基于定量风险计算的光气装置安全措施效果分析

余辛 (上海安全生产科学研究所,上海 200233)

1 光气及安全措施

1.1 光气的应用领域及特性

光气在常温下为无色气体，剧毒，有腐烂水果的气味。熔点-118℃，沸点8.3℃，相对密度（空气=1）为3.5。不燃，化学反应活性较高，遇水后具有很强的腐蚀能力。对人体有强烈的毒害作用，主要损害呼吸道，可导致化学性支气管炎、肺炎、肺水肿。急性中毒导致患者出现咽部不适、咳嗽、胸闷等多种症状；中度和重度中毒时上述症状加重，并可出现呼吸困难、紫绀、肺水肿等症状，严重时昏迷以至死亡[1]。

1.2 光气装置的常用安全措施

2 定量风险计算

2.1 定量风险评估及相关软件

风险的定义由两部分组成：危险事件的危害后果，以及该事件发生的可能性[2]。定量风险评价是对生产过程中发生事故的概率和后果进行描述的系统方法。它可以对事故后果进行模拟，预测事故的影响范围和严重程度；也可以结合事故发生的频率，计算特定危险源所带来的风险。

挪威DNV GL公司开发的SAFETI是比较权威的风险分析软件之一，已得到较多的应用。本文采用该软件进行事故后果模拟和定量风险计算[3]。

SAFETI的分析结果可分为两类：第一类是对事故后果进行模拟，计算得出泄漏物在某一浓度边界的形状、随时间的扩散过程、可燃泄漏物发生各种燃烧模式的热辐射强度、爆炸冲击波压力等数据；第二类是对于特定的危险源或失效模式所带来的风险进行计算，给出危险源周边的个人风险等值线图、指定地点的风险值，并可结合周边人口分布等情况计算出社会风险曲线。

2.2 定量风险评估模型建立

光气合成装置中生产出来的光气被液化后输送至液态光气缓存罐中，该缓存罐的最大存量为3500kg，液态光气温度为-20℃，压力为0.2MPa。液态光气缓存罐的一根管径为100mm、长度5m的出口管道发生泄漏，泄漏点位于液态光气缓存罐所在的围堰内，围堰面积20m2。液态光气缓存罐所在的生产装置为敞开式构筑物，泄漏物可以扩散至装置外，因此泄漏场所设定为室外。

失效（泄漏）模式采用两种：小孔泄漏和管道破裂。小孔泄漏指物料从当量孔径为1/4英寸（6.35mm）的小孔中发生泄漏；泄漏时间是根据生产装置所在工厂的应急响应能力而定，工厂可在小孔泄漏发生泄漏后10min内发现并采取措施阻止泄漏，故设最大泄漏量相当于10min的管道泄漏量；而管道断裂泄漏量更大，局部区域内泄漏物浓度更高，也将更容易被检测仪表发现，设定2min内可以发现并切断泄漏物料。

本文选取两种气象条件，分别对事故进行模拟，其中气象条件1代表当地平均气象条件，气象条件2代表较不利情况下的气象条件，见表1。

表1 设定气象条件

2.3 事故后果模拟和风险计算

根据设定的事故场景以及常用设备的失效概率，事故液态光气管道发生小孔泄漏的概率为1×10-5/a，发生管道破裂的概率为1.5×10-6/a。采用夹套技术可以显著降低管道发生泄漏事故的概率。由于无法直接查到夹套管的失效概率，现参照带保护外壳（双层）的储罐的失效概率，定义光气夹套管的小孔泄漏概率为5×10-7/a，管道破裂的概率为5×10-7/a。

蒸汽氨幕可以在光气泄漏后一分钟内迅速启动，对泄漏蒸发的光气进行吸收。光气装置边缘的氨幕吸收效率设为90%，在泄漏后60s有效启动。在未设置氨幕的情况下，进入外部环境的光气量即为液池蒸发量；在设置了氨幕的情况下，进入外部环境的光气量从60s后开始减少90%，即泄漏发生后的最初60s按液池蒸发量的100%计算，60s以后按蒸发量按10%计算。

使用SAFETI软件对上述光气泄漏模型进行模拟，并对采取安全措施前后两种情况分别进行计算，得到泄漏速率、液池蒸发率、泄漏量等数据，并根据液池蒸发率计算出泄漏至外部环境的光气量，见表2。

表2 采取特定安全措施前后的光气泄漏模型

在距离光气装置50m处、100m处和500m处各设置一个风险评估点，分别记作风险评估点1、风险评估点2、风险评估点3，用以计算光气泄漏事故给该点带来的个人风险值。

采用上表中采取安全措施前后的概率与泄漏量数据，分别计算采取安全措施前后各评估点的风险值，见表3。

表3 采取特定措施前后的光气风险对比

可见，采取有针对性的对策措施后，光气泄漏事故带来的风险有显著下降，50m处的风险评估点风险下降96.7%，100m处的风险下降98.4%，500m处的风险下降99.3%。

3 结语

定量风险评估作为衡量实际风险的一种有效工具，可以为化工装置的安全设计、安全管理提供依据。本文使用SAFETI软件进行定量风险计算，对光气泄漏事故进行了模拟，结果显示生产装置采取的有针对性的光气安全措施可以显著降低光气泄漏事故带来的风险，对生产装置的安全程度有切实的提升作用，因此在实际运行中必须确保此类安全设施有效和可靠。

[1]周国泰,吕海燕,张海峰等.危险化学品安全技术全书[M].北京:化学工业出版社,1997

[2]戴树和等.工程风险分析技术[M].北京:化学工业出版社,2006.7:2

[3]卢卫.定量风险评估技术在石化项目安全评价中的应用[J].广州化工,2012,40(8):217-218