危險化學品企業基于四區分離的安全風險定量分析（QRA）方法研究

＊姜永俊

（云南天安化工有限公司 云南 650309）

為提升危險化學品企業本質安全水平，規范企業總平面布局，云南省針對部分在役化工企業總圖布局不符合現行規范的實際，于2021 年制定發布了《云南省危險化學品生產儲存企業四區分離技術指導意見》，要求云南省內危化企業將行政辦公區、后勤保障區、集中控制區從生產作業區內分離出來，并采取明確的分隔措施，簡稱“四區分離”。

“四區分離”的指導思想是將人員從高風險區域隔離出來，其核心是總圖，依據是《石油化工企業設計防火標準》等技術規范，具體落實則需要通過安全風險定量分析。

QRA 定量分析建立在假定場景基礎之上，其準確度很大程度上取決于這些假定的場景是否客觀、輸入模型中的數據取值是否與分析對象一致。如果辨識過程中對數據取值進行干預，通過忽略部分事故場景或調整取值將計算結果導引至期望的范圍內，定量分析就不能客觀表達裝置的真實風險。

分析人員對定量分析過度干預或惡意擬合，將會導致分析結果失真?；诖?，展開安全風險定量分析方法、場景及取值的研究，對危險化學品企業四區分離具有重要意義。

1.基于四區分離的安全風險定量分析內容

（1）對危險源進行事故頻率計算及后果模擬，計算特定位置個人風險（LSIR）值，輸出風險等值線；根據國家風險可接受標準確定外部安全距離，計算社會風險曲線（F-N 曲線）；評估廠內人員暴露的重大事故風險，確定個人年度風險指標（IRPA）。

（2）如果外部防護距離或廠內人員暴露的重大事故風險不能滿足風險可接受準則，則提出經濟、合理、可行的風險控制措施，充分降低事故風險，直至符合風險可接受準則。

2.安全風險定量分析步驟

（1）資料收集。根據分析目標和分析范圍，收集分析所需資料，包括平面布置圖、工藝流程圖、管道及儀表流程圖（P&ID）、物料平衡表、聯鎖邏輯圖、設施所在地區的氣象條件、人員分布信息、點火源分布信息，作為定量風險分析的取值參數。

（2）危害場景辨識。包括識別可能的危害因素，判斷泄漏失效事件的情形。危害辨識前，需要根據設施的平面布局劃分節點，然后逐一識別各節點的主要危害。作為QRA 的輸入，危害識別將主要識別與火災、爆炸及有毒物質相關的單元及設備。

（3）事故后果模擬。針對識別出的各種失效事件對后果進行模擬和分析。例如分析火災、爆炸等事故對人員和裝備設施的影響，以及對周邊建筑物的影響。

（4）風險計算。風險計算是通過整合頻率以及后果得出所有事故的風險值。結合后果模擬結果及事故頻率結果，計算個人風險。采用事件樹方法對各種風險結果進行計算和分析，計算輸出風險等值線圖及社會風險（F-N 曲線）。

（5）后果分析。在風險計算的基礎上，對特定條件下的火災、爆炸、中毒等事故造成的人員傷亡和財產損失情況進行描述。為呈現事件演化過程、揭示事故規律，可以采用計算機模擬技術，盡可能科學、直觀地展現出事件的危害與后果。

（6）編制定量風險評價報告。風險評價報告是QRA 工作輸出的成果，其核心是將風險定量分析結果與風險可接受標準進行比較，判斷風險是否可接受，并提出防護措施建議，為后續的四區分離提供指導和依據。

3.四區分離定量分析內容

（1）四區分離基本要求。在役危險化學品生產、儲存企業，存在劇毒氣體和爆炸危險性的裝置控制室不得布置在裝置區內。確需布置在裝置內的，應按照《石油化工控制室抗爆設計規范》開展抗爆分析，根據分析結果進行整改和加固。

對有預留空地的企業，建議將其調整到非抗爆區（爆炸危險影響區以外）。在滿足裝置實際運行需要的前提下，可與其他建筑合建，盡量集中布置，提高本質安全度。

對危險化學品生產和儲存設施正常生產運行期間的可燃、有毒氣體擴散，火災和爆炸等重大事故后果進行模擬分析，確保安全風險落在可接受區。

（2）安全防護距離的確定。計算廠區外部防護目標確定個人風險和社會風險，并將量化的風險指標和危險化學品生產裝置及儲存設施風險在可接受標準下進行對比。

通過定量風險評估所確定的外部安全防護距離并非是給出一個具體的數值，而是對得出的個人風險曲線和社會風險曲線進行分析。兩者均要滿足風險標準，若不滿足標準要求，則需要進行風險敏感性分析，確定風險排名靠前的場景，最終根據企業實際情況提出降低或減緩風險的措施，以確保企業風險達到可接受程度并確定企業外部安全防護距離。

（3）人員集中建筑物抗爆風險評估。國內的法律法規明確要求控制室、機柜間等人員集中建筑物需進行抗爆分析。企業內建筑物是否需要采用抗爆改造，可以通過定量風險評估過程，篩選所有可能發生爆炸的場景。以此計算防護目標在受到各個場景爆炸產生的沖擊波超壓、積累發生頻率。根據最大可信事故場景爆炸沖擊波參數評估是否對該建筑物造成影響。

（4）建筑物防毒風險評估。在計算毒性氣體導致的建筑物內人員致死概率分析中采用室內真實的毒性氣體濃度進行致死概率評估。評估時需考慮建筑物采取的防毒措施的有效性和可靠性，并對致死概率進行修正，最終確定需要進行防毒設計的建筑物。通過計算推算畫出毒氣危害的個人風險值的危險度曲線。這些曲線表示某假定個體接受至少定量毒氣的頻率（1×10-4次/每年、1×10-5次/每年、1×10-6次/每年），并被精確地繪制在網格化的地圖上，以此確定防毒衛生防護距離。

為避免過于繁瑣或復雜的計算情況，也可以考慮使用半定量風險評估方法，如LOPA 分析等。針對高風險場景，則需要采用定量風險分析方法來進行風險比較和決策。

4.取值對定量分析結果偏差的影響分析

(1)泄漏概率取值

泄漏概率取值的關鍵在于確定設備類型，反應容器和儲存容器的概率值是有較大差異的[3]。需要根據泄漏時長確定是屬于連續性泄漏還是短時泄漏。

以液氨球罐為例：液氨球罐若發生蒸氣云霧爆炸，將造成極大破壞。同時應注意，在發生爆炸后可能會使液氨球罐泄漏加劇，一次爆炸的能量有可能加速液氨的揮發，也有可能形成二次爆炸，或者形成多米諾效應，造成更嚴重的危害。

液氨球罐泄漏后存在有毒氣體擴散和蒸氣云霧爆炸兩種可能性，需對液氨泄漏后形成有毒氣體擴散和蒸氣云霧爆炸分別進行模擬計算。在使用定量分析軟件進行模擬分析計算時還應當考慮以下因素：

模擬計算是均以一個液氨球罐發生嚴重泄漏事故的后果進行，還是對發生連環爆炸的情況進行計算。不同的場景其計算結果將產生巨大差異，甚至是幾個數量級的差異。

在軟件計算過程中，人員密度和財產密度的數據取值也會導致與計算結果產生巨大差異。

在爆炸模型模擬分析評估中，以燃爆點主要選取裝置、設備的中心點為基準。在蒸氣云爆炸事故模擬計算中，選取不同的氣云爆炸當量系數進行計算，氣云爆炸當量系數的取值與可燃氣體和空氣的混合程度、地形地貌、氣溫、風速、空氣的穩定程度均有關，不同的經驗取值也會對計算結果產生較大的影響。

(2)泄漏場景取值的影響分析

①氣體泄漏場景分析。可燃氣體泄漏到空氣中達到燃燒極限時，遇到點火源就會發生燃燒或爆炸。如果從容器中泄漏出的可燃氣體被即時點燃，則會發生擴散型燃燒，形成火球或噴射性火焰，一般不會影響到界區外，只會迅速危及泄漏事故現場。

可燃氣體泄出后沒有立即點燃，則會與空氣混合形成云團隨風飄移，如果遇火源發生爆炸或爆轟，破壞范圍較大。

有毒氣體泄漏后形成云團隨風飄移和擴散，對廠內和廠外會造成較大危害。

氣體從裂口泄漏的速度與其流動狀態、容器內壓有關。當泄漏液體屬于強揮發性液體，能夠快速全部蒸發成氣體時應按氣體泄漏公式進行計算。如果泄漏液體蒸發量小，則按液體泄漏公式進行計算。

②液體泄漏場景分析。常溫常壓下，揮發性液體泄漏后果與液體的性質和貯存溫度、壓力有關。這種液體泄漏后易形成液池，主要危害形式是池火災，影響范圍相對固定。

加壓液化氣體泄漏蒸發的比例取決于物質的物理特性和環境溫度。揮發性強的液體泄漏后將快速全部蒸發而不會形成液池；揮發性弱的液體泄漏后則會形成液池，吸收周圍的熱量繼續蒸發。

相同條件下泄漏量與泄漏時間成正比。對同一種物質來說，決定泄漏事故后果嚴重程度的主要因素是泄漏量的多少，可見泄漏量的時間參數和壓力參數、孔口參數決定了事故后果的嚴重程度。

當泄漏設備的裂口不規則時，可采用等效裂口尺寸計算。

泄漏液體的蒸發速度等于泄漏速度時，液池中的液體量將維持平衡。如果泄漏的液體揮發度低，則不易形成氣云，一般只會形成池火災，不會對廠外人員造成危害。

揮發性液體或低溫液體泄漏，則會形成蒸氣云向外擴散，對界區外人員造成危害。

常壓儲槽內液體的泄漏速度，則取決于裂口的泄漏位置，泄漏位置高則壓力小，相對泄漏量少。承壓容器內的液體泄漏速度主要取決于介質壓力及漏點液層高度，可見泄漏場景中漏點位置的選取對泄漏事故后果有直接影響。

(3)環境對泄漏后果的影響分析

液體泄漏后呈自然流散狀態，向低洼處匯集或在防火堤、岸墻內形成液池。液體蒸發可分為熱量蒸發、質量蒸發和閃蒸，不同的蒸發模式將產生不同的蒸發量，導致的事故后果也將大相徑庭。過熱液體泄漏后由于液體的自身熱量而直接蒸發的現象稱為閃蒸。

在液體閃蒸過程中，轉變成氣體的部分由于升騰作用會帶走一部分以液滴的形式懸浮在氣體中的液體，也就是說，閃蒸不但帶走氣體,同時還會帶走部分液體。當揮發系數大于0.2 時，液體被全部帶走，地面無液池形成。揮發系數小于0.2 時，地面就會殘留液體，形成液池。

當液體泄漏流散在地面形成液池，液體會吸收地面熱量而蒸發稱為熱量蒸發，不同的地面的導熱系數和熱擴散系數存在巨大差異，相同的液體，針對不同的地面，其熱蒸發量也會產生較大差異。

泄漏液池的半徑取決于泄漏點附近的地域構型以及泄漏的連續性。有圍堰時，以圍堰最大等效半徑為液池半徑。無圍堰呈自然流散時，與地形和地面材質及粗糙程度密切相關。一般按照液體泄漏時間內擴散到最小厚度時，推算液池半徑。在沒有圍堰的情況下，最小物料層厚度決定了泄漏面積的大小。不同性質的環境地面對液池面積會產生重大影響。例如，草地的最小物料層厚度是0.02 m，平整地面的物料層厚度是0.01 m，混凝土地面的最小物料層厚度是0.005 m，而平靜水面的物料層厚度則只有0.0018 m。

綜上所述，不同的事故場景，其泄漏量、物態、環境及參數取值，對定量分析結果和事故后果模擬都會不同程度地產生影響。

5.結語

在危險化學品企業四區分離定量分析過程中，不同的事故場景、物理參數值及事故環境的選擇都將導致定量分析結果產生巨大的偏差。取值的合理性、場景選擇與評價對象的貼合性都會影響四區分離安全風險定量分析的結果和客觀可信度。提高四區分離安全風險定量分析精度的關鍵在于避免惡意擬合，避免主觀引導計算結果。只有客觀真實地反映危化裝置的本質屬性，才能通過安全風險定量分析正確指導?；髽I開展四區分離工作。