天然氣爆炸性區域的個人風險研究

史安亮（長慶油田分公司第五采氣廠 陜西 西安 714000）

一、個人風險的定義

個人風險是指評價區域內的所有危險源因各種潛在事故造成區域內某一固定位置長期生活的未采取任何防護措施的人員個體死亡的概率，是社會可接受風險的最小單元。任意一點受多個容器失效或隱患同時作用的風險值用公式可總結為：

其中Pi為失效導致的個體死亡概率，Di為失效概率。

二、個人風險計算中個體死亡率計算

1.模型及傷害方式的選取

蒸氣云爆炸(VCE)、沸騰液體擴展蒸氣云爆炸(BLEVE)和池火災是爆炸事故中常見的三種事故模式，其中以蒸氣云爆炸為主。其主要由于閥門泄漏、管線失效、等因素導致危險物泄漏、與周圍空氣形成“預混云”被引爆。

天然氣及儲存壓力容器爆炸時，爆破能量以沖擊波能量、碎片能量和容器殘余變形能量三種形式表現出來。后二者所消耗的能量只占總爆破能量的3%～15%，也就是說大部分能量是產生空氣沖擊波。

2.風險模型中個體死亡率計算

（1）爆炸能量的當量計算。TNT當量法適用于蒸氣云爆炸且用以模擬爆炸遠場時偏差較小。地面或近地面爆炸即為:

式中：α為爆炸效率因子，對于天然氣推薦值3%；Wf為蒸氣云中可燃物的質量，kg；QTNT為TNT的爆炸當量能量，一般取4686k J/kg。

（2）沖擊波的計算。沖擊波常以空氣沖擊波存在，破壞傷害多由超壓引起。沖擊波模型采用“Jose Henrych”經驗式,尤其適用于中遠距離爆炸：

式中：R為測點到爆心的距離，m；τ為超壓作用時間，ms；

（3）沖擊波超壓造成人員的死亡率計算。通過沖擊波超壓p和爆炸時間τ0的計算，參考超壓值表1，可直接進行查詢并得出個人死亡率；對于沒有出現的數據，可以采用擬合法計算。

表1 身長垂直沖擊波方向的作用時間與不同死亡率的超壓值

?

3792692212071941934.010.020.040.0100.0200.0758496414400365359568.5382.5317.5303.5279.5273.0

首先對爆炸時間τ和99%、50%、1%死亡率的爆炸沖擊波超壓進行擬合，得到爆炸時間和三個死亡率的爆炸沖擊波之間的關系公式y=1710 τ-0.3737、y=1557.4 τ-0.4291、y=1015.2 τ-0.4127；并以此為基礎求出爆炸時間τ0的相應的三個死亡率的爆炸沖擊波p1、p2、p3。將超壓數據與對應的死亡率進行擬合，進而得出沖擊波超壓與死亡率的關系。將由經驗式計算得出的沖擊波超壓p 帶入關系式中即可計算得出爆炸時間τ0對應的死亡率。

三、爆炸性區域蒸氣云爆炸的總失效頻率

蒸氣云爆炸的頻率主要包括三個部分：

1.基本泄露發生概率。根據爆炸性區域容器相關資料和與孔尺寸與壁厚相關的失效率表可以確定發生泄露的概率DE0；

2.個體暴露概率。工時數除以全年小時數即為全年的個體暴露概率DI0。計算年個人風險時則不用考慮此概率;

3.失效頻率的調整系數。泄露后可能會導致不同的后果，通過事件樹分析，可以得到管道泄露后發生各種事故的頻率，其中DA即為天然氣泄漏后發生蒸汽云爆炸的概率。

發生蒸氣云爆炸的總失效頻率：

四、個人風險對區域規劃的參考意義

個人風險計算和評估對不同區域的建設起著重要的參考作用，是確定天然氣開發和儲存規劃等方面工作的重要依據。風險并不是越低越好，因為風險的降低需要付出較大的安全投入。因此通常需要定義一個風險可接受準則，將風險限制在一個可接受的水平。參考國家《城市公共安全規劃技術、方法與程序研究》成果，建議的個人風險容許標準如表2所示。天然氣爆炸性區域的個人風險規劃應控制在企業內部的個人風險要求之下，以保證人員和生產安全。

表2 我國建議的個人風險容許標準

［1］賈偉.區域定量風險評價方法及其在化工園區中的運用[J].中國安全科學學報，2009.

［2］張衛強、焦強、崔鋒.壓力容器爆炸傷害事故后果分析及評價[J].科技信息，2008.