基于QRA的安全规划方法在某油库的应用

2017-10-11胡燕康康荣学宋占兵于立见

华北科技学院学报 2017年3期

关键词：油库危险源事故

胡燕康，康荣学，宋占兵，于立见

(1. 华北科技学院，北京东燕郊 065201；2. 中国安全生产科学研究院，北京 100012)

基于QRA的安全规划方法在某油库的应用

胡燕康1，康荣学2，宋占兵2，于立见2

(1. 华北科技学院，北京东燕郊 065201；2. 中国安全生产科学研究院，北京 100012)

本文通过叙述了定量风险分析的程序、内容、指标和评价标准，并采用此方法的QRA软件对某油库计算了个人和社会的风险水平。油罐区的个人风险结果表明，该油罐区的风险线没有超出厂区的范围，说明该油库内外防护目标的个人风险是可接受的。社会风险结果表明，该油库没有产生社会风险曲线，处于可接受区，满足社会风险标准。出现此现象的原因既与库区自身的储量、围堰大小有关，也与周围人口分布情况有关。该方法的应用和国家法规规定的风险可接受标准的结合，不仅对油库周边防护目标安全规划具有指导意义，对重大危险源的新建选址，其他重大危险源的改、扩建以及周边土地开发利用均有重要参考价值。

重大危险源；安全规划；定量风险分析；风险

Abstract: In this paper, we describe the procedures, contents, indexes and evaluation criteria of quantitative risk analysis, and use this method to calculate the personal and social risk level of an oil depot by the QRA software. The personal risk of the tank area indicates that the risk line of the tank area does not exceed the scope of the plant, indicating that the individual risk of the protection target inside and outside the depot is acceptable. Social risk results show that the oil depot does not produce a social risk curve, in an acceptable area, to meet social risk standards. The reason for this phenomenon is related to the reserves of the reservoir area, the size of the cofferdam, and the distribution of the surrounding population. The combination of the application of this method and the risk acceptable standard stipulated in the national laws and regulations not only has the guiding significance to the safety planning of the protection target of the oil depot, the new site of the major hazard source, the alteration and expansion of other major hazard sources and the surrounding land development and utilization Have important reference value.

Keywords:Major hazard installations；Safety planning；Quantitative Risk Analysis；Risk

0 引言

1978年以来，随着工业化进程加速，我国城镇化发展呈现“起点低、速度快”的特点。2013年，城镇常住人口为7.3亿，城镇化率达到53.7%[1]。京津冀、长三角、珠三角等区域城市群也开始逐步发力。快速推进的工业化和城镇化，使得人口大量汇集，城市重大危险源的数量显著增加，城市固有风险不断加大，引发严重的安全问题[2-3]。

表1 典型事故案例

重大危险源规划不合理、安全距离不足等致使事故后果严重。因此，怎样科学规划重大危险源，建立重特大事故预防控制体系，降低事故损失和影响，实现企业安全发展和社会稳定，才是社会全体共同关心、关注和亟需解决的问题[4]。

目前，国内外主要有三种安全规划方法：安全距离法、基于后果法和基于风险法[5]。安全距离法主要是依据专家历史经验判断和国家法规标准，确定危险工业设施和活动与防护目标之间的安全距离，通常以表格的形式来表达。基于后果法(“确定性方法”或“最坏假象事故情景法”)主要是通过火灾、爆炸、毒物扩散等事故后果模型对应的相关物理量与距离的关系确定死亡区和伤害区范围。国外目前较为先进的安全规划方法为ARAMIS(工业意外事故风险评价方法体系)体系[6]，其在一定程度上改善了前面三种方法的不足，并补充了企业及周围脆弱性影响，对土地利用规划具有参考意义。本文着重介绍风险法。

1 定量风险分析(QRA)

风险分析源于20世纪30年代保险行业，应用于20世纪60年代化工行业。经历了美国道化学指数法，英国蒙德法，日本化工厂六阶段安全法等发展历程[7]。定量风险分析(QRA)思想，起源于20世纪60年代中期。美国拉姆逊教授于1974年首次将其应用于核电站风险评价中[8]，并发表了《商用核电站风险评价报告》(WASH—1400)。报告采用事故树(FTA)和事件树(ETA)分析方法，并成功预测了“三哩岛事件”。

定量风险分析(QRA)是对某一装置或作业活动中发生事故频率和后果进行定量分析，并与可接受风险标准比较的系统方法。

风险计算的通用公式为：

式中 n——事故发生起数；

fi——事故i发生的频率；

ci——事故i产生的结果。

1.1 程序与内容

1.1.1 程序

定量风险分析程序如图1所示。

图1 定量风险分析程序

1.1.2 内容

(1)收集资料

资料主要包括企业的危险物质信息、工艺危害分析、点火源情况、设计运行管理资料，当地的气象情况、人口数据，事故和设备的历史数据以及相关的法律法规标准规范。

(2)危险源辨识和单元选择

危险辨识是通过系统分析方法辨识评价区域的危险源，确定是否存在重大事故风险。

采用合适的方法(如危险度评价法、设备选择法等)对辨识出的危险源进行筛选，确定进行定量风险分析的危险源。

(3)风险分析、计算和评价

频率分析是评估火灾、爆炸、中毒等事故发生的可能性。

后果分析是依据事故后果伤害模型，依据火灾热辐射、冲击波超压、毒物浓度等物理量与空间距离的关系，与伤害准则(热通量准则、超压准则、半数致死量等)比较，确定事故后果影响范围。

风险计算是在频率和后果分析的基础上，计算出个人风险和社会风险。

风险评价是依据风险标准确定风险等级的过程，为明确各对象风险控制措施服务。

1.2 指标

定量风险分析有两个核心指标，即个人风险(针对个体在某位置面临的风险值)和社会风险(群死事故后果与事故发生频率的关系)[9]。社会风险的另一种表达方式——潜在生命损失，主要是对各危险源产生的社会风险进行定量排序，目的是明确风险管理对象、更有效制定风险管理措施。

1.2.1 个人风险

个人风险是指单位时间内(通常为一年)所有设施的各种潜在事故导致危险区域中某一点人员个体死亡的概率，只与位置有关并用风险等值线表示，如图2所示。

式中 fs——某一事故泄漏概率；

PM——某一天气等级概率；

Pφ——某一风向概率；

Pi——某一点火概率；

vs——该事故人员的死亡概率；

S——事故泄漏场景数量；

M——天气等级数量；

φ——风向数量；

i——点火源数量。

图2 个人风险等值线

1.2.2 社会风险

社会风险是指危险源周边区域内公众对群死事故后果所能接受的事故发生概率。通常用事故累积频率(F)和死亡人数(N)的关系曲线(F-N曲线)表示。

式中 n——死亡人数；

N——累积死亡总人数。

1.2.3 潜在生命损失

潜在生命损失[10-11]指单位时间某区域内全部人员可能死亡的数目，是社会风险的另一种表达方式，可以依此对重大危险源进行风险排序。

或

式中 PLL——潜在生命损失；

fi——事故i结果的频率，单位为/年；

Ni——第i个事故的死亡人数；

IRn——为第n个网格的个人风险；

dn——为第n个网格的人员总数；

N——网格数量。

2 风险可接受标准

风险可接受标准遵循最低合理可行原则(As Low As Reasonably Practicable，ALARP)[7]，该准则将风险水平分为三区两线，即不可接受区、可接受风险线、尽可能降低区、可接受区和可忽略风险线。

图3 社会风险等值线

2.1 个人风险可接受标准

个人风险可接受标准指防护目标可接受的来自各危险源的最高风险(可接受风险值)。确定个人风险可接受标准主要依据防护目标的聚集程度、对风险的敏感性、暴露的可能性等，不同防护目标的可接受风险不同。

《危险化学品重大危险源监督管理暂行规定》[安监总局令第40号]和国家安监总局公告[2014年第13号]《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)》中均规定可接受风险标准。40号令和13号公告均对其适用范围做了规定，并不冲突。

表2 40号令规定可接受个人风险标准

表3 13号公告规定可接受个人风险标准

2.2 社会风险可接受标准

社会可接受风险标准是公众对发生群体死亡事故后果的事故累积频率的可接受程度。

根据安监总局40号令和13号公告，社会风险可接受标准如图4所示，社会风险曲线是对数图，横坐标是死亡人数，纵坐标是所有超过该死亡人数的事故累积概率。

图4 我国社会可接受风险标准图

3 应用

某油库西北面约150 m有一洗水厂，东南侧约120 m有一米面制品公司，西南面为乡村公路和村庄。与该村委距离约750 m，与该村小学距离约650 m，与部分房屋距离约96 m，常住人口约87人。库区共设5个柴油罐(5×2000 m3)、2个汽油罐(3000 m3+4000 m3)及1个煤油罐(3000 m3)，总储量20000 m3，属三级石油库。

经过重大危险源辨识，该库区的油罐区属于三级重大危险源，根据物质性质和不同泄漏场景，主要发生池火灾危险。依据国家安监总局40号令和13号公告的规定，应采用13号公告中的在役装置风险标准进行风险评价。

由于该方法需要危险物质数据库、气象数据库、事故模型数据库、设备泄露概率数据库等复杂的数据支持以及相应的模型和风险计算程序，人工计算较为困难。故通过运用中国安全生产科学研究院开发的定量风险分析软件CASST-QRA，输入相应信息，经过计算，得到该油库的个人风险等值线和社会风险曲线，如图5至图10所示。

图5 划分厂区边界、危险源、人员分区

图6 输入危险源描述信息

图7 输入气象条件描述信息

图8 输入人口区域信息

图9 油库个人风险等值线图(由内到外为红：3×10-5，黄：1×10-5，绿：3×10-6)

由图9所示，根据风险标准，相应的风险线内没有出现其规定的防护目标，所以该油库个人风险可以接受，由图10所示，该油库没有出现社会风险曲线，说明该油库油罐区在发生池火灾后不会产生社会风险，不会殃及油库办公区域以及油库周边的工厂和居民区，故没有潜在生命损失，符合社会容许标准，说明该油库选址合理，周边及厂内建筑设施规划合理，不存在敏感防护目标。