QRA方法中融入蒙特卡洛模拟在槽车运载过程中出现的泄漏事故概率。张阳等[8]认为基于泄漏频率的原则石化装置的泄漏概率的大数据统计，具有一定的参考意义。白永强等[9]参考英、美等国家关于沼气工程方面的泄漏事件结合我国石化企业的实际情况，确定我国的个人社会风险可接受标准。华俊杰等[10]提出将国内的数据源与国外IOGP数据源进行定量风险分析和泄漏频率计算的对比实验得出国外IOGP数据源的结果可靠度更为准确。本文采用南京QRA定量风险评估软件，该软件使用新的标准规范和参考数据，实地考察项目所在地，大大提高了定量风险计算的准确性[11-12]。
1定量风险分析
定量风险分析是一种在确定的大气稳定度、天气条件和风速下，确定评价单元，对该评价单元进行危险有害因素辨识，然后从事故频率和事故后果这两个角度进行定量风险计算，最后确定外部安全防护距离，如图1所示。
1.1资料收集
收集分析对象的危化品技术说明书、危化品的存量、现有的工艺危害分析、总平面布置图、工艺流程图、管道和仪表流程图、设备数据、管道数据、探测和切断系统、消防设施、管理系统、大气参数、风向、风速、设备失效统计资料、厂区内外人口分布情况。
1.2评估单元确定
根据分析对象确定评估单元，评估单元采用的方法为危险度评价法。如针对储罐等设施可以作为一个单元，该储罐单元从操作方式、压力、容量、温度、物料类型这5个指标进行评估，再对这5个指标按照10分、5分、2分、0分进行打分，计算其总分数。对于总分值超过11分的进行风险评价，未超过该分值的属于低度危险，应注意防范即可。风险评价的结果通常分为高度危险(Ⅰ)、中度危险(Ⅱ)、低度危险(Ⅲ)。
1.3危险识别和泄漏场景辨识
定量风险分析可以评价在特定条件下危化品生产过程中的危险程度，它是通过分析危化品生产工艺网络的危险性对人可能造成的急性伤害和对财物造成的破坏的风险概率，并且可以确定危险出现的位置、方式以及可能发生危险的作用路径和特征规律。进行定量风险分析时，首要任务是确定泄漏场景。确定泄漏场景需要同时满足三个条件：一是泄漏事件发生的频率要达到每年10-8次以上；二是该泄漏事件至少存在1%的致死率；三是根据设备(或设施)泄漏口的尺寸分为小孔泄漏、中孔泄漏、大孔泄漏或全管径破裂，其固定的带压容器和储罐泄漏概率值，如表1所示。
1.4事故后果分析
事故后果分析通过计算死亡概率、中毒、热辐射危害、闪火和爆炸的变化规律，再与伤害准则比较，最后确定事故发生后的死亡半径、重伤半径、轻伤半径和财产损失半径事故。因此，事故后果分析主要是由事故后果伤害模型和伤害准则确定。事故后分析主要从泄漏、蒸发(包括闪蒸、液体蒸发)、扩散、气云扩散、火灾爆炸、事故源项和暴露时间这几个方面分析。
1.5定量风险计算
个人风险和社会风险是定量风险分析的主要内容，在含有危化品生产装置和储存设施的卫星云图上绘制的个人风险等值线用来表示个人风险大小，该等值线对应的死亡概率应不低于10-8次/a。而社会风险则可以通过使用F-N曲线(频率-数量曲线)来表示。
(1)个人风险计算构建
①确定泄漏场景(G)及发生频率。
②确定天气等级A和该等级的风向B，即同时出现的联合概率PA×PB。
③确定点火事件C，其点火概率为PC，在这里不考虑可燃物物质毒性的影响。
④以上条件下，网格单元的死亡概率PD(h=1 m)。
⑤计算G、A、B、C、D条件下对网格单元个人风险的贡献，按式(1)计算：
ΔIRS,A,B,C=fS×PA×PB×PC×PD(1)
⑥对所有的G、A、B及C，重复①~⑤步的计算，按式(2)计算。
IR=ΣSΣAΣBΣCΔIRS,A,B,C(2)
(2)社会风险计算构建
①确定泄漏场景G及其发生频率fs；选择天气等级A，频率为PA；选择天气等级A下的风向B，频率为PB；对可燃物点火事件C，其频率为PC。
②确定网格单元D，确定网格单元内的人数Ncell。
③确定的泄漏场景G、天气等级A、风向B、和点火事件C条件下，计算网格单元D的人口死亡率PD，计算中h=1 m。
④按式(3)计算在特定的G、A、B及C下的网格单元D的死亡人数ΔNS,A,B,C,D。
ΔNS,A,B,C,D=PD×Ncell(3)⑤对所有网格单元，重复②~④步的计算，按式(4)
计算在特定的G、A、B及C下的死亡总人数NS,A,B,C,D。
NS,A,B,C,D=ΔN S,A,B,C,D(4)
⑥按式(5)计算G、A、B及C的联合频率fS,A,B,C。fS,A,B,C=fS×PA×PB×PC(5)
对所有的G(fs)、A、B及C，重复①~⑥步的计算，按式(6)用累计死亡总人数NS,A,B,C,D≥N的所有事故发生的频率fS,A,B,C构造F-N曲线。
1.6外部安全防护距离确定
可燃液体储罐全管径泄漏时发生爆炸，根据爆炸产生冲击波的超压安全阈值，按式(7)计算外部安全防护距离：
2应用实例
2.1工程概况
本文以安徽省某药用辅助化工企业为背景，该厂储罐区设有氯甲烷固定带压储罐2个，单个储罐现存量36 800 kg，储罐设计压力为0.70 MPa，带压液化储存压力为：0.45 MPa。氯甲烷属于第2.3类，为有毒气体，易燃，具刺激性。临界压力为6.68 MPa，临界温度为143.8℃,闪点为-46℃,引燃温度为632℃,爆炸下限为8.1%，爆炸上限为17.4%。
2.2泄漏场景和泄漏概率的确定
氯甲烷储罐出现泄漏，本文主要采用最新的QRA软件(南京安元QRA)，该评估软件对氯甲烷储罐的泄漏进行事故模拟，将泄漏场景分为小孔泄漏、中孔泄漏、大孔泄漏及全管径破裂，并对每种泄漏场景的泄漏概率进行取值，泄漏孔直径分别为5、20、70、150 mm。
2.3定量风险分析
2.3.1社会风险曲线
根据QRA定量风险评估软件结果绘制了氯甲烷储罐社会风险曲线图，如图2所示。
由图2可知，潜在生命损失(PLL)值为0.000 396，主要分布在可接受区和尽可能降低区，未出现不可接受区。
2.3.2个人风险
根据QRA定量风险评估软件模拟计算结果，可以确定在氯甲烷储罐在带压状态下全管径泄漏时，个人风险值分别为1×10-5次/a，3×10-7次/a。
2.3.3事故模拟后果
受到气象条件和点火源类型不同的影响，液态带压氯甲烷储罐罐体可能会发生喷射火灾，在发生明火燃烧后发生蒸气云爆炸。此时，液体温度急剧上升，液体沸腾引发液体扩展蒸气爆炸，氯甲烷储罐在进行液体输出时发生全管径泄漏。
2.3.4泄漏事故情景模拟
进行风险定量评价的设定相关参数时，泄漏源强<10 kg/s，事故类型为喷射火灾、蒸气云爆炸事故和沸腾液体扩展蒸气爆炸、泄漏持续时间为10 min。模拟计算中涉及的大气环境参数：大气稳定度为D级，辐射强度为中等，环境压力101 325 Pa，平均风速为4 m/s，大气密度为1.29 kg/m3，环境温度24.85℃。
2.3.5事故分析结果
利用南京QRA评估软件模拟计算出喷射火灾、蒸气云爆炸事故、沸腾液体扩展蒸气爆炸的结果，如表2所示。
由表2可知，全管径泄漏时，喷射火灾、沸腾液体扩展蒸气爆炸的死亡半径、重伤半径远大于蒸气云爆炸事故的死亡半径、重伤半径，这说明喷射火灾、沸腾液体扩展蒸气爆炸的释放的能量比蒸气云爆炸事故释放的能量多，造成的危害大。全管径爆炸时，蒸气云爆炸事故的财产损失半径比喷射火灾、沸腾液体扩展蒸气爆炸的财产损失半径大，说明全管径泄漏时，由于受到喷射火灾热辐射的影响，可燃液体氯甲烷迅速气化，形成蒸气云进而爆炸，气体燃烧爆炸形成的冲击波更大，破坏周围环境。
3结语
通过定量风险分析计算，采用南京QRA评估软件对该化工企业氯甲烷罐区进行了QRA评价，阐述了定量风险评价的事故模拟后果和事故风险后果，得出如下结论：
(1)液化的氯甲烷储罐出现泄漏会引发喷射火灾、蒸气云爆炸事故，沸腾液体扩展蒸气爆炸危害极大。喷射火灾、蒸气云爆炸和沸腾液体扩展蒸气爆炸随着泄漏孔径的增大，死亡半径、重伤半径、轻伤半径和财产损失半径也随之增大。
(2)根据上文可知，氯甲烷储罐发生火灾、爆炸等生产安全事故的个人风险等值线模拟的结果来看，个人风险等值线为3×10-7次/a均位于该企业厂区内，不存在高风险保护对象，重要保护对象和一般保护对象。社会风险曲线主要分布在可接受区和尽可能降低区，未出现不可接受区，个人风险水平可接受，社会风险水平可接受。
(3)个人风险等值线为3×10-7次/a时，其外部安全防护距离为26.52 m，该距离小于GB 50160—2018《石油化工企业设计防火规范》[13]第4.1.9条中100 m的要求，其外部防护距离不满足规定要求，由此可知本次模拟有效，对企业安全预防事故发生有指导意义。
参考文献：
[1]陈网桦.安全评价师[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2005.
[2]郭保健.定量风险分析(QRA)技术在环氧乙烷储罐安全评价中的应用[J].无机盐工业，2016(48)：63-65.
[3]谢伟.考虑多米诺效应的原油储罐区池火灾定量风险评价[J].油气田地面工程，2023，42(4)：82-86.
[4]韦洪龙，吴昊.基于QRA的多米诺效应在化工园区的应用[J].化工生产与技术，2023，29(5)：25-28，45.
[5]杨晓东，鲁雪生，舒小琴，等.QRA方法在LNG项目中的应用及存在的问题[J].化工学报，2018，69(增刊2)：431-435.
[6]ZHANG J,KONG X,BA Q,et al.Safety distance determination methods for hydrogen refueling stations:a review[J].Sae international journal of sustainable transportation energy environment&policy,2022,4(1):35-44.
[7]LI Y,WANG Y,LAI Y,et al.Monte carlo-based quantitative risk assessment of parking areas for vehicles carrying hazardous chemicals[J].Reliability engineering and system safety,2023,3(231):76-82.
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[9]白永强，吕良海.沼气工程火灾爆炸定量风险分析方法研究[J].安全，2021，42(9)：1-6.
[10]华俊杰，申满对，宋贤生.化工装置泄漏频率数据源比较研究[J].中国安全科学学报，2021，31(3)：35-40.
[11]国家市场监督管理总局.危险化学品生产装置和储存设施外部安全防护距离确定方法：GB/T 37243—2019[S].北京：国家市场监督管理总局，2019.
[12]国家市场监督管理总局.危险化学品生产装置和储存设施风险基准：GB 36894—2018[S].北京：国家市场监督管理总局，2018.
[13]住房和城乡建设部.石油化工企业设计防火规范：GB50160—2018[S].北京：住房和城乡建设部，2018.后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
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氯甲烷储罐运行过程泄漏后果风险分析论文
人参与 2024-09-13 10:51:48 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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