尚騰飛+吳佳亮

摘 要：運用定量風(fēng)險評價法進行定量分析計算的時候，一直備受關(guān)注的就是設(shè)備設(shè)施失效頻率的分析和失效數(shù)據(jù)庫的建立。用DNV（挪威船級社）開發(fā)的LEAK軟件通過舉例對泄漏失效頻率進行計算，指出失效數(shù)據(jù)庫對定量風(fēng)險評價的重要性。

關(guān)鍵詞：定量風(fēng)險評價法；泄漏；失效頻率；LEAK軟件；失效數(shù)據(jù)庫

中圖分類號：TB 文獻標識碼：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2017.34.093

1 定量風(fēng)險評價法概述

定量風(fēng)險評價法簡單說就是采用定量化的概率風(fēng)險值（比如個人風(fēng)險和社會風(fēng)險）是對裝置發(fā)生事故的概率及其后果進行定量分析和計算，參考相關(guān)可接受風(fēng)險標準對系統(tǒng)危險性進行風(fēng)險評價并確定外部安全防護距離的方法。

2 定量風(fēng)險評估技術(shù)的歷史

國外定量風(fēng)險評價從化工行業(yè)開始，始于20世紀60年代。美國道（DOW）化學(xué)公司于1964年首先提出“火災(zāi)、爆炸危險指數(shù)評價法”，英國帝國化學(xué)公司（ICI）蒙德（MOND）部在此基礎(chǔ)上加入毒性概念，提出了“蒙德火災(zāi)、爆炸、毒性指標評價法”。日本勞動省以DOW指數(shù)法和MOND法作為參考，于1976年提出 “化工廠安全評價六階段法”。

20世紀70年代初，英國原子能管理局的FARMER于1967年提出了概率風(fēng)險評價。美國的Rasmuessn教授于1974年發(fā)表了著名的《WASH-1400》（商用核電站輕水反應(yīng)堆的風(fēng)險評價）報告。英國則成為20世紀70年代以來最早系統(tǒng)研究重大危險源控制技術(shù)的國家。

荷蘭政府災(zāi)害預(yù)防委員會CPR出版有黃皮書（YELLOW BOOK）、紅皮書（RED BOOK）和紫皮書（PURPLE BOOK）。黃皮書中主要提及失效后果的物理模型，紅皮書提及失效頻率的計算方法，紫皮書闡述了定量風(fēng)險評估的計算方法，為定量風(fēng)險評估軟件的開發(fā)打下基礎(chǔ)。

3 計算過程

首先要確定被模擬的事故場景，接著根據(jù)理論知識和事故經(jīng)驗進行危險源辨識，辨識過危險有害因素，識別出危險源后，失效頻率分析將估算其轉(zhuǎn)化為事故的可能性。與此同時，通過計算機模擬加上適當?shù)呐袛嗄M估算事故發(fā)生的后果影響，及其對人員、設(shè)備和結(jié)構(gòu)、財產(chǎn)等造成的損失。

風(fēng)險結(jié)果就是在模擬事故場景后得出的發(fā)生頻率和事故后果的估算值的最終結(jié)果。

根據(jù)定量風(fēng)險分析（QRA）的結(jié)果在設(shè)計階段和裝置的安全管理上提出更多有效的安全對策措施。在整個過程當中引進一個迭代循環(huán)，通過重復(fù)定量風(fēng)險分析（QRA）的計算，能夠估算出安全對策措施的可行性。參照《AQT3046-2013化工企業(yè)定量風(fēng)險分析導(dǎo)則》，定量風(fēng)險分析（QRA）基本程序如圖1所示。

圖1 定量風(fēng)險分析基本程序

4 風(fēng)險標準

風(fēng)險標準可以理解為判斷風(fēng)險是否可接受的標準。依照設(shè)定的標準比較風(fēng)險級別并對其主要風(fēng)險因子進行識別，這一過程即為風(fēng)險分析。風(fēng)險分析的目的是對不可接受風(fēng)險的發(fā)生提出的改善措施，同時也為了將風(fēng)險的整體等級降低到盡可能降低區(qū)（As Low As Reasonably Practicable，簡稱為ALARP）。

一般來說風(fēng)險成果分為兩種風(fēng)險類型，即個人風(fēng)險和社會風(fēng)險。定量風(fēng)險分析（QRA）中對界區(qū)外的風(fēng)險用個人風(fēng)險等高線和F-N曲線表示。

4.1 個人風(fēng)險和個人風(fēng)險標準

個人風(fēng)險是指單位時間內(nèi)（通常為一年）的個體死亡率。通常用個人風(fēng)險等值線表示。個人風(fēng)險等高線一般皆采用特定位置個人風(fēng)險（Location Specific Individual Risk，簡稱為LSIR）的計算方法，其表示界區(qū)外某一個體持續(xù)出現(xiàn)在某一特定位置所遭遇的各類安全事故的頻率?；谔囟ㄎ恢脗€人風(fēng)險的定義，以個人死亡風(fēng)險等高線形式表示的風(fēng)險結(jié)果是保守的。

需要注意的是風(fēng)險等高線沒有提供任何關(guān)于人數(shù)受到影響的信息，只是人員存在于特定位置的死亡機率。個人風(fēng)險等高線一般是用來評估外界對設(shè)施風(fēng)險的可接受度，例如居民區(qū)、商業(yè)區(qū)和化工園區(qū)等。

通過定量風(fēng)險分析，危險化學(xué)品單位周邊重要目標和敏感場所承受的個人風(fēng)險應(yīng)滿足相關(guān)法律法規(guī)和標準規(guī)范的規(guī)定。主要是針對低密度人員場所、居住類高密度場所和公眾聚集類高密度場所以及高敏感場所、重要目標和特殊高密度場所等防護目標的失效概率，在針對新建裝置和已建在役裝置上的要求各有不同。

4.2 社會風(fēng)險和F-N曲線

社會風(fēng)險是對個人風(fēng)險的補充，指在個人風(fēng)險確定的基礎(chǔ)上，考慮到危險源周邊區(qū)域的人口密度，以免發(fā)生群死群傷事故的概率超過社會公眾的可接受范圍。通常用F-N曲線表示。

可容許社會風(fēng)險標準采用ALARP原則作為可接受原則。ALARP原則通過兩個風(fēng)險分界線將風(fēng)險劃分為3個區(qū)域：不可容許區(qū)、盡可能降低區(qū)（ALARP）和可容許區(qū)。

如果F-N曲線處于不可接受區(qū)域，這意味著周邊人群暴露于偏高的風(fēng)險，必須盡全力降低其風(fēng)險。如果F-N曲線處于可接受區(qū)域，意味著周邊人群暴露于可以接受的風(fēng)險，因此無需采取更進一步的風(fēng)險降低措施。如果F-N曲線處于盡可能降低（ALARP）的區(qū)域內(nèi)，企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身的經(jīng)濟狀況和現(xiàn)實情況來確定是否應(yīng)采取特定的安全對策措施來降低風(fēng)險，提高安全生產(chǎn)水平。

4.3 風(fēng)險計算

通過給定時間內(nèi)熱輻射強度、沖擊波超壓、毒物擴散濃度的概率可計算出火災(zāi)、爆炸、有毒氣體泄漏事故的死亡概率。

假設(shè)區(qū)域內(nèi)一危險源，其在區(qū)域內(nèi)某一空間地理坐標為（x，y）處產(chǎn)生的個人風(fēng)險值可以在頻率和后果分析基礎(chǔ)上，經(jīng)過一系列復(fù)雜的演算得出，計算公式如下：

但是在通常情況下，失效后果及個人風(fēng)險計算量非常大，一般需借助專業(yè)的風(fēng)險評估軟件實現(xiàn)較為準確的計算。endprint

5 DNV公司定量風(fēng)險分析軟件介紹

挪威船級社（DNV）的定量風(fēng)險分析軟件（SAFETI）已在世界許多國家得到廣泛運用并受到多方好評。國家安監(jiān)總局在相關(guān)文件中也推薦使用此軟件進行定量風(fēng)險評估，軟件主要包括PHAST、SAFETI和LEAK。其中PHAST軟件主要用于事故后果的模擬計算；LEAK軟件是用于計算不同設(shè)備或裝置的事故發(fā)生概率（失效頻率）；SAFETI軟件（部分版本也叫RISK）主要用于定量風(fēng)險分析。SAFETI軟件對前期數(shù)據(jù)的收集，模型的創(chuàng)建，事故場景的模擬等具有非常高的要求，要求操作者充分熟悉現(xiàn)場情況，準確分析可能發(fā)生的事故情景，精確輸入相關(guān)的工藝設(shè)備參數(shù)、氣象參數(shù)、著火點分布和人口分布等。通過對事故發(fā)生后其熱輻射強度、爆炸壓力及毒性擴散區(qū)域進行分析計算，加入失效頻率，得出每一個可能發(fā)生的事故對每個風(fēng)險觀測點和周邊環(huán)境造成的影響，并在評估報告中提出相應(yīng)的對策措施。

運用SAFETI軟件進行定量風(fēng)險計算，根據(jù)事故狀態(tài)的不同，選用不同的模型進行計算，以數(shù)字或者圖標的形式顯示風(fēng)險結(jié)果，然后將該結(jié)果與相應(yīng)的風(fēng)險標準進行比較得出其風(fēng)險是否可接受。若得到的風(fēng)險結(jié)果是可以接受的，則工作完成；若風(fēng)險結(jié)果不能接受，則應(yīng)考慮相應(yīng)的安全措施，例如加設(shè)保護層，然后進行重復(fù)計算，直到降低風(fēng)險只可以接受的程度。

6 失效頻率分析

6.1 失效頻率

在定量風(fēng)險評估軟件計算過程中，對結(jié)果有影響的包括很多方面，其中一直備受關(guān)注的就是失效頻率的分析。事故失效頻率的分析包括固定泄漏場景下設(shè)備設(shè)施泄漏頻率和泄漏發(fā)生后產(chǎn)生的事故后果的概率。泄漏頻率主要來源于企業(yè)失效數(shù)據(jù)庫、事故歷史數(shù)據(jù)、供應(yīng)商提供的數(shù)據(jù)以及失效概率模型。

6.2 泄漏場景

事故概率的分析和定量風(fēng)險評價首先要將事故發(fā)生的場景進行模擬和識別。泄漏場景的選定應(yīng)綜合考慮設(shè)備設(shè)施的工藝流程、工藝參數(shù)、事故模擬和實際運行情況。泄漏場景根據(jù)泄漏孔徑大小分為小孔泄漏、中孔泄漏、大孔泄漏和完全破裂。當設(shè)備設(shè)施直徑小于150mm時，取小于設(shè)備設(shè)施直徑的孔徑的泄漏場景或完全破裂場景。表1中列出了四種現(xiàn)在常用的泄漏場景。

6.3 數(shù)據(jù)庫

在失效頻率數(shù)據(jù)庫方面，基礎(chǔ)泄漏頻率分析數(shù)據(jù)通過歷史事故統(tǒng)計分析得到。目前我們接觸到的常用失效數(shù)據(jù)庫包括美國化學(xué)工程師協(xié)會的PERD數(shù)據(jù)庫、挪威船級社的DPD數(shù)據(jù)庫和OREDA數(shù)據(jù)庫等。中國已推出《石油天然氣工業(yè)設(shè)備可靠性和維修數(shù)據(jù)的交集與交換》（GB/T 20172-2006）標準，但是目前國內(nèi)沒有完整的失效數(shù)據(jù)庫，通常的做法是采用國外數(shù)據(jù)庫的失效概率并根據(jù)國內(nèi)設(shè)備情況和管理情況進行修正，并不能精確反映國內(nèi)設(shè)備的失效情況。

在實際運用中，我們通常選擇計算機軟件來完成失效頻率的選擇，本文采用挪威船級社（DNV）開發(fā)的LEAK軟件進行分析計算，并結(jié)合浙江省安全生產(chǎn)科學(xué)研究院的數(shù)據(jù)庫進行相應(yīng)的篩選和調(diào)整。

浙江省安全生產(chǎn)科學(xué)研究院建立的企業(yè)安全基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫是一個開放的、實時更新的、不斷完善的、系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)平臺。數(shù)據(jù)庫包含法律法規(guī)、標準規(guī)范、氣象條件、水文條件、危險化學(xué)品理化性質(zhì)（MSDS）、典型危險工藝分析、化工操作單元的危險性分析、常用危險化學(xué)品事故處置方案、典型事故應(yīng)急處置方案、安全事故案例、事故調(diào)查報告、定量計算模型、設(shè)備設(shè)施失效統(tǒng)計、地理信息系統(tǒng)等板塊。數(shù)據(jù)庫平臺的搭建是為了更好的指導(dǎo)和服務(wù)于安全生產(chǎn)。

在前文提到的，挪威船級社在失效概率數(shù)據(jù)庫的開發(fā)上做了很多的努力，數(shù)據(jù)庫中的大部分數(shù)據(jù)來源于海洋石油公司。此外，DNV針對泄漏失效的問題，專門開發(fā)了泄漏評價軟件（LEAK），以幫助企業(yè)計算出符合企業(yè)自身條件的失效概率數(shù)據(jù)，從而為創(chuàng)建失效數(shù)據(jù)庫做好充分的準備。

7 LEAK軟件計算泄漏失效頻率

LEAK軟件計算失效頻率可以通過孔徑和泄漏速率兩種途徑來進行，LEAK軟件的工作流程如下：

收集數(shù)據(jù)—創(chuàng)建項目—明確項目的特性—明確LEAK TREE的架構(gòu)—設(shè)置設(shè)備數(shù)據(jù)—設(shè)置輸出種類—計算泄漏失效頻率。

軟件運算過程中用到的數(shù)據(jù)包括設(shè)備設(shè)施數(shù)量（包含設(shè)備設(shè)施的組成），系統(tǒng)壓力，系統(tǒng)氣液相比，孔徑和流速等。

我們選取某石化公司主裝置區(qū)某一反應(yīng)器，根據(jù)企業(yè)提供的相應(yīng)數(shù)據(jù)應(yīng)用LEAK軟件統(tǒng)計出設(shè)備設(shè)施的泄漏失效頻率。

7.1 項目概況

某石化公司廠區(qū)內(nèi)生產(chǎn)裝置區(qū)中的某一反應(yīng)器，設(shè)計壓力為3.7MPa，設(shè)計溫度400℃，容積約為300m3，進口管徑1300mm，出口管徑1100mm，其中的主要反應(yīng)物料為氫氣、油氣和相應(yīng)催化劑。

7.2 模型建立

在LEAK軟件中，以反應(yīng)器作為一個獨立單元新建模型：（1）插入裝置模塊；（2）在裝置模塊下插入?yún)^(qū)域模塊；（3）在區(qū)域模塊下插入?yún)^(qū)段模塊；（4）在區(qū)段模塊下插入設(shè)備模塊；（5）在設(shè)備模塊下插入該設(shè)備所具備的一些組件的類型（由上至下分別為壓縮機，過濾器，法蘭，熱交換器，管道，泵，截面連接件，閥門，壓力容器）；（6）對企業(yè)提供的數(shù)據(jù)進行篩選后，選擇最終的模型。整個流程圖如圖2。

7.3 主要參數(shù)選擇

模型選定后，我們針對每個模型模塊進行參數(shù)的選擇，所需要輸入的參數(shù)如圖3所示（數(shù)量，尺寸，壓力，汽液相比，泄漏類型，孔徑等）。

7.4 失效頻率結(jié)果

將設(shè)備管線參數(shù)、修正系數(shù)和管理修正系數(shù)錄入LEAK軟件后，就可以得出這個反應(yīng)器總體的和各個組件在各類泄漏模式下的泄漏失效頻率，見圖4。

以上僅為舉例闡述LEAK軟件計算泄漏失效頻率的流程，在實際運用中，失效頻率的有效與否還是需要靠現(xiàn)場勘查和資料收集，所收集的信息越全面得出的結(jié)果越可靠。

8 結(jié)語

（1）歐美部分國家和地區(qū)在針對設(shè)備設(shè)施的泄漏失效后所采取的措施方面已經(jīng)取得很大的進展，通過加設(shè)保護層、加強設(shè)計分析等技術(shù)措施使得泄漏的風(fēng)險降低到可接受的范圍。然而國內(nèi)目前在定量風(fēng)險評價方面的發(fā)展存在很大的瓶頸，主要在于缺少一套適用于國內(nèi)企業(yè)設(shè)備設(shè)施的失效數(shù)據(jù)庫。因此，失效數(shù)據(jù)庫的建立QRA發(fā)展的基礎(chǔ)。

（2）失效數(shù)據(jù)庫的建設(shè)是基礎(chǔ)工作，也是最為關(guān)鍵的工作，需要大量的人力、物力、財力和時間。浙江省安全生產(chǎn)科學(xué)研究院建立的企業(yè)安全基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫雖然已經(jīng)對相關(guān)的失效數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計，但是范圍有限，需要有大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)累積而成，也需要時間和經(jīng)驗的累積。

（3）國內(nèi)大部分企業(yè)運用先進的定量風(fēng)險分析軟件（例如DNV的SAFETI軟件）卻在參考國外數(shù)據(jù)庫中的失效數(shù)據(jù)，導(dǎo)致風(fēng)險分析結(jié)果不精確甚至錯誤。通過應(yīng)用LEAK軟件統(tǒng)計出每個企業(yè)的失效數(shù)據(jù)從而建立屬于企業(yè)自身的失效數(shù)據(jù)庫是風(fēng)險管理工作中的重要任務(wù)。

（4）在使用失效頻率計算軟件的時候，必須結(jié)合工程的實際情況，積累事故經(jīng)驗，并對計算過程中每一個參數(shù)的抉擇都要加以斟酌和了解，確保每一個輸入項的合理性和自身的符合性，保證精確地模擬實際情形，從而得出相對精確的失效頻率數(shù)據(jù)。

參考文獻

[1]田政，葉志祥.挪威船級社定量風(fēng)險評估方法解析[J].中國海上油氣（工程），2001，13（5）：45-47.

[2]中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院.石化裝置定量風(fēng)險評估指南[M].北京：中國石化出版社，2007.

[3]武志峰，黨文義.定量風(fēng)險評估國內(nèi)外現(xiàn)狀分析與探索[C].首屆中國石油化工安全健康環(huán)保國際論壇：71-75.

[4]劉俊杰.SAFETI軟件在安全定量風(fēng)險評價中的應(yīng)用[J].油氣田地面工程，2008，27（12）：46-47.

[5]國家安監(jiān)總局2014年第13號公告.危險化學(xué)品生產(chǎn)、儲存裝置個人可接受風(fēng)險標準和社會可接受風(fēng)險標準（試行）[S].

[6]王磊，陳國華.石化裝置泄漏易發(fā)性評估方法及其應(yīng)用研究[J].2009，38（1）：79-84.endprint