譚欽文，段正肖，董　勇，劉倩男，杜　姍

(1.西南科技大學 環(huán)境與資源學院，四川 綿陽 621010；2.西南科技大學 非煤礦山安全技術四川省高等學校重點實驗室，四川 綿陽 621010)

0　引言

化工園區(qū)的產(chǎn)業(yè)“集聚”效應是化學工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的必然趨勢，也對當?shù)匕l(fā)展有著巨大推動作用[1]。一些危險化學品企業(yè)，由于城市的快速發(fā)展，逐步被企業(yè)、居民住宅、學校、醫(yī)院等包圍，存在著嚴重的事故隱患，一旦發(fā)生事故，后果不堪設想[2]。為了避免造成重大人員傷亡，需要對危險設施進行區(qū)域定量風險評估以輔助風險決策從而制定相應風險控制措施。定量風險評估的關鍵在于評估方法的選取及風險可接受標準的制定。其中，風險可接受標準近年來已在大壩[3]、公共場所[4]、石化[5]、建筑工程[6]、滑坡[7]、基礎理論研究[8]等領域取得了一些進展，但絕大部分均是對死亡風險可接受標準進行的研究，鮮有對受傷風險可接受標準及其應用進行研究。這將使風險評估時無法對危險設施的受傷風險進行評估，而受傷是事故后果的重要組成，也是生命風險的重要指標。此外，化工生產(chǎn)的特殊性導致其易于引發(fā)群死群傷事故，一直以來備受公眾關注。尤其是在網(wǎng)絡社會快速發(fā)展的當前，各級政府對突發(fā)性公共事件更是極為敏感。防范因事故造成的突發(fā)性公共事件成為政府和群眾關注的焦點[9]。為此，旨在通過死亡及受傷風險可接受標準的制定及風險綜合評估模型的建立，從死亡風險及受傷風險2方面對危險設施的區(qū)域定量風險評估進行研究。深度挖掘潛在風險，最大限度地減少群死群傷事故的發(fā)生。

1　“雙標準”及其綜合評估模型

1.1　死亡及受傷風險可接受標準

可接受風險標準可通過標準基準值乘以相應風險控制系數(shù)來制定。筆者在前期研究中[10]，基于可接受風險標準理論，通過搜集、分析及估算化工行業(yè)最近10 a的基礎事故數(shù)據(jù)，采用平均個人風險值法(AIR值)和事故累計概率-死亡人數(shù)曲線(FN曲線)法的運算思想，確定了化工行業(yè)死亡、受傷風險的個人及社會可接受標準基準值。此處選取其中的個人風險通用值(死亡風險為4.18×10-4/a；受傷風險為1.25×10-3/a)作為基準值，通過乘以相應風險控制系數(shù)得到了風險可接受標準(見表1)。在其基礎上運用FN模型理論得到了社會風險可接受標準(見圖1～ 2)。

其中，風險控制系數(shù)借鑒丹麥等國的做法并結(jié)合其在《危險化學品生產(chǎn)、儲存裝置個人可接受風險標準和社會可接受風險標準(試行)》中的運用，針對不同設施的敏感性、重要性及設施性狀，分別選取10%，3%，1%及0.1%應用于防護目標，最終得到了可接受風險標準。

表1　個人風險可接受標準

圖1　社會死亡風險可接受標準Fig.1　Acceptable criteria for social risk of death

圖2　社會受傷風險可接受標準Fig.2　Acceptable criteria for social injury risk

1.2　“雙標準”綜合評估模型

為了深入挖掘及評估危險設施的潛在風險，基于可接受風險理論初步提出如圖3所示的“雙標準”綜合評估模型。該模型由3個死亡指標和3個受傷指標共6個指標構(gòu)成，只有6指標均滿足對應標準風險方能被接受。下文將對“雙標準”綜合評估模型在區(qū)域定量風險評估中的具體運用進行詳細論述。

圖3　“雙標準”綜合評估模型Fig.3　Comprehensive evaluation model of "double standards"

2　事故影響評估

2.1　算例選取

眾多事故案例表明，油品泄漏將引發(fā)池火事故，是油罐火災中發(fā)生最頻繁、后果最嚴重的火災類型，相關研究也一直是國內(nèi)外研究的重點[11]。為此，選取柴油儲罐池火災事故為失效場景，對“雙標準”在區(qū)域定量風險評估中的綜合運用進行研究。具體算例參數(shù)見表2。

表2　算例參數(shù)

2.2　池火熱輻射影響分析

2.2.1基本熱輻射參數(shù)

池火災屬于穩(wěn)態(tài)火災，可選用熱通量準則對其基本熱輻射參數(shù)進行計算[12]。

1)確定池直徑

(1)

式中：D為液池直徑，m；S為液池面積，m2。經(jīng)計算，D=29.13m。

2)確定火焰高度

(2)

式中：L為火焰高度，m；g為重力加速度，m·s-2；ρ0為空氣密度，kg/m3；

3)總熱輻射通量

(3)

式中：q0為總熱通量，W/m2；ΔHC為燃燒熱，kJ/kg。經(jīng)計算，q0=106 464.43 kW/m2。

4)目標入射熱輻射強度

(4)

式中：q(r)為目標熱輻射強度，kW/m2；r為目標距離池中心的距離，m；tC為熱傳導系數(shù)，在無相對理想的數(shù)據(jù)時，可取值為1。經(jīng)計算：

(5)

2.2.2基于較大閾值的熱輻射影響分析

熱輻射閾值的選取直接關乎熱輻射影響程度的計算，進而對風險評估結(jié)果產(chǎn)生重要影響。

1)熱輻射傷害閥值

對于死亡、受傷的熱輻射閥值選取，目前形成了幾種不同的方案[13-16]。其中，死亡閥值選取的最大值為25 kW/m2，最小值為6.5 kW/m2。受傷閥值選取的最大值為12.5 kW/m2，最小值為4.3 kW/m2。閥值越小，對周邊區(qū)域的要求越嚴格，其將導致設施周邊大量土地難以有效利用?？紤]到既能提供充分的安全保障，又能有效利用稀缺土地資源，最終分別選取25，12.5 kW/m2作為死亡、受傷閥值。

2)傷亡半徑

將傷亡閥值帶入式5中即可運算得到傷亡半徑。令q(r)分別為25，12.5 kW/m2，即可得死亡半徑r1=18.41 m，受傷半徑r2=26.3 m。

3)傷亡概率值

文獻[17]用式(6)～(8)的比率方程來確定熱輻射對人員的傷害概率。

死亡幾率值：

Pr=-37.23+2.56ln(tq4/3)

(6)

受傷(一度燒傷)幾率值：

Pr=-39.83+3.0188ln(tq4/3)

(7)

式中：Pr為熱輻射暴露下的死亡概率值；q為熱輻射強度，W/m2；t為暴露時間，最大值為20 s。

4)傷亡概率

(8)

式中：Pd為目標處在熱輻射暴露下的傷亡概率，可通過Pr與Pd的關系表進行查詢。結(jié)合上文閾值即可運算得到傷亡概率，見表3。

表3　區(qū)域概率計算結(jié)果

5)傷亡人數(shù)

基于事故人員傷亡假設原則[17]，并結(jié)合上文概率計算結(jié)果可得：以池火災中心為原點至死亡半徑(包括該半徑外徑)的圓形區(qū)域可定義為死亡區(qū)，該區(qū)內(nèi)的人員死亡概率為50%，其人員受傷概率為100%；從死亡半徑外徑至受傷半徑(包括該半徑外徑)的圓環(huán)區(qū)域可定義為受傷區(qū)，該區(qū)的人員死亡概率為1%，其人員受傷概率為99%。若此時，通過調(diào)查已知該油罐周邊死亡區(qū)域的人口平均密度ρ為0.003人/m2，受傷區(qū)域的人口平均密度ρ為0.05人/m2，即可計算得到區(qū)域傷亡人數(shù)，見表4。

表4　區(qū)域人口數(shù)及傷亡人數(shù)

此處在計算死亡區(qū)人口時，與概率計算不同的是，受傷概率選取了50%對死亡區(qū)受傷人口進行計算。即認為死亡區(qū)的人口非死即傷。

3　事故傷亡風險評估

3.1　儲油罐池火個人風險分析

IR(x，y)=f·v(x，y)

(9)

式中：IR(x，y)為危險源在位置(x，y)處產(chǎn)生的個人風險，f為事故發(fā)生的概率，v(x，y)為在位置(x，y)處引起的個體傷亡的概率。

個人風險與人員所處位置有關。v(x，y)可通過建立事故危險劑量與人員傷亡概率函數(shù)關系獲得，即上文的傷亡概率；f的獲得可基于事故數(shù)據(jù)通過信息擴散[16]、事故樹[18]、工業(yè)失效數(shù)據(jù)庫[1]及故障樹[19]等方式獲得?？紤]到以上成果的普適性及作者條件，本文采用文獻[18]中通過歷史事故統(tǒng)計資料及油罐池火災事故樹進行研究得出的數(shù)據(jù)2.8×10-6(保守取3×10-6)作為本文事故基礎概率。該研究已將泄漏及點火影響一并進行了考慮，故可將3×10-6作為儲罐池火災事故基礎概率，無需再次進行點火概率的計算。

實際應用時，10-6量級通常作為國內(nèi)外風險可接受的“黃金標準”[20]。3×10-6可作為該裝置在理想情況下的池火事故基礎概率，直接將其作為事故概率則過低。故實際運用時還需通過企業(yè)實際風險調(diào)查與評估對其進行修正。修正時，需考慮裝置實際工藝技術(β1)、防護措施(β2)、安全裝置(β3)、運行環(huán)境(β4)、日常管理(β5)及其他方面(β6)對風險的貢獻，并以此修正基礎概率。

f′=f·β

(10)

β=β1·β2·β3·β4·β5·β6

(11)

式中：f′為修正后的事故發(fā)生概率；f為事故發(fā)生的基礎概率，此處為3×10-6；β為概率修正系數(shù)(即風險貢獻值)，β1～β6分別表示工藝技術、防護措施、安全裝置、運行環(huán)境、日常管理及其他風險貢獻值。其可用預先設定的評價指標集進行評價，并采用模糊數(shù)學算法進行計算[21]。若此時，通過對β1～β6進行實際調(diào)查和分析計算后，綜合選取了β=β1·β2·β3·β4·β5·β6≈30的風險貢獻值對基礎概率進行修正，則f′=9×10-5。通過式(12)即可計算出各區(qū)域的個人死亡風險(IIR)及個人受傷風險(IFR)。計算結(jié)果見表5，示意圖見圖4。

IR(x，y)=f′·v(r)　(12)

圖4　區(qū)域AIR示意Fig.4　Schematic diagram of area AIR

3.2　儲油罐池火社會風險分析

社會風險主要與風險區(qū)人口密度有關。可由以下模型進行計算：

SR:F=∑PN

(13)

式中：F為事故傷亡累計概率；PN表示傷亡人數(shù)為N的事故發(fā)生概率。通過計算風險區(qū)傷亡人數(shù)和對應累計頻率即可得到危險設施的社會風險。風險計算結(jié)果見表6～8，社會風險曲線見圖5～6。

表6　傷亡風險計算結(jié)果

圖5　柴油罐SIR曲線Fig.5　SIR curve of diesel tank

表7　社會死亡風險(SIR)累積頻率

表8　社會受傷風險(SFR)累積頻率

圖6　柴油罐SFRFig.6　SFR curve of diesel tank

3.3　儲油罐池火風險綜合評估結(jié)果

若調(diào)查得知該在役儲罐r(nóng)1，r2區(qū)內(nèi)的防護目標均為一般防護目標中的3類防護目標，則對照標準(如表1)及圖4可知：

1)IIR(r1)>4×10-5>IIR(r2)；

2)1×10-4>IFR(r1)>IFR(r2)。

該設施在r1區(qū)內(nèi)的個人死亡風險不可接受，個人受傷風險可接受；在r2區(qū)內(nèi)的個人死亡風險及個人受傷風險均可接受。

據(jù)圖5～6可知，該設施的SIR落在了ALARP區(qū)，故其在采取合理可行的控制措施降低風險后可認為其社會死亡風險可接受；但其SFR涉及了不可接受區(qū)，故其社會受傷風險不可接受。綜合6指標的評估結(jié)果(見表9)后認為，該設施的風險不可接受。

表9　區(qū)域風險評估結(jié)果

4　結(jié)論

1)研究得到了化工行業(yè)死亡風險可接受標準和受傷風險可接受標準。其中，個人死亡、受傷標準最高分別為4×10-7/a，1×10-6/a，最低分別為4×10-5/a，1×10-4/a；社會死亡、受傷標準中，可接受線截距分別為1×10-5，4×10-5，可忍受線截距分別為1×10-4，4×10-4，曲線斜率均為-2。

2)提出了一種基于“雙標準”綜合評估的新型區(qū)域定量風險評估模型。相比于傳統(tǒng)的單標準(死亡風險標準)定量評估模式來說,該模型能深度挖掘潛在風險，優(yōu)化風險管理，最大限度地減少群死群傷事故的發(fā)生。但由于定量評估過程普遍存在的運算過程復雜、工作量大等特點。后期將考慮運用計算機編程技術開發(fā)評估軟件，提高定量評估效率。

3)以1 000 m3柴油罐池火災事故為例，對“雙標準”綜合評估模型在區(qū)域定量風險評估中的應用進行研究。結(jié)果表明該模型具有可行性和參考價值。

[1]賈偉,朱建新,高增梁,等. 區(qū)域定量風險評價方法及其在化工園區(qū)中的運用[J]. 中國安全科學學報,2009,19(5):140-146,177.

JIA Wei, ZHU Jianxin, GAO Zengliang, et al. The method of quantitative area risk assessment and its application in chemical industrial park [J]. China safety science Journal, 2009,19(5): 140-146,177.

[2]師立晨,高建明,吳斌. 危險化學品企業(yè)外部安全防護距離標準制訂探討[J]. 中國安全生產(chǎn)科學技術,2010,6(6):23-29.

SHI Lichen, GAO Jianming, WU Bin. Discussion of drafting standard of external safety protection distance for dangerous chemical enterprises [J]. Journal of Safety Science and Technology, 2010,6(6): 23-29.

[3]李宗坤,葛巍,王娟,等. 中國水庫大壩風險標準與應用研究[J]. 水利學報,2015,46(5):567-573,583.

LI Zongkun, GE Wei, WANG Juan, et al. Chinese reservoir dam risk criteria and application [J]. Journal of hydraulic engineering, 2015,46 (5): 567-573,583.

[4]李劍峰,劉茂,冉麗君. 公共場所人群聚集個人風險的研究[J]. 安全與環(huán)境學報,2006,6(5):112-115.

LI Jianfeng, LIU Mao, RAN Lijun. Study on personal risk of crowds in public places [J]. Journal of safety and environment, 2006, 6(5): 112-115.

[5]AVEN T． On the ethical justification for the use of risk acceptance criteria[J]．Risk Analysis， 2007，27(2): 303-312．

[6]郭章林,賈增科,李曉慧. 建筑工程施工風險接受準則研究[J]. 西安建筑科技大學學報(自然科學版),2008,40(1):76-79.

GUO Zhanglin, JIA Zengke, LI Xiaohui. Study on risk acceptance criteria for construction engineering [J]. Journal of Xi'an University of Architecture and Technology (Natural Science Edition), 2008,40(1): 76-79.

[7]AGS. Practice note guidelines for landslide risk management 2007[J]．Australian Geomechanics， 2007，42(1): 64-114．

[8]魏利軍,王如君,多英全,等.化工過程定量風險評價進展及風險準則比較分析[J].中國安全生產(chǎn)科學技術,2017,13(8):12-17.

WEI Lijun , WANG Rujun, DUO Yingquan, et al. Progress in quantitative risk assessment and comparative analysis of risk criteria in chemical process[J]. Journal of Safety Science and Technology,2017， 13(8): 12-17.

[9]陳濤. 渤海溢油事件的社會影響研究[J]. 中國海洋大學學報(社會科學版),2013(5):28-33.

CHEN Tao. Study on the social impact of oil spill in Bohai [J]. Journal of Ocean University of China (Social Sciences Edition), 2013(5): 28-33.

[10]譚欽文,段正肖,董勇,等. 基于事故數(shù)據(jù)分析推導的全國及化工行業(yè)可接受風險標準基準值研究[J]. 中國安全生產(chǎn)科學技術，2017，13(9):185-192.

TAN Qinwen, DUAN Zhengxiao, DONG Yong, et al. Study on standard reference values of acceptable risk criteria for nation and chemical industry based on accident data analysis and derivation [J].Journal of Safety Science and Technology，2017，13(9): 185-192.

[11]張怡. 柴油池火燃燒特性及熱傳遞規(guī)律的實驗研究[D].沈陽：東北大學，2014.

[12]邱治寧. 儲油罐泄露風險評價及后果模擬[D].成都：西南石油大學，2014.

[13]王三明,蔣軍成,姜慧. 液化石油氣罐區(qū)的危險性定量模擬評價技術及其事故預防[J]. 南京工業(yè)大學學報(自然科學版),2001,23(6):32-36.

WANG Sanming，JIANG Juncheng，JIANG Hui. Risk quantitative simulation and evaluation technology and accident prevention of liquefied petroleum gas tank area [J].Journal of Nanjing University of Technology (Natural Science Edition), 2001,23 (6): 32-36.

[14]朱建華,褚家成. 池火特性參數(shù)計算及其熱輻射危害評價[J]. 中國安全科學學報,2003,13(6):28-31,84.

ZHU Jianhua，CHU Jiacheng .Calculation of characteristic parameters of pool fire and assessment of thermal radiation hazard [J].China safety science Journal, 2003,13 (6): 28-31,84.

[15]呂艷艷. 石化裝置事故統(tǒng)計及風險控制系統(tǒng)開發(fā)[D].青島：中國石油大學(華東)，2013.

[16]曾小紅. 危險化學品泄漏事故風險評估模型及應用研究[D].重慶：重慶大學，2011.

[17]宇德明,馮長根,曾慶軒,等. 熱輻射的破壞準則和池火災的破壞半徑[J]. 中國安全科學學報，1996，6(2):8-13.

YU Deming, FENG Changgen, CENG Qingxuan,et al. The failure criterion of thermal radiation and the radius of destruction of pool fire [J].China Safety Science Journal， 1996，6(2): 8-13.

[18]唐秋香. 石油化工企業(yè)區(qū)域定量安全評價方法的研究[D].青島：中國石油大學(華東)，2010.

[19]賈增科. 城市燃氣管道風險評價研究[D].邯鄲：河北工程大學，2008.

[20]HSE.Reducing Risks，Protecting People- HSE's Decision-making Process[R].2001.

[21]包其富,吳珂,王海龍,等.油品儲罐區(qū)風險評價技術研究[J].中國安全生產(chǎn)科學技術，2010，6(5):23-27.

BAO Qifu, WU Ke , WANG Hailong, et al. Study on risk assessment techniques for oil tank area[J]. Journal of Safety Science and Technology，2010， 6(5): 23-27.