基于CASST-QRA 的化工企业定量风险评价研究

赵家程

（中海油天津化工研究设计院有限公司，天津 300131）

化工行业生产使用大量危险化学物料，这些物料具有易燃、易爆、易蒸发、易渗漏的特性，易引起作业场所重大事故的发生。在项目设计阶段，运用科学的评价方法，识别出工艺设备发生事故的影响范围、引起人员伤亡的概率，进而预估个人可接受风险和社会可接受风险，可以有效预防或降低化工设备泄漏引发事故时，对人员的影响，从而降低事故的严重性。

1 风险评价的原理

对于构成危险化学品重大危险源的化工企业，且涉及国家重点监控的的化工企业，可以选用CASST-QRA 重大危险源区域定量风险评价软件对企业的事故后果、个人风险和社会风险进行模拟计算。

失效概率：化工企业普遍存在储罐、压力容器、反应器、塔器等工艺设备、以及管道、阀门、泵体、压缩机等辅助设施，将上述设备设施的基础失效概率嵌入到模拟软件中，由此模拟计算出不同事故失效模式（泄漏孔径）下的失效概率。

事故情景有泄漏情景、事故灾害情景等。

泄漏情景包括设备和管道的小孔、中孔和大孔泄漏，以及容器整体破裂等；事故灾害情景有气体扩散、池火灾、火球、云爆、整体爆炸等。

事故后果分为死亡、重伤和轻伤，每种事故后果都具有特定的伤害范围，以死亡区、重伤区和轻伤区来界定事故的伤害范围。

1.1 热辐射伤害/破坏判定准则

热辐射伤害/破坏判定准则反映的是不同程度的热辐射强度及暴露时间对人体或设备设施造成危害的严重程度。见表1。

表1 热辐射伤害/破坏准则Table.1 The Criteria of Thermal Radiation Injury/Damage

1.2 可容许个人风险标准

危险化学品生产装置和储存设施周边防护设施可承受的个人风险根据不同的防护目标采取相应的概率值。见表2。

表2 可容许个人风险标准Table.2 Permissible Personal Risk Criteria

1.3 可容许社会风险标准

化工发生重大安全生产事故时，为避免或降低引起企业周边区域人员伤亡事故的可能性，以事故概率设定社会可接受程度，并由F-N 曲线（社会风险曲线，见图1）表示累积频率与死亡人数的相互关系。

F-N 曲线包含不可接受区、尽量降低区和可接受区三个曲线标准值。其中，可接受区表示风险可以被接收，不可接受区相反，而尽可能降低区表示需要采取其他安全措施，使风险降低至可接受的水平。

图1 可容许社会风险标准（F-N）曲线Fig.1 The F-N Curve for Permissible Social Risk Standard

2 实用举例

2.1 化工企业储存和使用物质

某化工企业主要生产六氟磷酸锂、四氟硼酸锂等锂盐，设置锂盐车间和氟化氢储存设施，主要原料是氟化锂、五氯化磷及无水氟化氢，副产有氢氟酸和混酸（盐酸和氢氟酸）。储存物质为氟化氢，储存状态为液态，储存方式为卧灌。

2.2 锂盐罐区事故后果模拟分析

在氟化氢储运时，由于储罐和管道泄漏或人为操作失误等原因，可能发生泄漏事故，有毒物质扩散可能引起中毒窒息事故。

1）危险有害物质。

氟化氢沸点19.5℃，无色气体，常温下为液态，是剧毒性物质，具有较强的腐蚀性，因此选择氟化氢作为模拟分析的物质。

2）泄漏源、泄漏方式及泄漏事故规模。

选取氟化氢卧罐、泄漏部位为管道、阀门、容器作为模拟分析的泄漏源。

选取连续性泄漏、容器整体破裂作为模拟分析的泄漏方式和泄漏事故规模。

模拟参数：锂盐罐区共3 个50m3储罐，氟化氢储罐总容积150m3，出料管径假定为DN40，取氟化氢储罐管道工作流量为0.55kg/s，储罐压力为常压，温度取常温。见图2。

图2 氟化氢储罐模拟参数选取Fig.2 Selection of Simulation Parameters for Hydrogen Fluoride Tank

3）运行状态的选取。

假定储罐正常储运作业，危险化学品储存为最大量。

4）泄漏持续时间的选取。

在模拟泄漏量时，按持续泄漏时间10min 考虑。

5）气象条件的选取。

风速、风向、大气稳定度、混合层高度、气温是气象条件的特征。根据企业当地的气象特征，周边环境为城市（分散的高矮建筑物），全年平均风速4.6m/s，全年平均气温25℃。见图3。

图3 气象条件参数选取Fig.3 Selection of Meteorological Condition Parameters

2.3 事故后果计算

运用CASST-QRA 软件内嵌计算模型，在锂盐罐区氟化氢储罐发生泄漏后引发中毒扩散事故的影响范围1452m。见图4、表3。

图4 氟化氢储罐容器整体破裂中毒扩散（静风，E 类）事故后果图Fig.4 Consequence Diagram of Poisoning Diffusion(Quiet Wind,Category E) Accident in Whole Vessel Fracture for Hydrogen Fluoride Tank

表3 氟化氢储罐中毒扩散事故危害范围Table.3 Hazard Scope of Poisoning and Diffusion Accident for Hydrogen Fluoride Tank

2.4 个人和社会可接受风险模拟

图5 中红色、黄色、蓝色曲线分别表示1×10-5、3×10-6和3×10-7量级个人风险等值线。

根据模拟结果，1×10-5量级个人风险等值线位于厂区内，3×10-6和3×10-7量级等值线超出厂区。在影响区域内不存在一般防护目标中的三类防护目标，因此企业个人风险水平可接受。社会风险曲线位于F-N 曲线（见图6）中可接受区，因此，企业社会风险水平可接受。

3 结论

图6 社会可接受风险值Fig.6 Socially acceptable risk value

通过化工企业事故情景模拟，定性评估化工企业发生泄漏后引发事故的影响范围，可以为企业在优化工艺设计和设备布局提供指导，提高企业的自动化水平，有效降低事故风险和社会影响。