（安全技术及工程专业论文）石油化工企业区域定量安全评价方法的研究.pdf

s t u d yo i lr e g i o n a lq u a n t i t a t i v ea s s e s s m e n tm e t h o d f o r p e t r o c h e m i c a li n d u s t r y t a n gq i u x i a n g ( s a f e t yt e c h n i c a la n de n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yz h o ul e p i n g a b s t r a c t r e g i o n a lq u a n t i t a t i v ea s s e s s m e n tm e t h o d ，w h i c hg o tr a p i dd e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o n i nt h el a s tf e wy e a r s ，i su s e dt os y n t h e t i c a l l ye v a l u a t ep r o j e c t st h a te x i t i n gm u l t i h a z a r di nt h e s a m et i m e i nt h i sp a p e r , r e g i o n a lq u a n t i t a t i v ea s s e s s m e n tm e t h o da b o u tp e t r o c h e m i c a l e n t e r p r i s e si sr e s e a r c h e da n di m p r o v e d f i r s t ，c a s u a l t i e si sc h o s e na st h ei n d i c a t o ro fa c c i d e n t c o n s e q u e n c e sa f t e rc o m p a r i n ga d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fc a s u a l t i e s ，p r o p e r t yd a m a g e a n de n v i r o n m e n t a ld a m a g e i n d i v i d u a lr i s ka n ds o c i a lr i s ka r et a k e ni n t oa c c o u n tt o p r e s c r i b i n gt h ec a s u a l t i e s t h r o u g hs t a t i s t i c a la n a l y s ea c c i d e n ti n f o r m a t i o no ft h ed o m e s t i c p e t r o c h e m i c a li n d u s t r y , m i n i n g ，t r a n s p o r ti n d u s t r ya n dc r i t e r i au s e di n t h ed a m ，l a n du s e ， p r e s s u r ep i p i n g ，i n d i v i d u a lr i s ka n ds o c i a lr i s kc r i t e r i ai sp r o p o s e df o rp e t r o c h e m i c a li n d u s t r y i no u rc o u n t y a tt h es a m et i m eas a f e t yc o m p e n s a t i o ns y s t e m ，i n c l u d i n gf i r e ，m e d i c a l ， s e l f - h e l pc a p a c i t y , i se s t a b l i s h e db yd r a w i n g l e s s o n sf r o mm o n dm e t h o d sr u l eo nc o e f f i c i e n t b e s i d e s ，c a l c u l a t i n gp r o g r a mo fi n d i v i d u a lr i s ka n d i t sc o n t o u rp l o ta r ew o r k e do u tb yu s i n g m a t l a b a tl a s t ，t h em e t h o di sa p p l i e dt ot h es a f e t ye v a l u a t i o no fad e p o tp r o j e c ta n d p r o v e dt ob ee f f e c t i v e i t sa l s os u i tt oo t h e rh a z a r d o u si n d u s t r i e s ，p r o v e dt oh a sa ni m p o r t a n t s i g n i f i c a n c eo nr e g i o n ss a f e t yp l a n n i n ga n ds a f e t ym a n a g e m e n t k e y w o r d s ：r e g i o n a lr i s k ，r i s ka s s e s s m e n t ，i n d i v i d u a lr i s k ，s o c i a lr i s k ，r i s kc r i t e r i a ，s a f e t y c o m p e n s a t i o nc o e f f i c i e n t ，p e t r o c h e m i c a li n d u s t r y 关于学位论文的独创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所 取得的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以 标注和致谢外，本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人 或他人为获得中国石油大学( 华东) 或其它教育机构的学位或学历证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的 说明。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文作者签名：麈立坠查 日期：知印年石月2 日 学位论文使用授权书 本人完全同意中国石油大学( 华东) 有权使用本学位论文( 包括但不限 于其e i 届7 版和电子版) ，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向 国家有关部门( 机构) 送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论 文，允许学位论文被查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。 保密学位论文在解密后的使用授权同上。 学位论文作者签名：廛窒坠鱼 指导教师签名： i l l 期：a 帕年月工日 日期：勿，移年舌月z ，日 中困白油人学( 1 静东) 硕i ：学位论义 第一章绪论 1 1 区域定量安全评价的背景及意义 石油化工企业属于高危行业之一，涉及到的物料多为易燃易爆的化学品。从化工企 业历年来发生的事故可以看出其后果往往非常严重，可对环境、财产造成巨大的破坏， 对人员造成较大的伤亡。 在社会发展和城市扩张下，很多危险企业正逐渐被周围建筑包围起来，两者间的距 离逐渐缩短，且在多种历史原因的影响下，很多城市建设缺少科学规划，布局缺少层次， 功能分区不明显，历史悠久的老城市问题尤为突出，周围环境的这些变化以及企业自身 规模的扩张，使区域风险的分布发生了很大变化。加上石油化工企业经常多个危险源并 存，并有聚集生产的趋势，如近些年来工业园区的不断推行，给相关的安全管理和区域 规划带来了很大困难、对企业的安全评价提出了新的要求。研究人员针对此类情况，开 展了多危险源共存的区域定量安全评价方法的研究，以评估区域整体风险分布。 由此可见，建立科学的区域风险评价方法对整个区域的安全状况作出准确评估，对 提高我国城市区域性风险评价技术水平，有效预防和控制火灾、爆炸、毒物泄漏等重大 恶性事故的发生具有重要意义。另一方面，用于区域安全的评价方法同时可以为城市合 理、安全规划管理提供科学的决策依据，具有重大的经济、社会和政治意义。 1 2 区域定量安全评价研究现状 区域定量安全评价方法，也称为区域定量风险评价方法或概率风险评价方法，它是 采用定量的方法综合评估事故发生的概率和后果，是随着区域聚集工业的发展而发展起 来的一种针对整个区域安全进行定量评价的方法【l 】。 1 2 1 国外研究现状 2 0 世纪6 0 年代之前，国外在各种评价项目中基本基本都是使用指数评价方法，直到 6 0 年代后期，逐渐开始研究和开发以概率风险评估为代表的风险评估技术。概率风险评 价方法是根据元部件或子系统的事故发生概率求取整个系统的事故发生概率。这种方法 自1 9 7 4 年拉姆逊教授( p r o f n o r - m a nc r a s m u s s e n ) 评价美国民用核电站的安全性以 后得到了广泛应用。 2 0 世纪7 0 年代，国外开始将定量安全评价方法用于研究土地的安全规划问题，规划 主要依据“基于后果”或“基于风险”的评价结果。“基于后果”的方法主要是对事故 第一章绪论 后果严重程度进行评价，用评价结果作为土地规划的依据，不考虑事故发生的概率。“基 于风险”的方法则综合考虑事故发生概率和事故后果严重程度，评价结果较为全面。之 后，定量安全评价方法逐渐推广应用到了其它工业领域。1 9 7 6 年，英国卫生与安全管理 局c a n v e y & w a m e r 公司和德国法兰克福b a t t l e 公司对荷兰g j n m u n c l 地区的工业设施进行 了风险评价。1 9 7 8 年英国进行了坎威岛( c a n v e yi s l a n d ) 石油化工联合企业安全评价项 目、1 9 7 9 年荷兰雷几蒙德( r i j n m o n d ) 地区进行了六项大型石油化工装置的安全评价、 意大利进行了r a v e n n a 研究计划以及荷兰进行了c o v o 研究项目，以上的几个项目都将 定量风险评价方法应用于化工区的整体风险评估与安全规划中。定量风险评价在风险管 理、应急救援、土地使用安全规划，以及保险业中都展现了重要的实用价值【4 】。 在“基于风险”的土地规划中，国外基本上都考虑人员承受的生命损失风险，并对 个人风险和社会风险两个指标属性进行评价，在评价的宏观指标选择上基本相同。但在 具体的定义及计算上，存在着不同的观点。荷兰建设规划和环境部提出个人风险的定义 为：某一特定位置未采取任何防护措施的人由于危险源发生事故而造成死亡的概率。英 国健康安全执行局对个人风险的定义为：人暴露在危险环境或有毒物质、热量或超压条 件下，可能导致人遇险或受伤，但并不一定致死的风险。对社会风险的计算主要是基于 其定义的概念：区域个人风险值与区域内总人数的乘积。大致上有两种表达形式，一是 基于概率密度函数的社会风险曲线图和期望值曲线，另一种是基于风险补偿的模型，补 偿措施主要以补偿系数的形式表示。对区域风险水平可接受值的评定，也存在几种不同 的观点。荷兰水资源委员会首先考虑个人风险，然后考虑社会风险，其后再是经济风险。 h a m e r z 对制定风险可接受水平值考虑了九个因素：死亡、受伤、遣散、心理伤害、 动物死亡、水污染、地下水污染、土壤污染、物资损失。2 0 0 8 年，a n d r e ag r a s s i 等提出 将风险指标扩展成五个因素：伤害程度，事故发生概率，无个人防护时对伤害的敏感度 ( s e n s i t i v i t yt op p en o n - m i l i z a t i o n ) ，事故隐蔽程度( u n d e t e c t a b i l i t y ) ，措施失效敏感度 ( s e n s i t i v i t yt om a i n t e n a n c en o n e x e c u t i o n ) 。 1 2 2 国内研究现状 我国在区域定量风险评价方面的研究主要集中在最近十几年，还属于起步阶段。从 2 0 0 0 至今，研究人员逐步开展了区域火灾、区域环境、区域重大危险源的定量评价，包 括瞄州口m m “2 8 1 对水库大坝、大型隧道、危险品公路运输、海洋平台等工程项目的定量风 险评价，主要将人员风险、环境风险和经济风险三个方面作为评价指标，其中人员风险 2 中困石油人学( 华东) 顾：l 学位论义 下设两个二级指标：个人风险和社会风险。个人风险用于描述工程项目给单个人员带来 的风险大小，社会风险用于评价工程项目潜在事故带给区域公众人员的风险，倾向于人 群的总体风险。环境风险和经济风险主要是评价事故后果给系统造成的环境影响和经济 损失。 在个人风险和社会风险的数学模型上，多采用基于单体对象的风险线性加权模型或 非线性加权模型。采用非线性加权模型主要是考虑预防措施，应急措施、设备等对事故 的抵消作用。2 0 0 7 年，中国安全生产科学研究院科研人员通过线形加权模型，在国家“八 五”、“九五”和“十五”科技攻关成果的基础上，研制开发出( ( c a s s 瑚r a 重大危险源 区域定量风险评价软件。c a s s m r a 软件采用有毒物质泄漏、火灾、爆炸、毒气影 响模型，计算各种事故模型下区域的个人风险和社会风险。另外，南开大学的城市公共 安全研究中心以及南昌大学的环境与化学工程学院在近几年发表的论文中研究了多米 诺效应对区域安全的影响，将热辐射和冲击波造成的多米诺事故作为区域风险的一个贡 献因子，使得评价的结果更接近实际情况。 目前该领域的研究成果在国内已经有了初步的应用，用于指导化工、石化等高风险 区域的规划：2 0 0 5 - - 2 0 0 6 年，汕头黄厝围工业园区、宁波化工区、天津泰达化工区；2 0 0 7 年，杭州湾上虞工业园区、沈阳化工园区等委托相关单位对其区域规划、区域风险进行 了安全评价。但这些评价项目在风险可接受范围的确定上主要是借鉴国外在相关领域 使用的标准，国内目前还没有制定相关标准，风险可接受范围的研究还处于初期阶段。 1 3 本文研究内容 针对石油化工企业进行区域定量安全评价方法的研究，研究内容包括下面几个方 面： ( 1 ) 分析对比事故评价指标，选取既能反应区域风险同时具有较强应用性和实用 性的风险指标。 ( 2 ) 通过对比研究，选择并改进一种装置、设备失效概率计算方法，有效解决缺 乏事故统计资料情况下的概率计算问题，使之在实际安全评价工作中使用简单且有效。 ( 3 ) 借鉴蒙德法在安全补偿系数取值中的理念，分析消防、医疗及人员自救对风 险抵消作用，建立基于安全补偿系数的风险评价模型，得到更接近实际风险的评价结论。 ( 4 ) 统计分析历年国内外石油化工行业、交通、煤矿行业的事故概况，得出个人 风险随时间的分布数据，在借鉴国外已实行的个人风险和社会风险标准基础上，提出适 第一章绪论 合我国石油化工企业的风险标准。 ( 5 ) 利用m a t l a b 软件的数值计算和绘图功能，编制个人风险计算程序并绘制风险 等值曲线。 ( 6 ) 应用定量安全评价方法对某油库工程进行评价，以验证方法的可行性和可靠 性。并根据评价结论，提出相关的安全管理和规划意见。 4 中困油大学( 华东) 颂1 j 学位论义 第二章石油化工企业区域定量安全评价基础 2 1 石油化工企业主要危险性分析 火灾、爆炸及毒物泄漏是石油化工企业后果最严重的三种事故类型。下面对导致这 些事故发生的危险因素和条件进行简要分析，为论文评价指标和事故模型的选取打下理 论基础。 石油化工企业使用的最基本原料是原油和天然气，最终产品则多种多样，l i - , 女n 汽油、 柴油、燃料油、煤油等等，这之间还存在很多中间产品和催化剂。但无论是原料、中间 产品、催化剂还是最终产品大多具有易燃易爆或有毒有害性质。这些物质常储存于各种 油罐或出现在反应装置中。反应装置具有工艺连续性、复杂性等特点，常出现高温、高 压，低温、负压、高流速等工艺参数，操作条件比较苛刻。此外，高温高压下气体的爆 炸极限加宽，气体爆炸概率增加；设备材料在高温高压下易损坏，导致可燃、易燃物大 量泄漏的机会增加；反应物料在高温高压下容易被点燃，有些物质甚至超过自燃点，一 旦泄漏遇空气立即自燃。储罐虽然在工艺和操作上比较简单，但储存量较大，特别是现 在新建的大型油库工程，单个储罐和储罐总量都曾逐步增加趋势。这些危险物质在正常 运行条件下不会产生危险，但如果存在员工误操作、自动控制系统参数发生偏差、或设 备出现裂缝等现象，会导致大量的危险物质泄漏，一旦遇到火源会导致严重的火灾、爆 炸事故，如果是有毒有害物质泄漏还会导致人员中毒、环境污染等后果。例如，2 0 0 4 年 4 月重庆天原化工总厂液氯储罐爆炸事故，造成9 人死亡，1 5 万人紧急疏散。2 0 0 5 年1 1 月 1 3 日吉林石化爆炸，造成5 人死亡，7 0 多人受伤，近1 2 万名大学生和3 万居民被疏散。这 些事故都给企业和社会造成了严重的后果和影响。 2 2 石油化工企业区域安全评价指标介绍及选取 在事故后果的研究中，根据风险损失类型的不同，评价指标分为以下几类：人员伤 亡、经济损失、环境损失以及多种风险损失后果综合方法。在评价项目一般根据实际情 况和评价目的选择其中一个或多个作为指标。 ( 1 ) 人员伤亡指标 在人、机、环系统中，人是系统的重要组成部分，同时也是事故后果中最脆弱的部 分。因此，对人员伤亡的评价一直以来是应用最为广泛的一个指标。指标的属性一般从 两个方面给予描述，一是系统失效造成单个人员的风险，即个人风险，二是系统失效给 一定区域范围全体人员造成风险大小，用社会风险大小表示。国内外在土地规划、化工 5 第一二章缸油化工企业区域定量安伞计价皋础 园区区域风险、大坝溃堤风险的评价中，都使用了个人风险和社会风险作为人员伤亡后 果评价指标。 ( 2 ) 经济损失指标 设备、设施、材料、产品等物质在事故伤害剂量达到一定限值时会受到不同程度的 毁坏，给经济带来一定的损失。评估经济损失大小，通常使用货币单位将造成的危害量 转化为经济损失，包括直接经济损失和间接经济损失两部分。 事故直接经济损失指与事故直接相联系、能用货币直接估价的损失；目前针对不同 对象的计算方法基本有四种：一是，根据被损毁对象的损失率进行统计计算，被损毁对 象原来的资产值乘以它的损害率就得到直接经济损失大小；二是，根据受损对象因系统 失效导致其经济活动中断的时间长短计算，受损对象单位时间经济损失值与中断时间积 的大小作为总的损失值；三是，根据对象被毁坏的面积、长度等指标计算，这类对象主 要针对铁路、公路、电网等设施，损毁大小与单位长度修复费用的乘积大小最为经济损 失；四是，对不适用上述三种统计计算方法的情况，根据实际情况，尽可能全面考虑造 成的直接经济损失。 间接经济损失主要指与事故间接相联系的，能用货币直接估价的损失，计算范围无 明显界限。如事故导致的处理费用、罚款、时间损失等。计算方法主要有两种：一是， 直接估算法，对支出的各种间接费用和停产损失进行估算，比如今年西南地区旱灾造成 相关企业因原材料短缺引起的停产损失；二是系数法，因间接经济损失涉及面广而复杂， 计算较困难，通过建立直接经济损失与间接经济损失的关系函数，可由直接经济损失计 算间接经济损失。 ( 3 ) 环境损失指标 环境损失指事故对环境( 这里局限于生态系统) 造成的破坏损失，常采用事故发生 概率与环境损失后果的乘积作为评价指标。一般采用n o r s o k ( 挪威海洋部的有力代 表) 提出的评价方法生态系统从破坏中恢复所需时间的超越概率作为衡量环境的损 失【l l 】： l f t ( x ) = p ( t x ) 2j f t ( x ) d x ( 2 1 ) o 式中，f s ( x ) 是恢复时间的概率分布函数，f v ( x ) 是生态系统恢复时间的概率密度函数。 首先确定环境( 生态) 的各个重要组成部分，评价的重点放在最脆弱的部分，计算得出 的恢复时间作为评估环境破坏程度的指标。一般可以分成：1 个月1 2 个月，2 4 个月3 6 个月，3 6 个月1 2 0 个月， 1 2 0 个月。 6 中围石油人学( 华东) 颂+ i ：学位论文 ( 4 ) 多种风险损失后果的综合方法 为了综合评估系统失效导致的人员伤亡、经济损失及环境损失情况，研究人员利用 一种表达式或是一种框架体系来考虑多种类型的风险损失，即将三种损失表示成同一个 函数c = f ( l ，m ，e ) 的输入值，l 、m 、e 分别为生命损失、经济损失和环境损失。 b o h n e n b l u s t t l 3 】提出一种综合考虑人、机、环评价框架，这种方法将不同类型的风险 损失统一转化为货币形式，通过货币数量的相加得到总体风险值。荷兰在堤防设计中采 用了该种方法，在确定洪水泛滥可接受概率时将洪水泛滥造成的全部灾害转化为货币单 位，其中就包括将人员伤亡情况转化为经济损失指标。 m b a r l e t t a n i 等【1 2 】使用能量影响指数( e n e r g e t i ci m p a c ti n d e x ) 评价生态系统的损失，用 年均能量的损失量作为评估指标，这种方法把人作为生态系统的一部分，认为人和动物 的死亡或受伤与其它自然损害一样，都可以表示为能量的损失。 m e r z 1 4 】等人将人、环、物的风险分成几种可能的结果：死亡、受伤、撤离、心理创 伤、动物死亡、水污染、地下水污染、土壤污染和材料损坏，不以货币作为评价的指标， 而是将每一种可能的结果根据严重程度划分成不同的指数，指数范围从0 到1 。最后根 据设定的曲线来评估事件发生的概率是否处于可接受范围。 ( 5 ) 安全评价指标选取及结果 人员伤亡是工程评价项目中应用非常广泛的一个指标，并在应用过程中得到了普遍 的认可，因此本文选用人员伤亡作为区域定量安全评价的指标。 伤亡风险易于与生活中其它风险比较，概念直观且容易定义。在实际生产和生活 中，人们习惯将人员伤亡情况与后果严重程度相联系，这可以从有关事故分类标准中得 到印证，如：生产安全事故报告和调查处理条例规定：死亡人数在3 人以下为一般 事故，3 人以上1 0 人以下为较大事故，1 0 人以上3 0 人以下为重大事故；3 0 人以上为特 别重大事故。 此外，人员伤亡指标应用范围非常广泛，几乎在所有工业评价项目中都能用到，如 矿山、大坝、危险品道路运输、化工园区等。由此得出的评价结论已成为决策部门的重 要决策依据。 目前对事故经济损失的概念认识模糊，采用的事故经济损失评估理论和方法不够 科学，许多事故的经济损失统计数据远不能真实地反映事故造成的经济损失【9 】。如何进 一步确定可修复和不可修复的界限以及可修复系统可能用到的修复花费，还没有很好的 评价模型。 7 第二章油化工企业区域定量安伞评价摧础 环境影响评估中，有毒有害物质的泄漏是对环境造成的主要影响，但它的影响作 用不会在短时间内显现出来，而如何定量的评估生态系统在系统失效前后的损失差别目 前尚无很好的评判标准。 2 3 石油化工企业事故失效概率方法对比及筛选 事故的发生受很多因素的影响，具有很大的不确定性。如何准确的确定事故发生的 概率有着很大的难度。目前用于分析事故发生概率的方法主要有：基于历史事故数据统 计方法、事故树分析方法、事件树分析方法、主观赋值法等等，另外也有将信息扩散法 用于计算储罐的火灾爆炸事故概率【4 1 。 ( 1 ) 历史事故数据统计方法 该方法主要是通过收集、统计历年事故数据，得出此类事故在过去一段时间的发生 概率，一般以年为一个统计阶段，并以此预测现在或将来的事故概率。在进行数据分析 时，可以使用回归预测、时间序列预测等方法。这种方法相对简单，只根据统计数据与 分析对象的关系建立模型，并认为数据的发展变化不受其它因素影响。但是该方法要求 有足够的历史事故数据库，而且不能做详细的风险评价分析。 ( 2 ) 事故树分析法( f u a l tt r e ea n a l y s i s ，简称f t a ) 事故树分析方法是一种演绎的逻辑分析方法，建立事故与导致事故各种原因的树状 分析图，通过事故树底部各个基本原因的发生概率求取顶部事件的概率。此方法能详细 查明系统各固有的、潜在的危险因素或事故原因，最终确定事故发生概率的大小。目前 该方法应用到了很多领域，如：化工装置火灾爆炸事故原因分析、大位移井钻井风险、 压力管道风险评价、核电站运行风险等。 ( 3 ) 事件树分析法( e v e n tt r e ea n a l y s i s ，简称e t a ) 事件树的分析法是从危险源的初始事件出发，逐步分析初始事件后续发展环节，每 个环节对对应成功和失败两种可能，事件树分析要直至至最后一个环节。一些文献如： 滑坡次生灾害风险评估、大型公共场所火灾风险评价中均采用了事件树的分析方法对事 故发生的概率进行了计算。 ( 4 ) 主观赋值法 主观赋值法是在大量的统计资料的基础上，由各专家根据经验判断事故发生概率。 此方法计算过程比较简单，对于统计资料比较全面的企业，可以采用此方法确定事故发 生的概率。但是由于受各个专家的知识背景和判断能力的影响，概率结果在一定程度上 8 中因白油人学( 华东) 顾j ：学位论义 受人的主观因素影响。 ( 5 ) 蒙特卡罗方法 蒙特卡罗方法，以概率论和数理统计为基础，依据大数定律( 样本均值代替总体均 值) ，利用计算机数字模拟技术在计算机上进行大量的随机模拟试验，解决一些很难直 接用数学运算求解或其他方法不能解决的复杂问题的近似计算法。随机模拟法能够比较 逼真地描述复杂事物的特点。m c 方法是一种利用重复的统计实验来求解物理和数学等 问题的方法，这类问题可以直接或间接的用一个随机过程来描述，m c 方法就是设法去 模拟这个过程。 ( 6 ) 贝叶斯分析。 贝叶斯的方法将历史数据和判断结合起来，通过不完全的先验信息分布得到未知参 数的后验分布值。贝叶斯分析一般通过建立贝叶斯网络，分析各个网络节点间的关系和 概率，最终得到未知参数的概率分布。这种方法能够处理变量较多且变量之间存在交互 作用的情况，但是贝叶斯网络的建立需要该领域比较详细的知识。 ( 7 ) 马尔可夫计算方法 马尔可夫认为，在一个随机过程中，对于每一t o 时刻，系统的下一时刻状态概率 仅与t o 时刻状态相关，而与系统如何进入、何时进入以及t o 时刻以前的状态全部无关。 使用该方法需要满足马尔可夫特性，即前面说到的系统将来的状况只与现在系统的状态 有关，与系统过去的状况无关。因此，应用范围有一定的局限，容易忽略其他概率的影 响。目前，国内外在气象灾害风险、环境风险、航运投资项目风险等项目的分析中，都 运用了马尔可夫理论对发生的概率进行计算。 ( 8 ) 事故概率方法筛选结果 详实的历史事故资料是事故概率确定的充分条件，但在前面所列方法中，除了事故 树、事件树方法外都必须使用到一定的历史统计资料。而很多石油化工事故都缺少足够 的统计信息，另外随着工艺技术不断发展，企业逐渐更新装置、设备，选用先进工艺技 术，使得历史统计事故资料不能如实反应系统变更情况，这在一定程度上减弱了统计资 料的有效性和应用性。而事故树分析方法在求取概率上可以不依赖系统整体失效概率的 历史统计数据，只需获得基本部件或基本事件的概率，在一定程度上不受工艺改进的限 制。且在事故资料详实的情况下，还可以参考历史资料的数据。 石油化工企业发生火灾爆炸、泄漏事故原因错综复杂，涉及因素众多，事故树分 析方法可以较全面的分析各种引发因素，通过层层分析，最终得到各种基本原因事件。 9 第二章石油化工企业区域定量安伞计价皋础 因此事故树分析方法非常适合求耿石油化工企业事故概率，具有很好的操作性和实用 性。 l o 中国石油人学( 华东) 硕i j 学位论义 第三章石油化工企业区域定量安全评价模型 3 1 石油化工企业事故模型建立 在评价各种事故风险时，我们注意到风险本身具有不确定性，风险大小在一定范围 内波动，也就是在一定时间段内，人员所承受的风险是变化的，可能是处于风险波动范 围的最高点也可能是最低点。但是人们一般不会去在意风险值的最低点，而考虑对生命 安全影响最大的风险值，因此文中以事故导致的最大风险模型作为区域安全评价的依 据。 根据之前对石油化工企业主要危险性的分析，火灾、爆炸和中毒事故是导致重大人 员伤亡的主要事故类型。在本文实际应用案例中，主要危险源为储罐区的汽油、原油、 柴油、燃料油油罐，油料储存条件都为常压常温，因此最主要也是最可能的事故是池火 灾。对于池火灾模型目前已有较为可靠的数学计算模型，下面具体介绍选用的池火灾模 型，并建立起火灾热辐射与人员死亡概率的模型。 3 1 1 池火灾模型 池火是可燃液体在液面上的自然燃烧。泄漏到地面上、堤坝内液体的火灾、敞开的 容器内液体的燃烧等均称为池火【l o 】。描述池火灾的模型有关系模型、c f d 模型等，c f d 模型计算的结果比较精确，但是建模过程比较复杂，不太适合于安全评价的实际应用中。 本文选取安全评价( 第三版) 池火灾模拟计算的方法： ( 1 ) 燃烧速度 燃烧物质的沸点高于周围环境温度时，物质表面上单位面积的燃烧速度d m d t 为： 塑： 旦：旦旦! 丝 ( 3 1 )一= ij 衍 c p ( 乃一乃) + 式中锄砌l 一单位表面积燃烧速度，k g ( m 2 s ) ； 一液体燃烧热，j k g ； 节一液体的比定压热容，j ( k g 1 ； 死液体的沸点，k ； 而一环境温度，k ； 卜液体的气化热，j k g 。 当物质沸点低于环境温度时，其单位面积的燃烧速度d m d t 为： 第三帝臼油化工企业区域定量安全评价模型 i a m ：0 0 i 0 1 h c ( 3 2 ) d th j 一 式中符号意义同前。 ( 2 ) 火焰高度 设液池为一半径为，的圆池子，其火焰高度可按下式计算： 4 r i 尝p o ( 2 9 r ) i ( 3 - 3 ) 仉j 式中卜火焰高度，i t i ； r 液池半径，i l l ； 风周围空气密度，k g m 3 ；p 0 = 1 2 9 3k g m 3 ( 标准状态) ； 广重力加速度，9 8 m s 2 ； d n 们卜嘲烧速度，k g ( m 2 s ) 。 ( 3 ) 热辐射通量 液池燃烧放出的总热辐射通量为： q = ( n r 2 + 2 柚) 訾，r - h c 7 2 ( 鲁) 0 6 0 + 1 】 ( 3 - 4 ) 式中q 一总热辐射通量，w ； j 7 效率因子，可取o 1 3 0 3 5 。 ( 4 ) 目标接收热辐射强度 假设全部热辐射热量由液池中心点的小球面辐射出来，距液池中心一定距离点x 处 的热辐射强度为： q = 器 5 ， 式中广目标处热辐射强度，w m 2 ： 9 一液池总热辐射通量，w ； 卜热传导系数，在无相对理想的数据时，可取保守值1 ； r 目标处到液池距离，m 。 3 1 2 热辐射强度与人员死亡概率模型 伤害剂量与人员伤亡概率关系通常采用如下公式计算【3 7 】： j = 矿， ( 3 6 ) 1 2 中困石油火学( 华东) 坝l ：学位论义 p = a + b i n d( 3 - 7 ) v , - - - 去c 等协 8 ， 式中，旷危险剂量浓度( 热辐射强度、冲击波压力，毒气浓度) ； 卜危险剂量作用时间； p r _ 一伤害百分数； a ，卜常数参数，通过动物实验或者历史数据来获得。 根据彼德森( p i e t e r s e n ) 1 9 9 0 年提出的预测热辐射影响的模型： 有衣服保护( 2 0 ) 时的死亡几率为： 死亡几率为：p ，= 一3 7 2 3 - t - 2 5 6 1 n ( f 9 4 门) ( 3 9 ) 二度烧伤几率：尸，= 一4 3 1 4 + 3 0 1 8 8 i n ( t q 4 ) ( 3 1 0 ) 一度烧伤几率：尸，= 一3 9 8 3 + 3 0 1 8 6 1 n ( t q 4 门) ( 3 1 1 ) 式中，q 为人体接收到的热通量( w m 2 ) ，f 为人体暴露于热辐射的时间( s ) ，竹为 人员伤害几率。 3 2 人员伤亡评价 3 2 1 基本假设 各种事故对人体造成的伤害程度不仅仅取决于伤害剂量的大小，还受很多其它因素 的影响，如个体之间的差异、风向、人员的逃生与疏散、医疗救护等。因此即使是在同 一个区域范围，每个人受伤的程度或死亡概率都不尽相同，死亡区域内的人员未必全部 死亡，死亡区域外的人员也可能出现死亡情况。因此，为了简化人员伤亡评估，本文作 如下一些假设： ( 1 ) 事故的伤害效用是各向同性的，伤害区域是以单元中心为圆心，以伤害距离 为半径的圆形区域，在该伤害区域内无其它障碍物。 ( 2 ) 在伤害( 死亡、重伤和轻伤) 区内人员无个体差异，具有相同的死亡概率； 轻伤区域外人员不遭受任何伤害。 ( 3 ) 风向对火灾、爆炸事故无影响。 之所以作这样的假设，是因为如果死亡区域内没有死亡的人数正好等于死亡区域外 死亡的人数，则可以认为死亡区域内的人员全部死亡，而死亡区域外的人员无一死亡， 对于重伤、轻伤也存在同样的情况。而且在伤害效应随距离急剧衰减的情况下，文献【1 7 】 1 3 第三章石油化t 企业区域定量安全订价模型 指出这种假设近似成立。 基于以上的假设，伤害区域根据死亡概率大小分成死亡区域、重伤区域和轻伤区域。 示意图如图3 1 。 图3 1伤害分区示意图 f i 9 3 - 1 s c h e m a t i cd i a g r a mo fi n j u r yr e g i o n s 死亡区域以池火灾中心为原点，r l 为半径的圆区内，其中外围半径处人员的死亡概 率是5 0 ，认为该区域人员死亡概率都为o 5 。重伤区域是以死亡区域外围半径为内径， r 2 为半径的圆环，外围半径处人员死亡概率为1 5 ，该区域内人员死亡概率都认为是 0 1 5 。轻伤区域是以重伤区域外围半径为内径，r 3 为半径的圆环，外围半径处人员死亡 概率为5 ，该区域内的人员死亡概率都认为是0 0 5 。 3 2 2 个人风险 文献中对个人风险的描述有所不同，但都没离开“风险”的基本含义。根据本文的 具体研究内容，将个人风险定义为：没有特殊保护的人员永久性的位于石油化工企业及 其周围区域的某一位置，由于企业潜在的各种灾害事故导致其可能死亡的概率。个人风 险描述的是个体所承受的风险大小，可以用如下的函数式定量计算个人风险值的大d x 2 j ： p r ( x ，y 夕= ，k ( x ，j ，) ( 3 1 2 ) s = i 式中，n & ，) ，) 为危险源在位置( x ，y ) 处产生的个人风险，声为第s 个事故情 景发生的概率，( x ，少) 为由第s 个事故情景在位置( x ，y ) 处引起的个体死亡的概 率，为事故情景的个数。疋在本文中通过历史事故统计资料及事故树相结合的方法获 得；v s ( x ，y ) 通过建立事故危险剂量与人员死亡概率函数关系获得。 1 4 中国“油人学( 华东) 颂i ：学位论文 连接区域内风险值相等位置点，得到如图3 2 所示的风险分布图，所示曲线称为个 人风险等值线。 勰 营羽 g 厦 个人风险 等值线 k 2 回 图3 2 个人风险等值线示意图 f i 驴一2 l s o l i n eo f i n d i v i d u a lr i s k 计算过程中，如果某一位置m 受两个或以上危险源失效影响，逐一计算每个危险 源失效产生的个人风险值，最后进行线性叠加。原理如图3 3 。当危险源种类繁多、 y 、 7 l x f l 裔国一 缪 甏 危险 源a定：险滴b 图3 3 个人风险叠加原理图 f i 9 3 3 i n d i v i d u a lr i s ks u p e r p o s i t i o np r i n c i p l ed i a g r a m 分布不均时，计算过程变得十分复杂，为方便起见，将被评价区域以空间地理坐标为基 础划分为等间隔的网格区，即用一笛卡尔坐标体系的网格覆盖该区域图，通常网格半径 在1 0 0 m - 5 0 0 m ，具体视项目实际情况而定。之后将各个危险源对网点中心造成的风险 进行叠加，叠加的风险值作为该网格区域的平均风险值。 如果危险源在同一时间可能发生两种或两种以上的事故类型，取事故后果严重者作 为计算的对象；如果是在不同时间发生的事故，则分别计算各个事故的风险大小，最后 使用叠加法得到风险总值。 例如：危险源a 在某一时间可能发生火灾或蒸气云爆炸两种事故类型，且蒸气云爆 炸事故的后果比火灾造成的后果严重，则只考虑后者带来的风险。如果危险源a 在时间 1 5 第三章石油化- t 企业区域定量安全计价模型 t l 可能发生火灾，在时间t 2 ( t l t 2 ) 可能发生蒸气云爆炸，则应综合考虑两种事故类 型的后果。以图3 3 为例，假设m 受周围两个危险源a 、b 的失效影响，其个人风险即 为： 护厶1 ，斫+ ：! ，v 彤 ( 3 - 1 3 ) i = l j = l 二i 魄) 为a ( b ) 第f 个事故的发生概率，1 ，。i ( v b j ) 为危险源a ( b ) 第f 个事故导致m 点人 员死亡的概率，n 、m 分别为危险源a 、b 在不同时间点可能发生的事故次数，当a 、b 同时失效时，需减去a 、b 在m 点产生的叠加风险( f a i x v a i x j j 恂) ，考虑其值太少， 此处忽略不计。多个危险源以上以此类推。 3 2 3 社会风险模型 社会风险网是指能够引起大于等于人基准损失的所有不同类型危险源( 与个人 风险中考虑的条件相同) 发生事故的累积频率。 个人风险衡量的是单个人员的死亡概率，社会风险衡量的是某一区域内的所有人员 的情况，而不论人员是在该区域内的哪个地点受到伤害。 本文使用余补累积分布函数表示社会风险，表达式如下： m x r 豁= 只一 ( 3 1 4 ) = i 式中，魅为危险单元导致人以上死亡的累积频率；尸j ，一为事故后果1 l 发生的事故 概率，且该事故后果导致的死亡人数n 。通过不同死亡人数与累积频率作图，即得到 社会风险曲线。 f - n 曲线是其常用的描述方式，如图3 - 4 所示。两条风险临界线将区域分成三个板 块，由下往上分别是：广泛接受区、合理可行的最低限度区( a l a i 冲) 区、不可接受区。 在死亡人数一定时，可接受的累积频率即曲线点的位置可能处在任意一个区内。如果曲 线点超过最高临界线，即频率超过一定值时，认为风险超出社会承受能力，必须立即采 取措施降低风险；当风险处于合理可行的最低限度区( a l a r p ) ，并不认为被评价对象 的安全水平处于最佳状况，应根据它的实际情况进一步判定是否需要采取相关安全措施 以降低风险；当风险处于广泛接受区，认为风险可以忽略。 1 6 中国石油大学( 华东) 硕i ：学位论义 n - 死亡人数 图3 4 社会风险f - n 曲线示意图 f i 够一4 f - nc u r v eo f s o c i a lr i s kd i a g r a m 3 2 4 基于补偿的社会风险 鉴于事故的突发性和危险性，以及事故的不可避免性，人们针对这类重大事故制定 了相应的应急救援计划、准备了救援所需的物资等，比如：消防、医疗等紧急救援行动， 以期尽可能的减少事故后果的影响。因为石油化工行业危险的特殊性，对人员安全意识 要求较高，企业有针对人员组织的定期安全培训及日常演习，这使人员在事故发生时具 有较高的逃生能力，另外企业针对特定发生的事故制定了相关的应急救援计划，所有这 些措施都在一定程度上起到了减少事故死亡概率的作用。另一方面，即使是没有经过任 何安全培训的人员在遇到危险的时候都会有本能的求生欲望，不会永久的待在原地，在 发现险情的时候会迅速的逃离现场至安全地带，如果从察觉事故到逃离至安全地带这一 时间段内，事故后果不能给人造成足够的伤害，那么认为人员在事故发生时是安全的， 可以忽略事故对人造成的死亡风险。如果人员离开事发地点的距离过近，在事故发生初 始阶段，人员尚处于反应阶段时热辐射( 冲击波、有毒物质) 已经给他造成足够的伤害 ( 如骨折) ，则认为人员在这次事故中未能及时逃离现场，事故后果给人造成了死亡的 影响。 而从个人风险的定义可以看出，它针对的是没有任何防护的人员永久待在某一地点 时的死亡概率，因此在评价人员承受的风险时，积极考虑消防、医疗救援以及人员自身 逃生能力的风险补偿作用能更好的反映实际的风险状况。通过建立的风险补偿体系得到 补偿系数取值，设消防、医疗救援、人员自救能力的补偿系数分别为c ，c 2 ，c 3 ，则最 1 7 3 4 缶 7 母 仃 。 叮 仃 盯 仃 仃 盯 1 i i l 1 l 1 l 死亡人数大于n的累积频率一艄一 第三章石油化工企业区域定量安会计价模型 终得到的实际个人风险： p f 。= c ic 2 c 3 x p 【 具体的风险补偿体系指标建立见3 4 节。 ( 3 1 5 ) 3 3 事故树概率计算方法 3 3 1 事故树基本理论 使用事故树确定系统失效概率的方法首先需要通过分析系统的典型失效事件编制 事故树，事故树的编制是采用一些规定的符号，按照一定的逻辑关系，建立起事件引发 因素与事件后果的树形图，如图3 5 所示。 事故树中的符号以及各符号对应的事件的含义如下： 顶上事件，是我们要分析的对象，即所要发生的事故。比