張永生，田宏

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基于風(fēng)險(xiǎn)分析的危險(xiǎn)化學(xué)品物流企業(yè)平面布局研究

張永生，田宏

（沈陽航空航天大學(xué)，遼寧 沈陽 110042）

隨著國(guó)家化工產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展和環(huán)境要求的日益提高，化工園區(qū)和企業(yè)逐步呈現(xiàn)大型化和集群化，危險(xiǎn)化學(xué)品物流行業(yè)也隨之發(fā)展起來，給化工園區(qū)和企業(yè)帶來了方便的同時(shí)，危險(xiǎn)化學(xué)品物流企業(yè)本身也增加了新的風(fēng)險(xiǎn)。本文在危險(xiǎn)化學(xué)品物流企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)分析的基礎(chǔ)上，運(yùn)用定量風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算方法對(duì)企業(yè)內(nèi)布局方案進(jìn)行對(duì)比，最終得出合理的布局方案。從風(fēng)險(xiǎn)角度分析原始儲(chǔ)罐失效后對(duì)臨近罐區(qū)的影響，計(jì)算出損失半徑，最終將風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)換成損失衡量，最終建立數(shù)學(xué)坐標(biāo)曲線，通過不同曲線間的對(duì)比分析得出最合理的布局方案。

危化品物流企業(yè)；風(fēng)險(xiǎn)分析；合理布局

危險(xiǎn)化學(xué)品本身有易燃、易爆、易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、易揮發(fā)、腐蝕性等特殊性質(zhì)[1]。根據(jù)有關(guān)資料，全世界每年生產(chǎn)超過4億噸的化學(xué)品，達(dá)到500~700萬種，在市場(chǎng)上流通的化學(xué)品超過80 000種，其中有很大一部分為危險(xiǎn)化學(xué)品[2]。我國(guó)是危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)和運(yùn)輸大國(guó)，目前我國(guó)有6 000多種危險(xiǎn)化學(xué)品[3]，常用有2 000多種，且這些危險(xiǎn)化學(xué)品大都采用道路運(yùn)輸。

本文主要考慮危險(xiǎn)化學(xué)品物流企業(yè)在建設(shè)過程中的道路布局問題。這里考慮的道路即運(yùn)輸危險(xiǎn)化學(xué)品的罐車出入的道路，由于危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸罐車在運(yùn)輸危險(xiǎn)化學(xué)品過程中容易引發(fā)事故，對(duì)臨近的罐車以及儲(chǔ)罐區(qū)造成影響，因此分析道路的布局問題就顯得尤其重要。

1 危險(xiǎn)化學(xué)品物流企業(yè)平面布局定量研究

針對(duì)此類企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)的特點(diǎn)，本文研究了罐車出入企業(yè)的道路布局問題，卸油泵房位置固定，擴(kuò)建了新的罐區(qū)后出入就涉及該片區(qū)域道路布局問題。為便于計(jì)算，本文罐車中假定運(yùn)輸?shù)氖菨M載航空煤油?？紤]選取合適的路程單位，分別計(jì)算出單位路程點(diǎn)處的風(fēng)險(xiǎn)大小，進(jìn)行曲線擬合。

1.1 初始場(chǎng)景事故的發(fā)生概率研究

事件樹分析（ETA）是從一個(gè)起始事件開始，按事件的發(fā)展順序考慮各個(gè)環(huán)節(jié)事件成功或失敗，預(yù)測(cè)各種可能結(jié)果的歸納分析方法[4]。

運(yùn)輸罐車一旦出現(xiàn)泄漏，往往采取的應(yīng)急措施是，罐車不再移動(dòng)，立即啟用周邊的應(yīng)急消防設(shè)備。以運(yùn)輸罐車儲(chǔ)罐泄漏為初始事件，可以畫出可燃液體泄漏的事件樹，如圖1所示。

參考固定儲(chǔ)罐失效事件樹，移動(dòng)罐車失效場(chǎng)景以及失效頻率雖然與固定儲(chǔ)罐有出入，但是目前尚無此類罐車失效數(shù)據(jù)庫(kù)，因此儲(chǔ)罐的失效數(shù)據(jù)仍有一定的參考價(jià)值。

1.2 目標(biāo)儲(chǔ)罐失效概率模型

對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品物流企業(yè)的道路合理布局研究中,運(yùn)輸罐車發(fā)生事故影響周邊區(qū)域的方式有三種，即熱輻射、超壓和碎片。影響與否取決于罐車失效時(shí)釋放的總能量或總物質(zhì)量，以及二者之間的距離。下面就三種方式的計(jì)算方法作簡(jiǎn)要介紹：

（1）熱輻射

熱輻射的設(shè)備失效概率單位計(jì)算方法如下：

= 12.54 -1.8741 ln（）

式中：—設(shè)備失效單位；

—目標(biāo)儲(chǔ)罐失效時(shí)間，單位為s。

（2）超壓

從常壓儲(chǔ)罐、壓力儲(chǔ)罐的角度考慮分析，建立以下計(jì)算方法：

=1+2ln（△0）

式中：—設(shè)備失效單位；

△0—靜態(tài)超壓峰值，單位為Pa；

1—概率系數(shù)；

2—概率系數(shù)。

其中，對(duì)于常壓儲(chǔ)罐1=-18.96，2=2.44；對(duì)于壓力儲(chǔ)罐1=-42.44，2=4.33。

圖1 儲(chǔ)罐可燃液體泄漏事件樹

（3）碎片

爆炸碎片對(duì)目標(biāo)儲(chǔ)罐的破壞準(zhǔn)則：

①當(dāng)撞擊深度大于（穿透）儲(chǔ)罐壁厚時(shí)，儲(chǔ)罐破壞；

②當(dāng)撞擊深度小于儲(chǔ)罐壁厚時(shí)，儲(chǔ)罐罐殼的聲譽(yù)強(qiáng)度系數(shù)RSF≤臨界剩余強(qiáng)度系數(shù)RSFcr時(shí)，儲(chǔ)罐破壞。

式中：RSF—剩余強(qiáng)度系數(shù)；

在火災(zāi)爆炸事故中，目標(biāo)儲(chǔ)罐會(huì)同時(shí)受到熱輻射、超壓和碎片的共同沖擊作用，只要其中一種能量作用方式超過了儲(chǔ)罐罐體所能承受的閾值，可認(rèn)為該儲(chǔ)罐失效。

1.3 事故后果經(jīng)濟(jì)損失折算

由標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范可知，當(dāng)目標(biāo)儲(chǔ)罐遭受熱輻射強(qiáng)度為37.5 kW/㎡時(shí)，熱源中心到目標(biāo)儲(chǔ)罐范圍內(nèi)的儲(chǔ)罐全部損壞，人員全部死亡，可計(jì)算得出相應(yīng)儲(chǔ)罐損壞半徑和人員死亡半徑。

財(cái)產(chǎn)損失經(jīng)濟(jì)折算：

L=π20

式中：L—財(cái)產(chǎn)損失折算值，單位為萬元；

R—財(cái)產(chǎn)損失半徑，單位為m；

0—事故發(fā)生罐區(qū)的財(cái)產(chǎn)平均密度，萬元/㎡。

2 實(shí)例驗(yàn)證

某危險(xiǎn)化學(xué)品物流企業(yè)，由于業(yè)務(wù)需求擴(kuò)大，現(xiàn)將企業(yè)內(nèi)部預(yù)留的一塊區(qū)域擴(kuò)建投入使用，增加了4個(gè)儲(chǔ)罐，分別為T02~T05（航煤儲(chǔ)罐、汽油儲(chǔ)罐、汽油儲(chǔ)罐、汽油儲(chǔ)罐），T01為易燃液體泵房，為已有建筑。其中航煤儲(chǔ)罐為容積為10 000 m3的拱頂罐T2，汽油儲(chǔ)罐組包括3個(gè)單罐容積為10 000 m3的內(nèi)浮頂罐T3、T4、T5?，F(xiàn)4個(gè)儲(chǔ)罐根據(jù)已有標(biāo)準(zhǔn)布置完成，關(guān)于道路布局有2個(gè)設(shè)計(jì)方案，下面將通過對(duì)比選出更合理的布局設(shè)計(jì)。

道路布局方案如下圖所示：

圖2 新建罐區(qū)道路布局方案一、二示意圖

儲(chǔ)罐區(qū)儲(chǔ)罐參數(shù)如表1所示。

表1 儲(chǔ)罐區(qū)儲(chǔ)罐參數(shù)

表2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)所需數(shù)據(jù)

不同項(xiàng)目方案的風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算:由于本次風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算目的是得出罐車在運(yùn)輸過程中可能對(duì)罐區(qū)造成的損失，本文意在提供一種風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算方法，從罐車在泵房裝載危險(xiǎn)化學(xué)品開始到離開該區(qū)域，每個(gè)單位路程計(jì)算出在該點(diǎn)的損失期望，最終體現(xiàn)在損失期望/路程坐標(biāo)軸上，通過對(duì)比分析得出兩種方案的合理性。道路設(shè)計(jì)符合規(guī)范，距離罐區(qū)20 m。

方案一風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算:由公式可以計(jì)算出事故罐車發(fā)生火球時(shí)對(duì)儲(chǔ)罐區(qū)其他儲(chǔ)罐的熱輻射大小。由于當(dāng)目標(biāo)儲(chǔ)罐受到的熱輻射大于37.5 kW/㎡時(shí)，指定目標(biāo)儲(chǔ)罐為全損。因此，可以計(jì)算出目標(biāo)儲(chǔ)罐全損時(shí)地臨界距離，以此判斷目標(biāo)儲(chǔ)罐的損失情況。

通過火球失效模型計(jì)算公式得出，20方的航空煤油罐車泄漏失效后能導(dǎo)致目標(biāo)儲(chǔ)罐失效的臨界距離是37.2 m。方案中單位路程點(diǎn)的目標(biāo)儲(chǔ)罐損失期望如表3所示。

表3 方案中目標(biāo)儲(chǔ)罐損失期望

通在計(jì)算某點(diǎn)損失期望值時(shí)，損失期望由三部分組成，財(cái)產(chǎn)損失、人員傷亡損失和儲(chǔ)罐失效損失，由于死亡半徑和財(cái)產(chǎn)損失半徑是固定值，因此在不同點(diǎn)處的損失差值為儲(chǔ)罐失效損失，為便于計(jì)算此處，只對(duì)比各個(gè)點(diǎn)的儲(chǔ)罐失效損失，假定煤油儲(chǔ)罐單個(gè)價(jià)值為V萬元，汽油儲(chǔ)罐單個(gè)價(jià)值1.5 V萬元?？梢缘贸鰞蓚€(gè)方案的損失期望和路程曲線如圖3所示。

圖3 兩種方案對(duì)比圖

3 結(jié) 論

通過圖3中兩方案對(duì)比分析，可知在罐車運(yùn)輸過程中方案二這種道路布局方式，在運(yùn)輸過程中造成的損失期望相對(duì)較小，應(yīng)選擇方案二的布局方式。

通過方案二的曲線可以分析出，在這種道路布局過程中，前60 m有兩段風(fēng)險(xiǎn)較大，出現(xiàn)峰值，實(shí)際建造過程中應(yīng)重點(diǎn)考慮消防、屏蔽等方法對(duì)該段風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行控制。

［1］余濤. ?；返缆愤\(yùn)輸安全防范研究[D]. 西南交通大學(xué), 2009.

［2］吳宗之, 任常興, 多英全. 危險(xiǎn)化學(xué)品道路運(yùn)輸事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社, 2014.

［3］沈斐敏. 物流安全[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社, 2011.

［4］林柏泉, 張景林. 安全系統(tǒng)工程[M]. 中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社, 2007: 272.

Study on the Layout of Hazardous Chemicals Logistics Enterprises Based on Risk Analysis

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（Shenyang Aerospace University, Liaoning Shenyang 110136，China）

With the rapid development of chemical industry and the increasing of environment requirement, chemical parks and plants become larger and closer. There are also rapid growth in the industry of hazard material logistics, which brings convenience to chemical parks and plants, but also brings new risks. In this paper, two layout projects was compared by using quantitative risk assessment methods to find the sound project based on the risk analysis of hazard chemical logistic plants. Effect of original storage tankfailure on adjacent tanks was analyzed from the aspect of risk, damage radius was calculated. Finally, the risk was expressed by loss and mathematical curves were established, and then the most reasonable project was identified by comparing the curves.

hazard chemical logistics; risk analysis; rational layout

2017-09-16

張永生，男，碩士研究生，山東省聊城市人，2015年畢業(yè)于聊城大學(xué)安全工程專業(yè)，研究方向：系統(tǒng)安全理論及應(yīng)用。

田宏（1964-），男，博士，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：系統(tǒng)安全理論及應(yīng)用。

TQ 086

A

1004-0935（2017）11-1115-03