《火灾爆炸定量风险评估指南》（征求意见稿）

5火灾爆炸定量风险评估指南本指南将从QRA计算模型、模型选用原则、混合QRA分析三部分内容介绍火灾爆炸定量风险分析方法，以提高火灾爆炸QRA分析结果的准确性。本指南适用于生产、加工、储存及运输等过程中涉及危险化学品的火灾爆炸风险分析。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T37243《危险化学品生产装置和储存设施外部安全防护距离确定方法》GB36894《危险化学品生产装置和储存设施风险基准》AQ/T3046《化工企业定量风险评价导则》SH/T3226《石油化工过程风险定量分析标准》3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1经验模型EmpiricalModel基于实验数据或观测结果进行统计和拟合得到的模型。3.2CFD模型ComputationalFluidDynamicsmodel基于计算流体力学原理，用于描述流体流动的模型。3.3定量风险评估QuantitativeRiskAssessment对某一设施或作业活动中发生事故频率和后果进行定量分析，并与风险可接受标准比较的系统方法。3.4混合QRAHybridQuantitativeRiskAssessment同时基于经验模型及CFD模型开展QRA研究的分析方法。3.5沸腾液体扩展蒸气云爆炸BoiledLiquidEvaporateVaporExplosion（BLEVE）储存温度高于常压沸点的液体物料容器突发破裂，减压液体产生爆炸性的快速气化并释放能量的一种过程。如果液体是可燃液体，在外部火灾下容器发生破裂引发BLEVE时通常6伴随火球产生。在减压液体闪蒸气化期间释放的能量将产生冲击波。3.6闪火FlashFire可燃性气体或蒸气泄漏到空气中并与之混合后被点燃而发生的一种非爆炸性的蒸气云燃烧。其主要危害是热辐射和火焰直接灼烧。3.7池火PoolFire可燃液体泄漏后流到地面形成液池，或流到水面并覆盖水面，遇到火源燃烧而形成池火。3.8喷射火JetFire加压的可燃物质泄漏时形成射流，在泄漏口处被点燃，由此形成喷射火。3.9蒸气云爆炸VaporCloudExplosion可燃蒸气、气体或喷雾与空气的预混合气体点火引起的爆炸，其中火焰加速到足够高的速度，产生显著的超压。3.10爆燃转爆轰DeflagrationtoDetonationTransition(DDT)可燃物质在燃烧过程中，燃烧波从亚音速的爆燃状态转变为超音速的爆轰状态的过程。3.11风险缓解措施RiskMitigationMeasures为降低事故发生概率或减轻事故后果严重程度而采取的技术、管理或工程措施。常见的风险缓解措施包括喷淋系统、抗爆墙、泄爆装置、通风系统、防火墙、防火涂层等。4.QRA计算模型4.1计算模型分类4.1.1事故后果分析模型应包括气体泄漏扩散导致的火灾和爆炸等事故类型，其计算结果应至少包括热辐射通量、超压分布、有毒物质浓度等。4.1.2计算模型应至少包括经验模型和CFD模型。4.1.3经验模型应基于实验数据、工程经验统计和简化数学公式建立。4.1.4常见经验模型包括：a)Pasquill-Gifford模型：用于预测气体扩散浓度；b)TNO模型：用于蒸气云爆炸超压计算；c)BST模型：用于蒸气云爆炸超压计算；d)Quest动态火球模型：用于BLEVE火球计算e)Chamberlain模型：用于喷射火火焰和热辐射计算。4.1.5经验模型应具有以下特点：7a)计算过程简便，计算效率高，能够在短时间内完成大量场景的计算；b)对计算资源要求低，无需高性能配置计算机；c)计算结果具有较大保守性，可能导致风险评估结果过于严格；d)无法考虑实际的建筑物、设备布局以及地形等因素的影响，假设事故发生在理想的开阔环境中；e)无法考虑实际受限环境对事故后果的影响，例如室内车间的泄漏事故后果f)无法考虑安全屏障，如水喷淋、抗爆墙、防火墙等缓解措施，无法评估这些措施的实际防护效果；g)适用于项目初期阶段的土地规划、可行性研究，但对工程设计、在役装置评估具有极大的局限性。4.1.6CFD模型应基于流体力学等理论，采用有限体积等方法求解控制方程，对三维空间中的泄漏、扩散、火灾和爆炸过程进行数值模拟。4.1.7CFD模型应具有以下特点：a)真实反映地形、建筑、设备和缓解措施等复杂因素对事故后果的影响，准确模拟事故发生时的实际环境条件；b)模拟结果符合实际，可提供局部详细的三维浓度分布、超压分布、温度分布以及热辐射分布等信息，还可以动态视频形式输出，直观展示事故发展过程，便于深入分析事故机理；c)计算量大，对于大型计算场景设计网格计算单元较多，对计算资源和计算时间要求较高；d)数据需求较多，需要建立详细三维几何模型，数据准备工作较为繁琐。e)对操作人员的专业能力要求高。需要操作人员熟悉CFD相关软件工具的操作流程和参数设置，能够对计算结果进行合理性分析和验证。5模型选用原则5.1在选择后果分析模型时，应根据项目特点、周边环境、场景复杂程度、缓解措施情况以及计算目标综合考虑，确保所选模型能够满足分析需求，同时兼顾计算效率和结果精度。5.2经验模型的适用场景至少应包括：a)当周围环境开阔，障碍物对事故后果影响较小时，可采用经验模型进行计算分析。例如空旷场地中储罐泄漏、有毒/可燃气体扩散、BLEVE、闪火、池火和喷射火引起的辐射等，不涉及建筑物阻挡、受限建筑物内部或复杂强制通风条件。在这类场景中，经验模型的简化假设与实际情况较为接近，能够满足风险评估的基本需求。b)当地形平坦，地形对事故后果影响较小时，可采用经验模型进行计算。平坦地形下，气体扩散、火焰传播等过程受地形影响较小，经验模型的预测结果具有较高的可靠性。c)在早期方案论证或可行性研究阶段，由于该阶段缺乏详细设计数据，可采用经验模型进行QRA分析。该阶段的主要目的是初步判断项目的风险水平，筛选高风险方案，8经验模型能够快速提供初步风险评估结果，为方案比选和决策提供参考依据。d)当QRA分析无需考虑风险缓解措施的实际作用时，可采用经验模型。若仅需评估设施固有风险（即未采取任何缓解措施时的风险无需考虑喷淋系统、抗爆墙等缓解措施的效果，经验模型能够满足计算需求，且具有较高的计算效率。e)当分析范围较大，需要对大量潜在事故场景进行快速筛选时，可采用经验模型。例如对大型化工园区内多个装置的风险进行初步评估，通过经验模型快速计算各装置的潜在风险，筛选出高风险装置和场景，为后续的精细化分析奠定基础。5.3CFD模型的适用场景至少应包括：a)当需评估的空间中，气体扩散、火焰传播、压力分布等受空间边界影响显著的事故后果场景时，应采用CFD模型。b)当事故场景受拥塞区域/障碍物或地形因素影响较大时，应采用CFD模型。例如泄漏点附近拥塞度较高，气体喷射泄漏出来后会碰撞到障碍物后流动速度及扩散方向发生显著变化、液化石油气（LPG）等重气在山区等起伏地形中的扩散场景等；c)当需评估复杂风况对扩散、火焰热辐射等的影响时，应采用CFD模型。例如风向和泄漏方向反向的场景、静风（0m/s）场景等。d)当需开展可燃气云位置和点火源位置对爆炸后果影响的敏感性分析，应采用CFD模型。可燃气云的大小、形状、浓度分布以及点火源的位置都会显著影响爆炸的超压分布，CFD模型能够通过改变相关参数，模拟不同条件下的爆炸后果，分析各因素对爆炸后果的敏感程度。e)当需评估氢气等燃烧速率较高的物质爆炸后果，应考虑爆燃转爆轰现象的发生，应采用CFD模型开展计算分析。f)评估风险缓解措施的效果应采用CFD模型。例如强制通风系统、水喷淋系统、防火墙/抗爆墙、泄爆装置等。CFD模型能够模拟缓解措施与事故过程的相互作用，定量评估缓解措施的有效性。g)当项目处于详细设计阶段或运行阶段，需要对关键设备或高风险场景进行精细化风险评估时，应采用CFD模型。该阶段具备详细的设计数据和运行参数，能够为CFD模型提供准确的输入数据，通过精细化模拟得到准确的风险评估结果，为设备优化、安全措施改进提供科学依据。h)当使用模拟技术进行事故调查时，应采用CFD模型。事故过程往往涉及复杂的环境条件，CFD模型可通过构建与事故现场一致的三维几何模型，精确模拟泄漏源位置、泄漏速率、气体扩散路径、火灾蔓延过程和爆炸冲击波传播路径，重现事故发展的关键阶段，其可视化结果可直观展示事故演变过程，补充现场有限的物理证据，为事故原因分析提供科学依据。5.4模型使用注意事项a)QRA分析中所使用的CFD模型应经过实验数据的验证，确保CFD模型计算结果的可靠性；经验模型应可追溯其模型公式来源，明确模型的适用范围，以确保计算工具分析结果的可靠性。b)QRA分析结果的准确性依赖于输入数据应详细记录输入数据，确保输入数据符合现9场实际情况，并在分析报告中详细描述。包括泄漏口径、温度、压力、气象条件以及假设条件等。c)CFD模型计算结果的不确定性分析。通过敏感性分析评估网格尺寸、边界条件、湍流模型及求解控制参数等影响模拟结果的不确定性因素，可参照6.4.1和6.4.5进行，构建合适的计算模型提高计算精度和降低计算成本。d)QRA分析中的CFD计算应由受过专业培训的工程师执行，并保存计算文件以便复核。e)经验模型的参数选取应结合项目实际情况进行修正。部分经验模型基于特定实验条件建立（如特定物质、特定环境温度当应用于不同场景时，需根据物料特性、环境参数对模型中的系数或修正因子进行调整。f)QRA分析中使用的气体扩散、火灾、爆炸CFD模型应保持一致性和连贯性，即同一来源、出处、理论基础、模型建设、运算逻辑、呈现成果等。6混合QRA分析6.1混合QRA分析流程如图1所示，其流程应至少包括：a)危险源识别：识别工艺设备、管道、储罐等可能的泄漏点；b)事故场景定义：根据工艺条件和设备特性确定泄漏模式、点火位置、天气条件等；c)频率分析：根据设备类型、危险物料的性质、释放条件、点火等情况，结合历史数据库及事件书等分析方法，确定事故后果发生频率；d)后果计算：首先使用经验模型快速计算风险结果，筛选关键风险场景，随后采用CFD模型对关键风险场景进行三维模拟，并替代原有经验模型计算结果；e)风险计算与评价：基于经验模型及CFD模型计算结果，计算个人风险和社会风险等风险结果，并评估风险可接受性；f)风险控制与缓解措施分析：结合计算结果提出优化建议。图1混合QRA流程图6.2超出可接受风险的场景，优先采取工程技术措施降低风险，可使用CFD模型定量评估措施效果，通过混合QRA分析方法，对风险结果进行修正。并通过以下缓解措施降低风险：a)喷淋系统形成的水幕可有效隔绝气体的扩散，并可吸收部分毒性介质（如氨气等并可降低火灾及爆炸事故后果影响。b)抗爆墙/防火墙可有效地阻挡爆炸冲击波及火焰热辐射的传播，降低事故影响范围。c)泄爆装置可及时将室内爆炸压力泄放到外部，降低爆炸强度。d)惰性气体抑爆，惰性气体可抑制爆炸的发生，降低爆炸强度。e)通风系统，模拟不同通风方案对可燃气体积聚的影响。f)充分考虑已有安全措施情况下给出合适的防火间距，优化平面布置。g)提供额外的控制阀来限制释放的泄漏量/时间或喷射火的持续时间，通过这个过程动态观察其衰减的过程和可能造成影响。h)优化气体和火灾探头的种类、位置和布置，提高监测的有效性，减少事故的响应时i)提供更优的防火或喷淋系统，以更好地保护构建物或重要设备。j)配备喷淋装置，提高冷却效果。6.3混合QRA方法应将经验模型与CFD模型结合，在全面考虑各类安全措施的基础上，提供更符合实际的事故后果与风险评估结果，为风险管控和科学决策提供有力支撑。6.4混合QRA方法应对不同的风险缓解措施方案进行定量对比分析，推动工程设计优化，实现安全投入的精准配置与高效利用，在节约成本的同时实现本质安全的目标。附录A（资料性）典型经验模型分析结果示例经验模型分析结果通常以等值线图进行平面展示，可结合卫星地图、CAD图进行直观展示影响范围，也可通过侧视图展示不同高度的影响范围。典型经验模型分析结果如下图A-1、A-2、A-3、A-4所示。图A-1经验模型扩散浓度分布等值线图示例图A-2经验模型池火灾热辐射等值线图示例图A-3经验模型爆炸超压等值线图示例图A-4经验模型喷射火热辐射及火焰侧视图示例（资料性）典型CFD模型分析结果示例CFD分析结果可获得三维空间中的气体云团、火焰及爆炸压力等数据的分布情况，其结果通常与三维几何模型结合共同展示，可直观查看事故后果影响范围、关注目标受影响程度等数据。其典型计算结果（以业内权威CFD软件FLACS为例）如下图B-1、B-2、B-3所示。图B-1CFD模型爆炸场景模拟结果示例（爆炸火焰及超压分布）图B-2CFD模型气体扩散模拟结果示例（气体浓度分布）图B-3CFD模型火灾模拟示例（资料性）经验模型与CFD模型分析对比及混合QRA应用案例1设定事故场景本案例将分别使用经验模型工具（EFFECTS&RISKCURVES）和CFD工具（FLACS）对加氢站中压储罐泄漏事故所导致的氢气扩散，喷射火以及蒸气云爆炸事故后果进行模拟，对比两种模型计算的事故后果以及个人风险等值线影响范围，泄漏场景工艺条件如表1所示。表1氢气泄漏场景工艺条件物质成分体积操作压力操作温度泄漏孔径泄漏方向氢气100m3950barg25℃50mm水平2定量分析图1是加氢站的三维几何模型，储氢区有防火墙等减缓措施。本案例分别采用经验模型和CFD模型对加氢站一系列事故后果进行模拟，对比减缓措施对事故后果的影响。最终将考虑了减缓措施作用的三维后果集成到风险分析中，计算个人风险等值线的影响范围。图1三维几何模型3扩散、火灾和蒸气云爆炸