包麗雅

(中國人民武裝警察部隊學院研究生隊，河北 廊坊 065000)

0 引言

石油庫作為接收、儲存和發(fā)放油品的重要設施，安全生產是關鍵。石油庫儲罐區(qū)由于儲罐數(shù)量集中且盛裝的介質種類不一，一旦發(fā)生火災，必然導致重大后果［1］。當前，對石油儲罐區(qū)的火災風險評估主要停留在定性和半定量方法。定性風險評估主要用安全檢查表等方法，該方法簡單明了，易于進行，花費時間精力較少。不過這種方法只能大致描述儲罐區(qū)的每個部分的危險性，而無法對整體做出評價，難以確定具體危險等級。半定量方法主要有等價社會成本指數(shù)法(ESCI)、致命事故等級法、火災－爆炸風險指數(shù)法等、道化學公司(DOW)火災、爆炸指數(shù)評價法以及MOND火災、爆炸及毒性指數(shù)法等。由于收集數(shù)據(jù)資料難，計算復雜等原因，進行定量的火災風險評估很難實現(xiàn)?；谑录涞幕馂娘L險評估方法作為定量風險評估法，是安全系統(tǒng)工程的重要分析方法之一，它不僅可以對油庫事故及不安全因素進行事前預測，估計事故的可能后果，還可以對事故原因進行事后分析。因此，基于事件樹的定量評估方法有著較強的優(yōu)越性和靈活性，能顯著提高石油儲罐區(qū)作業(yè)安全風險評估的科學性和有效性。

1 基于事件樹方法的油庫火災風險評估原理

作為運籌學中的決策樹分析在安全系統(tǒng)工程領域的應用，事件樹(Event Tree)是一種從原因到結果按時間順序描繪事故發(fā)生的樹形模型圖，利用事件樹可以對事故因果關系進行邏輯推理分析［2］。系統(tǒng)中的每個要素都完成規(guī)定的功能，則稱為成功(或可靠)，某要素未完成規(guī)定的功能，則稱為失敗(或不可靠)。事件樹分析(ETA)的理論基礎是系統(tǒng)工程的決策論。任何事故都是一個多環(huán)節(jié)事故發(fā)展變化的結果，因此，事件樹分析也稱為事故過程分析。通過宏觀地分析事故的發(fā)展過程，對掌握事故發(fā)生規(guī)律，控制事故的發(fā)生是極其有益的。

基于事件樹的完整的火災風險分析一般包括幾個步驟:(1)項目概況及危險源辨識;(2)可接受風險水平;(3)損失場景設計與事件樹構建;(4)初始事件可能性;(5)危害模型的建立;(6)各事件概率確定;(7)風險評估以及與風險容忍度比較。下面主要介紹幾個關鍵步驟。

1.1 危險源辨識

危險源是指可能引起事故的根源，包括系統(tǒng)、過程或設備可能造成的事故、人員傷害、財產損失或環(huán)境破壞的危險物質、生產裝置、設施或場所以及個人作業(yè)的不安全行為或組織管理失誤等［3］。按照在事故發(fā)生、發(fā)展過程中的作用，危險源可分為兩類:生產過程中存在的、可能發(fā)生意外釋放的能量或危險物質為第一類危險源，導致能量或危險物質約束和限制措施破壞及失效的各種因素為第二類危險源。目前使用最廣泛的危險源辨識方法為直觀經(jīng)驗法，即對照有關標準、法規(guī)、檢查表或依靠分析人員的觀察能力，借助其經(jīng)驗和判斷能力，直觀地對分析對象的危險因素和風險點進行分析。

1.2 可接受風險水平

可接受風險水平就是人們可以承受的風險的大小，低于這個風險可以容忍，超出范圍就必須采取措施?？山邮茱L險水平一般可用等價貨幣值(Equivalent Monetary Value)來度量?？山邮茱L險水平分為兩種，一種是社會可接受風險水平，以全社會對各種同類性質的風險的接受程度為準，不僅要考慮事故發(fā)生的概率，還要考慮處于危險狀況人員的數(shù)目，它反映了一個社會整體對風險的容忍程度;二是個人可接受風險水平，一般以特定的單位個體為對象，表示為個體事故中受到既定傷害程度的頻率。

對人員生命賦值是一件困難且有很多爭議的工作。目前，給生命安全賦EMV值還沒有正式形成評估標準，查閱以往的火災案例，2010年上海靜安區(qū)11.15火災事故中，事故責任單位承擔65萬元人民幣的一次性死亡賠償金。本文根據(jù)《人身損害賠償司法解釋第二十九條》標準，以50萬元人民幣對人員生命賦值。按照國際一般認可的生命風險可接受標準，選取1.0×10－4人/年作為可接受生命風險水平，即人員死亡水平。

財產風險可接受標準的確定與所屬國家、地區(qū)、經(jīng)濟條件、建筑類型以及人們對風險認知程度等因素密切相關。在實際應用中，應以實際評估項目財產價值為準，合理考慮火災損失等級與財產損失的對應關系。本文研究中，按照國際一般認可的標準，以不發(fā)生較大、重大、特別重大火災為準，直接財產損失以不超過1 000萬元人民幣為限?？傦L險的等價貨幣值也以不超過1 000萬元人民幣為限。

1.3 事件樹構建

1.3.1 確定火災初始事件

初始事件是構建火災事件樹場景時辨識的第一事件。這個事件可能是系統(tǒng)或設備失效、人員失誤、物質自燃或外部事件如地震、人為縱火等。辨識初始事件可以綜合運用場景辨識工作表、事故樹分析、歷史事故記錄分析、企業(yè)數(shù)據(jù)和歷史情況等方法。

1.3.2 確定路徑因素

路徑因素是初始事件后序發(fā)生的事件。建立事件樹，分析人員需要對影響火災蔓延或限制初始事件的相關因素進行辨識。中間路徑因素代表了條件狀態(tài)和失效作用，在分析時需要用條件概率予以處理。通常影響火災發(fā)展的主要因素有燃料性質、點燃情況、通風作用、消防控制系統(tǒng)等。

1.4 初始事件可能性

確定初始事件的可能性是構建事件樹的關鍵，直接影響著事故后果頻率的取值。表征和估計初始火災發(fā)生可能性的方法包括:(1)統(tǒng)計火災損失事故的歷史數(shù)據(jù);(2)諸如事故樹(FTA)等模擬方法;在火災歷史數(shù)據(jù)不足時，可用這些模擬方法估計初始火災事件發(fā)生的可能性;(3)工程判斷，根據(jù)專家對潛在火災可能性的認識和理解進行量化。這種認識可能基于歷史數(shù)據(jù)、以往的危險或風險分析、經(jīng)驗、工廠具體信息以及對這些因素的綜合。

1.5 風險計算與比較

風險計算過程包括支線頻率計算、等量貨幣值的估算、年度風險水平的計算。風險計算通?？杀硎緸槲ｋU發(fā)生的頻率(possibility)與危險后果(consequences)的乘積［4］:

式中，Pi表示單個火災事件的發(fā)生頻率;Ci表示該事件產生的預期后果。

計算所得人員年度死亡風險值和等價貨幣值等與可接受風險水平做比較，從而評估項目風險是否處在可接受范圍內，若不可接受，則采取措施將風險降低到可接受風險范圍內。

2 工程實例

2.1 工程概況

本文中評價實例對象為內蒙古某能源有限公司包頭油庫工程，規(guī)劃總庫容為92 000 m3，屬于二級油庫。一期新建工程42 000 m3，二期預留工程50 000 m3，本項目為一期工程。工程主要包括油品火車裝卸車、儲存、倒罐、汽車裝車等設施。一期工程共有地上立式鋼結構儲罐8座，其中3 000 m3內浮頂汽油儲罐2座，5 000 m3內浮頂柴油罐6座。

根據(jù)現(xiàn)場調查，該油庫西側為儲備局609處油庫，南側有學校、居民居住區(qū)和企業(yè)，一旦發(fā)生火災，引燃旁邊儲備油庫內的油品，整個包頭市將面臨重大威脅，后果不堪設想。

2.2 危險源辨識

根據(jù)重大危險源辨識指標，若滿足下式則定義為重大危險源。

式中，q1、q2……qn為各種危險物質實際存在量(單位:噸);Q1、Q2……Qn為與各種物質相對應的生產或儲存場所的臨界量。根據(jù)工程概況計算如下:

計算可知，該油罐區(qū)內儲存油品量屬于重大危險源，因此準確地辨識火災危險源是有效控制和減少火災危害的前提。筆者通過油罐火災案例統(tǒng)計分析、問卷調查以及實地調研等不同形式辨識危險源如下:

2.3 事件樹的構建

2.3.1 分支路徑確定

大量火災案例表明，泄漏是油罐發(fā)生火災的主要原因。本文以油罐泄漏作為事件樹的初始事件。TNO(The Netherlands Organization for Applied Science Research)定義了承壓設備、常壓設備和儲罐等工藝設施的泄漏情景，大致分為三種情況:瞬時全部泄漏到大氣、連續(xù)10 min內泄漏到大氣和連續(xù)10 min內從當量直徑10 mm小孔泄漏到大氣并對每種泄漏情景的頻率給出了一些數(shù)值，這些頻率可以當作初始事件的頻率，用來進行事故情景分析［5］。本文設定初始事件為汽油儲罐內油品連續(xù)10 min內泄漏到大氣，頻率值為5×10－6/y。儲罐泄漏后的分支路徑主要包括檢測到泄漏并成功堵漏、形成蒸氣云、立即點火、延遲點火、泡沫滅火系統(tǒng)成功啟動等。構建事件樹如圖1所示。

表1 危險源辨識表Table 1 Identification of Hazard Source

2.3.2 事件頻率確定

(1)點火頻率的確定

點火頻率是指可燃物質泄漏后被點火源點燃的頻率。Davies等統(tǒng)計了51件儲罐破裂事故，包括氨、LNG、丙烷、甲醇、汽油、乙烯、原油以及柴油、煤油，這些化學品大多是易燃氣體或液化氣。根據(jù)統(tǒng)計結果，Davies等對儲罐完全破裂發(fā)生災難性釋放的過程給定了0.6的點火頻率。Davies同時給出庚烷(汽油的典型成分)發(fā)生災難性泄漏后的點火頻率為0.3［6］。美國消防工程師手冊中給出間斷性強點火源在基于可燃物被可燃蒸氣包圍時的點火頻率為0.9，綜合HSE考慮點火源的分布情況和泄漏量的大小，本文立即點火概率取平均值0.4。延遲點火頻率按照HSE考慮可燃物的性質、泄漏源、點火源存在的情況、點火源的類型、預防點火的安全措施，取值0.5。

圖1 油罐區(qū)火災事件樹分析Fig.1 Event Tree Analysis of Fire in Oil Tank Area

(2)消防設施啟動頻率

國外研究機構對消防設施成功頻率進行了大量研究。其中日本東京消防廳在1989—1998年十年間對各種消防設備完好率進行了統(tǒng)計研究［7］，其研究結果如表 2:

表2 日本東京消防廳消防設備完好率統(tǒng)計表Table 2 Fire Equipment Intact Rate of Tokyo Fire Protection Department，Japan

國外有研究通過統(tǒng)計歷史數(shù)據(jù)來估計消防系統(tǒng)成功概率，如表3所示:

表3 消防系統(tǒng)成功概率統(tǒng)計數(shù)據(jù)Table 3 Statistical Data of Fire Protection System Success Probability

泡沫滅火系統(tǒng)成功啟動并滅火的概率，結合以上兩個表中數(shù)值，取平均值，即0.9。

(3)其他事件發(fā)生頻率

檢測失效概率和隔離失效概率一般的取值為:小泄漏的檢測失效概率為0.05，中等或大的泄漏的檢測失效概率為0;隔離失效概率為0.1。

形成蒸氣云的概率取決于在蒸氣壓擴散方向是否存在障礙物。若某個區(qū)域有障礙物，則形成蒸氣云的概率較大。TNO取值為0.67，SAFATI取值0.4，Less根據(jù)泄漏速率，對于慢速泄漏(＜1 kg/s)取0.04，對于中速泄漏取(1～50 kg/s)取0.12，而對于快速泄漏(＞50 kg/s)取0.30。本論文評估對象為油罐，油罐高度并不高，不足以對擴散的油氣形成阻擋，進而形成蒸氣云，故形成蒸氣云的頻率取0.1。

根據(jù)事件路徑和頻率，繪制事件樹如圖1:

2.4 火災場景后果發(fā)生頻率計算

各種不同火災場景出現(xiàn)的頻率可以通過初期火災發(fā)生頻率與分支事件發(fā)生頻率的乘積求得。各火災場景出現(xiàn)頻率的計算結果如表4所示:

表4 各火災場景發(fā)生頻率Table4 Frequency of Fire Scene Occurrence

2.5 事件后果分析

2.5.1 火災財產損失

在事件樹中，不同路徑的選擇對應不同場景，不同的火災場景對應不同的火災規(guī)模，不同的火災規(guī)模導致的火災損失后果嚴重程度不同，財產風險等級也不同。本文為計算簡便，將財產風險等級用1～5數(shù)字來代表“輕度”、“較輕”、“中度”、“較重”、“重大”這5個火災財產風險等級。通過分析事件樹中的不同路徑的成功與否來判斷財產風險等級，該油庫工程總投資1.4億元，設定不同財產損失等級與火災類型、損失貨幣價值對應如表5:

表5 財產損失等級與火災類型Table 5 Property Loss and Fire Type

事件樹中不同火災場景財產損失等級見表6:

表6 各火災場景財產損失等級Table 6 Property Loss Level of Different Fire Scene

在獲得了評價目標可能發(fā)生火災的概率以及發(fā)生火災后可能造成損失后果的基礎上，可以通過式(1.1)來計算各火災場景的風險大小。而生命風險、財產風險的等價貨幣值按下式計算［7］:

式中，RYL表示生命風險等價貨幣值;RL為生命風險;Y為生命貨幣價值;P為火災發(fā)生概率;RYD表示財產風險等價貨幣值;RD是財產風險等級;RYDu為RD所屬財產風險等級區(qū)間上閾等價貨幣值;RYDl為RD所屬財產風險等級區(qū)間下閾等價貨幣值;RDu為RD所屬財產風險等級區(qū)間上閾值;RDl為RD所屬財產風險等級區(qū)間下閾值。

評估得出的結果與可接受火災風險水平相比較，低于可接受水平，則目標火災風險屬于人們可接受的程度，目標處于安全狀態(tài)。高于可接受水平，則目標發(fā)生重大火災事故的風險較大，必須制定相應安全措施使風險水平降低到可接受水平的范圍內。

2.5.2 風險評估

(1)生命風險分析

由于本文評估的是油罐區(qū)，區(qū)內的人員與商場、室內建筑等人員密集場所相比，人員分散且較少，通過走訪調研，本罐區(qū)工作人員、技術人員與企業(yè)消防人員等約為150人，計算時不針對各個場景單獨計算風險，取最危險情況即全部人員均在罐區(qū)內計算。生命風險計算如下:

(2)財產風險分析

各個不同火災場景財產風險等級計算如下:

3 結論

通過構建油罐泄漏火災事件樹，并計算可知，該油罐區(qū)的人員死亡風險為7.5×10－4人/年，大于人員死亡風險容忍度1×10－4人/年;財產風險等級為1.1239，會發(fā)生“較輕度火災”;生命風險等級貨幣值為7 500萬元，財產風險等價貨幣值為549.56萬元，總風險等價貨幣值為8 049.56萬元，遠遠大于可容忍度1 000萬元。該油罐區(qū)一旦發(fā)生火災，將造成巨大的人員傷亡和財產損失。應加強油罐區(qū)的設備以及消防設施的安全檢查;加強員工的安全意識和職業(yè)素養(yǎng)，防止人的不安全因素;制定應急措施，未雨綢繆，防患于未然。

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