风险评价技术在化工设备安全评估中的应用

李龙

（长沙新材料产业研究院有限公司，湖南 长沙 414000）

压力容器、换热器、蒸馏塔等化工设备是工业领域常用的装备，是易发生重大事故的特殊设备，任何环节出现问题都极有可能导致人员伤亡和财产损失。同时在用化工设备必须长周期运行，维护和检验成本较高。为了既保证安全性又兼顾经济性，需要采用各类风险评价技术对其安全状况进行评估。随着行业的不断发展，定量风险评价技术在化工设备安全领域越来越受到重视和应用。

1 风险评价概述

风险评价就是为了达到系统安全的目的，通过一系列安全标准和评判工具，对流程中存在的潜在风险进行识别、判断和分析，并采取一系列措施，规避事故的发生或减少事故发生的可能性。

风险评价方法有定性、定量和半定量评价法，每一种评价方法有其特点和使用范围，不同的行业需要采用不同的风险评价方法。

2 化工设备风险评价方法

根据企业自身的特点，结合设备的具体状况，如数量、介质、工作条件、使用年限等，选择合适的风险评价方法，对其安全状况进行评估，可达到协调其安全性与经济性的目的。

2.1 定性风险评价方法

根据化工设备的特点，对其安全状况进行评定中，一般使用的定性风险评价方法有安全检查表法（SCL）、预先危险性分析（PHA）、故障类型和影响分析（FMEA）、危险性与可操作性研究（HAZOP）。安全检查表法（SCL）以分析危险有害因素、安全等级为评价目的。特点是以提问或现场观察方式确定各检查项目的状况。优点是简单易掌握，缺点是只能获得定性的评价结果；预先危险性分析（PHA）以危险性等级为评价目的。特点是通过分析讨论系统中存在的危险及有害要素、触发原因、事故类型，评定等级。优点是方法简单容易，缺点是分析评价人为因素影响；故障类型和影响分析（FMEA）以分析故障的影响等级为目的。特点是通过分析系统中的故障类型、原因、影响，从而评定影响等级。优点是分析详细，缺点就是分析太复杂；危险性和可操作性研究（HAZOP）以分析偏离及其原因、后果造成影响为评价目的。特点是通过分析可能出现的偏离及原因、产生的后果；优点是方法简单易行，应用广泛，缺点是容易受主观因素影响。

2.2 半定量风险评价方法

化工设备安全状况的评定中，主要使用的半定量风险评价方法。

事件树分析（ETA）主要分析事故发生的原因、导致事故的条件和事故发生的可能性有多大，主要采用的是归纳方法，以计算方法推算事故发生的可能性有多大，方法容易，但缺点是只有失败和成功两种表达状态，而且受人为因素影响较大；事故树分析（FTA）和事件树一样的评价目的，区别是其通过演绎法判断事故发生的概率，优点是准确，主要用于寻找失效事件间的关系，缺点是过于复杂，需要大量计算。

作业条件危险性分析（LEC）主要用于评价危险性等级，特点是按照一定的方法进行危险程度打分，从而评定危险等级，优点是方法简单，缺点也是容易受到人为主观因素影响。

人因失误、可靠性分析主要是评价人的因素产生的影响，很明显，这种方法简单实用，但受到人为主观因素影响；日本六阶段评价法主要是通过查表定性和基准局定量评价危险性等级，优点是综合运用了定性和定量的方法，准确性高，但缺点是工作量大。

最后一种方式是易燃、易爆、有毒重大险源评价方法，从源头分析物质的危险性，评价准确，缺点是评价工作量较大。

2.3 定量风险评价方法

化工设备安全状况的评定中，常用的定量风险评价方法主要有道化学指数法、ICI猛德法、危险度评价法、基于风险的检测法（定量RBI）、基于可拓方法的风险评价、模糊风险评价法。道化学指数法主要评价等级和所造成事故的损失，特点是通过物质、流程和工艺分析事故的等级及造成的损失。优点是简单明确，缺点是参数范围广，容易受人为因素影响；ICI蒙德法评价火灾、爆炸和有毒物质及整体的危险性等级，方法同道化学指数法一样，优缺点因而也一样；危险度评价法评价危险性等级，通过物质、工艺、毒性及布置危险性来计算火灾、爆炸、毒性和整体危险性指数，从而评定各类危险性等级的方法评价，优点是操作简单，缺点是容易受人为因素的影响；基于风险的检测法（定量RBI）识别风险及危险性等级，方法特点是基于风险的辨识，量化事故发生的可能性及严重程度，评定各类危险性等级，优点是有具体数据量化风险，使用方便，缺点是定量计算中需要大量基础数据和历史资料；基于可拓方法的风险评价用来评价危险性等级。通过较好地对各类风险信息进行综合和量化，确定危险性等级。

优点是能很好地综合一些影响系统或装置风险大小的模糊因素，缺点是实际应用案例少，还有待于开发；模糊风险评价法以信息定量化，危险性等级为评价目的。采用模糊参数区间量化法，从而能很好地综合一些影响系统或装置风险大小的模糊因素。优点是有较大的灵活性和适应性，缺点是隶属函数的确定没有完全客观的标准。

3 典型风险评价方法应用：基于RBI方法的压力容器安全评估

3.1 RBI的程序

典型RBI的程序流程一般包括以下三个阶段：

（1）交流阶段：确定RBI实施范围、项目内容及进度计划。

（2）准备阶段：收集所需基本资料；进行流程分割；进行RBI评估。

（3）实施阶段：通过RBI分析得出初步的风险评估报告；制定检验计划；实施检验计划。

3.2 基于半定量RBI方法对压力容器的安全评估

基于生产企业和压力容器设备实际情况的调查、问答、评分、估算，对压力容器的失效可能性以及失效后果进行量化，风险以及风险的可接受准则采用风险矩阵法表示，在此基础上确定压力容器风险等级以及检测周期。

3.3 基于定量RBI方法对压力容器的安全评估

3.3.1 压力容器失效可能性量化

具体步骤如下：

（1）确定通用事故频率。根据压力容器设备的类型，从通用事故频率数据库中确定所预计的通用事故频率。

（2）确定设备修正因子。根据设备的实际情况，确定技术模型子因子、环境子因子、机械子因子和工艺子因子，按下式确定设备修正因子：

（3）确定管理修正因子。根据压力容器设备所在车间的实际情况，确定管理系统评估方面的得分，并将得分换算为管理修正因子。

（4）确定实际事故频率。

3.3.2 压力容器失效后果量化

考虑火灾爆炸、中毒、环境破坏、停产损失四个方面的事故后果，量化压力容器失效后果。其定量的计算方法可依据美国石油协会（API）制定的规范RP580中的计算模型。

3.3.3 压力容器风险等级和检查周期的确定

式中，Pi表示第i种破坏规模的事故概率；C1i表示对应第i种破坏规模的火灾爆炸后果；C2i表示对应第i种破坏规模的中毒后果；C3i表示对应第i种破坏规模的环境后果；C4i表示对应第i种破坏规模的停产损失。

可根据在用压力容器的监测规范以及相应的法规，同时应考虑生产企业自身状况和经济性，来确定压力容器的维修计划和检验周期。

3.3.4 压力容器 RBI再评估

当压力容器设备及压力设备所在的环境状况发生变化，或者评价人员取得压力容器更新的资料时，应当对设备进行RBI再评估。

3.4 分析

通过比较可知，半定量RBI评价方法所需要的原始数据较少，评价的成本较低，同时操作比较简单，在一般情况下可以满足工程实践的精度需要，因此在压力容器设备的风险评估方面获得了广泛的应用。定量RBI方法需要大量的原始数据和前期技术资料，不能在短时期内完成，成本较高，计算复杂，但能进行更精确和详尽的评定，是RBI方法的发展趋势。

4 应用展望

4.1 国外先进风险评价技术与我国实际情况相结合

当前化工设备的风险评价技术基本采用美国或英国的风险评估技术和方法。在工程实践往往需要结合具体的实际情况，我国在引起国外的先进评价技术中，应结合我国在法规、生产企业、标准的具体状况，制定针对化工设备的风险评价方法。通过在企业的推广和运用，逐渐形成我国自主的、合乎工程实际的统一标准。

4.2 风险评价基础数据库的建立和完善

通过定性、半定量、定量风险评价方法的比较中，可知定量风险评价法往往更加具体和准确，但由于需要大量的基础数据库和前期技术研究工作，导致其成本较高。在当前化工设备的风险评价中，在引用国外数据库的基础上，应结合我国的实际情况逐渐建立并完善相关压力容器等化工设备的失效基础数据库，从而推动定量风险评价技术在我国的发展和应用。

5 结语

（1）化工设备的安全评估领域中引入风险评价技术，符合设备安全性与经济性相统一的趋势。

（2）通过对各类风险评价方法的比较以及基于半定量、定量RBI方法对压力容器的安全评估，可知定性、半定量的风险评价技术简单实用，成本较低，应用较为广泛；定量的风险评级技术更加精确，但需要大量基础数据，成本较高。

（3）化工设备失效基础数据库的建立，将推动定量风险评价方法在我国的发展和应用。