（控制理论与控制工程专业论文）基于世行标准的事故分析方案及实现.pdf

摘要 基于世行标准的事故分析方案及实现 摘要 随着工业化进程的迅猛发展，重大事故不断发生，对重大事故后果 预测显得举足轻重。为了减轻事故的危害，人们对已发生的事故进行了 分析，总结出多种重大事故后果预测模型对事故进行模拟，以制定相应 的应急救援预案。 本文以世界银行颁布的“工业风险评估技术标准 为基础，针对重 大火灾、爆炸和毒性场所的危险性提出了一套基于世行标准的事故分析 方案。该方案分为危险源辨识、后果计算和应急救援三部分，形成了一 套完整的事故分析过程。通过危险源辨识确定危险的场所，然后对危险 场所进行后果计算，确定危险场所的危险程度，最后根据计算得到的后 果制定相应的应急响应程序和应急救援预案，减少事故损害。其中，后 果计算是方案最核心的部分。本方案以世行标准的后果计算模型为基 础，引入了部分最新的计算模型，同时新增了粉尘爆炸和灼伤事故的后 果计算模型，使其分析更全面，应用范围更广。后果计算部分通过计算 机软件实现，通过对后果计算分析流程进行改进，避免了人工分析时， 存在的计算量大、分析流程复杂等缺点。同时，根据计算的结果，划分 “危险区域”，便于制定应急响应程序和应急救援方案。 经中石化某己内酰胺扩建生产线的案例证实，该方案取得较好的效 果，软件功能齐全、使用简单，实用性强。 北京化t 大学硕十学位论文 关键词：重大事故，后果分析，国际标准，危险源辨识，应急救援，计算 机辅助技术 i i 摘要 a na c c i d e n ta n a l y s i sp r o g r a mb a s e do n w o r l db a n ks t a n d a r da n ds o f t w a r e i m p l e m e n t a b s t r a ct a st h ed e v e l o p m e n to fi n d u s t r y , t h ef r e q u e n c yo fm a jo ra c c i d e n t si s i n c r e a s i n ga sw e l l ，s ot h es a f e t yp r o b l e mh a sb e c o m em o r eo u t s t a n d i n g i n o r d e rt or e d u c et h eh a r mc a u s e db ya c c i d e n t s ，r e s e a r c h e r sh a v ea n a l y s i z e d t h ea c c i d e n t sa l r e a d yh a p p e n e da n ds u m m a r i z e dm a n yf o r e c a s tm o d e lso f m a j o ra c c i d e n t s ，t os i m u l a t et h ea c c i d e n t sa n dd ot h ee m e r g e n c yr e s p o n s e p l a n a i m i n ga t t h ef a t a l n e s so ft h ep l a c e s f i r e ，e x p l o s i o n o rl e a k a g e a c c i d e n t so c c u r e ，t h i sp a p e rp r o p o s e sa na c c i d e n ta n a l y s i sp r o g r a mb a s e do n t h e ，p u b l i s h e db yt h e w o r l db a n k i tc o n s i s t d so fh a z a r di d e n t i f i c a t i o n ，c o n s e q u e n c e sc a l c u l a t i o n a n de m e r g e n c yr e s u c e b yt h eh a z a r di d e n t i f i c a t i o nm o d u l e ，t h em a j o r h a z a r d sc a nb e c o n f i r m a b l e t h e n ，u s i n gt h ec o n s e q u e n c e s c a l c u l a t i o n m o d u e lt oc a l c u l a t et h er e s u l t s w i t ht h e s er e s u l t s ，e m e r g e n c yr e s u c ec a nb e p l a n n e d t h ec o n s e q u e n c e sc a l c u l a t i o nm o d u e lb a s e so nt h e w o r l db a n k s t a n d a r d ，a b s o r b s s o m en e wc a l c u l a t i o nm o d e l s ，b e s i d e s ，a d d st h e i i i 北京化t 人学硕 学位论文 c a l c u l a t i o nm o d e l so fd u s t e x p l o s i o n a n db u m s t h ec o n s e q u e n c e s c a l c u l a t i o nm o d u e li si m p l e m e n t e db yac o m p u t e rp r o g r a m ，t oa v o i dt h e f a u l t so fl a r g ea m o u n to fc a l c u l a t i o na n dc o m p l e xa n a l y s i sp r o c e s si nt h e a r t i f i c i a la n a l y s i sm e t h o d a c c o r d i n gt ot h ec a l c u l a t i o nr e s u l t s ，d e m a r c a t e s t h ed a n g e r o u sd i s t r i c t sa n dp u t sf o r w a r dt h e c o r r e s p o n d i n ge m e r g e n c y d e c i s i o n s t h ee x a m p l e s r e s u l ts h o w st h a tt h es o f t w a r ew o r k sw e l l k e y w o r d s ：m a jo r , c o n s e q u e n c e sa n a l y s i s ，i n t e m a t i o n a ls t a n d a r d ，h a z a r d i d e n t i f i c a t i o n ，e m e r g e n c yr e s c u e ，c o m p u t e r - a i d e dt e c h n o l o g y 符号说明 符号说明 i f c b l e v e u m l a p i l f l u f l 世界银行 沸液膨胀蒸汽爆炸 统一建模语言 美国石油协会 爆炸下限 爆炸上限 北京化工大学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标 明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：妻气堂。医日期：皇受益! 堇：至1 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的 规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北 京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复 印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文 的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、 汇编学位论文。 保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在上年解密后适用本 授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授 权书。 作者签名： 导师签名： 殳遂尿期 期 日 日 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 由于化学工业的原料及产品绝大多数具有易燃、易爆、有毒有害、并具有强腐 蚀性、连续生产、设备种类繁多、技术复杂的特点，因而，石油化工行业是一个非 常危险的领域，稍有不慎，就可能造成破坏性大、后果严重的事故。这样的案例较 多，例如国内影响较大的有1 9 8 9 年8 月1 2 日，中国石油总公司胜利输油公司黄岛 油库发生特大火灾爆炸事故【l 】，大火燃烧了1 0 4 个小时才扑灭，烧掉原油3 6 0 0 吨， 烧毁油罐5 座，死亡1 9 人( 其中包括l o 余名消防队员) ，直接经济损失3 5 4 0 万元， 此次特大火灾爆炸事故的直接原斟l 】是由于非金属油罐( 半地下混凝土油罐) 本身 存在缺陷，遭受对地雷击，产生的感应火花引燃罐内的油气所致；1 9 9 7 年6 月2 7 日2 1 时2 6 分，北京东方化工厂灌区特大火灾和爆炸事故【1 1 ，火势严重扩展，大火 至6 月3 0 日4 时5 5 分才完全熄灭，这是一起国内外罕见的特大事故。此次事故中 共9 人死亡，经济损失巨大，造成恶劣影响。专家组认定的“6 2 7 ”特大事故是由 于【2 】操作工人错开阀门，使得泵出的轻柴油溢入处于满载的石脑油罐。“冒顶”溢出 的石脑油及油气在大气中迅速扩散，使某些区域的油气浓度达到爆炸范围，遇到火 源引发泵房及石脑油灌区的一系列爆炸和燃烧，随后，临近的乙烯储罐，被烧烤引 起爆炸。大强度爆炸驱动的可燃物形成火球和“火雨 向四周喷射，导致强烈的破 坏。 据我国1 9 4 9 - 1 9 8 2 年3 3 年间发生的化学工业事故统计资料【3 a 】：各种事故所造 成的死亡人数中，以火灾、爆炸、中毒事故为最多，占2 0 3 ，居第一位，远高于 其他类型的事故。改革开放以来，大中小型化工建设项目如雨后春笋般迅猛发展， 火灾、爆炸和中毒事故随之大幅度增多。1 9 9 6 n 2 0 0 0 年我国化工行业统计的1 0 6 0 起 伤亡事故中，造成死亡人数最多的是化学爆炸事故，占总死亡人数的2 4 7 7 。据 1 9 7 9 - - 1 9 8 8 年全国2 8 个省市化肥、化工、炼油行业生产的不完全统计，化工设备共 发生火灾爆炸事故2 5 2 起，占全部设备重大事故的4 5 7 。1 9 8 3 1 9 8 7 年全国炼油 生产过程中发生的爆炸事故约占事故总数的4 0 以上。 国外发达国家的火灾、爆炸和中毒事故也层出不穷，一些发达国家的统计资料 表明，在工业企业发生的爆炸事故中，化工企业占三分之一，据日本【4 】报道，仅1 9 7 2 年1 1 月1 9 7 4 年4 月的一年半内，日本的石油化工厂发生了二十次重大火灾爆炸事 故。因此预防和控制石化行业火灾、爆炸和中毒事故的发生，对于减少人员伤亡、 财产损失和保护环境，维护社会稳定具有十分重要的意义，开展石油化工行业的安 全评价，降低事故发生率，减少事故损失也日益为人们所重视。 北京化t 大学硕上学位论文 1 2 国内外安全评价研究与发展现状 安全评价也称安全性评价，或称危险性评价、风险评价。“评价”( a s s e s s m e n t ) 也有人译为“评估”【3 1 。安全评价是对系统发生事故的危险性进行定性或定量分析， 评价系统发生危险的可能性及其严重程度，以寻求最低的事故率、最少的损失和最 优的安全投资效益。安全评价是安全管理和决策科学化的基础，是依靠现代科学技 术预防事故的具体体现【5 ，6 ，7 1 。 1 2 1 国外安全评价方法研究史与现状 安全评价技术起源于2 0 世纪3 0 年代的保险业【引。第二次世界大战后，随着工 业过程同趋大型化和复杂化，尤其是石油化工工业的发展，生产中的火灾、爆炸、 毒气扩散等重大恶性事故不断发生，事故预防、安全管理受到广泛的重视【9 , 1 0 1 。但 最早也是由美国和以英国为中心的欧洲开始了这方面的研究。1 9 6 4 年美国道化学公 司最先推出了适用于化工企业的火灾、爆炸危险性评价方法。采用这种方法，有效 地防止了化工系统的火灾、爆炸事故。随着对这种方法的不断完善，经过几十年的 实践，到目前已经发展到第七版。1 9 7 6 年，以道化学公司的火灾、爆炸指数法第三 版为蓝本，日本劳动省公布了“化学联合企业安全评价”六阶段评价法等。1 9 7 9 年， 英国帝国化学工业公司蒙德部结合道化学法第三版并加以扩充，提出了i c im o n d 评价法【1 1 , 1 2 】。 6 0 年代后期，随着航空、航天、核工业等高新技术领域的发展，以概论j x l 险评 价( p r a ) 为代表的系统安全评价技术得到了迅速发展。该方法从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 ) 评价民用核电站的拉姆逊报告开始，继而有1 9 7 7 年的英国坎威岛( c a n v e yi s l a n d ) 石油化工联合企业的危险评价，1 9 7 9 年德国对1 9 座大型核电站的危险评价，1 9 7 9 年荷兰雷杰蒙德( r i j n m o n d ) 六项石油化工装置的 危险评价等都是使用概率评价方法。这些评价项目都耗费了大量的人力、物力，在 方法的讨论、数据的取舍、不确定性的研究以及灾害模型的研究等方面均有所建树， 对大型企业的危险评价方法影响较大。这种方法在系统结构简单、清晰，相同原件 的基础数据相互借鉴性强的行业得到了广泛应用，如在航空、航天、核能等领域。 另一方面，该方法要求数据准确、充分，分析过程完整，判断和假设合理。对于石 化、煤矿等行业，由于系统复杂，不确定性因素多，人员失误概率的估计十分困难， 因此，这类方法至今未能在此类行业中取得突破性进展。随着模糊概率理论的进一 步发展，概率风险评价方法的缺陷将会得到一定程度的克服【1 3 】。但是使用概率风险 评价方法需要取得组成系统各零件和子系统发生故障的概率数据，目前在民用工业 2 第一章绪论 系统中，这类数据的积累还很不充分，是使用这一方法的根本性障碍。英国以原子 能公司为中心，从6 0 年代中期就开始收集有关核电站的数据，建立了故障数据库和 可靠性服务所，对系统的安全性和可靠性问题，采用概率风险评价方法。此后，这 类评价方法已经在工业发达国家的许多项目中得到了广泛的应用，逐步形成了一系 列以概率论为基础的不同的安全评价方法。最常用的评价方法有故障树分析( f t a ) 、 事件树分析( e t a ) 、危险可操作性研究( h a z o p s ) 、预先危险性分析( p h a ) 等【1 4 , 1 5 】。 2 0 世纪7 0 年代以后，随着科学技术的进一步发展，石油化工和运输等行业一 次性处理易燃、易爆、有毒危险品的数量越来越大，重大火灾、爆炸、毒气泄漏事 故的发生频率增加，后果更加严型1 6 1 。例如：1 9 7 4 年英国夫利克斯保罗( f l i x b o r o u g h ) 化工厂发生的环己烷蒸汽云爆炸事故中，死亡2 8 人、受伤8 9 人、2 4 5 0 栋房屋损坏， 直接经济损失达7 0 0 万美元；1 9 7 6 年意大利的赛韦索工厂发生大量环己烷泄漏事故， 使3 0 人受伤、2 2 万人疏散【l 】；1 9 8 4 年墨西哥城液化石油气供应中心站发生爆炸， 事故中约有4 9 0 人死亡、4 0 0 0 多人受伤、另有9 0 0 多人失踪，1 2 0 万人撤离家园， 供应站内所有设施毁损殆剧l 】；1 9 8 8 年英国北海石油平台因天然气压缩间发生大量 泄漏而大爆炸，在平台上工作的2 3 0 余名工作人员仅6 7 人幸免于难，使英国北海油 田减产1 2 t l j ；1 9 8 4 年1 2 月3 日印度博帕尔联合碳化公司发生5 5 吨甲基异氰酸酯 泄漏事故，造成2 5 0 0 多人中毒死亡，2 0 余万人中毒，其中5 万人失明，全世界为 之震惊【i 】。这些震惊世界的惨祸，在社会上引起强烈的反响，世界各国都成立了专 门的机构以加强对危险源的评价和控制工作。 1 2 2 国内安全评价研究与发展现状 安全系统工程于二十世纪八十年代初期引入我国，并受到许多大中型企业和行 业管理部门的高度重视，通过翻译、消化和吸收国外安全检查表和安全分析评价方 法，机械、冶金、化工、航天、航空等行业的有关企业开始应用简单的安全分析评 价方法，如安全检查表、事故树分析等。此外，一些石油、化工等易燃、易爆危险 性较大的企业，也应用道化学公司的火灾、爆炸危险指数评价方法进行了企业危险 评价【1 7 】。许多行业和地方政府有关部门制定了安全检查表和安全评价标准。 为了推动和促进危险评价方法在我国企业安全管理中的实践和应用，1 9 8 6 年劳 动人事部门分别向有关科研单位下达了机械工厂危险程度分级、化工厂危险程度分 级等科研项目。 1 9 8 7 年机械电子部首先提出了在机械行业内开展机械工厂安全评价，并于1 9 8 8 年颁布了第一个部安全评价标准机械工厂安全评价标准。 由原化工部劳动保护研究所提出的化工厂危险程度分级方法是在吸收道化学公 司火灾、爆炸危险指数评价方法的基础上，通过计算物质指数、物量指数和工艺系 3 北京化t 大学硕上学位论文 数、设备系数、厂房系数、安全系数、环境系数等，得出工厂的固有危险指数，进 行固有危险性分级，用工厂安全管理的等级修正后，得出工厂的危险等级。 除上述危险程度分级方法外，我国有关部门还颁布了医药工业企业安全性评 价通则、航空航天工业工厂安全性评价规程、石化企业安全性综合评价办法、 电子企业安全性评价标准、兵器工业机械工厂安全性评价方法和标准等。 1 9 9 1 年国家“八五”科技攻关课题中，危险评价方法研究列为重点攻关项目。 由劳动部劳动保护科学研究所等单位完成了我国“八五”国家科技攻关专题“易燃、 易爆、有毒重大危险源辨识、评价技术研究 【l8 1 。易燃、易爆、有毒重大危险源辨 识评价方法填补了我国跨行业重大危险源评价方法的空白，在事故严重度评价中建 立了伤害模型库，采用定量的计算方法，使我国工业危险评价方法的研究从定性评 价进入定量评价阶段。实际应用表明，使用该方法得到的评价结果科学、合理，符 合中国国情。该项成果与1 9 9 6 年获国家“八五科技攻关重大成果奖，1 9 9 7 年获 劳动部科技进步一等奖。目前，易燃、易爆、有毒重大危险源辨识评价方法正在全 国推广应用。 1 2 3 常见安全评价方法小结 前文提到了一些常见的安全评价方法，它们各有优劣，适用范围也不尽相同， 详细比较见表1 1 。 表1 1 中的安全检查表s c l 、预先危险性分析p h a 和危险性与可操作性研究方 法都属于定性评价方法【l9 1 。这些定性评价方法不对危险性进行量化处理，只是由参 与评价的人员凭借自己所掌握的知识、经验，对照有关的标准、规范，或者根据同 类系统或类似系统以往的事故统计资料，找出系统中存在的危险因素以及这些危险 因素引发事故的条件，同时提出安全控制措施。这类评价方法受评价人员的经验、 思维倾向、分析判断能力以及所占有资料的影响较大，评价结果总体来说比较粗略， 只能大概地了解系统的危险程度。 表1 1 中其余的八种评价方法属于定量评价方法。这些定量评价方法是在定性 评价的基础上，进一步研究事故与其影响因素之间的数量关系，从而给出系统的危 险性等级。因为定量评价能够比较精确地描述系统的危险性，故而在危险性评价中 得到了广泛的应用【2 0 1 。根据对危险性量化形式的不同，定量评价又分为相对的危险 性评价和概率的危险性评价。其中，道化学火灾爆炸指数法( d o w ) 、英国帝国化学 公司蒙德法( m o n d ) 、日本劳动省六阶段法和格雷厄姆金尼法( l e c ) 属于相对的危 险性评价方法。相对的危险性评价方法是对系统中存在的各种危险因素，按照一定 的标准打分( 指数或点数) ，然后运用某种数学方法将各项分值综合成一个指数( 或 4 第一章绪论 点数) ，进而根据指数( 或点数) 值确定系统的危险性，故又有人称之为指数法或评 点法。这类方法虽然也受评价者主观因素的影响，评价结果不能极为精确地反映系 统的客观状况，但这类方法应用起来较为简单，且评价结果能够被实际生产所接受， 因此目前广泛应用于工业企业的安全评价工作中。 故障类型和影响分析f e m a 、故障类型和影响危险性分析f m e c a 、事件树e t a 和事故树f t a 2 l j 属于概率的危险性评价方法。概率的危险性评价方法是一种以可靠 性为基础的评价方法，通过这些方法的运用，查找出系统可能的故障或事故模式， 并根据已经积累的故障和事故数据，计算出待评价系统的故障或事故发生概率，进 而计算出系统的风险率，和可接受的风险值，通过比较来评价系统是否安全。换句 话说，概率的危险性评价方法是运用风险率来衡量系统的危险程度的一种方法。由 于这类评价方法的评价结果是根据大量数据统计资料，经科学计算得出的，故它能 够较好地反映系统危险性的真实大小，但从操作的角度来看，这些方法需要收集的 资料较多，评价起来较为复杂，故在实际的安全评价工作中较难实现【2 2 1 。 表1 - 1 安全评价方法比较表 t a b l e1 1m e t h o l d so fh a z a r d o u sa s s e s s m e n t 评价方法评价目标方法特点适用范围 安全检查表危险有害冈按事先编制的有标准要求的检奄表逐项检查；各类系统的设 s c l素分析；安按规定标准赋分，评定安全等级计、验收、运行、 全等级管理、事故凋查 预先危险性分危险有害因分析系统存在的危险、有害冈素、出发条件、各类系统设计、 析p h a素分析；安事故类型；评定危险性等级施工、生产维修 全等级前的概略分析和 评价 故障类型和影故障( 事故)列表、分析系统( 单元、元件) 事故类型、故机械电气系统、 响分析f e m a原冈影响程障原冈、故障影响评定影响程序等级局部工艺过程， 度等级事故分析 故障类型和影故障原因故列表、分析系统( 单元、元件) 事故类型、故机械电气系统、 响危险性分析障等级危险障原因、故障影响评定影响程序等级。在f e m a局部工艺过程， f m e c a 指数基础上，由元素故障概率、系统重大故障概率事故分析 计算系统危险性指数 事件树e t a事故原冈出归纳法，由初始事件判断系统事故原因及条各类局部工艺过 发条件事故件；由各事件概率计算系统事故概率程、生产设备、 概率装置事故分析 事故树f t a事故原冈；演绎法，由事故和基本时间逻辑推断事故原 宇航、核电、工 事故概率因；由基本事件概率计算系统事故概率艺设备等复杂系 统事故分析 格雷厄姆金尼危险性等级按规定对系统的事故发生可能性、人员暴露情格雷生产作业条 法l e c况，危险程序赋分，计算后评定危险性等级件 5 北京化t 大学硕上学位论文 续表： 道化学火灾爆炸指数火灾爆炸危险性等级根据物质、工艺危险性生产、储存、处理燃烧、 法d o w 事故损失计算火灾爆炸指数，判爆炸、化学活泼性、有 断采取措施前后的系毒物质的工艺过程及 统整体危险性，由影响其他有关工艺系统 范围、单元破坏系数计 算整体经济、停产损久 帝国化学公司蒙德法火灾、爆炸、毒性及系由物质、工艺、毒性、生产、储存、处理燃、 m o n d 统整体危险性等级布置危险计算采取措爆、化学活泼性、有毒 施前后的火灾、爆炸、物质的t 艺过程及其 毒性和整体危险性指他有关上艺系统 数，评定各类危险性等 级 日本劳动省六阶段法危险性等级 检查表法定性评价，基化上厂和有关装置的 准局法定量评价，采取安全分析 措施，用类比资料复 评，1 级危险性装置用 f t a 等方法再评价 危险性与可操作性研偏离及其原冈、后果、通过讨论，分析系统可 化工系统、热力水力系 究对系统的影响能出现的偏离、偏离原 统的安全分析 因、偏离后果及对整个 系统的影响 1 3 重大事故后果分析的研究进展及软件介绍 通过对引言中重大事故的分析，我们可以发现这些事故有一个共同的特征：失 控事件引起火灾、爆炸或有毒物质泄漏，导致厂内外人员大量死亡，或者导致财产 损失和环境的严重破坏，或二者兼而有之。一再发生的重大事故逐步的使人们意识 到现代工业生产所带来的潜在巨大危险。因此，2 0 世纪7 0 年代以来，预防重大事 故已成为全球范围内的重点研究领域之一。随之也产生了“重大事故( m a j o r ) ”、“重 大危险源( m a j o rh a z a r d s ) ”、“重大危险设施( m a j o rh a z a r d si n s t a l l a t i o n ) ”、“重大 危险源控制( m a j o rh a z a r dc o n t r 0 1 ) 等概念【2 3 】。 1 3 1 重大事故和重大危险源的定义 在国际劳工局的重大事故控制实用手册中将重大事故定义为：“在工业活动 的过程中失控的一种或几种危险物质引起的严重泄漏、火灾和爆炸事件，导致对厂 内外人员严重危险( 当时或以后的) 和对环境的严重危害 【2 3 】。 国家标准重大危险源辨识( g b l 8 2 1 8 - 2 0 0 0 ) 中将危险源定义为：长期或临时 6 第一章绪论 地生产、加工、搬运、使用或储存危险物质，且危险物的数量等于或超过临界量的 单元。经反复研讨、论证和征求意见后，结合消防部门灭火救援中，火灾、爆炸和 毒害最为突出的实际。我们将“重大危险源”定义为“有可能发生造成重大人员伤 亡，重大财产损失的火灾、爆炸、毒害等灾害事故的场所或设施”。 1 3 2 重大事故后果分析的研究及进展 1 9 9 3 年6 月国际工大会通过了预防重大工业事故公约。该公约敦促各国制 定和实施预防重大事故的国家法规，采取最有效的安全工程技术和管理方法，预防 和控制重大事故的发生。 在我国，针对重大事故控制的探索和研究也在不断的进行当中，同时也积累了 一定的经验。我国从八十年代开始了危险源的辨识、评价和控制工作，并在生产实 践中加以应用。化工、机械、冶金、石化等工业部门陆续颁发了适用于各行业的企 业安全评价方法和标准；国家“八五 科技攻关课题“重大危险源宏观控制技术研 究”也提出了我国的重大危险源的辨识标准，重大危险源评价和控制技术【2 4 1 。 重大事故一旦发生不仅会造成严重人员伤亡和财产损失，在社会上造成恶劣的 负面影响，并且会严重破坏或污染环境。因此，对重大事故的控制和预防也涉及到 环境保护的领域。联合国环境规划署( u n e p ) 于1 9 8 6 年提出了“地区性紧急事故 的认识和准备”计划( a w a r e n e s sa n dp r e p a r e d n e s sf o re m e r g e n c i e sa tl o c a ll e v e l ， a p e l l ，简称阿佩尔计划) 。该计划的宗旨在于促使公众产生和增强对社区中可能 产生的突发事故的意识；制定对可能发生的事故的合作行动计划；特别是加强对事 故的预防工作。 1 3 3 重大事故后果分析的软件介绍 危险评价软件的研究和开发是一项复杂的技术工作，英国、美国、荷兰、意大 利、法国、挪威等工业发达国家从7 0 年代以来就开始进行研究，目前已有几十中危 险评价软件包得到了成功的应用。国外比较常用的软件有美国t e c h n o l o g ya n d m a n a g e m e n ts y s t e m 公司开发的s a f e m o d e ( s a f e t ya s s e s s m e n tf o re f f e c t i v e m a n a g e m e n to f d a n g e r o u se v e n t s ) 定量危险性评价软件和由美国环境保护中心( u s d i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na f e n c y ) 2 5 】等四部门联合发布的a l o h a 气体 扩散范围模拟预测软件。英国t e c h n i c al t d 公司开发的用于化工厂和其他类型工 厂及交通运输行业定量危险分析和危险评价的软件包s a f e t i ( s o f t w a r ef o r a s s e s s m e n to ff l a m m a b l e ，e x p l o s i v et o x i ci m p a c t ) ；定量评价石油、化工、天然气等 设施工业危险性的，可及时估计可能发生的火灾、爆炸、毒物泄漏事故后果的 7 北京化工大学顾十学位论文 w h z a n 系统；适用于应急救援方案的制定者和安全管理人员的p h a s t ( p r o c e s s h a z a r da n a l y s i ss c r e e n i n gt 0 0 1 ) 系统等。荷兰应用科学研究院( t n o ) 于1 9 8 5 年开 发的具有危险评价和建模功能的e f f e c t s 系统和1 9 9 0 年开发的适用于工业活动定 量危险分析的r i s k c u r v e s 系统。意大利t e m a 公司开发的s t a 公司1 9 8 9 年开 发的适用于制定安全计划、应急反应、居民迁移、安全报告等的s t r a 系统【2 6 1 。国 内如东北大学开发的n e f e c t 等。 重大事故严重地威胁着人类的生产作业安全、身体健康、生态环境和人类社会 的可持续性发展。对重大事故进行后果分析，可以使企业在以后的生产过程中尽可 能多的防止事故的发生；当事故发生时，可以防止事故进一步扩大，减少事故造成 的损失和伤害；为应急救援方案的制定提供理论依据；在工艺设计的初期，帮助设 计者改进工艺设计，尽可能地增加安全设施。事故后果分析在越来越重视安全生产 的今天，逐渐发挥更加重要的作用。 1 4 本文研究的主要内容及重要意义 重大事故后果分析是安全评价的一个重要组成部分，其目的在于定量地描述一 个可能发生的重大事故对工厂、厂内职工、厂外居民，甚至对环境造成危害的严重 程度。如何对可能发生或已经发生重大事故进行后果分析，又怎样通过事故分析得 到的后果进行有效利用，制定具有针对性的应急救援预案，就是本文需要重点解决 的问题。 根据重大事故的定义可知，火灾、爆炸、中毒是常见的重大事故，可能造成严 重的人员死亡和巨大的财产损失，影响社会安定。世界银行国际信贷公司( i f c ) 编写的工业污染事故评价技术手册【2 7 】( 以下简称世行标准) 中提出的易燃、易 爆和有毒等危险物质的泄漏、扩散、火灾、爆炸和中毒等重大工业事故的事故模型 和计算事故后果严重度的公式，主要用于重大工业事故的评价。世行标准是重大事 故后果分析的最常用的国际标准之一。 但是由于计算机技术尚未普及，世行标准主要依靠分析人员人工分析的方法来 计算事故后果。但是用人工分析的方法来评价后果，过程相当复杂，不仅需要依赖 分析人员的丰富经验，计算过程中可能出现失误，而且世行标准中部分计算模型或 公式已经被最新的计算模型所代替。同时，世行标准仅关注事故后果的计算，而这 只是事故安全分析的一个环节。 针对上述问题，本文提出一套基于世行标准的事故分析方案。该方案以世行标 准为基础，共分为三个部分，即危险源辨识、后果计算和应急救援。首先对危险源 进行辨识，确定重大危险源的场所和相关信息，为计算可能出现的重大事故后果的 8 第一章绪论 计算奠定基础；然后利用计算机软件，对事故后果进行计算和模拟；最后根据计算 结果，提出相应的安全措施和应急预案，有效配置应急资源。在世行标准原人工分 析的基础，通过对分析流程加以改进，使其适用于计算机化，同时，也引进了其他 国内外标准中部分最新的后果计算公式，并新增粉尘爆炸事故的分析流程和灼伤事 故的计算模型。分析事故后果为企业或企业主管部门提供关于重大事故后果的信息， 为企业决策者和设计者提供关于决策采取何种防护措施的信息，如防火系统、报警 系统或减压系统等的信息，制定应急救援方案，以达到减轻事故影响的目的。 下面简单介绍一下本论文的大体结构。 第一章：介绍对重大事故进行后果分析的意义及其发展现状。指出当前事故后 果分析对于我国社会和经济发展的重要意义，并简单介绍了事故安全分析的发展现 状，以及目前广泛应用的各种技术、方法和软件，指出了当前分析方法存在的一些 问题，最后，概述本论文的主要内容。 第二章：详细介绍了世行标准的事故后果分析方法( 以人工方式进行) ，重点介 绍世行标准的应用背景、目的，评价过程。 第三章：以世行标准的事故后果分析方法为基础介绍了事故后果分析的新方案。 该新方案包括对可能发生事故的危险源进行辨识，软件模拟事故后果的计算和应急 救援三部分。首先介绍了在庞大工厂中开展危险源辨识的方法和步骤，然后重点介 绍了使用计算机模拟事故后果计算时，对世行标准中事故分析流程改进、新增粉尘 爆炸事故的分析方法和部分最新的计算模型，最后探讨了我国应急救援系统中存在 的问题，指出解决之道，并根据事故严重程度讨论应急救援的响应程序。 第四章：介绍软件的设计方法、原则和过程。制订了软件的设计原则、功能目 标、技术路线；使用u m l ( 统一建模语言) 建模技术来描述系统，给出部分用例模 型、动态结构模型及静态结构模型；阐述了人机界面的设计准则等。 第五章：在上章的基础上，利用v c 6 0 对软件进行编程实现。根据软件的功能 要求，分三个模块进行实现，包括数据连接和处理模块、流程分析与选择模块、计 算模块、后果处理模块等。 第六章：通过案例分析介绍在实际评价过程中，本文提出的方案的应用方法和 效果。实例表明，本文提出的解决方案在实际事故分析过程中，能较好地实现预期 目标。 第七章：对本文进行总结。 9 第二章世行标准简介 第二章世行标准简介 2 1 世行标准应用背景和目的 世界银行国际信贷公司( i f c ) 对其资助的工业发展项目都要进行评价和监督， 作为其中的内容之一，它要对工业发展项目可能给人民及环境带来的危害作出评价， 并对用来控制这种危害措施的可靠性和有效性进行评价。为了帮助和指导评估工作， 环境与科学事务署编制了“世界银行在发展中国家分析和控制主要公害设备的鉴定 准则”【2 7 1 。要完成手册所述的工作，必须对提出的工业发展项目进行公害分析，以 确定其有毒、易燃或爆炸性物质的泄漏事故将引起怎样的破坏后果。公害分析将鉴 别出可能造成公害物质及导致泄漏的因素，如存在对生命及财产造成严重危害的因 素，则应设法减少将由其引起的破坏。为此，可采取的措施有更改工艺，减少危险 品的贮量，设置坚固的备用贮存系统，改进现场布局，搬迁到另一个地方，改进控 制和管理技术等。如果采用上述方法仍不能减少发生破坏的可能性，则应进行风险 分析。风险分析将计算事故发生的可能性，确定是否可通过改变制造工艺、安全措 施、培训、试验及保养过程来减少这一可能性。危险分析最后可能指出所提出的工 艺和厂址会对周围地区构成超出承受范围的威胁，需另选新的厂址。 该标准的事故风险分析估测过程可用于现有操作、改造或扩建设计。其目的在 于以相对简单的形式( 人工分析) 提供评价有毒、易燃或易爆物质泄漏到大气中所 致后果的技术。 2 2 世行标准评价过程 2 2 1 世行标准后果分析步骤 石化企业安全分析的基本过程是：找出潜在性事故；计算出每一事故中公害物 质的泄漏量；计算事故对工厂设备、人群、环境的影响及其性质。这个过程可用于 整个工厂，也可用于工厂的一部分。但是如果将这个过程应用于大型工厂，是非常 复杂和困难的，需要进行简化。有些简化是有效地进行公害分析所广泛采用的一种 技术，例如，将工厂分解成易处理的单元、避免不必要的计算、整理计算的大量结 果等。整个工厂的安全分析可分成十四个主要步骤，具体见图2 1 ： 北京化t 大学硕j ：学位论文 r 打 l 一_ j f 将现场划分为各个单元 2 将各单元分成容器和管道j | 4 按清单内内容将容器排列一 分类 5 找出并容器和管道代表性 的泄漏情况 6 合并同类泄漏物 7计j v - 泄零竺 t ( 9 计算结果 ，。 整理结果 i - ， 划出泄漏影响范围 - 2 估计事故发生率 3 对泄漏做出评价 - 4 考虑补救措施 图2 - 1 危害分析步骤图 f i g2 - 1s 仃u c t l l r i eo fah a z a r da a n l y s i s 1 2 第二章世行标准简介 一、划分各功能单元 每一功能单元至少应包括一个危险物质的主要贮存容器或管道。每一功能单元 要设有边界，在泄漏事故中应有能将其中的容器或管道与所有其他单元分隔开的地 方。 泄漏通常发生在单元内的某一点上，如果单元内的各个部分是相互独立的，则 最好再把这个单元划分为若干个子单元。 二、将单元分解成各个部分 必须将每一个单元分解成常发生故障的关键设备或部件。常见的关键设备共十 大类，将在3 1 危险源辨识中详细介绍。 三、计算各危险源内危险物质的贮量 危险物质贮量的清单可通过工艺流程及管线设备图来获取。所有清单应包括物 料类型、相态、压力、温度及体积或质量等。 四、根据清单对危险源进行排列 根据世行标准参考附录中列出的不同物料的最小贮量值( 大于该贮量，则有可 能发生危险事故) ，确定需要进行安全评价的物料。 五、找出各危险源中典型的事故 对每一容器、部件和管道仅需考虑最经常发生的故障情况，不同设备的故障情 况将在3 1 危险源辨识中详细介绍。 六、合并同类泄漏 为了减少计算量，可将类似的泄漏合并或划分为一组考虑。 七、计算泄漏率 故障发生后，首先判断泄漏量，具体泄漏模型见附录a 中公式a 1 至a 一7 。 八、合并同类泄漏 为了进一步减少计算量，可将在温度相近的条件下，具有相似的泄漏率或物料 量的泄漏合并成一组。 九、计算后果 这是世行标准最为关键的一环，其中涉及多种计算模型和公式，还与现场的地 理环境、气候、人口等各种因素相关联，计算极其复杂，计算量非常大( 详见附录 a ) 。 十、整理结果 将计算的后果整理出来，形成表格2 - 1 ： 1 3 北京化t 大学硕上学位论文 表2 - 1 从分析结果得到的影响距离 t a b l e2 1r e s u l tf r o m 冲击燃烧 形式 池火喷射火火球突发火 r ( 3 7 5 )r ( 3 7 5 )r ( 3 7 5 )r ( 3 7 5 ) 死亡 5 0 5 0 5 0 5 0 结构损害中等中等中等 中等 风速稳定度 爆炸中毒 冲击波r ( 1 )冲击波r ( 2 )抛射r ( i d l h )r ( l c 5 0 ) l o o 5 0 5 0 严重 中等无无 十一、划出影响范围 计算出来的后果还应和当地的地形、人口相联系。每一泄漏事故的结果中应有 影响范围这一内容，从而可在事故发生地的地图上划出“影响半径”来，对危害影 响做出评估。 十二、测算事故频率 这个环节已经超出了世行标准的范围，但是一个完整的公害风险分析，应包括 可靠性和有效性分析。 十三、说明结果 分析者应确定所测算的工厂，事故对气工人和周围地区存在超出可承受范围的 威胁。 十四、选择和分析补救措施 如果后果超出了可承受范围，分析这必须考虑减少后果的方法。 2 2 2 泄漏物质的性质 泄漏情况一旦出现，分析者应该确定每一场合中泄漏物质的相关性质，包括相 态( 液体、气体或两相) 、压力、温度、易燃性、毒性。这些性质相互结合，可以得 到不同的泄漏类型。其中以下四种类型包括了大多数的泄漏性质及其组合，具体如 1 4 第二章世行标准简介 f ： a 、在常压下的液体( 液体、环境压力及温度) b 、受压下的液化气体( 液体、高压) c 、低温下液体气体( 液体、低温) d 、加压下的气体( 气体、高压) 另外，还有两种例外情况，分别是沸液膨胀蒸汽爆炸( b l e v e ) 和危险物质的混 合体。 沸液膨胀蒸汽爆炸是指如果易燃液体的压力贮罐着火，热量出入到罐中，产生 两种效应：增加罐内压力和减弱罐壳强度，特别是在没有湿润的顶部，这些作用可 使贮罐突然破裂，释放大量液体，并急剧气化、燃烧，形成气爆现象。气爆中产生 的碎片，危害巨大。 危险物质的混合体发生泄漏，分析比较麻烦。可以用下述近似的方法进行分析： 如果混合体主要是一种成分，则该成分的物理性质能够代表整个混合体。 如果混合体中只有一种有毒性的成分，则可用被稀释的该成分的毒性值及 混合体的物理性质共同计算。 2 2 3 世行标准的后果分析过程及方法 一种泄漏可以有许多不同的后果，分析者应从多方面考虑所有的后果，这是一 项复杂的工作。世行标准提供了“事故情况判断树形图及四种事故树形图 以帮助 分析者进行分析。这些图之所以被称为树，是因为它们以树的形式来描述事故的各 种后果。在每个节点或分枝上，向分析者提出一个相关的问题，以帮助分析者选择 适当的“事故树形图”。 根据危险物质清单和贮存条件，得到易燃、易爆、有毒的气体或液体等泄漏物 的物理性质，进而判断出泄漏事故所属的类型及与其相适用的事故树形图。 事故树形图共四种，即易燃气体事故树形图( 见图3 1 3 ) 、可燃液体事故树形 图( 见图3 一1 5 ) 、毒性气体事故树形图( 见3 1 7 ) 、毒性液体事故树形图( 见图3 1 9 ) 。 分析者根据这四种树形图中的问题进行判断和分析。事故情况判断树形图详见图 2 2 ： 1 5 北京化t 大学硕1 二学位论文 图2 - 2 事故情况判断树形图 f i g2 - 2f a i l u r ec a s ed e f i n i t i o nt r e e 2 2 4 世行标准的后果分析及其计算模型 世行