基于QRA的安全規(guī)劃方法在某油庫的應用

胡燕康，康榮學，宋占兵，于立見

(1. 華北科技學院，北京 東燕郊 065201；2. 中國安全生產(chǎn)科學研究院，北京 100012)

基于QRA的安全規(guī)劃方法在某油庫的應用

胡燕康1，康榮學2，宋占兵2，于立見2

(1. 華北科技學院，北京 東燕郊 065201；2. 中國安全生產(chǎn)科學研究院，北京 100012)

本文通過敘述了定量風險分析的程序、內(nèi)容、指標和評價標準，并采用此方法的QRA軟件對某油庫計算了個人和社會的風險水平。油罐區(qū)的個人風險結(jié)果表明，該油罐區(qū)的風險線沒有超出廠區(qū)的范圍，說明該油庫內(nèi)外防護目標的個人風險是可接受的。社會風險結(jié)果表明，該油庫沒有產(chǎn)生社會風險曲線，處于可接受區(qū)，滿足社會風險標準。出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因既與庫區(qū)自身的儲量、圍堰大小有關，也與周圍人口分布情況有關。該方法的應用和國家法規(guī)規(guī)定的風險可接受標準的結(jié)合，不僅對油庫周邊防護目標安全規(guī)劃具有指導意義，對重大危險源的新建選址，其他重大危險源的改、擴建以及周邊土地開發(fā)利用均有重要參考價值。

重大危險源；安全規(guī)劃；定量風險分析；風險

Abstract: In this paper, we describe the procedures, contents, indexes and evaluation criteria of quantitative risk analysis, and use this method to calculate the personal and social risk level of an oil depot by the QRA software. The personal risk of the tank area indicates that the risk line of the tank area does not exceed the scope of the plant, indicating that the individual risk of the protection target inside and outside the depot is acceptable. Social risk results show that the oil depot does not produce a social risk curve, in an acceptable area, to meet social risk standards. The reason for this phenomenon is related to the reserves of the reservoir area, the size of the cofferdam, and the distribution of the surrounding population. The combination of the application of this method and the risk acceptable standard stipulated in the national laws and regulations not only has the guiding significance to the safety planning of the protection target of the oil depot, the new site of the major hazard source, the alteration and expansion of other major hazard sources and the surrounding land development and utilization Have important reference value.

Keywords:Major hazard installations；Safety planning；Quantitative Risk Analysis；Risk

0 引言

1978年以來，隨著工業(yè)化進程加速，我國城鎮(zhèn)化發(fā)展呈現(xiàn)“起點低、速度快”的特點。2013年，城鎮(zhèn)常住人口為7.3億，城鎮(zhèn)化率達到53.7%[1]。京津冀、長三角、珠三角等區(qū)域城市群也開始逐步發(fā)力?？焖偻七M的工業(yè)化和城鎮(zhèn)化，使得人口大量匯集，城市重大危險源的數(shù)量顯著增加，城市固有風險不斷加大，引發(fā)嚴重的安全問題[2-3]。

表1 典型事故案例

重大危險源規(guī)劃不合理、安全距離不足等致使事故后果嚴重。因此，怎樣科學規(guī)劃重大危險源，建立重特大事故預防控制體系，降低事故損失和影響，實現(xiàn)企業(yè)安全發(fā)展和社會穩(wěn)定，才是社會全體共同關心、關注和亟需解決的問題[4]。

目前，國內(nèi)外主要有三種安全規(guī)劃方法：安全距離法、基于后果法和基于風險法[5]。安全距離法主要是依據(jù)專家歷史經(jīng)驗判斷和國家法規(guī)標準，確定危險工業(yè)設施和活動與防護目標之間的安全距離，通常以表格的形式來表達?；诤蠊?“確定性方法”或“最壞假象事故情景法”)主要是通過火災、爆炸、毒物擴散等事故后果模型對應的相關物理量與距離的關系確定死亡區(qū)和傷害區(qū)范圍。國外目前較為先進的安全規(guī)劃方法為ARAMIS(工業(yè)意外事故風險評價方法體系)體系[6]，其在一定程度上改善了前面三種方法的不足，并補充了企業(yè)及周圍脆弱性影響，對土地利用規(guī)劃具有參考意義。本文著重介紹風險法。

1 定量風險分析(QRA)

風險分析源于20世紀30年代保險行業(yè)，應用于20世紀60年代化工行業(yè)。經(jīng)歷了美國道化學指數(shù)法，英國蒙德法，日本化工廠六階段安全法等發(fā)展歷程[7]。定量風險分析(QRA)思想，起源于20世紀60年代中期。美國拉姆遜教授于1974年首次將其應用于核電站風險評價中[8]，并發(fā)表了《商用核電站風險評價報告》(WASH—1400)。報告采用事故樹(FTA)和事件樹(ETA)分析方法，并成功預測了“三哩島事件”。

定量風險分析(QRA)是對某一裝置或作業(yè)活動中發(fā)生事故頻率和后果進行定量分析，并與可接受風險標準比較的系統(tǒng)方法。

風險計算的通用公式為：

式中 n——事故發(fā)生起數(shù)；

fi——事故i發(fā)生的頻率；

ci——事故i產(chǎn)生的結(jié)果。

1.1 程序與內(nèi)容

1.1.1 程序

定量風險分析程序如圖1所示。

圖1 定量風險分析程序

1.1.2 內(nèi)容

(1)收集資料

資料主要包括企業(yè)的危險物質(zhì)信息、工藝危害分析、點火源情況、設計運行管理資料，當?shù)氐臍庀笄闆r、人口數(shù)據(jù)，事故和設備的歷史數(shù)據(jù)以及相關的法律法規(guī)標準規(guī)范。

(2)危險源辨識和單元選擇

危險辨識是通過系統(tǒng)分析方法辨識評價區(qū)域的危險源，確定是否存在重大事故風險。

采用合適的方法(如危險度評價法、設備選擇法等)對辨識出的危險源進行篩選，確定進行定量風險分析的危險源。

(3)風險分析、計算和評價

頻率分析是評估火災、爆炸、中毒等事故發(fā)生的可能性。

后果分析是依據(jù)事故后果傷害模型，依據(jù)火災熱輻射、沖擊波超壓、毒物濃度等物理量與空間距離的關系，與傷害準則(熱通量準則、超壓準則、半數(shù)致死量等)比較，確定事故后果影響范圍。

風險計算是在頻率和后果分析的基礎上，計算出個人風險和社會風險。

風險評價是依據(jù)風險標準確定風險等級的過程，為明確各對象風險控制措施服務。

1.2 指標

定量風險分析有兩個核心指標，即個人風險(針對個體在某位置面臨的風險值)和社會風險(群死事故后果與事故發(fā)生頻率的關系)[9]。社會風險的另一種表達方式——潛在生命損失，主要是對各危險源產(chǎn)生的社會風險進行定量排序，目的是明確風險管理對象、更有效制定風險管理措施。

1.2.1 個人風險

個人風險是指單位時間內(nèi)(通常為一年)所有設施的各種潛在事故導致危險區(qū)域中某一點人員個體死亡的概率，只與位置有關并用風險等值線表示，如圖2所示。

式中 fs——某一事故泄漏概率；

PM——某一天氣等級概率；

Pφ——某一風向概率；

Pi——某一點火概率；

vs——該事故人員的死亡概率；

S——事故泄漏場景數(shù)量；

M——天氣等級數(shù)量；

φ——風向數(shù)量；

i——點火源數(shù)量。

圖2 個人風險等值線

1.2.2 社會風險

社會風險是指危險源周邊區(qū)域內(nèi)公眾對群死事故后果所能接受的事故發(fā)生概率。通常用事故累積頻率(F)和死亡人數(shù)(N)的關系曲線(F-N曲線)表示。

式中 n——死亡人數(shù)；

N——累積死亡總?cè)藬?shù)。

1.2.3 潛在生命損失

潛在生命損失[10-11]指單位時間某區(qū)域內(nèi)全部人員可能死亡的數(shù)目，是社會風險的另一種表達方式，可以依此對重大危險源進行風險排序。

或

式中 PLL——潛在生命損失；

fi——事故i結(jié)果的頻率，單位為/年；

Ni——第i個事故的死亡人數(shù)；

IRn——為第n個網(wǎng)格的個人風險；

dn——為第n個網(wǎng)格的人員總數(shù)；

N——網(wǎng)格數(shù)量。

2 風險可接受標準

風險可接受標準遵循最低合理可行原則(As Low As Reasonably Practicable，ALARP)[7]，該準則將風險水平分為三區(qū)兩線，即不可接受區(qū)、可接受風險線、盡可能降低區(qū)、可接受區(qū)和可忽略風險線。

圖3 社會風險等值線

2.1 個人風險可接受標準

個人風險可接受標準指防護目標可接受的來自各危險源的最高風險(可接受風險值)。確定個人風險可接受標準主要依據(jù)防護目標的聚集程度、對風險的敏感性、暴露的可能性等，不同防護目標的可接受風險不同。

《危險化學品重大危險源監(jiān)督管理暫行規(guī)定》[安監(jiān)總局令第40號]和國家安監(jiān)總局公告[2014年第13號]《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)》中均規(guī)定可接受風險標準。40號令和13號公告均對其適用范圍做了規(guī)定，并不沖突。

表2 40號令規(guī)定可接受個人風險標準

表3 13號公告規(guī)定可接受個人風險標準

2.2 社會風險可接受標準

社會可接受風險標準是公眾對發(fā)生群體死亡事故后果的事故累積頻率的可接受程度。

根據(jù)安監(jiān)總局40號令和13號公告，社會風險可接受標準如圖4所示，社會風險曲線是對數(shù)圖，橫坐標是死亡人數(shù)，縱坐標是所有超過該死亡人數(shù)的事故累積概率。

圖4 我國社會可接受風險標準圖

3 應用

某油庫西北面約150 m有一洗水廠，東南側(cè)約120 m有一米面制品公司，西南面為鄉(xiāng)村公路和村莊。與該村委距離約750 m，與該村小學距離約650 m，與部分房屋距離約96 m，常住人口約87人。庫區(qū)共設5個柴油罐(5×2000 m3)、2個汽油罐(3000 m3+4000 m3)及1個煤油罐(3000 m3)，總儲量20000 m3，屬三級石油庫。

經(jīng)過重大危險源辨識，該庫區(qū)的油罐區(qū)屬于三級重大危險源，根據(jù)物質(zhì)性質(zhì)和不同泄漏場景，主要發(fā)生池火災危險。依據(jù)國家安監(jiān)總局40號令和13號公告的規(guī)定，應采用13號公告中的在役裝置風險標準進行風險評價。

由于該方法需要危險物質(zhì)數(shù)據(jù)庫、氣象數(shù)據(jù)庫、事故模型數(shù)據(jù)庫、設備泄露概率數(shù)據(jù)庫等復雜的數(shù)據(jù)支持以及相應的模型和風險計算程序，人工計算較為困難。故通過運用中國安全生產(chǎn)科學研究院開發(fā)的定量風險分析軟件CASST-QRA，輸入相應信息，經(jīng)過計算，得到該油庫的個人風險等值線和社會風險曲線，如圖5至圖10所示。

圖5 劃分廠區(qū)邊界、危險源、人員分區(qū)

圖6 輸入危險源描述信息

圖7 輸入氣象條件描述信息

圖8 輸入人口區(qū)域信息

圖9 油庫個人風險等值線圖(由內(nèi)到外為紅：3×10-5，黃：1×10-5，綠：3×10-6)

由圖9所示，根據(jù)風險標準，相應的風險線內(nèi)沒有出現(xiàn)其規(guī)定的防護目標，所以該油庫個人風險可以接受，由圖10所示，該油庫沒有出現(xiàn)社會風險曲線，說明該油庫油罐區(qū)在發(fā)生池火災后不會產(chǎn)生社會風險，不會殃及油庫辦公區(qū)域以及油庫周邊的工廠和居民區(qū)，故沒有潛在生命損失，符合社會容許標準，說明該油庫選址合理，周邊及廠內(nèi)建筑設施規(guī)劃合理，不存在敏感防護目標。

圖10 油庫社會風險圖

4 結(jié)論

本文簡單指出目前用于安全距離和土地利用規(guī)劃的三種主要安全規(guī)劃方法，即安全距離法、基于后果法和基于風險法。介紹了定量風險分析程序、內(nèi)容、指標和評價標準，并采用此方法計算以及評價了某油庫的個人風險和社會風險。

油罐區(qū)個人風險結(jié)果表明，該油罐區(qū)的風險線沒有超出廠區(qū)的范圍，說明該油庫內(nèi)外防護目標的個人風險是可接受的。社會風險結(jié)果表明，該有油庫沒有產(chǎn)生社會風險曲線，處于可接受區(qū)，滿足社會風險標準。出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因既與庫區(qū)內(nèi)部的油罐區(qū)的儲量、圍堰大小有關，也與周圍環(huán)境的情況有關。

依據(jù)評估結(jié)果和風險標準，不僅對油庫周邊防護目標安全規(guī)劃具有指導意義，對重大危險源的新建選址，其他重大危險源的改、擴建以及其周邊土地開發(fā)利用均有重要參考價值。

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ApplicationofSafetyPlanningMethodBasedonQuantitativeRiskAnalysisinanOilDepot

HU Yan-kang1, KANG Rong-xue2, SONG zhan-bing2, YU Li-jian2

(1.NorthChinaInstituteofScienceandTechnology，Yanjiao, 101601，China;2. China Academy of Safety Science and Technology, Beijing，100012，China)

TQ086

A

1672-7169(2017)03-0084-08

2017-04-25

國家科技支撐計劃項目(2015BAK16B00)

胡燕康(1993-)，男，河北邯鄲人，華北科技學院在讀碩士研究生，研究方向：危險化學品安全技術。E-mail：371911613@qq.com