定量風險評價在某天然氣清管站場的應(yīng)用

梁平LIANG Ping；黃開宏HUANG Kai-hong；楊雪峰YANG Xue-feng；趙偉東ZHAO Wei-lin；熊明林XIONG Ming-lin；游書婷YOU Shu-ting

（①重慶科技學(xué)院石油與天然氣工程學(xué)院，重慶401331；②新疆油田公司重油開發(fā)公司，烏魯木齊830023）

0 引言

天然氣清管站輸送介質(zhì)為凈化氣，具有壓力高、易燃易爆特點，如果發(fā)生泄漏或者斷裂，可能發(fā)生嚴重人員傷亡及財產(chǎn)損失。因此，應(yīng)定期對天然氣清管站進行定量風險評價。

2002年，國外Y.D.Jo等人用有關(guān)爆炸傷亡半徑的定量計算方法對管道的泄漏后果進行了研究。在之后，NGTL管道公司與NOVA管道公司合作開發(fā)了一款用于管道風險評估的軟件，是該技術(shù)的又一次進步。在國內(nèi)，2004年，翁永基運用風險矩陣的方法對管道進行了泄漏發(fā)生概率和泄漏事故后果的研究并確定了事故后果的風險等級。次年，徐慧等人通過運用灰色模式識別理論和層次分析方法對海底管道進行了定量風險評價研究。

本文介紹了定量風險評價方法的主要步驟以及內(nèi)容，并結(jié)合某天然氣清管站實際案例對該方法進行了應(yīng)用。

1 定量風險評價的一般步驟

進行定量風險評價一般要先選取評價的指標即個人風險和社會風險。個人風險是指個體死亡概率，具體體現(xiàn)為風險等值線；社會風險即事故導(dǎo)致有N人死亡以上的事故頻率，具體體現(xiàn)為F-N曲線。為完成指標應(yīng)該對事故的原因、場景、事故發(fā)生頻率以及后果進行定性分析計算并提出相應(yīng)減緩風險的措施。定量風險評價的一般步驟如下：

第一，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集與分析：找到并記錄定量風險評價區(qū)域的已有或潛在點火源并收集該區(qū)域的人口分布以及氣象數(shù)據(jù)。

第二，危險辨識：①確定評價區(qū)域是否存在易燃、易爆或有毒等有著較大危害風險的物質(zhì)并進行記錄分類；②確定容易發(fā)生重大風險事故風險的工藝及設(shè)備。

第三，頻率分析：對評價區(qū)域的事故發(fā)生歷史進行查詢和分析，并構(gòu)造相應(yīng)理論模型計算該區(qū)域發(fā)生重大事故的可能性。

第四，參數(shù)選擇及實現(xiàn)方式：選擇合適的軟件如SAFETI軟件對天然氣管道進行定量風險評價，分析內(nèi)容有硫化氫擴散分析、噴射火后果分析、蒸氣云爆炸后果分析等。

第五，后果分析及風險評價：分別進行噴射火熱輻射分析、蒸汽云爆炸沖擊波分析以及有毒物質(zhì)濃度分析等參數(shù)分析從而得到它們各自的危害半徑以及各自隨距離變化而變化的規(guī)律。事故后果分析常常包括下面幾個內(nèi)容：①對類似管道破裂、設(shè)備損壞、儀表失靈等有可能發(fā)生的事故情況進行分析描述；②對易燃、爆炸或有毒等可能發(fā)生事故的物質(zhì)進行各自可能發(fā)生泄漏的泄漏量的分析計算；③對易燃易爆等可能發(fā)生事故危險物質(zhì)發(fā)生泄漏后的擴散情況進行分析計算；④對可能發(fā)生事故的危險物質(zhì)噴射火熱輻射、蒸汽云爆炸以及毒性種類即程度等情況進行風險評估。

2 應(yīng)用實例

某天然氣清管站工藝為上游天然氣進入該清管站的旋風分離器CC-0301，進行旋風分離，然后至過濾器分離器FS-0301進行過濾分離，過濾分離后的天然氣進入外輸計量橇，計量流量計采用超聲波流量，設(shè)置了2路30×104Nm3/d的計量管路，并留有DN200，170×104Nm3/d的計量管路。計量后的商品天然氣輸送至下游。現(xiàn)針對該天然氣清管站場進行定量風險評價。

2.1 數(shù)據(jù)收集與分析處理

該天然氣清管站周邊100m范圍內(nèi)無民房等構(gòu)建筑物，距西面最近民房135m，放空火炬位于清管站西面，距清管站70m，火炬周邊60m范圍內(nèi)無民房等構(gòu)建筑物。該站場旋風分離器和過濾分離器主要連接管線失效所引發(fā)的天然氣泄漏事故進行模擬，泄漏方向為水平方向。模擬計算參數(shù)見表1所示。

表1 模擬計算參數(shù)

2.2 泄漏分析

經(jīng)計算，清管站內(nèi)旋風分離器與過濾分離器連接管道不同孔徑泄漏量如表2所示。

表2 站內(nèi)設(shè)備不同孔徑的泄漏量

2.3 噴射火后果分析

噴射火焰熱輻射強度隨下風向距離的增加而變化。一般情況下，人在發(fā)生噴射火4.0kW/m2的環(huán)境下能夠感覺到疼痛感覺的臨界時間是20s。因此，就定出現(xiàn)輻射值為4.0kW/m2時候地方距離中小的距離為噴射火熱輻射影響距離，其具體距離圖見表3。

表3 站內(nèi)設(shè)備噴射火的熱輻射距離

根據(jù)計算結(jié)果，過濾分離器連接管道斷裂發(fā)生噴射火的熱輻射強度半徑見圖1所示。

圖1 噴射火的熱輻射強度半徑圖

從噴射火的熱輻射強度半徑圖可以看出，該高壓管道發(fā)生斷裂時，設(shè)備發(fā)生泄漏造成噴射火輻射強度的重傷半徑為271m，造成死亡半徑為250m，影響區(qū)域包括工藝裝置區(qū)，波及西面民房。

2.4 蒸氣云爆炸后果分析

爆炸的云團，如果此時正好在某氣象條件下遇到火源則會發(fā)生蒸汽云爆炸，爆炸結(jié)果也與氣體自身動量、濃度等有關(guān)。在危險源周圍劃分死亡半徑（0.03MPa）和輕傷半徑（0.01MPa）是目前估算爆炸造成人員傷亡情況的常用方法。天然氣大量泄漏可能形成可爆云團，可爆云團在下風向遇火源發(fā)生爆炸的影響半徑見表4。

表4 站內(nèi)設(shè)備蒸汽云爆炸影響半徑

根據(jù)計算結(jié)果，該管道斷裂發(fā)生蒸氣云爆炸最糟糕半徑區(qū)域如圖2所示。從蒸氣云爆炸最糟糕案例半徑可以看出，該高壓管道發(fā)生斷裂形成蒸氣云爆炸在下風方向100%致死率（超壓值ΔP≥0.03MPa）的影響范圍未波及站外民房。

圖2 蒸氣云爆炸最糟糕案例半徑

2.5 個人風險計算結(jié)果分析

綜合以上的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、假設(shè)條件以及事故后果分析得到該清管站泄漏導(dǎo)致的個人風險等高線如圖3。

圖3 管線個人風險等值曲線圖

根據(jù)個人風險等值曲線圖可知，該清管站個人風險中不存在1×10-5次/年的區(qū)域，其中，3×10-6次/年未落在站外散居民房上，該清管站個人風險可接受。

2.6 社會風險計算結(jié)果分析

綜合以上的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、假設(shè)條件以及事故后果分析得到該清管站泄漏導(dǎo)致的社會風險等高線如圖4所示。根據(jù)社會風險圖可知，該管線社會風險落在可接受區(qū)，該清管站社會風險可接受。

圖4 管線社會風險圖

3 結(jié)論

①分離器高壓管道發(fā)生斷裂時，設(shè)備發(fā)生泄漏造成噴射火輻射強度的下風向271m范圍內(nèi)的熱輻射強度達到25kW/m2，會造成人員1min內(nèi)死亡、10s內(nèi)重傷、設(shè)備損壞；在下風向250m范圍內(nèi)的熱輻射強度達到37.5kW/m2，會造成人員死亡、設(shè)備損壞。熱輻射重傷半徑影響區(qū)域包括工藝裝置區(qū)。

②若過濾分離器連接管道泄漏形成可爆云團在風速1.4m/s，大氣穩(wěn)定度F條件下，下風向70m范圍內(nèi)任意處遇火源發(fā)生爆炸，造成沖擊波超壓的致死半徑（超壓值0.03MPa）為20.5m，最遠影響距離為90m；在風速3m/s，大氣穩(wěn)定度D條件下，下風向90m范圍內(nèi)任意處遇火源發(fā)生爆炸，造成沖擊波超壓的致死半徑（超壓值0.03MPa）為16m，最遠影響距離為106m。

③定量風險評價的結(jié)果可以為當?shù)氐膽?yīng)急預(yù)案制定提供參考，可以更加準確安全的確定應(yīng)急撤離距離、路線等，達到如果發(fā)生以上事故可以快速有序疏散人員的目的。