定量风险分析（QRA）技术在环氧乙烷储罐安全评价中的应用

郭保建

（中海炼化惠州炼化分公司，广东惠州516086）



定量风险分析（QRA）技术在环氧乙烷储罐安全评价中的应用

郭保建

（中海炼化惠州炼化分公司，广东惠州516086）

定量风险分析（QRA）是一种系统风险分析方法，通过对系统或设备的失效概率和失效后果严重程度进行系统分析，进而量化系统或设备的风险。对定量风险分析的概念及开展工作的步骤做了详细介绍，并以某企业环氧乙烷储罐的定量安全风险分析为例，阐述了定量风险分析技术在安全评价工作中的实施过程。

定量风险分析；失效概率；失效后果；环氧乙烷储罐

1　定量风险分析概述

定量风险分析（Quantitative Risk Assessment，QRA），也称定量风险评价，目前已广泛应用于运输、建筑、能源、化工、航空、军事等诸多领域，甚至在项目计划和财务管理等方面也时有采用［1］，在区域安全规划、安全评价及安全设施设计等方面尤为普遍。在安全评价领域，采用QRA对系统或设备的事故概率和事故后果的严重程度进行量化分析，进而精确描述并量化系统的风险，通过与可接受的标准对比，从而提出防范措施，降低风险［2］。

目前，美国、英国、荷兰已制定出符合各自国情的定量风险评价导则并推广使用。中国国家安全监督管理总局也于2013年发布了行业标准AQ3046—2013《化工企业定量风险评价导则》，针对数据采集、危险识别、单元选择、事故模式和风险度量等方面做了规范，为各组织和单位开展化工项目定量风险评价工作提供了参考。

2　定量风险分析的程序［2-3］

2.1确定被分析系统

确定被分析系统的范围，即明确将要分析的具有潜在风险的场所、装置或作业行为，确定分析区域的边界、装置的种类和位置、作业行为的类别等内容。

2.2数据资料收集及分析

收集被分析系统的危害信息、工艺技术数据、区域位置布置图、总平面布置图、设备布置图、工艺仪表流程图自动控制系统等资料；收集分析区域的气象数据、自然条件、周边生产经营及其他场所情况、人口分布状况；确定评价区域和周边明显的或潜在的点火源。

2.3危险辨识

危险辨识是定量风险评价中的重要步骤，主要是运用安全风险分析的方法对评价对象做系统分析，确定由于危险物质、危险能量或危险行为的存在而可能导致的安全风险，进而确定重大安全风险，以进一步进行定量风险分析。

2.4失效概率分析

分析系统和设备失效的常用作法是对系统和设备的失效模式分组，针对需要进一步分析的失效模式确定失效概率，从而对事故发生的可能性加以评估。失效概率分析主要可以通过2方面获得：1）历史数据的统计分析，国内外相关组织也已经建立了失效概率的数据库，可供分析者直接查询利用；2）理论模型计算，比如事故树分析、频率组合、马尔科夫模型等方法。

2.5事故后果分析

事故后果分析以各种事故后果伤害模型和伤害准则为基础，通过事故后果模拟计算得到热辐射、冲击波超压或毒物浓度等随气象条件、环境条件和距离等参数变化的规律，通过和相应的伤害准则比较，以确定事故后果影响的范围。事故发生后会造成人员伤亡、财产损失和环境破坏等多种后果，在安全评价过程中，定量风险评价则将人员伤亡作为重点分析考量内容。

定量风险分析工作中，事故后果分析的主要内容：1）对潜在事故情景的描述（容器、管道等设备破裂等）；2）危险物质泄漏量的计算（有毒、易燃、易爆物质泄漏量）；3）针对危险物质泄漏后扩散情况的计算；4）事故后果影响的评估（热辐射、爆炸冲击波、毒性）。

近年来，随着数字技术及软件技术的发展，国内外许多相关组织开发了定量风险评价软件，通过对历史数据的统计及内嵌的数学模型模块，可方便快捷地对事故后果加以分析，比如DNV（挪威船级社）开发的SAFETI、TNO（荷兰国家应用科学院）开发的EFFECYS和DAMAGE、中国安全生产科学研究院开发的CASST-QRA重大危险源区域定量风险评价软件、交通部水运科学研究院开发的重大危险源评价软件DANGERS等。

2.6风险计算

确定假想事故的频率和后果后，基于风险理论中风险与事故频率和后果的函数关系，就可以进行风险的计算。

风险度量最常用的表现形式有个体风险和社会风险。个体风险指个体在危险区域可能受到来自危险因素某种程度伤害的频发程度，通常为个体死亡的发生频率，可通过个体风险等值线加以描述［3］。社会风险指群体（包括职工和公众）在危险区域承受某种程度伤害的频发程度，通常表示为≥N人死亡的事故累计频率（F），二者之间的关系采用F-N曲线图表示［3］。

2.7风险评价

风险评价就是对假想事故的风险与选定的风险标准加以比较，判断项目的实际风险水平是否在可接受范围之内，其目的是针对不可容许的风险提出降低风险的对策措施，使风险水平尽可能降低。这一过程可循环开展，直至所有风险被接受为止。

2014年5月，中国国家安监总局于发布了《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）》（安监总局公告，2014年第13号，以下简称《试行标准》），对中国危险化学品装置个人可接受风险标准和社会可接受风险做了规定，并确定了外部安全防护距离，如构成危险化学品重大危险源，应按照《危险化学品重大危险源监督管理暂行规定》（安监总局公告，2011年第40号）中规定的风险标准执行，具体内容见表1、图1［4］。

表1　可容许个人风险标准

图1　可容许社会风险标准（F-N）曲线

3　定量风险分析在环氧乙烷罐区安全评价工作中的运用实例

3.1环氧乙烷罐区工程概况

某化工企业设有200 m3环氧乙烷球罐4台，储罐为半冷冻式，储存温度为-10～-5℃，冷媒为乙二醇水溶液，设计压力为0.8 MPa。

3.2危险辨识

环氧乙烷罐区涉及的危险物质主要是环氧乙烷。环氧乙烷属于高度易燃易爆及毒性物质，常温下为无色气体，低温时为无色易流动液体，闪点＜-18℃，爆炸极限为3.0%～100%（体积比），自燃温度为429℃，最小点火能为0.065 mJ，最大爆炸压力为0.970 MPa。

根据GBZ 230—2010《职业性接触毒物危害程度分级》的描述，环氧乙烷应属高度危害类（Ⅱ级）化学品，吸入、食入、经皮吸收会造成急性中毒，出现头晕、恶心、胸闷、呼吸困难等症状，重者甚至会出现神志不清、昏迷的情况，还可能造成心肌损害和肝功能异常，长期少量接触还会造成神经系统的慢性影响。皮肤接触会发生红肿、起泡，反复接触可致敏。

环氧乙烷罐区在装卸及外输过程中，由于环氧乙烷泄漏容易引发火灾、爆炸及人员中毒事故，有可能导致重大的人身伤亡和财产损失，是本罐区需要主要防范的安全风险。

3.3失效模式和失效概率的确定

针对环氧乙烷储罐进出物料的管道，笔者采用CASST-QRA软件将失效模式分为小孔泄漏、中孔泄漏及全管径破裂，并针对每一种失效模式的失效概率做了分析，具体数据见表2。

表2　环氧乙烷储罐进出料管道失效模式及泄漏概率

3.4定量风险分析

3.4.1事故后果模式

液化环氧乙烷发生大量泄漏后，由于气象条件和点火方式的不同，可能形成闪火、池火灾以及蒸气云爆炸事故，笔者选取在环氧乙烷装卸过程中出料管线发生泄漏后，在罐区发生的池火灾事故为例，对事故后果做了模拟分析。池火灾的主要危害因素是火焰和热辐射，对设备设施和人员可能造成严重的破坏和伤害。

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，具体见表3。池火灾燃烧稳定，持续时间较长，属于稳态火灾，较为符合热辐射伤害/破坏准则。

表3　热辐射伤害/破坏准则［1］

3.4.2泄漏扩散事故情景模拟

1）危险有害物质的选取。本工程装卸储运的货物是环氧乙烷，因此选取环氧乙烷作为危险有害物质进行模拟计算与评价。

2）泄漏源、泄漏方式及泄漏事故规模的选取。

泄漏源：环氧乙烷储罐出料管线。

泄漏方式：假定正在进行出料作业，管道内充满物料，发生连续性环氧乙烷液态泄漏。

泄漏事故规模：在装卸压力和管径确定的情况下，管道泄漏事故规模取决于泄漏孔径的大小。

3）泄漏持续时间的选取。实际生产过程中，由于现场设有相关自动控制措施以及巡视人员，因此泄漏时间通常≤10 min。模拟实验中，CASST-QRA按持续泄漏10 min考虑泄漏量。

4）典型扩散气象条件的选取。对气体扩散有较大影响的气象条件为风速、风向、大气稳定度、混合层高度、气温等。根据本工程所在区域的自然条件，模拟计算选择正常的气象条件，主要气象环境参数：大气稳定度为D级（中性），风速为4.1m/s，环境温度为25.0℃。

3.4.3事故影响范围计算结果

利用CASST-QRA软件包内嵌的计算模型，在环氧乙烷储罐出料管线泄漏发生池火灾事故模拟情景下，得到有关事故的影响范围，结果见表4。

表4　环氧乙烷罐区池火灾事故危害范围

3.4.4社会风险曲线图

根据CASST-QRA软件包模拟结果绘制了环氧乙烷罐区社会风险曲线图，具体见图2。

图2　社会风险曲线图（F-N曲线）

3.4.5个体风险等值线计算结果

根据CASST-QRA软件包模拟计算结果，确定环氧乙烷罐区全管径破裂时个体风险等值线量极分别为1×10-6次/a和3×10-7次/a。

4　定量风险分析结论

通过应用定量风险分析技术，并结合CASSTQRA重大危险源区域定量风险评价软件对某化工企业环氧乙烷罐区开展了定量风险评价工作，阐述了定量风险分析的实施过程，得出主要结论。

1）因液化环氧乙烷泄漏引发池火灾的热辐射危害相当严重，由表4模拟计算结果可知，当因环氧乙烷储罐出料管线全管径破裂而引起池火灾事故时，因火焰热辐射造成的人员轻度烧伤、严重烧伤及死亡距离分别达到117、79、65 m。

2）全管径破裂引发池火灾事故属于极端不利事故后果，发生概率极低，根据CASST-QRA软件提供的数据，全管径破裂发生的基础概率为10-7量级，但是不排除因地震导致设备设施连接管路整体断裂的情况。

3）从环氧乙烷储罐发生火灾、爆炸生产安全事故，个人风险等值线的模拟分析结果来看，个体风险1×10-6和3×10-7均位于企业厂区范围内，不存在居住类和公共聚集类高密度场所、高敏感场所、重要目标和特殊高密度场所。根据《试行标准》的相关规定，个人风险水平可接受。

4）从图2结果可见，可接受风险值位于F-N曲线中的可容许区和尽可能降低区，根据《试行标准》的相关规定，社会风险水平可接受。

5）10-6量级个体风险等值线覆盖半径约为82 m，对于居住类高密度场所和公共聚集类高密度场所，其外部安全防护距离为82 m，因该距离小于GB 50160—2008《石油化工企业防火设计规范》第4.1.9条的中150 m的要求，其外部安全防护距离尚未达标，应按照标准严格执行；3×10-7次/a个体风险等值线覆盖半径约为176 m，因此对于高敏感场所、重要目标和特殊高密度场所，其外部安全防护距离应为176 m。

［1］陈网桦.安全评价师［M］.北京：中国劳动社会保障出版社，2005.

［2］卢卫.定量风险评估技术在石化项目安全评价中的应用［J］.广州化工，2012，40：217-220.

［3］AQ 3046—2013化工企业定量风险评价导则［S］.

［4］国家安全生产监督管理局.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）［Z］.2014.

［5］国家安全生产监督管理局.危险化学品重大危险源监督管理暂行规定［Z］.2011.

联系方式：guobj@cnooc.com.cn

Application of quantitative risk analysis（QRA）technique in safety assessment of epoxy ethane storage tanks

Guo Baojian
（Huizhou Branch，CNOOC Oil&Petrochemicals Co.，Ltd.，Huizhou 516086，China）

Quantitative risk analysis（QRA）is a systematic risk analysis method.The risk of system or equipment can be quantized by the systematic analysis on its failure probability and severity degree of failure consequences.The QRA′s concept and working procedures were introduced in detail.Taking a QRA on an enterprise′s epoxy ethane storage tank as an example，the implementation process of QRA technique in the safety assessment was reviewed.

quantitative risk analysis；failure probability；failure consequences；epoxy ethane

TQ086.1

A

1006-4990（2016）08-0063-04

2016-02-10

郭保建（1976—），男，HSE工程师，主要从事安全监督工作。