第三章 源项分析 第二部分

环境风险评价环境工程专业2021级第三章源项分析

3.2.3化学反响危险性识别化学反响分为普通化学反响和危险性化学反响。危险性化学反响包括爆炸反响、放热反响、生成爆炸性混合物或有害物质的反响。在化工生产运转中经常遇到等温反响、绝热反响和非等温非绝热反响，这些反响如果控制不当有可能产生事故危险。举例：第三章源项分析

有机化工中常见的加氢复原反响，反响用的氢爆炸极限为4%—75%，如果操作失误或设备泄漏，都极易引起爆炸。〔如酰氯RCOCl容易在钯的催化下发生氢化反响生成醛，也叫Rosenmund反响，要求反响前必须用氮置换掉反响气和管道内的空气，催化剂钯有毒且容易自燃〕绝大多数氧化反响都是放热反响。这些反响很多是易燃易爆物质〔如甲烷、乙烯、甲醇、氨等〕与空气或氧气反响，其物料配比接近爆炸下限。倘假设配比及反响温度控制失调，即能发生爆炸燃烧。第三章源项分析

硝化反响是放热反响，温度越高，硝化反响速率越快，放出的热量越多，极易造成温度失控而爆炸。所以硝化反响器要有良好的冷却和搅拌，不得中途停水断电及搅拌系统发生故障。要有严格的温度控制系统及报警系统，遇有超温或搅拌故障，能自动报警并自动停止加料。反响物料不得有油类、醋酐、甘油、醇类等有机杂质，含水也不能过高，否那么与酸易发生燃烧爆炸。磺化反响使用的磺化剂主要是浓硫酸、发烟硫酸和硫酸酐，都是强烈的吸水剂。吸水时放热，会引起温度升高，甚至发生爆炸。第三章源项分析

氯化反响是放热反响。有些反响比较容易进行，如芳烃氯化反响温度较低，而烷烃和烯烃氯化那么温度高达300～500℃。在这样苛刻的反响条件下，一定要控制好反响温度、配料比和进料速度；反响器要有良好的冷却系统；设备和管道要耐腐蚀，因为氯气和氯化产物(氯化氢)的腐蚀性极强。第三章源项分析

3.2.4工艺过程危险性识别工艺系统的危险性识别需要采用平安系统分析方法。平安系统分析方法有多种，如平安检查表〔CL〕、初步危险性分析〔PHA〕、故障模式影响分析〔FMEA〕、危险性操作法〔HAZOP〕、致命度〔危害度〕分析〔CA〕、日本劳动省六阶段法、道化学〔DowsChemicalCo.〕指数法、蒙德法〔ICI.Mend〕等。1．平安检查表平安检查表是识别潜在危险的简单实用的工具。先将评价系统分成假设干子系统、单元等，利用已有的经验和知识，拟定好平安问题清单，附以有关标准要求，按顺序编制成表。第三章源项分析

第三章源项分析

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平安检查表的编制程序平安检查表的编制程序如下图。第三章源项分析

常用的平安检查表形式第三章源项分析

常用的平安检查表形式第三章源项分析

平安检查表的优缺点平安检查表的优点是，突出重点，防止遗漏，便于发现和查明各种危险因素。其缺点是，没有给出潜在事故情况和风险等级。第三章源项分析

2.初步危险性分析〔危险性预分析PHA〕初步〔预先〕危险性分析是一种定性分析系统内危险因素和危险程度的方法。是在每项生产活动之前，特别是在设计开始阶段，预先对系统存在的危险性类别、出现条件、导致事故后果等作客观概略分析。〔1〕分析内容及对象：危险的零部件；系统各单元的交接面；环境及其影响因素；人员失误。第三章源项分析

〔2〕分析步骤：根据以往的经验，分析对象出现事故的可能类型；分析生产环境及其可能导致事故影响因素；确定初始危害；确定对环境的可能危害；确定危险等级；危险防范措施。第三章源项分析

〔3〕危险性等级危险性等级划分是按其发生事故的可能性和事故后果的危害性综合衡量。一般分为四级：平安级：不会发生危险；临界级：处于接近事故原点，如不排除或控制即开展成事故，造成危害；危险级：可能发生事故，同时会造成人员伤亡或系统损坏；灾难性级：可能发生事故，事故后果将造成极大破坏。第三章源项分析

〔4〕危险性识别方法初步危险性分析是基于同类系统以往大量的事故分析和平安管理经验根底上，同时基于危险性的潜在性质，只有在一定条件下才能开展成为事故的规律。在分析上通常可以从能量的转换概念上入手。任何一个系统、单元均存在能量，当其能量失去控制时，即转化为破坏力量，酿成事故，造成危害。电能、原子能、机械能、压力、拉力、位能、重力能、燃烧和爆炸、腐蚀、热辐射、放射线等均能够转化为破坏能量。可以破坏能量的因素包括：污染、腐蚀、化学分解、电源、爆炸、火灾、热和温度、泄漏、湿度、氧化、压力、加速度、放射性、机械冲击等。第三章源项分析

危险性识别采用对系统分析后，列初步危险性分析表的形式。分析表的工程包括：危险类型、危险因素、出现条件、触发事件、事故现象、形成事故的原因事件、事故可能后果、对环境可能影响危险等级、防范措施等。举例：第三章源项分析

下表为热水锅炉危险性预分析表。第三章源项分析

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危险性预分析的优点是，给出了危险因素的类型，潜在的危害事件、原因、结果、风险等级及对应的措施，表格简洁明了，一目了然。其缺点是，分析深度不够，风险等级确实定不准确，主观性较强。第三章源项分析

3．故障模式影响危害度分析〔FMECA〕故障模式影响危害度分析是故障类型影响分析〔FMEA〕和危害度分析〔CA〕结合分析方法。采取系统分割的方法，根据实际需要分析的水平，把系统分成子系统或进一步分成单元，甚至单个部件。逐个分析部件可能发生的故障和故障模式，再分析故障模式对子系统及系统产生的影响。对其中影响大的故障模式进一步作详细分析，即危害度分析，以识别主要危险。第三章源项分析

〔1〕分析步骤：系统分解。对评价系统按其功能划分为子系统、单元、部件等，并明确其相互间关系，相互干扰、输入输出等联系。确定分析层次及深度。绘制系统功能框图及可靠性框图。为便于分析，将一个复杂的系统简化为子系统功能框图，并说明其相互间的输入输出关系。在此根底上绘出其可靠性框图，表示部件的串联、并联及输入输出关系。几个部件共同完成一项功能用串联连接，部件中有备品时用并联。第三章源项分析

列出所有故障模式并选出对系统有影响的故障模式。列出故障原因。危害度分析。对选出的对系统有重要影响的事故模式作进一步分析，计算危害度指数。

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〔2〕故障等级划分：故障等级划分以其可能造成的影响为依据，可划分为四级第三章源项分析

评分法：从故障影响大小、对系统影响程度、发生频率、防止事故的难易程度及是否新设计等几方面考虑故障对系统的影响程度，采用评分法划分等级。4~7第三章源项分析

矩阵法考虑故障发生的可能性和其引起的后果的综合评分。前者以故障概率计，后者以严重度计。第三章源项分析

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绘制风险矩阵图：以概率为纵坐标，以严重度为横坐标，将事故类型绘于图中，了解风险密切情况。

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〔3〕危害度分析：对故障等级特别高的故障类型，进一步作危害度分析，并计算危害度指数Cr。Cr定义为部件运行106小时〔或运转周期106次〕中发生故障的次数：第三章源项分析

式中：Cr——危害度指数；i——部件的重要故障类型号；t——运行时间；λG——部件故障率；KA——部件故障率λG的强度修正系数；KE——部件故障率λG的环境条件修正系数；α——λG中该故障类型所占比例；β——发生故障时会造成灾难性影响的发生概率。其取值：造成灾难性影响β＝1.00，可预计损失0.10≤β＜0.10，可能损失0＜β＜0.10，无影响β=0。第三章源项分析

4．日本劳动省六阶段法日本劳动省的化工厂平安评价六阶段法主要应用于化工产品的制造和贮存，在化工厂进行新建、扩建时按下述六步进行：第一步：有关资料的整理讨论；第二步：定性评价；第三步：定量评价；第四步：平安措施第五步；由事故事例进行再评价第六步：用故障树〔FTA〕进行再评价属于第I级危险度的情况，再进一步用FTA评价。第三章源项分析

5．道化学公司火灾、爆炸危险指数评价方法美国道化学公司火灾、爆炸危险性指数评价法是以工艺过程中物料的火灾、爆炸潜在危险性为根底,结合工艺条件、物料量等因素求取火灾、爆炸指数,进而可求经济损失的大小,以经济损失评价生产装置的平安性。评价中定量的依据是以往事故的统计资料、物质的潜在能量和现行平安措施的状况。〔1〕风险分析计算程序：计算火灾、爆炸危险指数〔F&EI〕和进行风险分析汇总，需要以下资料：第三章源项分析

a．准确的装置〔生产单元〕设计方案；b．工艺流程图；c．火灾、爆炸指数危险度分级指南〔第七版〕；d．火灾、爆炸指数计算表〔表3.19〕〔第七版〕；e．平安措施补偿系数表〔表3.20〕〔第七版〕；f．工艺单元风险分析汇总表〔表3.21〕〔第七版〕；g．生产单元风险分析汇总表〔表3.22〕〔第七版〕；h．有关装置的更换费用数据。第三章源项分析

风险分析计算程序见示意图〔图3.4)：第三章源项分析

具体步骤为：a．依照设计方案选择最适宜的工艺单元，该单元在工艺上起关键作用，并可能对潜在的火灾、爆炸危险具有重大影响。b．确定每一工艺单元的物质系数〔MF〕。工艺单元中特定物质的物质系数可从七版中查到。c．按照F&EI计算表〔表3.19〕，采用适当的系数值后完成一般工艺危险系数的计算。d．按照F&EI计算表，采用适当的系数值后完成特殊工艺危险系数的计算。e．用一般工艺危险系数和特殊工艺危险系数相乘，求出工艺单元危险系数。第三章源项分析

f．用工艺单元危险系数和物质系数的乘积确定火灾，爆炸危险指数〔F&EI〕。g．确定工艺单元周围的暴露面积。h．确定在暴露区域内所有设备的更换价值。i．确定危害系数。危害系数表示损失暴露程度。j．由暴露面积与危害系数的乘积求出根本最大可能财产损失〔根本MPPD〕。k．应用平安补偿系数于根本MPPD，确定实际MPPD。l．由实际的MPPD确定最大可能损失工作日。m．确定停产损失，工艺单元危险分析汇总〔表3.21〕。第三章源项分析

〔2〕工艺单元的选择工艺单元的划分要根据设备间的逻辑关系,如在氯乙烯单体或二氯乙烷工厂的加热炉或急冷区中可以划分为二氯乙烷预热器、二氯乙烷蒸发器、加热炉、冷却塔、二氯乙烷吸热器和脱焦槽。工艺单元的名称必须填入F&EI计算表的相应位置，生产单元的名称也必须填入F&EI计算表中。第三章源项分析

生产单元是包括化学工艺、机械加工、仓库、包装线等在内的整个生产设施。例如，生产单元可以是一个乳胶厂。乳胶厂的工艺区域可分为以下工艺单元：原料储存罐、工艺流体储存罐、水液罐、反响器供料泵、反响器、汽提塔、回收堆、乳胶储罐。仓库可作为一个单元。物料储存于防火墙区域内或整个储存区不设防火墙者，可作为一个单元。显然，大多数生产单元都包括许多工艺单元，但在计算火灾、爆炸指数时，只评价那些从损失角度来看对工艺有影响的工艺单元，这些单元称之为恰当工艺单元，简称工艺单元。第三章源项分析

选择这些工艺单元的重要依据参数包括：a．潜在化学能〔物质系数〕；b．危险物质的数量；c．资金密度〔单位面积资金数〕；d．操作压力和操作温度；e．导致火灾、爆炸事故的历史资料；f．对装置操作起关键作用的单元。一般情况下，这些参数的数值越大，那么该工艺单元就越需要评价。第三章源项分析

评价工艺单元的选择没有硬性规定，在决定哪些设备具有最大潜在火灾、爆炸危险时，可以请教技术中心、有经验的设备工程师、工艺平安和损失预防专家或其他有工艺经验的人。几项要点：火灾、爆炸指数体系是假定工艺单元中所处理的易燃、可燃或化学活性物质的最低量为2268kg或2.27m3。如果单元内物料量较少，那么评价结果就会夸大其危险性。对于小规模实验工厂，所处理的易燃或化学活性物质的量至少为454kg或0.454m3，评价结果才有意义。第三章源项分析

当设备串联布置且相互间没有有效隔离时，需仔细考虑单元的划分。例如，在一连串反响装置间没有中间泵，在这种情况下，要根据工艺类型来确定是取一系列设备作为一个工艺单元，还是仅取单个设备作为一个单元。仔细考虑操作状态和操作时间也很重要。根据其特点，通常可分为开车、正常生产、停车、装料、卸料、填加触媒等。经常会出现异常状态，从而影响F&EI。经过仔细判别后，通常可以选择一个操作阶段来计算F&EI，但有时必须研究几个阶段来确定重大危险。第三章源项分析

〔3〕物质系数〔MF〕确实定物质系数是表述物质由燃烧或其它化学反响引起的火灾、爆炸中释放能量大小的内在特性。物质系数根据由美国消防协会规定的物质可燃性NF和化学活性(或不稳定性)NR，从评价方法附录表中查取。NR=0,在燃烧条件下仍保持稳定的物质;NR=1,加温加压条件下稳定性较差的物质;NR=2,加温加压下易于发生剧烈化学反响变化的物质;NR=3,本身能发生爆炸分解或爆炸反响,但需强引发源或引发前必须在密闭状态下加热的物质;NR=4,在常温常压下自身易于引发爆炸分解或爆炸反响的物质。物质系数和特性〔局部〕化合物物质系数(MF)燃烧热HcBTU/Ib×103NFPA分级闪点℉沸点℉健康危险NH易燃性NF化学活性NR乙醛2410.5342-3669醋酸145.6321103244醋酐147.1321126282丙酮1612.3130-4133丙酮合氰化氢2411.2422165203……第三章源项分析

通常，NF和NR是针对正常环境温度而言的。但物质发生燃烧和反响的危险性随着温度的升高而急剧增大，如在闪点之上的可燃液体引起火灾的危险性就比正常环境温度下的易燃液体大得多。反响速度也随着温度的升高而急剧增大。所以，当温度超过60℃时，要对物质系数进行修正，具体修正方法参见评价方法的“物质系数的温度修正〞局部。第三章源项分析

在求取物质系数表中未列的物质、混合物或化合物的物质系数时，必须确定其可燃性等级〔NF〕或可燃性粉尘等级〔St〕〔见下表〕。首先要确定表左栏中的参数，液体和气体的NF由其闪点得出，粉尘或尘雾的St值由粉尘爆炸试验确定。可燃固体的NF值那么依其性质不同在表左栏中分类标示。第三章源项分析

物质的NR指标由差热分析仪〔DTA〕或差示扫描量热计〔DSC〕分析其温升的最低峰值温度来判断，按下表分类：第三章源项分析

几个附加限制条件是：如果该物质或化合物是氧化剂，NR增加1〔但不超过4〕;所有对冲击敏感性物质，NR=3或NR=4;假设得出的NR值与该物质、化合物、混合物的特性不相符，那么应补做化学品反响性试验；向周围熟悉化学物质活性的人员请教，以使对差热分析仪或差示扫描量热计的测定结果进行合理的分析。一旦求出并确定NF〔或St〕和NR〔St〕，就可以用前述表4-7来确定物质系数。注意，还要根据“物质系数的温度修正〞做必要的调整。第三章源项分析

某种情况下，有些混合物其物质系数确实定是很麻烦的。对于混合气体，其物质系数一般能够根据初始混合状态来确定，这样才符合“在实际操作过程中存在最危险物质〞的阐述。混合溶剂或含有反响性物质的溶剂的物质系数也难以确定。这类混合物的物质系数应该由反响性化学试验数据来求得。如果无法取得反响性化学试验数据，应取组分中最大的MF作为混合物的MF的近似值。该组分应有较大浓度〔等于或大于5%〕。第三章源项分析

一种特别难处理的情况是’‘混杂物〞，它由可燃粉尘和易燃气体混合，在空气中形成爆炸性混合物。为了充分反映这类物质在这种特定条件下的危险特性，必须用反响性化学品试验数据来确定其适当的物质系数。建议请教反响性化学品专家。第三章源项分析

〔4〕工艺单元危险系数工艺单元危险系数包括一般工艺危险系数F1和特殊工艺危险性系数F2。一般工艺危险是确定事故损害大小的主要因素，它包括六项内容。特殊工艺危险是影响事故发生概率的主要因素，特定的工艺条件是导致火灾、爆炸事故的主要原因，它包括12项。计算工艺单元危险系数〔F3〕中的各项系数时，应选择物质在工艺单元中所处的最危险状态，可以考虑的操作状态有：开车、连续操作和停车。计算F&EI时，一次只评一种危险。如果工艺单元中有两种易燃物质，那么只取导致最高F&EI和实际最大可能财产损失的计算结果。如果是混合物，那么要分别考虑其组成物的系数。第三章源项分析

F1和F2的取值参考火灾、爆炸指数评价方法指南。举例F1取值：1放热化学反响假设所分析的工艺单元有化学反响过程，那么选取此项危险系数。所评价物质的反响性危险已经为物质系数所包含。轻微放热反响的危险系数为0.30。包括：①加氢反响——给双键或三键结构的分子上加氢的反响；②水合反响——化合物与水的反响，如从氧化物制备硫酸或磷酸等；③异构化——有机物分子中原子重新排列的反响，如从直链分子变成带支链的分子；④磺化——与硫酸反响，在有机化合物分子中引入磺基的反响；⑤中和——酸和碱生成盐和水的反响或碱和醉生成相应醇化物和水的反响。第三章源项分析

评价了所有的一般工艺危险后，计算根本系数和所有选取系数之和，并将其数值填入火灾、爆炸指数〔F&EI〕表中“一般工艺危险系数〔F1〕〞的栏目中。评价了所有的特殊工艺危险之后，计算根本系数与所涉及的特殊工艺危险系数的总和，并将它填入火灾、爆炸指数计算表中的“特殊工艺危险系数〔F2〕〞一栏中。第三章源项分析

〔5〕工艺单元危险系数确实定单元危险系数〔F3〕是一般工艺危险系数〔F1〕和特殊工艺危险系数〔F2〕的乘积，因为F1和F2中的有关危险因素有相互合成的效应。单元危险系数〔F3〕的正常值范围为1—8，如果F3的值大于8.0，取F3为8.0。第三章源项分析

〔6〕火灾爆炸危险指数的计算火灾、爆炸危险指数用来估计生产过程中的事故可能造成的破坏。各种危险因素如反响类型、操作温度、压力和可燃物的数量等表征了事故发生概率、可燃物的潜能以及由工艺控制故障，设备故障、振动或应力疲劳等导致的潜能释放的大小。火灾、爆炸危险指数〔F&EI〕是单元危险系数〔F3〕和物质系数〔MF〕的乘积。F&EI值与危险程度之间的关系列于表3.23。第三章源项分析

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〔7〕平安措施补偿系数化工装置设计要符合标准，同时要根据经验提出改进措施，这样可以预防严重事故发生，降低事故发生概率和危害。平安措施包括：①工艺控制；②物质隔离；③防火措施等。相应的补偿系数分别为C1、C2和C3〔表3.20〕。总补偿系数为三者的乘积。第三章源项分析

〔8〕工艺单元危险分析汇总工艺单元危险分析汇总包括了F&EI及由它确定的数据，单元的平安补偿系数、暴露区域、危险系数及月生产总结等。暴露半径采用F&EI乘以0.84确定。其说明以工艺设备的关键部位为中心，以暴露半径为半径的圆是生产单元危险区域。在此区域中，以此半径为高度的体积即为火灾、爆炸中受损失的体积范围。第三章源项分析

暴露区域内财产价值可由区域内含有的财产的更换价值来确定：更换价值=原来本钱×0.82×增长系数上式中的系数0.82是考虑到事故发生的有些本钱不会遭受损失或无需更换。增长系数根据社会公认数据确定。危害系数由单元危险系数〔F3〕和物质系数〔MF〕按图3.5确定，它代表了单元中物料泄漏或反响能量释放所引起的火灾、爆炸事故的综合效应。确定危害系数时，如果F3大于8那么按8计。第三章源项分析

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根本最大可能财产损失〔根本MPPD〕是假定没有任何一种平安措施来降低损失下的根本最大可能财产损失。由暴露区财产价值〔更换价值〕与危害系数相乘求得。实际最大可能财产损失〔实际MPPD〕为根本最大可能财产损失与平安措施补偿系数的乘积。它表示在采取适当的防护措施后事故造成的财产损失。最大可能工作日损失〔MPDO〕和停产损失〔BI〕可根据实际情况估算。第三章源项分析

〔9〕生产单元危险分析汇总生产单元危险分析汇总记录了评价单元的根本的和实际的最大可能财产损失以及停产损失。第三章源项分析

6．蒙德〔Mond〕法英国帝国化学公司〔ICI〕Mond工厂广泛采纳了美国道化学公司的火灾爆炸危险评价观点，提出了一个更加全面、更加系统的平安评价法,称为ICIMond法,或英国帝国化学公司蒙特法。其根本要点列于图3.6。帝国化学公司蒙德火灾、爆炸、毒性指数法计算的指标包括：DOW/ICl总指标、火灾潜在性的评价、爆炸潜在性的评价〔包括内部单元爆炸指标、地区爆炸指标〕、毒性危险性评价及总危险性系数。各指标值及其范畴分别见以下各表。第三章源项分析

3.3事故源项分析3.3.1源项分析及其根底源项分析是对通过风险识别的主要危险源进一步作分析、筛选，以确定最大可信灾害事故，并对最大可信灾害事故确定其事故源项，为事故对环境造成的影响计算提供依据。源项分析要定性和定量分析相结合，以定量为主，采用逻辑推导法。这些方法建立在统计学和概率论的根底上。第三章源项分析

逻辑推导法就是基于大量的实践经验和生产知识采用逻辑推理的过程去识别危险性并进行定量计算分析。事故源项分析所采用的事件树〔ETA〕、故障树〔FTA〕及原因一结果〔CC〕分析方法均属逻辑推导法。第三章源项分析

在一个系统中，为了了解某一事件的开展过程，采用事件树〔ETA〕方法。选定一个事件作为初始事件，按逻辑推理方式找出事件所有开展的可能结果。各事件开展阶段均有成功和失败两种可能，从而可定性或定量找出初始事件开展成为事故的各种过程，分析其后果严重性。采用故障树〔FTA〕分析方法，那么以一个事故结果作为顶事件，通过分析找出直接原因作为中间事件，再找中间原因的直接原因，一步一步推导，直到找到所有的事故致因根本领件，作出定量分析。采用原因——结果〔CC〕分析方法那么是综合应用ETA和FTA方法，从初始事件作出事件树图，然后把事件树的初始事件和失败的阶段事件作为故障树的顶事件，分别作出故障树图，从中可以进行定性和定量分析事故源项，进行评价。第三章源项分析

3.3.2原因一结果分析〔CC〕原因一结果分析是综合事件树〔ETA〕和故障树〔FTA〕分析的分析方法。分析程序〔1〕选出初因事件，作出事件树图；〔2〕将事件树的初因事件和失败的环节事件作为故障树的顶事件，分别作出故障树；〔3〕进行定性或定量分析。图3.7列出了典型的示意图。第三章源项分析

由图可以得出：后果事件G1—G5的概率分别为：第三章源项分析

如果每一后果事件的损失Gi，那么可得到每一后果事件的风险值Ri：

从而可筛选出最大可信灾害事故，确定其源项。第三章源项分析

3.3.3最