道化学评价法中安全措施影响后果分类补偿计算方法分析

石洪涛，陈延军（.河北省公安消防总队廊坊市消防支队，河北　廊坊065000；.新疆公安消防总队哈密消防支队，新疆哈密839000）

道化学评价法中安全措施影响后果分类补偿计算方法分析

石洪涛1，陈延军2
（1.河北省公安消防总队廊坊市消防支队，河北廊坊065000；2.新疆公安消防总队哈密消防支队，新疆哈密839000）

针对现有的两类道化学评价方法中火灾爆炸危险指数（F&EI）修正过程中未对安全措施的影响后果进行分类，使得减少事故损失方面安全措施的积极影响也被施加在单元固有危险程度的降低上，不同程度地夸大了安全措施的效果这一问题，提出了安全措施分类补偿的计算方法，将安全措施分为防护型和减损型，防护型措施与评价单元的固有危险性相联系，而减损型措施与事故后果相联系；在对F&EI进行修正时仅引入防护型安全措施的补偿系数，在计算最大可能财产损失时考虑减损型安全措施的影响，使得评价结果更加客观、准确，为有关人员提供更合理的评价单元危险等级的参考数据。

DOW指数法；安全措施；影响后果；分类补偿；F&EI修正

道化学火灾爆炸指数法（简称DOW指数法）是美国道化学公司于1964年在《化工过程及生产装置的火灾爆炸危险度评价法及其相应措施》中提出的，并且先后进行了6次修改与完善，于1993年推出了第七版。该评价方法具有较广泛的实用性，不仅可用于评价生产、贮存、处理具有可燃、爆炸、化学活泼物质的化工过程，而且还可用于供排水（气）系统、污水处理系统、配电系统以及锅炉、发电厂的某些设施和具有一定潜在危险的装置等的危险性评价。这种评价法是以过去的事故统计资料以及物质的潜在能量和现行安全措施为依据，定量地对工艺单元潜在火灾、爆炸和反应危险性进行分析与评价。其目的主要包括:量化潜在火灾、爆炸和反应性事故的预期损失；确定可能引起事故发生或使事故扩大的装置；向有关部门通报潜在的火灾、爆炸危险性；使有关人员及工程技术人员了解到各工艺部门可能造成的损失，以此确定减轻事故严重性和总损失的有效、经济的途径［1-2］。

DOW指数法首先通过工艺单元危险物质的辨识、决定物质的选取和危险系数的计算来确定初始的火灾爆炸危险指数等级；然后针对生产或工艺过程所采取的各种安全装置与措施，计算安全措施补偿系数，进行危险分析；最后得出安全补偿后的实际最大可能财产损失，并用于指导生产［3］。从评价程序来看，工艺单元内采取的安全措施的积极效果仅体现在最大可能财产损失的降低上，而未体现在代表单元固有的火灾爆炸危险指数（F&EI）上，进而确定的暴露面积也偏大。为了解决这一问题，国内外不少学者提出了应用安全措施补偿系数来修正F&EI及暴露半径、暴露面积。目前现有的修正方法可以归结为两类:第一类修正方法是直接修正法，即将计算得到的安全措施补偿系数直接与修正前的F&EI相乘，根据修正后的F&EI确定暴露半径及暴露面积［4-10］，如赵玲等［11］提出了将管理补偿系数计算在总补偿系数中，周麟璋等［12］提出了应用于野战油库的道化学安全评价方法，从本质上看，这是属于直接修正这一类的方法；第二类修正方法是根方法，即将计算得到的安全措施补偿系数的平方根与修正前的F&EI相乘，并根据修正后的F&EI确定暴露半径及暴露面积［3，13］。

虽然上述两类修正方法可以在一定程度上降低系统成本及保险金额，提高了被评价单元固有危险水平的准确度，但笔者认为，从不同安全措施所产生的效果和影响来看，两类修正方法均没有对安全措施进行影响后果的分类，使得修正结果仍然存在不合理性。鉴于此，本文尝试在对这两类修正方法分析评判的基础之上，提出安全措施影响后果分类补偿的计算方法，并通过实际案例加以验证分析。

1　安全措施影响后果分类概念的提出

在对某单元或企业进行安全评价时，首先要考虑的问题就是风险的大小，而对于风险要同时考虑两个方面，一是受害程度或损失大小，二是造成某种损失或损坏的难易程度。考虑到这两个方面的问题，可以用下面象征性的式子来表示风险:

DOW指数法中，通常采用F&EI和MPPD来表征被评价单元的火灾爆炸风险。F&EI体现了被评价单元固有的危险，或者说是其发生火灾爆炸的难易程度及概率，从而对应于等式（1）中的不可靠性；MPPD体现了被评价单元发生火灾爆炸事故后所造成的财产损失，对应于等式（1）中的损害。

DOW指数法将安全措施分为三类，即工艺控制安全措施、物质隔离安全措施和防火安全措施，应用这种分类方法，将各类安全措施的补偿系数作为一个整体用来确定实际的最大可能财产损失（Actual MPPD）是可行的，但未考虑各类安全措施造成的影响后果，因此直接作为整体系数来修正F&EI是欠妥当的。在实际应用中，有必要根据各项安全措施的可靠程度及影响后果进行分类，才能客观地反映安全措施对工艺单元安全水平的贡献。据此，本文将安全措施其分为防护型措施和减损型措施，并定义如下:①防护型措施。防护型措施主要是那些能够降低火灾爆炸事故发生概率的措施，从而对应于评价单元的不可靠性，影响后果体现在F&EI的减小上。例如，DOW指数法中，工艺安全措施类的应急电源可划分为防护型措施，物质隔离安全措施类的连锁装置可划分为防护型措施。②减损型措施。减损型措施主要是那些一旦发生了意外事故或火灾爆炸事故，能够及时控制事故进一步扩大，降低事故范围或损失的措施，从而对应于评价单元的损害，影响后果体现在MPPD的减小上。例如，DOW指数法中，工艺安全措施类的抑爆装置可划分为减损型措施，物质隔离安全措施类的遥控阀可划分为减损型措施，防火安全措施类的均可划分为减损型措施。DOW指数法中三类安全措施影响后果的具体分类情况见表1。

由于F&EI代表的是单元所固有的危险程度，在使用安全措施补偿系数对评价单元的F&EI进行修正时，应仅考虑能够降低单元事故概率的防护型安全措施的影响，而不应将减少事故损失的减损型措施也考虑进来；同理，当应用修正后的F&EI计算实际的MPPD时，也仅需考虑减损型安全措施的影响，无需再次引入防护型安全措施的补偿系数。这样分类补偿的结果，可以避免在F&EI修正过程中错误地低估评价单元火灾爆炸危险水平的现象。

表1　安全措施影响后果分类表Table 1 Classifications of measures based on their effects

2　DOW指数法安全措施补偿修正方法的分析与讨论

2.1现有DOW指数法安全措施补偿修正方法存在的不足

2.1.1安全措施补偿系数直接与修正前F&EI相乘的方法

从我国目前的大多数文献来看，采用安全措施补偿系数直接与修正前的F&EI相乘的方法进行修正的居多，这种修正方法计算简便、直观，能够充分体现安全措施在降低被评价单元危险程度中的重要性。但该修正方法存在以下两方面问题，使之不能真实地反映修正结果的准确性。

（1）该修正方法将各类安全措施的补偿系数相乘，作为一个整体对F&EI进行修正，并未考虑各类安全措施的影响后果，使得减损型措施的影响后果也被施加到体现被评价单元固有危险特性的F&EI上，从而使修正结果比实际值偏小，不能准确地反映评价单元的客观危险程度。

（2）在DOW指数法中，安全措施的效果体现在基本MPPD的减小上，即确定实际的MPPD。应用安全措施补偿系数对F&EI进行修正后，可以计算得到修正后的暴露半径、暴露面积、基本MPPD，而修正后的基本MPPD应与修正前的实际MPPD相等。即运用安全措施补偿系数对F&EI进行修正，不能影响被评价单元真实的MPPD的大小。

对此修正方法分析如下:

其中，下标1表示修正前的参数（下同）；下标2表示修正后的参数（下同）；C为安全措施总补偿系数。

暴露半径R=0.84×F&EI

对比（5）、（6）两式发现，修正后的基本MPPD比修正前实际MPPD多乘了一项安全措施补偿系数C，使得修正后的MPPD与修正前实际MPPD不相等，且修正结果明显偏小，显著夸大了安全措施带来的补偿效果。

通过以上分析，可以发现采用安全措施补偿系数直接与修正前的F&EI相乘的方法进行修正时，得到的修正结果偏小，尤其暴露面积和MPPD的值会被显著地降低，导致错误地低估了被评价单元的火灾爆炸危险水平，从而降低了安全管理人员对此类单元的重视程度，会给安全生产带来隐患。

2.1.2安全措施补偿系数的平方根与修正前的F&EI相乘的方法

安全措施补偿系数的平方根与F&EI相乘的修正方法，以等式（7）为前提条件进行推导分析，由关系式（8）、（9），得到应用安全措施补偿系数对F&EI进行修正的计算关系式，即式（10）。

在该修正方法中，由于使用安全措施补偿系数的平方根与F&EI相乘，从而保证了修正后的基本MPPD应与修正前的实际MPPD相等，解决了第一类方法中存在的问题，在很好地表达了DOW指数法（第七版）原则的基础上，比较客观地体现了安全措施在降低单元危险方面的作用。但从各种安全措施所产生的后果影响来看，采用安全措施补偿系数的平方根与F&EI相乘进行修正的方法与第一类方法存在一个共同的问题，即修正过程中将防护措施和减损措施的补偿系数作为一个整体来对F&EI进行修正，使得用于减少事故损失措施的补偿系数被施加到体现单元固有危险水平的F&EI上，从而使修正结果较真实值偏低，会误导有关管理人员降低对评价单元危险程度的认识。

2.2安全措施影响后果分类补偿计算方法

基于以上分析，为了准确反映安全措施在降低被评价单元火灾爆炸危险性中的补偿作用，同时又能表达出DOW指数法（第七版）的基本要求，笔者提出了安全措施分类补偿的计算方法，整体修正计算思路如下:

（1）将DOW指数法的安全措施分为防护型和减损型两类。

（2）在对F&EI进行修正时，用防护型安全措施补偿系数的平方根与修正前F&EI相乘，并据此得到修正后的暴露半径及暴露面积。

（3）确定了暴露面积内的财产更换价值和危害系数后，将两者的乘积与减损型安全措施补偿系数相乘，得到MPPD，此MPPD为考虑了安全措施后的实际MPPD。

3　案例应用及分析

3.1案例应用

为了说明安全措施影响后果分类补偿计算方法的具体应用过程，本文以文献［13］中合成氨的工艺为评价单元进行算例分析。文献［13］使用的是安全措施补偿系数平方根与F&EI相乘的修正方法，各参数取值及计算过程如下:

（1）选择工艺单元。将氨合成反应器作为被评价的工艺单元，工艺设备中的物料有氢气、氮气、氨气。

（2）确定物质系数。将氢气作为确定物质系数的物质，查表得氢气的物质系数MF为21。

（3）计算单元一般工艺危险系数。基本系数为1，放热化学反应项取0.3，通道项取0.2，其他项均取0，则该单元的一般工艺危险系数为F1=1+ 0.3+0.2=1.5。

（4）计算单元特殊工艺危险系数。基本系数为1，毒性物质项取0.6，过程失常或吹扫故障项取0.3，一直在燃烧范围项取0.8，压力项取0.93，工艺中的液体和气体项取1.4，腐蚀与磨蚀项取0.1，其他项均取0，则该单元的特殊工艺危险系数为F2= 1+0.6+0.3+0.8+0.93+1.4+0.1=5.13。

（5）确定工艺单元危险系数。该工艺单元危险系数为F3=F1×F2=1.5×5.13=7.7。

（6）计算安全措施补偿系数。由表2计算得到安全措施补偿系数C1=0.742、C2=0.911 8、C3= 0.708 5，则整体安全措施补偿系数C=0.479 3。

（7）计算评价单元的F&EI值。该评价单元的F&EI=MF×F3×C1/2=21×7.7×0.479 31/2=111.9。

（8）确定暴露半径及暴露面积。暴露半径R= F&EI×0.84×0.304 8=28.66 m；暴露面积S= πR2=3.14×28.662=2 580.867 m2。

（9）确定暴露面积内财产的更换价值。暴露面积内财产的更换价值RV=原来成本×0.82×价格增长系数。文献［13］中，假设原来成本=S×价值密度，且0.82×价格增长系数=1，其中价值密度为单位面积的暴露区域内含有的价值量，价值密度取值为5 000美元/m2，则有RV=S×5 000×1=2 580.867× 5 000=12.904百万美元。

（10）确定最大可能财产损失MPPD。最大可能财产损失MPPD=DF×RV=0.83×12.904= 10.7百万美元（DF为单元危害系数，由单元危险系数F3和物质系数MF按单元危害系数计算图来确定，本案例中的DF为0.83）。

（11）确定最大可能工作日损失MPDO及停产损失BI。根据计算得到的MPPD，由最大可能停工天数计算图，可得到最大可能工作日损失MPDO=86.15 d；停产损失BI=（MPDO/30）× VPM×0.7=（86.15/30）×100×0.7=201.017百万美元（VPM为每月产值，单位为百万美元）。

由于工艺单元的选择、物质系数的确定、工艺单元危险系数的确定、单元危害系数的确定等计算过程与文献［13］一致，在此不再赘述，以下为使用安全措施影响后果分类补偿方法的计算过程，本文仅对F&EI的修正和MPPD的确定进行说明。

（1）计算防护型补偿系数和减损型补偿系数。在计算被评价单元的防护型补偿系数和减损型补偿系数时，首先要根据各类安全措施产生后果的不同将其进行分类，并依据评价单元的实际情况，参考DOW指数法第七版相关说明，采用相应的补偿系数，本例中的各类安全措施的分类及补偿系数取值见表2。将所有防护型安全措施的补偿系数相乘，可得到该评价单元的防护型补偿系数C防；将所有减损型安全措施的补偿系数相乘，可得到该评价单元的减损型补偿系数C减。由表2可计算得到该评价单元的C防=0.87，C减=0.55。

（2）确定评价单元修正后的F&EI。此F&EI为防护型安全措施补偿系数修正后的数值，即F&EI= F3×物质系数×C防1/2=7.7×21×0.871/2=150.8。

（3）确定暴露面积。暴露半径R=F&EI× 0.84×0.3048=38.58 m；暴露面积S=πR2= 3.14×38.582=4 674.6 m2。

（4）确定暴露面积内财产的更换价值。暴露面积内财产的更换价值RV=原来成本×0.82×价格增长系数。在本算例中，假设原来成本=S×价值密度，且0.82×价格增长系数=1，其中价值密度为$5 000/m2，则RV=S×5 000×1=4 674.6× 5 000=23.373百万美元。

表2　合成氨装置单元安全措施分类及补偿系数表Table 2 Classification of the safety measures and credit factors used for the ammonia synthesis reactor unit

（5）确定最大可能财产损失MPPD。根据上文介绍的计算方法，MPPD=DF×RV×C减= 0.83×23.373×0.55=10.7百万美元。

在此需要说明的是，由于该计算方法中得到的F&EI已经是修正后的数值，故由F&EI确定的暴露半径、暴露面积及更换价值均是修正后的数值，即考虑了防护型安全措施的影响后果而得到的数值，另外又将减损型安全措施的补偿系数计算在内，因而据此计算得到的MPPD为实际的MPPD，此方法中不涉及基本MPPD的计算。

（6）确定最大可能工作日损失MPDO及停产损失BI。根据计算得到的MPPD，由最大可能停工天数计算图，可得到最大可能工作日损失MPDO=86.15 d；停产损失BI=（MPDO/30）× VPM×0.7=（86.15/30）×100×0.7=201.017百万美元。

3.2不同修正方法计算结果对比分析

为了进一步说明安全措施后果补偿计算方法的合理性，针对上例，本文采用各种修正方法分别进行了计算，其计算结果见表3。

由表3可见，对同一评价单元，当采用不同的评价方法时得到的评价结果也不尽相同。从F&EI值来看，DOW指数法第七版评价方法未对其进行修正，计算得到的F&EI值最高，危险等级为非常大；应用第一类修正方法计算得到的F&EI值最小，危险等级较修正前降低了三个等级，为较轻；应用第二类修正方法和安全措施影响后果分类补偿法计算得到的F&EI值居中，危险等级分别降低了二个等级和一个等级，分别为中等和很大危险等级。由于修正后F&EI值的降低程度不同，导致各种方法计算得到的暴露半径和暴露面积也各不相同，第一类修正方法计算得到的暴露面积最小，第二类修正方法和安全措施影响后果分类补偿法计算得到的暴露面积居中。从实际MPPD、MPDO和BI值来看，DOW指数法第七版评价方法、第二类修正方法和安全措施分类补偿法计算得到的MPPD、MPDO和BI值相同，而第一类修正方法计算得到的结果显著降低。

表3　不同修正方法得到的评价结果Table 3 Evaluation results of fire explosion by different modifying methods

通过对比分析不同计算方法得到的评价结果可以看出:第二类修正方法和安全措施影响后果分类补偿法均能很好地遵循DOW指数法第七版评价方法的设计原则，修正后得到的实际MPPD相同；而第一类修正方法错误地夸大了安全措施对F&EI和实际MPPD的积极影响，计算结果被显著降低，使得评价结果过于偏向安全；但第二类修正方法在修正F&EI时，未对安全措施进行影响后果分类，将体现减少事故范围或损失的措施也考虑在内，从而也在一定程度上低估了被评价单元的固有危险程度；而基于安全措施影响后果分类补偿法修正得到的计算结果，既可以客观、准确地体现防护型安全措施在降低评价单元固有危险时所起到的积极效果，又可以恰当地反映出减损型安全措施在降低MPPD时起到的作用。

4　结 论

通过对现有DOW指数法中安全措施补偿修正方法的分析，发现现有的两类修正方法不同程度地夸大了安全措施的积极影响，使得修正后的评价结果偏于保守，会误导相关设计、管理人员降低对评价单元的危险程度的认识；而安全措施影响后果分类补偿计算方法，将各项安全措施分为防护型安全措施和减损型安全措施，并根据两类安全措施造成的影响后果的不同，将安全措施补偿系数分别体现在F&EI的修正和MPPD的计算上，使得修正结果更加客观、准确，既体现了安全措施降低单元危险程度的积极作用，又提醒有关人员不能盲目信赖安全措施而大幅度降低单元固有的危险水平，可为有关人员提供更合理的评价单元危险等级。

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Calculation Method of Fire and Explosion Index Value by Taking Classified Credit for the Effect Results of Safety Measures

SHI Hongtao1，CHEN Yanjun2
（1.Langfang Fire Branch of Hebei Province Fire Brigade，Langfang 065000，China；2.Hami Fire Branch of Xinjiang Autonomous Region Fire Brigade，Hami 839000，China）

When using the two methods for the E&EI amending in the evaluation of DOW，the effects of security measures are not classified，which causes that the efficiency of the measures are magnified in different degrees，for the positive impacts of the loss control measures are applied to the level decrease of the nature risk in the evaluated unit.To tackle this problem，this paper proposes the offset method of classified security measures，in which the security measures are divided into protecting type and loss controlling type.The protecting type measures are related to the nature risk of the evaluated unit，and the loss controlling type measures are ralated to the loss of the unit accident.When calculating the amended E&EI，the offset coefficients of protecting type security measures are involved，and when determining the maximum probable property damage，the loss controlling type measures are considered.This method could provide more reasonable reference data about the risk unit，because of its more objective and accurate evaluation results.

DOW Index；safety measures；effect results；classified offset；F&EI amending

X913

A

10.13578/j.cnki.issn.1671-1556.2015.05.014

1671-1556（2015）05-0079-06

2015-03-02

2015-07-31

石洪涛（1978—），男，工程师，主要从事防火工程方面的研究工作。E-mail:shihongtao1978@sina.com