基于CASST-QRA 的化工企業(yè)定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

趙家程

（中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300131）

化工行業(yè)生產(chǎn)使用大量危險(xiǎn)化學(xué)物料，這些物料具有易燃、易爆、易蒸發(fā)、易滲漏的特性，易引起作業(yè)場(chǎng)所重大事故的發(fā)生。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段，運(yùn)用科學(xué)的評(píng)價(jià)方法，識(shí)別出工藝設(shè)備發(fā)生事故的影響范圍、引起人員傷亡的概率，進(jìn)而預(yù)估個(gè)人可接受風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)可接受風(fēng)險(xiǎn)，可以有效預(yù)防或降低化工設(shè)備泄漏引發(fā)事故時(shí)，對(duì)人員的影響，從而降低事故的嚴(yán)重性。

1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的原理

對(duì)于構(gòu)成危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源的化工企業(yè)，且涉及國(guó)家重點(diǎn)監(jiān)控的的化工企業(yè)，可以選用CASST-QRA 重大危險(xiǎn)源區(qū)域定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)軟件對(duì)企業(yè)的事故后果、個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行模擬計(jì)算。

失效概率：化工企業(yè)普遍存在儲(chǔ)罐、壓力容器、反應(yīng)器、塔器等工藝設(shè)備、以及管道、閥門、泵體、壓縮機(jī)等輔助設(shè)施，將上述設(shè)備設(shè)施的基礎(chǔ)失效概率嵌入到模擬軟件中，由此模擬計(jì)算出不同事故失效模式（泄漏孔徑）下的失效概率。

事故情景有泄漏情景、事故災(zāi)害情景等。

泄漏情景包括設(shè)備和管道的小孔、中孔和大孔泄漏，以及容器整體破裂等；事故災(zāi)害情景有氣體擴(kuò)散、池火災(zāi)、火球、云爆、整體爆炸等。

事故后果分為死亡、重傷和輕傷，每種事故后果都具有特定的傷害范圍，以死亡區(qū)、重傷區(qū)和輕傷區(qū)來界定事故的傷害范圍。

1.1 熱輻射傷害/破壞判定準(zhǔn)則

熱輻射傷害/破壞判定準(zhǔn)則反映的是不同程度的熱輻射強(qiáng)度及暴露時(shí)間對(duì)人體或設(shè)備設(shè)施造成危害的嚴(yán)重程度。見表1。

表1 熱輻射傷害/破壞準(zhǔn)則Table.1 The Criteria of Thermal Radiation Injury/Damage

1.2 可容許個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)

危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲(chǔ)存設(shè)施周邊防護(hù)設(shè)施可承受的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)根據(jù)不同的防護(hù)目標(biāo)采取相應(yīng)的概率值。見表2。

表2 可容許個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)Table.2 Permissible Personal Risk Criteria

1.3 可容許社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)

化工發(fā)生重大安全生產(chǎn)事故時(shí)，為避免或降低引起企業(yè)周邊區(qū)域人員傷亡事故的可能性，以事故概率設(shè)定社會(huì)可接受程度，并由F-N 曲線（社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)曲線，見圖1）表示累積頻率與死亡人數(shù)的相互關(guān)系。

F-N 曲線包含不可接受區(qū)、盡量降低區(qū)和可接受區(qū)三個(gè)曲線標(biāo)準(zhǔn)值。其中，可接受區(qū)表示風(fēng)險(xiǎn)可以被接收，不可接受區(qū)相反，而盡可能降低區(qū)表示需要采取其他安全措施，使風(fēng)險(xiǎn)降低至可接受的水平。

圖1 可容許社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)（F-N）曲線Fig.1 The F-N Curve for Permissible Social Risk Standard

2 實(shí)用舉例

2.1 化工企業(yè)儲(chǔ)存和使用物質(zhì)

某化工企業(yè)主要生產(chǎn)六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰等鋰鹽，設(shè)置鋰鹽車間和氟化氫儲(chǔ)存設(shè)施，主要原料是氟化鋰、五氯化磷及無水氟化氫，副產(chǎn)有氫氟酸和混酸（鹽酸和氫氟酸）。儲(chǔ)存物質(zhì)為氟化氫，儲(chǔ)存狀態(tài)為液態(tài)，儲(chǔ)存方式為臥灌。

2.2 鋰鹽罐區(qū)事故后果模擬分析

在氟化氫儲(chǔ)運(yùn)時(shí)，由于儲(chǔ)罐和管道泄漏或人為操作失誤等原因，可能發(fā)生泄漏事故，有毒物質(zhì)擴(kuò)散可能引起中毒窒息事故。

1）危險(xiǎn)有害物質(zhì)。

氟化氫沸點(diǎn)19.5℃，無色氣體，常溫下為液態(tài)，是劇毒性物質(zhì)，具有較強(qiáng)的腐蝕性，因此選擇氟化氫作為模擬分析的物質(zhì)。

2）泄漏源、泄漏方式及泄漏事故規(guī)模。

選取氟化氫臥罐、泄漏部位為管道、閥門、容器作為模擬分析的泄漏源。

選取連續(xù)性泄漏、容器整體破裂作為模擬分析的泄漏方式和泄漏事故規(guī)模。

模擬參數(shù)：鋰鹽罐區(qū)共3 個(gè)50m3儲(chǔ)罐，氟化氫儲(chǔ)罐總?cè)莘e150m3，出料管徑假定為DN40，取氟化氫儲(chǔ)罐管道工作流量為0.55kg/s，儲(chǔ)罐壓力為常壓，溫度取常溫。見圖2。

圖2 氟化氫儲(chǔ)罐模擬參數(shù)選取Fig.2 Selection of Simulation Parameters for Hydrogen Fluoride Tank

3）運(yùn)行狀態(tài)的選取。

假定儲(chǔ)罐正常儲(chǔ)運(yùn)作業(yè)，危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)存為最大量。

4）泄漏持續(xù)時(shí)間的選取。

在模擬泄漏量時(shí)，按持續(xù)泄漏時(shí)間10min 考慮。

5）氣象條件的選取。

風(fēng)速、風(fēng)向、大氣穩(wěn)定度、混合層高度、氣溫是氣象條件的特征。根據(jù)企業(yè)當(dāng)?shù)氐臍庀筇卣鳎苓叚h(huán)境為城市（分散的高矮建筑物），全年平均風(fēng)速4.6m/s，全年平均氣溫25℃。見圖3。

圖3 氣象條件參數(shù)選取Fig.3 Selection of Meteorological Condition Parameters

2.3 事故后果計(jì)算

運(yùn)用CASST-QRA 軟件內(nèi)嵌計(jì)算模型，在鋰鹽罐區(qū)氟化氫儲(chǔ)罐發(fā)生泄漏后引發(fā)中毒擴(kuò)散事故的影響范圍1452m。見圖4、表3。

圖4 氟化氫儲(chǔ)罐容器整體破裂中毒擴(kuò)散（靜風(fēng)，E 類）事故后果圖Fig.4 Consequence Diagram of Poisoning Diffusion(Quiet Wind,Category E) Accident in Whole Vessel Fracture for Hydrogen Fluoride Tank

表3 氟化氫儲(chǔ)罐中毒擴(kuò)散事故危害范圍Table.3 Hazard Scope of Poisoning and Diffusion Accident for Hydrogen Fluoride Tank

2.4 個(gè)人和社會(huì)可接受風(fēng)險(xiǎn)模擬

圖5 中紅色、黃色、藍(lán)色曲線分別表示1×10-5、3×10-6和3×10-7量級(jí)個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)等值線。

根據(jù)模擬結(jié)果，1×10-5量級(jí)個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)等值線位于廠區(qū)內(nèi)，3×10-6和3×10-7量級(jí)等值線超出廠區(qū)。在影響區(qū)域內(nèi)不存在一般防護(hù)目標(biāo)中的三類防護(hù)目標(biāo)，因此企業(yè)個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)水平可接受。社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)曲線位于F-N 曲線（見圖6）中可接受區(qū)，因此，企業(yè)社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)水平可接受。

3 結(jié)論

圖6 社會(huì)可接受風(fēng)險(xiǎn)值Fig.6 Socially acceptable risk value

通過化工企業(yè)事故情景模擬，定性評(píng)估化工企業(yè)發(fā)生泄漏后引發(fā)事故的影響范圍，可以為企業(yè)在優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)和設(shè)備布局提供指導(dǎo)，提高企業(yè)的自動(dòng)化水平，有效降低事故風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)影響。