重大危险源定量风险评估关键问题研讨

武志峰，党文义

(1.中国石化安全工程研究院，山东青岛 2660712.化学品安全控制国家重点实验室，山东青岛 266071)

重大危险源定量风险评估关键问题研讨

武志峰1,2，党文义1,2

(1.中国石化安全工程研究院，山东青岛2660712.化学品安全控制国家重点实验室，山东青岛266071)

采用“影响距离”法和“选择数”法选取泄漏单元，建立设备泄漏频率失效模型,计算不同孔径的泄漏频率,计算结果和国际通用失效频率软件计算结果基本一致。提出以个体自然死亡概率为基础，确定不同防护目标的个体风险标准，社会风险作为对个人风险的补充对危险源引发重大事故风险的可接受程度进行评估。

重大危险源 定量风险评估 泄漏单元 泄漏频率 风险标准

重大危险源定量风险评估对于促进企业安全管理、减少和预防伤亡事故具有重要作用，为重大工业伤亡事故的预防和控制奠定基础。国家安全生产监督管理总局于2011年颁布实施了《危险化学品重大危险源监督管理暂行规定》(简称“安监总局令第40号”)，采用了危险化学品重大危险源分级和定量风险评估等管理理念，提高了我国危险化学品重大危险源安全管理水平。

定量风险评估技术复杂，目前在国内应用趋于广泛[1-4]，但是有些关键问题，一直在困扰相关人员。重大危险源定量风险评估的核心问题是泄漏单元的选取、设备泄漏频率的确定以及风险标准的制定。目前，泄漏单元选取方法不统一，泄漏单元划分不相同。设备泄漏频率来自不同的数据源，比如：适用于化工行业的失效数据库、企业历史统计数据、基于可靠性的失效概率模型或其他数据来源[5]。不同的泄漏频率数据源因统计方法、失效条件等不同，差异性较大。风险标准值是重大危险源定量风险评估的前提和基础，确定风险标准值时应遵循基本的原则，风险标准使同类型的装置或设施的重大危险定量风险评估计算结果更加有对比性，为领导决策提供技术支撑。

1 重大危险源定量风险评估程序

重大危险源定量风险评估程序见图1，其基本程序包括一、二级重大危险源的资料数据收集、泄漏单元选择、泄漏频率分析、失效后果分析、定量风险计算与评价、个体风险和社会风险计算，并与风险标准对比分析,判断是否满足风险可接受标准。

图1 重大危险源定量风险评估程序

2 重大危险源定量风险评估关键问题

2.1 泄漏单元选取

重大危险源的泄漏单元通常由多个设备单元组成。单元选择应选择对厂区外风险有所贡献的设备单元。设备单元选择有以下2种方法[6]。

2.1.1“影响距离”法

“影响距离”法[6]的应用原理是“设备单元”如果发生泄漏事故，其影响距离超出厂区边界，对外部风险有所贡献。“影响距离”法包括步骤如下。

a)确定每一个设备单元的最大影响距离(E)。即设备单元在最坏事故模式下1%致人死亡率达到的最大距离，1%致人死亡率对应的不同危害后果强度阈值见表1[7,8]。

表1 1%致人死亡率对应的危害强度阈值

b)确定每一个设备单元距厂区边界的最小距离(T)。

c)对每一个设备单元，比较E和T值，如果E>T，则该设备单元应进行定量风险评估；否则，不需要进行定量风险评估。

应用基于“影响距离”法进行设备单元选择，所有选中的设备单元必须全部进行定量风险评估。如果选中的单元数大于5，可以通过“选择数”法进一步选择，以减少选择的单元数和简化定量风险计算。

2.1.2“选择数”法

如果按照“影响距离”法选中的单元超过5个，可进一步采用“选择数”法进行单元选择以减少需要进行定量风险评估的单元数量。“选择数”法单元选择程序基于单元内危险物质的类型、数量和单元工艺状态，即计算单元“选择数”的方法[5,8]。

如果重大危险源包括5个以上的设备单元，可以选择直接应用“选择数“法进行单元选择。

“影响距离”法和“选择数”法设备单元选择程序见图2。

2.2 泄漏频率确定

目前，国内没有完整的泄漏频率数据库，重大危险源定量风险计算中采用的泄漏频率主要参考国外相关标准和做法，导致泄漏频率、事故后果和风险的计算结果很难有可比性。国外一些研究机构，如挪威船级社(DNV)[6]、英国健康和安全局(HSE)[9]、美国化工过程安全中心(CCPS)[10]等都有类似的数据库，可直接获得各类设备的泄漏概率，但是这些数据库各有特点，并不能适合国内企业的实际情况。

泄漏频率分布函数的一个特征是允许任何孔径尺寸分布而不影响结果。公式(1)给出了总泄漏频率方程，描述了泄漏频率和孔径的变化(d=1～D)。

F(d)=f(D)dm+Frup

(1)

式中：F(d)——孔径尺寸d的泄漏频率，a-1；

f(D) ——设备直径D泄漏频率波动函数；

D——设备直径， mm；

d——孔径， mm；

m——斜率；

Frup——破裂失效频率，a-1。

孔径在d1～d2变动范围内的频率为：

(2)

全孔破裂的频率(孔直径为D)为：

F(D)=f(D)dDm+Frup

(3)

f(D)=c(1+αDn)

(4)

式中：c，α，n——设备类型常数。

图2 设备单元选择程序

在失效频率模型中，确定常数c、a、n和m是核心，以离心压缩机为例，通过多次计算与验证，得到离心压缩机泄漏频率，模型中的c、a、n和m值分别为0.010 61、0、-0.907 23和0，离心压缩机泄漏面积与失效频率的关系曲线见图3，通过该图可得出不同孔径的泄漏频率，该数据模型针对具体设备失效频率的计算结果和国际通用失效频率LEAK软件计算结果基本一致，其结果对于石化企业风险评估具有重要的实际价值。

图3 离心压缩机泄漏面积与失效频率关系

2.3 风险标准确定

2.3.1个人风险标准

风险标准是判断重大危险源定量风险计算结果的基准，2011年安监总局令第40号《危险化学品重大危险源监督管理暂行规定》要求对危险化学品重大危险源进行分级，并对一、二级重大危险源进行定量风险评估，给出了危险化学品单位距离周边重要目标和敏感场所的可容许个人风险标准，但是没有对新建装置和在役装置加以区别，而且可容许个人风险标准更加严格。

不同防护目标的个人风险标准由分年龄段死亡率最低值乘以相应的风险控制系数得出。根据第六次人口普查数据，10岁至20岁之间青少年的平均死亡率3.64×10-4/a，是分年龄段死亡率最低值。风险控制系数的确定参考丹麦等国的相关做法[7]，分别选定10%，3%，1%和0.1%应用于不同防护目标，是公众对意外风险可接受水平的直观体现。最终确定了个人可接受风险标准，该标准值由国家安全生产监督管理总局在2014年以第13号文的形式发布——《危险化学品生产、储存装置个人可接受风险标准和社会可接受风险标准(试行)》。

2.3.2社会风险标准

社会可接受风险标准是对个人可接受风险标准的补充，是在危险源周边区域的实际人口分布的基础上，为避免群死群伤事故的发生概率超过社会和公众的可接受范围而制定的。通常用累积频率和死亡人数之间的关系曲线(F-N曲线)表示。在设置社会可接受风险标准的国家和地区中，英国、荷兰以及中国香港地区的社会可接受风险标准较具有代表性。

我国采用香港地区的社会可接受风险标准值，作为个人风险标准的补充对危险源造成群死群伤事故风险的可接受程度进行评估。

3 结论

a)为有效控制危险化学品重大危险源导致重大社会危害，2011年国家安全生产监督管理总局发布实施的安监总局令第40号，首次提出对重大危险源进行定量风险评估，标志着国家对危险化学品重大危险源区域位置由距离管理向风险管理的发展。

b) 重大危险源是个敏感的安全问题，其定量风险评估的准确性和合理性越来越受到重视，其中泄漏单元的选取、泄漏频率确定和风险标准是3个核心问题。

c)泄漏频率是开展重大危险源定量风险评估的关键因素之一。目前，国内缺乏相关设备的泄漏频率，没有泄漏频率数据库，取值具有较大的不确定性。建议开展具体行业的泄漏频率数据收集与研究，开发适合中国国情的泄漏频率数据库。

[1] 多英全, 魏利军, 于立见, 等．基于风险的重大危险源选址规划研究[J]. 中国安全生产科学技术, 2007, 3(6): 20-23.

[2] 孙东亮, 蒋军成. 化工园区区域定量风险评价若干问题探讨[J]. 工业安全与环保, 2010, 36(5):50-59.

[3] 杜建华, 扈洁琼. 定量风险分析在炼油装置中的应用[J]. 中国安全生产科学技术,2013, 9(3): 157-160.

[4] 宋占兵, 于立见, 多英全, 等.定量风险评价在炼化一体化项目中的应用[J]. 中国安全生产科学技术, 2011, 7(5): 91-94.

[5] AQ/T-2013 化工企业定量风险评价导则[S].

[6] National Institute of Public Health and the Environment(RIVM). Reference manual Bevi risk assessments introduction[M ]. Bilthoven, the Netherlands,2009.

[7] EIGA. Determination of safety distances[R]. Brussels, 2001.

[8] Daniel A. Crowl, Joseph F. Louvar. Chemical process safety fundamentals with applications[M]. 2nd ed. Prentice Hall PTR, 2002.

[9] UK Health and Safety Executive. Failure rate and event data for use within land use planning risk assessments. 2010.

[10] Center for chemical process safety of the American institute of chemical engineers.Guidelines for process equipment reliability data with data tables, John Wiley & Sons, Inc., 2010: 239-279.

DiscussionsintoKeyIssuesofQuantitativeRiskAssessmentofMajorHazardInstallations

Wu Zhifeng1,2，Dang Wenyi1,2

(1.SINOPEC Research Institute of Safety Engineering, Shandong, Qingdao 266071 2.State Key Laboratory of Chemical Safety and Control, Shandong, Qingdao 266071)

The use of “impact distance” method and the “select number” method selected leakage unit, set up equipment failure frequency leakage model to calculate different aperture leak frequency calculation results and international general software failure frequency calculation results are basically the same. This paper proposes on the basis of individual natural death probability for the first time, determine different protection objective standard of individual risk, social risk as a complement to the individual risk of hazards caused by an acceptable level of major accident risk assessment.

major hazard installations； quantitative risk assessment；leakage unit；leakage frequency；risk criterion

2016-05-10

武志峰，工程师，2008年毕业于吉林大学，现在中国石化安全工程研究院从事石油化工行业安全技术研究和定量风险评估工作。