（油气储运工程专业论文）大型油罐火灾爆炸危害性研究.pdf

r e s e a r c ho nt h ef i r ea n d e x p l o s i o ne n d a n g e r m e n t o ft h el a r g e - s c a l eo i l c a n y a n gg u a n g - h u i ( o i j & g a ss t o r a g ea n dt r a n s p o r t a t i o n e n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp m 话s s o rl iz i l i a b s t r a c t w i t ht h ed e v d o p m e mo fo u rc o u n t r yp e t r o c h e m i c a li n d u s t r ya n dt h e a c t u a l i z a t i o no ft h ec o u n t r yc r u d eo i ls t r a t e g i cr e s e r v e sw a r e h o u s ep r o j e c t ， o i lt a n k sh e a v ys e c t i o n - r i z a t i o nw i l lb e c o m et h ei n e v i t a b l e d e v e l o p i n g t r e n d , i t sd a n g e ri n c r e a s e sg r e a t l y s oi ti sv e r yn e c e s s a r yt or e s e a r c hi 1 1 t ot h e f i r ea n de x p l o s i o ne n d a n g e r m e n to ft h el a r g e s c a l eo i l c a na n dt of i n do u t t h ed a n g e r o u sf a c t o ra n da p p r o a c ht h a tm a yi n i t i a t e sa na c c i d e n t ，t h e r e b y 晰n gf o r w a r dt h es a f ec o t i n t e r m e a s u r ea n dt a k ea p p r o p r i a t em e a s u r e st o e n s u r e p r o d u c i n gs a f e t yo p e r a t i o n , a n dp r o v i d e t h e t h e o r yb a s i s f o r e n t e r p r i s e sa n ds o c i e t yt oc u td o w nad i s a s t e rg u a r da g a i n s tad i s a s t e r m a i n w o r ko f t h i sp a p e rc a l lb es u m m e du pa sf o l l o w s ： ( 1 ) e x p a t i a t et h ea p p l i c a t i o no f t h et h e o r yo ff u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n m e t h o di nt h ee v a l u a t i o no fal a r g eo i lt a n kf i r ea n de x p l o s i o nh a z a r d s 。t h e m e t h o di su s e dt oe s t i m a t et h ep r o b a b i l i 嘶cr i s ko ft h es a f e t ye q u i p m e n ta n d m e a s m e sa n ds a f e t ym a n a g e m e u to f t h eo i lt a n k a l s oe s t i m a t em e n sf a e t o r s o nt h ep r o b a b i l i t yr i s k t h i sw i l lb ean e ws y n t h e s i so f t h et h r e ep r o b a b i l i t i e s p r o b a b i l i t y ：t h ep r o b a b i l i t yo f t h ef i r ea n de x p l o s i o no f t h el a r g eo i lt a n k a d d t h ei d e ao ff 沏m a t ht ot h ep r o b a b i l i t ym o d e l ，s ot h ep r o b a b i l i t yv a l u e o b t a i n e di sm o r er e a a i s t i e c o m p i l et h ec o r r e s p o n d i n gs o t w a r ei nc + + b u i l d e r , a n dv a l i d a t et h ep r a c t i c a le x a m p l e s , a n dt h er e s u l t sa r es a t i s f a c t o r y ( 2 ) a n a l y s et h ee x p l o s i o nw a v eh u nm o d e la n dt h ee x p l o s i o nw a v ee f f e c t m o d e l ，a n dc h o o s et h ee x p l o s i o nw a v eh u r tm o d e l ，a n dc o m b i n et h e e v a p o r a t i o nm o d e lo f o i ll e a k , a s c e r t a i no u tt h es u i t a b l em e t h o dt ov a l u et h e d a m a g ea n dt h ed e s t r u c t i o nt h a tb r i n ga b o u tb yt h ef i r ea n de x p l o s i o no ft h e l a r g e - s c a l eo i l c a n a n dv a l i d a t et h ep r a c t i c a le x a m p l e s ，a n dt h er e s u l t sa r e s a t i s f a c t o r y ( 3 ) b a s e do nt h ea n a l y s i sr e s u l to fal a r g en u m b e ro ff i r ea n de x p l o s i o n a c c i d e n t ，f i n ds o m ep r o b l e m so ft a n ks a f e t y , a n d 嘶n gu pp r e v e n t i v e m e a s u r e so f t h ef i r ea n de x p l o s i o na c c i d e n t k e yw o r d s ：o i l c a n ，f i r ea n de x p l o s i o n ，p r o b a b i l i t y ，f u z z ym a t h ，s m o k e a n d c l o n d 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获碍中国 石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅；学 校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存学位论文。特此说明。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 学生签名： 导师签名： 2 d d 年午月为r 月扣开 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章绪论 1 1 前言 第1 章绪论 随着国民经济的飞速发展，石油及石油产品在生产、生活中的应用 越来越广泛，各类油库、加油站日益增多，而油罐是储存散装油料最为 重要的设备，油罐储油是当前应用最普遍的一种储油方式i l 】。油罐储存 的各种不同的石油液体，如原油、成品汽油、柴油、石脑油、燃料油、石 油液态烃、有毒有害甲醇等，都是易燃易爆产品，极易发生火灾爆炸。 有关资料表明，在我国成品油储运环节中发生的5 8 2 例事故中，火灾、爆 炸事故1 7 9 例占3 0 8 0 ，由于跑、冒、漏等造成的未遂事故2 1 8 例占3 7 4 ， 混油事故1 2 8 例占2 2 0 0 ，设备损坏及其它5 7 例占9 8 【”。由此可见油罐 发生火灾爆炸的可能性是非常大的。而油罐一旦发生火灾爆炸，将会带 来极大的损失和严重的后果，如：我们所熟知的，1 9 8 9 年8 月1 2 日发生在 山东省黄岛油库的特大火灾事故，大火燃烧了1 0 4 个小时，烧掉原油 、 3 6 1 0 4 吨，烧毁油罐5 座，事故造成的经济损失达3 3 0 0 万元，扑救中1 9 人牺牲，7 8 人受伤，灾后可估计的间接损失就达5 2 0 0 万元，还不包括海 洋被污染后的治理费用。 最为重要的是随着我国石油化工工业的发展以及国家原油战略储备 库项目的实施，油罐的大型化将成为发展的必然趋势。如早在1 9 7 5 年， 上海陈山码头就建成了首台5 x 1 0 4 m 3 的浮顶罐，之后在石化企业、港口、 油田、管道系统建造了数十台5 1 0 4 n 1 3 的浮顶罐。目前我国最大的储罐 单罐容积已达1 5 1 0 4 i n 3 ，l o x l 0 4 m 3 以上的储罐已是屡见不鲜。如此巨 大的油罐一旦发生火灾爆炸等突发事故，将会导致严重的人员伤亡和财 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章绪论 产损失，社会影响也是难以估量的。因此非常有必要对大型油罐进行火灾 爆炸危害性研究分析，找出危险因素从而提出安全对策，采取相应的措 施，以确保油库安全运行，为企业及社会减灾防灾提供理论依据。 目前，世界范围内的危险评价方法已有近百种之多，以安全检查表 法、预先危害分析( p h a ) 、故障类型和影响分析( 刚e a ) 、事故树逻辑分析 法( f t a ) 、英国帝国化学公司m o n d 评价法、美国道化公司火灾爆炸指数评 价法、安全模糊综合评价、安全状况的灰色系统评价、层次分析法( a h p ) 等比较常用p l ，这些方法在评价油罐危险性方面基本都有应用。尽管方 法很多，但是这些方法有的只能给出定性的评价，有的虽能给出定量评 价，但也很笼统，不能对油罐发生火灾爆炸事故的可能性和严重度分别 给出定量评价。 1 2 本文的研究内容和研究方法 在对大型油罐火灾爆炸危险性进行评价时，评价模型不仅要能够反 应出危险源灾变后果的严重程度，更应该反应出油罐发生火灾爆炸的可 能性的大小。一种好的危险评价模型必须科学的反映灾害发生的危险性 程度，在危险性程度中包括灾变事故后果和灾变事故的可能性大小。 因此，本文的研究内容和研究方法主要包括： ( 1 ) 建立起大型油罐火灾爆炸的概率模型，利用模糊综合评价法分别对 油罐安全设备及措施和安全管理这两大类因素进行概率危险性评价，对 人因因素进行概率危险性评价，利用建立起的大型油罐火灾爆炸的概率 模型将这三种概率合成，这样就能知道大型油罐发生火灾爆炸事故的可 能性。 ( 2 ) 总结前人的研究成果，对比国内外易燃、易爆等重大危险源的定量 评价方法，分析爆炸波伤害模型和爆炸波效应模型，选择蒸气云爆炸波 2 中国石油大学( 华东) 硕士论文第1 章绪论 伤害模型，结合油品泄漏蒸发模型，形成一种适合预测油品爆炸的伤害 后果的方法。 ( 3 ) 分析大量的油罐火灾爆炸事故，找出油罐安全方面存在的问题，并 提出预防火灾爆炸事故的对策。 中国l 釉人学( 华东) 硕十论文第2 章人型油罐火火爆炸危险分析 第2 章大型油罐火灾爆炸危险分析 油罐是储存散装油料最为重要的设备，油罐储油是当前应用最普遍 的一种储油方式。油罐储存的各种油品一般具有易挥发、易流失、易燃 烧、易爆炸等性质，一旦发生火灾爆炸，会造成重大的经济损失。因此， 掌握油品性质、了解油罐火灾爆炸事故的特点和原因，对于做好消防工 作具有重要意义。 2 1 油品的特性 油罐作为石油产品储存的主要形式，由于石油产品本身理化特性，使 其具备了火灾的危险性4 5 j 【6 l 【”。 ( 1 ) 易燃性 ” 石油产品是碳氢化合物，遇火或受热很容易发生燃烧反应。油品的 燃烧危险性大小可以用闪点、燃点和自燃点进行判断。闪点、燃点、自 燃点三者都是有条件的，与油品的化学组成和馏分组成有关。对同一种 油品来说，自燃点 燃点 闪点。对于不同的油品来说，闪点越高的油品， 燃点也越高，但自燃点反而低；反之，闪点越低则燃点也越低，自燃点 越高，油品的着火危险性越大。例如汽油的闪点较低，介于一5 8 1 0 之间，属于甲b 类火灾危险品，汽油的燃烧速度为8 2 9 6k g ( r i l 2 h ) ， 水平传播速度也较大，印使在封闭的储油罐内，火焰传播速度也可达2 4 r a s ，可见汽油极易发生燃烧，其火灾爆炸危险性很大。 ( 2 ) 易爆性 爆炸是物质发生非常迅速的物理和化学变化的一种形式。这种形式 在瞬间放出大量能量，使其周围压力突变，同时产生巨大的声响。爆炸 4 中国_ i 油人学( 华东) 硕十论文第2 章人弛油罐火火爆炸危险分析 也可视为气体或蒸气在瞬间剧烈膨胀的现象。出于爆炸威力巨大，它造 成的破坏往往是灾难性的。 油品蒸气的爆炸危险性常用爆炸极限表示。爆炸极限包括爆炸下限 和爆炸上限，通常用体积百分数来表示。其中油蒸气与空气的混合气体 遇火源能发生爆炸的最低浓度称为爆炸下限，而能够发生爆炸的最高浓 度称为爆炸上限。油蒸气与空气所形成的可燃性混合物，从爆炸下限到 爆炸上限的所有中间浓度，在遇有引火源时都有爆炸危险；而且油蒸气 爆炸下限越低，爆炸范围越宽，爆炸危险性就越大。混合物浓度低于爆 炸下限，既不会爆炸也不会燃烧。混合物浓度高于爆炸上限时，不会爆 炸，但可能燃烧。由于油品的蒸气浓度是在一定温度下形成的，所以石 油产品除了有爆炸浓度极限外，还有一个爆炸温度极限。油品在一定温 度下由于蒸发而形成等于爆炸浓度极限的蒸气浓度，这时的温度称为“爆 炸温度极限”。所以对应于爆炸浓度的上、下限，相应有爆炸温度的上、 下限。用爆炸温度极限来判断油品的爆炸危险性有时比用爆炸浓度极限 更直观。实际上石油产品的爆炸与燃烧往往相联系，爆炸可能转化为燃 烧，燃烧可转化为爆炸。当空气中油蒸气达到爆炸极限范围时，一旦接 触到火源，混合气体先爆炸后燃烧。空气中油蒸气超过爆炸上限时，接 触火源就先燃烧，待油蒸气下降到爆炸上限以内时，随即会爆炸。 ( 3 ) 挥发性 挥发性是指液体变为气体的性质。一切物质都在进行着不断的运动， 蒸发是液体表面分子不断运动的结果，任何液体都具有一定程度的挥发 性。挥发性的大小与沸点、饱和蒸气压等有密切的关系，沸点越低其挥 发性越大。、 石油产品尤其是轻质油品具有容易挥发的特性。挥发性大极易形成 爆炸性环境，引发火灾爆炸事故，以及造成环境的污染和对作业人员的 中国z i 油人学( 华东) 硕士论文第2 章大型油罐火灾爆炸危险分析 危害。同时，挥发带来轻质馏分的减少，不但会使物料数量减少，造成 经济损失，而且也使物料质量变差，影响物料的质量。 ( 4 ) 流动扩散性 石油产品一般以液体和气体状态存在，具有很强的流动性，一旦发 生泄漏，油料就会沿着地面或设备流淌扩散，从而使火灾范围扩大。而 蒸发出来的油蒸气的密度比空气略大，且很接近，受风影响会随风飘散， 即使无风时也能沿地面扩散到数十米之外，并易积聚在低洼地带或渗透 到地下管沟中，一旦遇到明火等诱导因素，就会发生燃爆。可燃混合气团 的漂移难以控制，对火灾的蔓延和扑救工作有很大影响。 ( 5 ) 易产生静电 石油产品的电阻率一般在1 x l o ”q c m 左右，电阻率越高，导电率 越小集聚电荷能力越强。因此，石油产品特别是汽油、煤油、柴油在泵 送、灌装、装卸、运输等作业中，流动摩擦、喷射、冲击、过滤都会产 生大量静电。静电积聚形成电压差，在一定条件下会放电，如果静电放 电发生的电火花能量达到或超过油品蒸气的最小点火能量时，就会引起 燃烧或爆炸。石油产品的静电集聚能力强，最小点火能量低( 例如汽油仅 为0 。l o 2 m j ) ，这是石油产品的另一特点。 ( 6 ) 毒性 石油产品及其油蒸气具有一定的毒性，轻质油品毒性比重质油品毒 性小些，但轻质油品蒸发性大，往往使空气中的油蒸气浓度比重质油大， 由于空气中油气存在使氧气的含量降低，因此危险性较大。油蒸气经口、 鼻进入呼吸系统，能使人体器官受害而产生急性和慢性中毒。如空气中 油蒸气含量为2 8 o 时，经过1 2 1 4 分钟，人便会感到头晕：如果含量达 到1 1 3 2 2 2 时便会发生急性中毒，使人难以支持；当油蒸气含量更 高时，会使人立即昏倒，失去知觉，甚至有生命危险。油蒸气的慢性中 6 中国石油人学( 华东) 硕士论文第2 章火型油罐火火爆炸危险分析 毒会使人产生头昏、疲倦和嗜睡等症状，经常与油品接触的皮肤会产生 脱脂、干燥、龟裂、皮炎和局部神经麻木。油品对人体的毒性来自其烃 类和非烃类物质，为改善油品性能而加入的某些添加剂也具有一定毒性， 因此对油品在储运的各环节进行毒性泄漏风险分析，对采取防毒措施具 有重要意义。 ( 7 ) 沸腾突溢性 重质油品发生火灾后，容易产生沸腾突溢。因为重质油品中一般都 含有l 以下的水分，这些水分以游离状存在于油层中或沉积于罐底。 由于受燃烧热( 热辐射和油的热波) 作用，水被汽化，形成气泡，体积 扩大，或因油品被加热到沸点，使其以沸腾状或喷溅状溢出油罐体外， 形成更大的火灾场面。 2 2 油罐事故特点分析 油罐事故类型有：油品泄漏，火灾、爆炸等。池火灾常常都是由于 燃料容器意外破裂，发生泄漏后造成的l s l 。油品的泄漏扩散与火灾爆炸 事故是相互联系的。油罐一旦泄漏，必然会造成油品的扩散，甚至火灾 爆炸事故的发生。反过来，火灾爆炸事故所产生的破坏力在特定条件下 又会引发新的泄漏事故，形成恶性循环。所以很难把油品泄漏事故与火 灾爆炸事故分开，孤立分析它们发生的特点。 “所谓泄漏，就是内容物由有限空问内部跑到外部，或者是其他物 质由空臼j 外部进入内部”。本文所指泄漏为油品或油蒸气出罐中流出到 外部空问。油品泄漏可能造成各种危险，一方面，油品挥发出的油蒸气 与空气的混合物有可能发生蒸气云爆燃或爆炸；另一方面，油罐可能因 火焰烘烤或热辐射的作用，使罐内物料迅速升温、压力增大，进而导致 储罐破裂，甚至爆炸。储罐一旦破裂，大量的油品将迅速泄漏喷射，继 7 中国t 舳人学( 华东) 硕+ 论文第2 章大型油罐火灾爆炸危险分析 而气化，遇明火或高温，发生连锁的燃烧或爆炸现象。 2 3 油罐火灾爆炸事故的原因分析 2 3 1 罐区着火源的形成原因 罐区着火源的形成原因主要有两点：第一点是跑、冒、滴、漏是导 致易燃易爆物质形成的主要原因。不严格按照操作规程作业、设计安装 不合理、检查维修不及时等，都易引起跑、冒、滴、漏。如1 9 9 8 年1 0 月 2 1 同南京某石油公司炼油厂油罐火灾，系因操作工错开了油罐出口阀， 导致冒项外溢。遇明火发生爆炸；油蒸气排放源向大气中排放的油蒸气积 累以及失控。残留油品的蒸发，是油罐区周围形成易燃易爆体系的又一 重要因素。如2 0 0 0 年天津某石化公司因含硫防水罐停工处理不彻底，清 罐作业过程中因搅动使沉积的油气挥发，遇焊渣闪燃着火【9 l 。 2 3 2 点火源的形成原因 点火源的形成原因主要有以下几种： ( 1 ) 焊火：罐区检修、改造时，电气焊是修补渗漏、开孔、工艺设备安装 等作业的常用方法，而焊接火焰和火星又是着火爆炸事故发生的导火 索。 ( 2 ) 机动车尾气火花：多是由于罐区规章制度不健全，安全管理制度不 严所致。 ( 3 ) 静电起火：静电消除装置不能满足工艺要求或失灵，发生静电放电 引燃油蒸气。 ( 4 ) 雷击起火：油罐区存在的油气混合物遇到雷击起火，即使油罐接地， 办会造成火灾。浮顶油罐雷击起火往往是浮顶与罐壁的电器连接不良或 8 中国x i 油人学( 华东) 硕十论文第2 章大型油罐火灾爆炸危险分析 罐体密封性差所致。 ( 5 ) 其它点火源：油罐量油口采用非有色会属制作，量油的钢卷尺与量油 口壁磨擦打火，可能引燃油蒸气。在油气大量聚集的地方，铁器相互撞 击，钉子鞋与路面磨擦产生的火星办能引发火灾。 2 4 小结 2 0 世纪7 0 年代以来，世界石油和化学工业发展异常迅速，由此而引起 的重大火灾爆炸事故相继发生。其中油库火灾爆炸事故已经成为石油化 工行业的重大危险因素。随着油库规模和油罐容量的扩大，其危险性也 越来越大，引起油罐火灾爆炸事故的原因复杂，影响因素繁多，因此对油 罐火灾爆炸危险性进行预先分析，找出火灾爆炸事故发生的原因，采取针 对性的有效措施，以预防和阻止火灾爆炸事故的发生，对油罐的安全储减 有着非常重要的意义。 本章中，我们对油品的物料特性、油罐事故特点以及油罐发生火灾 爆炸事故原因进行了分析，这对以后的油罐火灾爆炸预防工作和消防工 作有非常重要的意义。 9 中国f i 油大学( 华东) 硕十论文第3 章火型油罐火灾爆炸事故危险性评价 第3 章大型油罐火灾爆炸事故危险性评价 对大型油罐火灾爆炸事故的危险性进行评价是非常重要的一部分， 也是众多学者专家潜心研究的重点。本章对大型油罐火灾爆炸事故危险 性评价进行详细地描述，拟在对危险源的危险特性进行研究的基础上， 探明危险结构，研究危险特性。 3 1 现状 危险性评价即风险评价最初于2 0 世纪3 0 年代，首先出现于保险行 业。虽然当时的评价目的不同于目前对生产系统的危险性评价，但这一 工作为以后的安全管理指明了方向。 全面、系统地研究企业、装置、设施的安全评价原理和方法始于2 0 世纪6 0 年代。1 9 6 4 年，美国道化学公司根据化工企业使用的原料的物 理、化学性质，生产中的特殊危险性，考虑到具体的工艺过程中的一般 性和特殊性之自j 的差别以及物量等因素的影响，以火灾、爆炸指数形式 定量地评价化工系统的危险程度，形成了道化学火灾爆炸指数评价方法。 以后又分别于1 9 6 6 、1 9 7 2 、1 9 7 6 、1 9 8 0 、1 9 8 7 年发表了第二、三、四、 五、六版，1 9 9 4 年又发布了第七版，逐步使这种方法得以完善。 道火灾爆炸指数法的提出，极大地推动了世界范围内化工行业以至 于所有工业系统的安全评价技术的发展。英国帝国化学公司蒙德工厂则 根据化学工业的特点，在道火灾爆炸指数法的基础上扩充了毒物危险性 因素，并对系统中影响安全状态的其他部分因素，如有关安全设施等防 护设施予以考虑，以补偿系数的形式引入到评价模型的结构中。1 9 7 4 年 提出了蒙德公司火灾、爆炸、毒性指数评价方法。这一方法比同期的火 灾爆炸指数评价法从原理上更加完善。 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章大型油罐火灾爆炸事故危险性评价 1 9 7 6 年日本劳动省参照道火灾爆炸指数评价法，蒙德指数评价法的 思想，开发出日本劳动省“化工厂六步骤安全评价法”。这种方法除对评 价的程序、内容作了进一步的完善外，其定量评价则是通过把装置分成 工序，再分成单元，根据具体情况给单元危险指标赋以危险程度指数值， 以其中的最大危险程度作为本工序的危险程度。在分析阶段引入了系统 工程的有关技术，使分析过程比以前的方法更全面、更系统。 1 9 8 1 年我国原劳动人事部首次在国内组织有关科研力量，开展安全 评价的研究工作。根据指数法的思想，我国冶金工业部开发颁布了“冶 金工厂危险程度分级”方法。把原来一直应用于化工企业安全评价的指 数评价法扩展到冶金工厂的危险性评价中。1 9 9 2 年我国化工部化工劳动 保护研究所在蒙德指数法的基础上把厂房因子、设备因子、管理因子、 安全装置设备因子、环境因子等多种因素以修正系数的形式引入到评价 模型之中，制订出化工厂危险程度分级方法。与蒙德公司的火灾、爆炸、 毒性指数评价方法相比，该方法较多地纳入了除危险物质、危险能量以 外对危险程度有影响的其他因子，且在因子的设置上能较大程度的反映 客观系统的安全结构组成。然而该方法的实质仍然以危险能量为主要评 价对象，对危险源系统中的安全保障子系统及环境因素均根据其物性、 存在状态及数量等的等级赋予一定的指数，并以修正系数的形式给出， 由于因子的设置和量级划分上的原因，这种方法也具有指数法共有的评 价结果灵敏度低，适应范围差的缺点。 随着生产系统的大型化和复杂程度的提高，重大恶性事故不断发 生。人类迫切希望能对生产系统的危险性做到定量、科学的评价，以便 于客观的了解系统的危险状态，及时处理系统中存在的隐患，把事故损 失控制在最小限度。在这种情况下，系统安全思想和概率统计理论逐渐 引入到安全评价的方法之中。在安全评价的系统理论和方法体系发展的 l l 中国i i 油大学( 华东) 硕十论文第3 章大型油罐火j 灾爆炸事故危险性评价 同时，安全评价过程中的局部关键技术也得到了迅猛的发展。概率危险 评价方法是基于经典概率理论的，其缺点是明显的。在概率可靠性理论 研究中引入了模糊数学的思想和方法，使经典概率模糊化。这不仅提高 了用概率表示客观对象灾变频率的可能性和适应范围。且为概率客观真 实地描述一般工业环境下评价对象灾变的危险性提供了理论基础呷】。 3 2 大型油罐火灾爆炸事故可能性评价 油品本身的性质决定了大型油罐发生火灾爆炸事故的可能性是不可 能被完全消除的，然而人为采取的各种措施和设备以及科学的管理等都 可以很大程度上减少火灾爆炸事故的发生，对危险因素起到消除或抑制 的作用，以保证生产的正常进行和人员的安全。 目前，主要从以下几个方面来降低油罐发生火灾爆炸的可能性： ( 1 ) 采取必要的安全设备和措施，如：安装避雷针、阻火器、高液 位报警器等； ( 2 ) 提高操作人员的素质，避免人误动作等引起火灾爆炸，减少人 因引起的事故： ( 3 ) 对油罐进行严格科学的安全管理，避免因管理不善引起事故。 很显然一个拥有良好的安全设备及措施、素质较高的操作人员以及 完善的科学管理的油罐，发生火灾爆炸事故的概率必然会大大降低，那 么这些因素对油罐发生火灾爆炸事故到底有什么程度的影响呢? 本章主 要解决这个问题：对油罐安全设备及措施因素、人因致灾因素和安全管 理因素进行概率危险性评价，将三者合成新的致灾概率值。 1 2 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章大型油罐火灾爆炸事故危险性评价 3 2 1 大型油罐火灾爆炸事故概率模型 在对大型油罐的火灾爆炸危险性进行评价时，评价模型不仅要能够 反应出危险源灾变后果的严重程度，更应该反应出油罐发生火灾爆炸的 可能性的大小。一种好的危险评价模型必须科学的反映灾害发生的危险 性程度，在危险性程度中包括灾变事故后果和灾变事故的可能性大小。 如果不能反应出油罐发生灾变的可能性的大小，对被评价对象进行评价 的结果也就不可能与实际的情况相符合。这样，不仅需要对油罐发生火 灾爆炸事故后果的严重性进行评价和估量，而且必须对其发生火灾爆炸 事故的可能性( 概率) 进行计算。 本章在计算大型油罐发生火灾爆炸事故的概率时，做了这样的假设： ( 1 ) 在没有任何安全设备及措施、人因因素的影响和采取安全管理 措施的情况下，由于油品自身性质的影响油罐发生火灾爆炸事故的概率 设为“l ”； ( 2 ) 这种概率值为相对概率值，并不是绝对意义上的概率。 假设，由于人因因素、油罐安全设备及措施和安全管理因素所抵消 掉的油罐火灾爆炸事故的概率分别为：只，b ，只，由概率论知道油罐发 生火灾爆炸事故的概率则为：p = 口一圳口一p ) ( 1 - 圳，那么如何求取 b ，只，只就成了关键问题，也即如何对人因因素、油罐安全设备及措施 和安全管理三方面进行概率危险性评价成了主要的问题。 对于人因因素的概率危险评价，目前已有定量的评价方法，下文将 详细介绍。而另外两类指标即：油罐安全设备及措施和安全管理，由于 指标本身太难定量化，目前还没有具体的定量评价方法，而目前对这两 类指标应用最多的而且较成熟的方法就是对各指标进行综合评价，计算 出指标的综合得分，由指标的综合得分决定其处于什么级别。可以看出 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章大型油罐火灾爆炸事故危险性评价 现有的评价方法不能给出在采取措施之后，火灾爆炸事故发生的概率到 底降低了或者降为多少这样一个概念，因此，只给出一个评分值是不够 的。为了将评分值转化成概率值，我们给出这样的定义：令 k = 岗位人员素质的抵消概率评价值 。， 安全设备的实际的综合评价值 。 安全设备的应得的综合评价值 ，安全管理的实际的综合评价值 。 安全管理的应得的综合评价值 那么 i b = 只巧 易= 只 【b = c 巧 只，只，e 称为实际抵消比率，例如只的意义就是，当安全管理做 得非常好，全部满足要求得了满分，即以= 1 ，那么这时因安全管理所抵 消掉的单元危险性的概率就为，只和b 的意义是类同的。因此，只、 咒、只称为最大抵消比率，显然实际中当巧、匕、巧都为1 时，只、只、 只不可能达到1 ，因此，不能简单的用巧、吒、巧来代替它。不然的话， 只要某一抵消比率达到理想值1 ，现实危险性将变为零，这显然与实际 情况相背。虽然油罐安全设备及措施不到位，人的误操作和安全管理的 缺陷是引发事故的三大原因，但并非所有事故都是这三种因素同时出现 时才发生的，因此只控制其中一种因素不可能避免所有事故。甚至当所 有上述三种因素都得到很好的控制时，也不能保证所有危险都已消除， 只要有危险源存在，仍有可能因某种意外而发生事故，尽管这种事故的 概率非常小。 引入记号：a 表示人员素质因素；b 表示油罐安全设备及措施因素； 1 4 中国石油大学( 华东) 硕士论文第3 章大型油罐火灾爆炸事故危险性评价 c 表示安全管理状态因素，由这些事故统计结果得到条件概率的值为“，： 尸每l5 ：) = 0 6 5 8 ，p ( _ l6 ；) = 0 7 9 2 ，p ( 1 品) = 0 ，7 7 5 ，仁ik ) = o 9 6 9 p 6 品) = 0 2 1 6 ，p 6 f 品) = 0 5 2 2 ，尸6 i 乙) = 0 2 5 4 ，尸6 i 凹) = 0 9 8 2 p 仁i _ _ ) = 0 3 4 7 ，g 恒) = 0 3 7 9 ，p ( - i 砀) = 0 5 6 9 ，尸仁i 面) = o 9 2 3 p kl 幻) 的意义为：a 、b 、c 共同作用引起的事故数占b 、c 引起的 ， 事故数的比例。其它解释雷同。 任何一种因素在控制事故发生方面所起的作用是同另外两种因素是 否得到控制和控制程度有十分密切的关系。在评价系统中，a ，b ，c 三 种因素对应三个众多因素组成的指标集合a 、b 和c 。我们说a 因素得到 良好控制，是指a 指标集中的所有指标都达到了理想值，即“= 1 0 ，同 理a 因素未得到控制是指”= o 。0 ，而实际情况往往是0 5 1 0 ，同样 o 吒 1 0 和0 k 厂0 ，) = g ，r j - ，) f ( v ) ，由 f 可诱导模糊关系r ，f p y ) ，且0 。，_ ) = 厂0 ) x - ，) = 勺 由此r f 可由模糊矩阵r 表示。 模糊关系r 可诱导u 到v 的模糊变换t ，对因素模糊子集 w = “，w 2 ，j w 。) 可得综合评价b = w 。r f 仞，于是( u ，v ，r ) 构 成一个综合评价模型，模糊关系r 可看作从因素集u 到抉择评语集v 的 一个转换器，每输入一个模糊向量w ，就可输出一个相应的综合评价结 果b 。 主要步骤如下： ( 1 ) 建立指标集u = 扣，1 , 1 2s ；u j ，即评价指标体系。 ( 2 ) 确定权重集矽= ，w ：，) ，即不同指标的相对重要性。 饧 肛 中国i i 油入学( 华东) 硕十论文第3 章大型油罐火火爆炸事故危险性评价 ( 3 ) 建立评价集v = “，v ：，t ，k ，即参与评价的方案集。 ( 4 ) 进行单指标评价，即对指标内诸因素的评定，是一种模糊映射 ，：u 时矿。对于数量型指标可以根据评价指标和评价标准的要求建立隶 属度函数，然后对于评价指标“。分别给出评价方案矿，u = 1 , 2 ，m ) 的隶 属度，得到隶属度向量蜀= ( ，, t i m ) 。 ( 5 ) 建立模糊隶属度矩阵r ，即把针对每个因素的隶属函数向量组 合起来。 ( 6 ) 得到综合评价结果，b = 矽o r 。 式中：w 表示权重向量；o 表示模糊算子；r 表示模糊隶属度矩阵；b 表示模糊评价结果。 2 ) 多级模糊综合评价 在复杂系统中，考虑的因素较多，而且各因素之问还有层次之分， 这时如果仍沿用一级综合评价，不仅其因素较为庞大，而且出于因素较 多使得模糊评价矩阵中的数值相对较小，这样就难以比较事物之闯的优 劣次序，得不到有意义的评价结果。具体操作时，可将因素集分成几类， 先对每一类作综合评价，然后再对评价结果进行类之问的商层次的综合 评价。 3 2 3 2 层次分析法基本原理 层次分析的信息主要是人们对于每一层次中各因素相对重要性做出 判断，这些判断通过引入合适的标度进行定量化，就形成了判断矩阵。 评判矩阵是以上一层的某要素e h 作为评判准则，对下一层元素进行两两 比较来确定矩阵的元素值，建立判断矩阵。通过计算判断矩阵的最大特 征值及其特征向量，得到各层次要素对上一层次