应急计划编制——风险评估、后果分析和风险评价

应急计划编制应急计划编制 风险评估 后果风险评估 后果 分析和风险评价分析和风险评价 本节是计划编制过程中计划小组最重要的工作 由于以后 小组的所有工作都是建立在这些分析结果的基础上 这个过程 也是风险管理规划中不可分割的部分 可见图 5 1 尽管风险评价和风险分析这些名词有时可以互换 但它们 的含义并不一样 完整的风险分析应该包括三部分 会出现什么事故 风险辨识 谁或什么会受到影响 后果分析 发生概率有多大 风险评价 每一步骤可根据复杂程度 给出定性或定量的结果 1 风险分析风险分析 无论什么类型的工厂和其复杂程度如何 危险评估都是进 行调查研究的第一步 化工厂常见的工业危险是 火灾 爆炸 毒气或有毒液体泄漏 尽管火灾不是最严重的危险 但却是最常见的 工厂和地 方政府已经积累了大量的消防经验 使得这类危险比其它两种 危险更易控制 此外 火灾事故发展的时间较其它两种危险缓 慢 这样可以使应急反应小队采取行动以减轻它的事故影响 甚至可以得到完全控制 非挥发性液体泄漏也有控制措施 可是对于爆炸或毒气泄 漏情况却不同 事实上 现有的对应措施很有限 对爆炸来说 更是如此 毒气泄漏主要措施是防护行动 例如疏散或安全避 难 而不是直接控制危险 此外易燃气体泄漏如果遇到临近火 源会发生爆炸 这样使泄漏事故更难处理 因此首要强调的是 事先预防 避免这样的事故发生 因为 1 毒气泄漏有不可控制的特点 2 它们对人生命 健康具有巨大的危害 3 事故可能波及到大众 目前毒气泄漏 事故得到特别重视 无论什么危险 危险评估过程可分为两步 即 1 危险辨识 2 频率分析 这两步要具体讨论 1 1 风险辨识 所有风险分析都是以辨识风险为第一步 风险可表述为一 个系统 工厂或工艺过程具有发生事故潜在能力的特性 因此 风险分析的第一步叫风险辨识 风险辨识应包括对所有风险的 检查 不管实际发生的可能性有多大 前面提到的三类风险总 是与存在危险物质或潜在的危险状态 如高压 有关 因此 调查小组应首先调查工厂大量存在哪些危险物质 例如 爆炸品 易燃物 可燃物 有毒物 有毒蒸气和气体 危害环境的物质 高温物质 低温物质 低温液化物质 高压气体或蒸气 高反应性物质 化学不稳定物质 压力敏感性物质 温度敏感性物质 导致火灾 爆炸或毒物泄漏事故的发生 只具有危险物质 是不够的 一定伴随一些事件发生 这些事件可分为 1 引发 事件 最初原因 2 中间事件 中间事件可进一步分为传播性 事件 会进一步向事故方向发展 和良性事件 即部分或全部 纠正异常情况 只有存在一些引发事件和中间事件 锁链可 升级为非期望事件 即事故 一些引发事件和传播性事件如 下列 设计失误 建造错误 设备功能失调 工艺参数偏离正常操作值 容器损坏 公用设施损坏 人员失误 维护不善或没有维护 自然因素 故意破坏 良性事件有 工艺参数偏差早期检测 操作人员正确改正 压力泄放设施启动 喷淋系统启动 安全系统启动 备用系统启动 火灾监测系统启动 火灾控制系统启动 破坏单元的隔离 反应计划的实施 其它良性事件 有许多方法可进行全面检查 小组可根据一些工艺设计和 安全文件进行辨识分析 例如 工艺流程图 仪表管道图 操作规程 物质安全数据单 控制逻辑图 有些方法用于辨识常见的风险状况 例如检查表 危险预 分析 道 dow 化学指数法 另一些更适合于确定导致事故 发生的序列和可能发生什么事故的分析方法 例如 如果 怎么 办 失效模式及其重度影响分析 危险与可操作性研究 事件 树和事故树分析 两种类型方法对于完整的风险辨识都是必须 的 计划小组的主要任务是根据计划的大小 复杂程度和危险 类型决定采取最适合的方法 此外 小组在进行调查或进一步 计划过程前 可将此项任务交给更有经验的专业人员 1 2 频率分析 完成风险分析不只是辨识出工厂中的危险 还需要确定事 故发生的概率 这常称为频率分析 因为概率常表示为事故发 生的频率 现在有许多频率分析办法 一方面 有对事件发生频率的 定性评定 例如 很可能 可能 不可能和极不可能 另一 方面 有对某一事件概率的定量描述 这种概率可表示为简单 事件的离散概率函数或不同结果的连续概率分布函数 例如 由于破裂造成液体从储罐中的泄漏量与储罐的灌装量 裂口大 小 裂口位置有关 泄漏量可以是 0 到总储存量之间的任何数 值 从概率理论讲 可确定出泄漏大小与发生概率之间的数学 关系 可是这个概率不是一个单独数值 它是连续分布函数 就是这样也可确定出泄漏量 随机变量 一定范围内的有限积 累概率 例如 可计算出泄漏量从 15000kg 到 90000kg 之间的 概率 约是 1 50000 年 风险辨识和定量频率分析可称为定量风险分析 但并不是 所有分析都采用这种方法 通常在整个风险分析的不同阶段 使用不同的方法 如果 怎么办 危险与可操作性研究 失 效模式与严重性分析 事故树分析用于识别导致事故发生的可 能事件 定量技术如定量事故树分析和事件树分析 与历史事 故数据结合使用 可以进行一个完整的定量危险评估 显然使用这些技术需要掌握基本方法和具有一定经验 因 此 这些分析方法应该由专门技术人员进行 也许需要计划小 组专门聘请专家来进行 同时也要注意并不是所有情况都需要 采用最复杂 严密的方法 2 后果分析后果分析 后果分析是针对所辨识出可能发生的事故对易受伤害区域 造成后果的估算 也就是 假定某一事故发生 确定出它对工 厂 人员和邻近地区大众的影响 这需要对所有风险分析中的 可能出现的事故场景都进行分析 后果分析一般分两步 第一步确定描述事故造成易受影响 地区危险的主要参数 例如在毒气泄漏事故中 主要参数是空 气中有毒物的浓度和暴露时间 由于它们决定了暴露区人员受 影响的大小 首先要分析泄漏发生后影响区内任意时间的毒物 浓度 显然此项工作是有难度的 因为它要求了解毒气在大气 中是如何运动和扩散机理 现在有一些描述泄漏和扩散的数学 模型 可预测泄漏化学物质在大气中浓度 它需要已知一些参 数如泄漏时间和泄漏量 泄漏化学物的物化特性 气象条件以 及其它相关参数 有许多商业软件如 charm degadis fem3 等 可计算产生烟羽和预测随时间的运动速度和造成毒害浓度 地区范围的大小 第二步是分析易受伤害区毒害作用与事故中各种变量值的 对应关系 如前面例子中 要求了解人员暴露在不同时间 不 同浓度下的健康效应 易受伤害点一般分为 人 环境 财产 应分别针对三种风险 火灾 爆炸和毒气泄漏 对这些易 受伤害点的影响进行评价 2 1 火灾和爆炸的后果分析 很多情况下 工业火灾主要影响后果是财产损失 也有历 史数据能够给出这类危险造成人员伤亡的情况 如果火灾有毒 化学物质挥发到空气中 或泄漏到水体中 那么对环境的影响 也是很严重的 道化学危险指数分级法提供了一些工厂火灾或 爆炸可能产生最大损害的有用信息 包括暴露面积 最大可能 财产损失和最大可能停工天数 如果以一定缓冲带把工厂和居 民区 商业区分隔开 公众就不会被火灾严重影响 爆炸对员工和公众的直接影响更为严重 许多文献记载的 多人死亡事故大多为爆炸事故 当然其中炸药事故占主要 大 多发生在化学工业早期年代 最近发生的许多大型爆炸事故主 要是易燃物蒸气泄漏 发生非限制性蒸气云爆炸引起的 爆炸的死亡人数与一定的爆炸强度的半径相关 爆炸半径 与等效 tnt 当量的 1 3 次方成正比 死亡率与等效 tnt 当量的 2 3 次方成反比 还有其它方法可用于计算爆炸影响半径和爆炸的死亡人数 前面提到的道化学指数法也可用于确定爆炸造成的危害 2 2 毒物泄漏和扩散模型 毒气泄漏扩散对人的影响最难预测 完整的后果分析要求 知道泄漏区毒气地面浓度随时间变化的整个过程 同样浓度值 的毒物对生命和健康影响的毒理学等知识 这样就可以确定出 危险区 泄漏扩散问题较为复杂 影响因素有很多 首先 确定源 泄漏模型就非常困难 因为泄漏时存在不同类型 泄放过程也 可分为连续的和瞬时的 此外泄漏物质的动量也随泄放率或泄 放速度变化 这些使模型更为复杂 如果泄漏物质为液体 在泄放点会形成液池 液池会以一 定速率蒸发 这与液体热力学性质 热源和周围大气的流体力 学性质 如风速 风向 湍流度 有关 第二个问题是毒气在大气中的扩散 可用各种模型进行模 拟 最简单情况是主导风向下高架烟囱的中性浮力污染物的扩 散 这种情况可采用高斯扩散模型 它的扩散参数需经过实验 确定或通过与大气湍流度有关的参数的关系式确定 可是这种模型对于比空气重的泄放气体并不适用 现在已 经有很多描述重气扩散现象的模型 有些还考虑地形条件和气 象条件 使模型变得更复杂 目前这些模型可以描述泄漏 扩散现象的以下方面 源泄放率 气体射流 液体射流 气液两相泄漏 闪蒸 液池蒸发 固定区域 延展式液池蒸发 多组分蒸发 中性气体烟羽扩散 重气扩散 大气稳定度效应 地面加热效应 地形影响 风场影响 将这些单个模型结合起来编成的软件从理论上可描述整个 泄漏扩散现象 这些模型能确定以时间 空间 泄漏类型 气 象条件和其它相关因素为变量的毒物浓度函数分布图 现在有 许多计算机商业软件可以预测毒气浓度分布图 这些软件可确 定出不同泄漏场景下的浓度分布 这在工厂风险分析和应急准 备中非常重要 很明显 由于泄漏现象本身的复杂性 最好的软件也不能 完全可靠地预测实际浓度分布 相同条件下 每次实验所做出 的结果也不尽相同 有时甚至有数量级的差异 这表明扩散过 程的内在随机可变性是准确预测泄漏扩散浓度的最大障碍 尽 管这样 泄漏的计算机模拟仍然是整体应急准备 特别是后果 分析中的重要内容 这些模型 以及应用它们确定出的伤害区范围 会在风险 评价甚至在风险管理中占有越来越重要的地位 实际目前在美 国某些州 如新泽西州 的立法中已经要求对某些使用极危险 物质的工厂的风险评价中 必须包括扩散分析 2 3 毒性数据和有关级别 使用扩散模型确定泄漏毒气影响区域 需要知道什么浓度 对生命和健康是危险的 这并不是个简单问题 目前 对这个 问题还没有一致的研究结果 许多因素使这个问题变得复杂 如 不同人群的所产生的效应会有很大差别 例如 年轻男性 和怀孕妇女或老年人 毒性效应和最大允许暴露浓度随暴露时间而变化 可降低现有最大允许暴露浓度极限有不同 安全系数 有不同允许浓度值 阈值和致死浓度 许多人的急性毒性数据是通过动物实验推算出的 许多化合物没有毒性数据 在几种确定 临界 浓度的方法中 对生命和健康有立即危 险的浓度 idlh 是最有效的 这个概念是由 niosh 用于确定 空气中使人无损伤 如眼刺激或肺 逃逸时的毒物浓度 这种 定义 主要考虑急性暴露数据 而基本不考虑慢性暴露数据 对任何一种物质 idlh 可通过哺乳动物短期暴露死亡的最低浓 度来确定 当没有数据时 idlh 也可以按其它毒性数据的百分 数来确定 最常使用可能导致严重健康损害或死亡的大气中物质浓度 定义称为 阈限值 以 idlh 浓度定义作为参考点 对于使用 idlh 浓度毒性泄 漏计算最大允许或 安全 浓度的安全系数的确定仍没有达成一 致 美国环保局定义自己的 警戒浓度级 为 idlh 的 1 10 无论什么定义 重要的是使用对大多数人口是安全的某浓 度值 作为计算有毒气体泄漏的基础 2 4 毒物泄漏影响区域计算 根据泄漏 扩散模型和有毒物质不同浓度的毒理学效应 就可以确定泄漏影响的区域范围 许多简单模型可用在这个方面 例如美国环保局推荐用于 初步调查的简单模型 该模型的依据是高斯分布扩散 计算泄 放率和某种泄放类型的后果效应还需要一些其它假设条件 一 旦最大允许浓度确定 这种简单模型就能确定泄漏影响的区域 这种情况下 区域是一个以泄漏源为中心的圆 其它确定方法通常是按照可信最严重后果来假设 它假定 瞬时条件下物质发生最大量泄漏 已知主导风向 且风速较低 例如 2km 小时 大气稳定度较高 按 pasquill gifford 方法 的 f 级表示 更复杂的方法是使用统一泄漏扩散过程的模型 这些模型 使用概率分析子模型 考虑风速 风向 大气稳定度 泄漏形 式等变量 结果按一定量泄漏物质达到某一浓度区域的概率表 示 2 5 毒物泄漏影响的人群计算 一旦知道毒物泄漏影响区域和该区域的人口密度 就可以 确定出受影响的人数 最简便的方法是按最坏情况考虑 假定 该区域生活和工作人员总出现这里 会受到事故的影响 当然 要计算事故影响的相应数值 也需要考虑人口每天出入情况 使用概率方法也能确定一个人在事故时出现在该区域的概率 防护措施 如使用个人防护设备 避难或疏散不在考虑之 内 从原理上 如果使用更为复杂的概率模型 计算中可以包 括这种防护措施的影响 3 风险评价风险评价 风险定义为危险发生对生命 财产和环境造成损害的概率 许多风险度量可根据危险类型和后果分析和易受伤害点的计算 来确定 通常总体风险是事故发生可能性和它们后果的函数 定性风险评价是最简单的方法 这种方法只使用定性概率 分析和定性后果分析 所有事故的风险根据它们的可能性和后 果进行排序 例如 用低 中 高定性排序系统表示出泄漏发 生的概率 同样评估事故后果也可这样进行 而风险以风险矩 阵的方式判别 人们可以忽略矩阵中频率和后果都很低的事件 集中考虑 那些最可能发生而且后果又最严重的事件 这种方法常用在预 先风险分析或后果不是很严重的情况下 更为有效但复杂的方法是把定量概率分析和定量后果分析 的结果结合起来进行定量风险评价 这种方法 原则上只要已 知计算模型中概率函数要求的数据 就可到达任何需要的复杂 程度 通常计算要进行简化 例如 概率分析和扩散模型可进 行很精细的计算 但假设是最坏情况下出现在影响区域的人数 时 会更简单 同样最坏情况假设可用在泄漏量和扩散模型中 如果使用定量方法 可能存在几种风险计算 个人风险评价 定义为一个人在工厂周围特定的地点位置 上由于所有发生事故造成的某种伤害 任何一点的个人风险等 于所有引起死亡伤害的概率的和 常见的伤害是死亡 例如 某人在工厂下风向某一位置 如果工厂发生爆炸或毒气泄漏该 人就必定会死亡 假定有两种情况是工厂所有可能发生的事故 那么这个人由于事故死亡的总体概率是这些概率之和 最大个人风险 在个人风险图上的最高值 通常 要考虑 至少有一个人在现场 无论大众平均风险如何 大多数人同意 个人在工厂周围工作或生活的最大风险有极限 平均个人风险 是由于工厂事故影响人员的平均风险的度 量 这个风险值是把每个风险值乘以暴露人口数再加起来 然 后除以总人口数 这为内部危险提供了很好的度量 可是这方法给出的数值 较低 如果风险人口很多 但大多是低风险区 这种情况会导 致计算结果较低 一些很危险的高风险区由于人口少或无危险 暴露而被平均掉了 因此 平均风险常与最大个人风险结合使 用 提供了更为全面的信息 事故后果 频率曲线 这是一种常用把严重事故后果作为 它们概率的函数的方法 这种方法要先确定出所有可能发生事 故和每种事故伤害的后果 死亡数 然后画出曲线图 x 轴 为死亡数 y 轴是所有设施发生所有事故产生死亡数的积累概 率 4 使用模型制定计划使用模型制定计划 4 1 简介 在确认可能的事故情况后 将使用事故泄漏模型技术来评 价事故的后果 事故泄漏模型对于评价危险物质的泄漏 火灾 热辐射 爆炸等及其影响区域或潜在的后果是很有用的 它能 使应急计划者通过决定潜在后果的程度 优先安排出许多不同 的紧急情况应急方案 并发展改进应急计划处理紧急事故 以下部分讨论利用事故后果模型制定紧急计划 4 2 后果分析 后果分析是用来决定事故的潜在影响区域的工具 让装置 设备的管理者和操作者做出应急计划并且做出能够降低危害的 决定 化工及石化企业已经有了大量的法规来确保所有设备的 安全 包括对建立应急计划及委员会的要求 对处理紧急情况 程序的要求等 健全的风险评价措施能够帮助制定对事故性泄 漏的应急策略 最新的信息与适当的系统对毒物泄漏的预测后 果及可能的影响区域能够很快的传达给应急队员 即应急队 消防部门 危险化学品应急队 生产设备必须进行后果分析 在一些方面也称为风险分析 以 符合职业安全卫生管理委员会所制定的关于处理现场暴露的工 艺安全管理的准则的要求 另外 环境保护部门和其它部门也 正在制定风险管理的准则 评价非现场的后果与危险 一些省 市也有法规要求对事故性泄漏的后果进行评价 建立模型 是 帮助这些评价的一个有用的工具 后果分析用来评价事故泄漏可能的影响区域 用事故的毒 物浓度 超压 热通量等形式来表示评价的后果 计划者或是 其他经过训练的人员能够使用事故泄漏模型 确认对人员的健 康 财产带来影响的脆弱的地理区域 评价的影响分布或等浓度线可以判别易受事故危害的区域 评价也能提供下列的识别 受暴露的人口 可能受到影响的现场设备 重要的现场外服务 例如医院 消防部门 桥梁 隧道 应急中心 脆弱地区或是可能影响正常操作的区域之间的通讯 设备 敏感的接受者 例如学校 教堂 护理中心和可能受到泄 漏影响撤退用的住房 用于后果分析的事故性泄漏模型提供了泄漏事故发生后的 化学品大气扩散的结果 人们所关心的是能引起人的急性伤害 的浓度水平 脆弱区域的范围取决于所泄漏的危险物质数量 速 率 气象条件 当地的地形地势的特征 扩散的浓度水平等 对于有毒气体的泄漏 影响区域或后果由下风向达到某种 气体浓度的扩散面积来确定 急性毒性的浓度一般可采用美国 工业卫生协会编制的应急计划指南 emergency planning guidelines 中的浓度级别 如果没有 erpg 浓度 可参照其他标 准 美国制造业协会推荐使用以下指南标准 表表 1 1 不可逆转或严重危害临界值不可逆转或严重危害临界值 优先性 指南 描述 来源 erpg 2 紧急情况应急指 美国工业卫生协 1南会 2 spegl 短期公众紧急情 况指南水平 国家研究委员会 3 stel 短期暴露水平 美国政府工业卫 生专家协会 acgih 4 tlv c 阈的极限值 最 高限 acgih 5 eegl 紧急暴露指南水 平 一小时的暴露限 国家研究委员会 6 3 occupational guideline twa 时间加权平均值 职业指南 twa 时间加权平均值 3 tlv twa 阈限值 时间加 权平均值 acgih 3 weel twa 工作环境暴露水 平 acgih 3 pel twa 允许的暴露水平 极限 职业安全与卫生 局 3 rel twa 推荐的暴露极限 国家职业安全卫 生研究院 表表 1 2 有生命威胁的影响临界值有生命威胁的影响临界值 优先性 指南 描述 来源 1 erpg 1 应急反应计划指南 美国工业卫生协会 2 1 hr l c50 30 lc50 30 美国环境保护局 在易燃性物质的泄漏中 对一个爆炸事故中的超压或是火 灾中的热通量的可能影响区域要做出评价 在这种情况下 影 响区域更像以燃烧源为中心的圆 这个区域受天气条件影响要 小于毒气云所受的影响 对于易燃 易爆性材料 燃烧下限被用 来确定脆弱区域 为了防止火灾 脆弱区域通过热辐射水平来 限定 在这个水平上有一段时间可以让人员免受烧伤的危害 对 于评价爆炸的适宜原则是可能引起较小的结构破坏及在开放空 间可能的人身伤害的超压水平 美国环保局推荐了下列判断原则 爆炸 峰值超压为 7000 帕 房间开始受到部分破坏的阈值 峰值超压为 15000 帕 耳膜破裂或是能引起严重的结构性 破坏的阈值 池火灾 4kw m2 米的辐射热通量 90 秒暴露时 是二度烧伤的阈值 火球 5kw m2 的辐射热通量 60 秒暴露时 是二度烧伤的阈值 闪火 易燃性物质的燃烧下限的一半 作为可以引起闪火的燃烧 和热辐射阈值 此时能引起对公众安全和健康的损坏 4 3 使用模型来制定应急计划 1 输入的必要数据 在危险评价中的第一步应是正确的定义泄漏情况 已经在 前面提供了这样的讨论 对于给定的情况 为了正确的预测泄 漏的化学品在空气中的扩散方式 必须定义一些源和一些环境 参数 需要的泄漏源的信息包括 化学组成 成分和相态 总储量 泄漏物质的热力学参数 压力 温度 焓 气体泄 漏 液体泄漏的空间状态 有关的外界环境条件是温度 风速 大气的稳定性 地面温度等 扩散计算中所需要的源条件也由泄漏类型 液体 气体 混合相 气溶胶 以及持续时间 连续 瞬时 短暂 所决定 某些源泄漏场景有 管道或容器的泄漏 泄压装置的泄漏 泄压阀或防爆片 从液池或土壤的蒸发 高速泄漏 容器失效 根据泄漏源条件 存在几种可能的扩散方式 它取决于云 团的密度 重气 中性或轻气 泄漏源冲量和大气湍流 密 度作用包括云团的上升与下降 沿地面重气体的重力下沉和密 度稳定分层 源冲量增强了上升射流的混合作用和与地面流动 的相互作用 风力使云团移动 大气湍