王臣 陳美寶 劉國勇 張勇 趙瑞

摘要：針對(duì)工業(yè)發(fā)展與脆弱性目標(biāo)的生命財(cái)產(chǎn)安全兩者間矛盾日益突出的問題。在化工裝置單一風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合場(chǎng)論，構(gòu)建區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)的化工裝置風(fēng)險(xiǎn)集成模型。并利用MATLAB軟件，得到整個(gè)園區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)分布情況。以化工裝置個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)作為評(píng)判依據(jù)，確定園區(qū)與外部脆弱性目標(biāo)的安全距離是否合理。以甘肅省蘭州市某化工集中區(qū)為例，驗(yàn)證該方法的可行性與實(shí)用性。為化工園區(qū)的下一步發(fā)展與規(guī)劃提供指導(dǎo)。

Abstract： The contradiction between industrial development and life and property security of vulnerability targets has become increasingly prominent. On the basis of single risk of chemical plant and field theory， an integrated risk model of chemical plant in regional risk field is constructed. And MATLAB software is used to get the risk distribution of the whole park. The safety distance between the park and the external vulnerability target is determined based on the acceptance criterion of individual risk of chemical plant. The feasibility and practicability of this method are verified by taking a chemical concentration area in Lanzhou City， Gansu Province as an example. This paper can provide guidance for the next development and planning of chemical industry park.

關(guān)鍵詞：化工園區(qū);化工裝置;風(fēng)險(xiǎn)集成;外部安全防護(hù)距離

Key words： chemical industrial park;chemical plant;risk integration;external safety protection distance

中圖分類號(hào)：X78 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）13-0053-04

0 ?引言

我國近幾年一直在出臺(tái)相關(guān)政策，促進(jìn)石化產(chǎn)業(yè)調(diào)結(jié)構(gòu)促轉(zhuǎn)型增效益，規(guī)劃化工園區(qū)內(nèi)部安全間距、嚴(yán)格把控與周邊脆弱性目標(biāo)的安全防護(hù)距離，對(duì)不符合發(fā)展規(guī)劃，規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的企業(yè)督促其改造、搬遷，甚至關(guān)閉。但是對(duì)于化工園區(qū)外部安全防護(hù)距離的確定，我國迄今并沒有一套系統(tǒng)的計(jì)算方法，理論研究缺乏，未形成系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，難以指導(dǎo)實(shí)際工作?？紤]到化工園區(qū)內(nèi)裝置的安全運(yùn)行、區(qū)域的合理布局、資源的利用率以及脆弱性目標(biāo)的生命財(cái)產(chǎn)安全，如何科學(xué)、合理地確定園區(qū)與周邊不同對(duì)象類型之間的安全防護(hù)距離已經(jīng)成為化工園區(qū)安全領(lǐng)域亟待解決的重要課題。

目前國內(nèi)外學(xué)者、安全評(píng)價(jià)工作中對(duì)于化工園區(qū)外部安全防護(hù)距離的確定，多是采用以下三種方法：經(jīng)驗(yàn)距離法、基于后果的方法和基于風(fēng)險(xiǎn)的方法。這三種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)三種方法的對(duì)比總結(jié)見表1[1]-[4]。

雖然一定程度上豐富了化工園區(qū)安全距離的理論研究，但是仍然存在一些不足：

①在實(shí)際應(yīng)用中，化工企業(yè)或園區(qū)的安全距離確定多是以防火間距、衛(wèi)生防護(hù)距離、一公里等經(jīng)驗(yàn)來確定，這些方法并不適用于化工園區(qū)的實(shí)際情況，沒有針對(duì)性。

②基于風(fēng)險(xiǎn)的方法確定安全距離時(shí)，大多集中在對(duì)一個(gè)單一的裝置或者一個(gè)儲(chǔ)罐的安全距離研究，很少針對(duì)多風(fēng)險(xiǎn)問題展開研究。忽略了化工園區(qū)作為一個(gè)系統(tǒng)，生產(chǎn)、儲(chǔ)存設(shè)施復(fù)雜多樣，風(fēng)險(xiǎn)集中。存在多種風(fēng)險(xiǎn)共存的情況，尤其是對(duì)外部脆弱性目標(biāo)的安全距離亟待解決。

③關(guān)于風(fēng)險(xiǎn)疊加問題開展的研究較少，多是基于事故后果，構(gòu)建致死概率矩陣進(jìn)行疊加，這種對(duì)概率進(jìn)行線性疊加的方法并不適應(yīng)實(shí)際情況。另外，在研究風(fēng)險(xiǎn)疊加時(shí)，忽略了危險(xiǎn)源與危險(xiǎn)源間相互影響下的多米諾風(fēng)險(xiǎn)。

鑒于研究中的不足，根據(jù)化工園區(qū)內(nèi)危險(xiǎn)源眾多，風(fēng)險(xiǎn)集中復(fù)雜的實(shí)際情況，本文從區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)分布的角度出發(fā)，結(jié)合化工裝置的風(fēng)險(xiǎn)集成對(duì)化工園區(qū)安全距離進(jìn)行研究，豐富園區(qū)外部安全防護(hù)距離的理論研究，對(duì)于保障化工園區(qū)安全發(fā)展，指導(dǎo)其優(yōu)化布局和安全規(guī)劃具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 ?基于區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)的化工裝置風(fēng)險(xiǎn)集成模型

1.1 利用風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)分析的假設(shè)

在研究化工裝置風(fēng)險(xiǎn)疊加時(shí)，其研究思路是將整個(gè)園區(qū)看作風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)，各個(gè)危險(xiǎn)源形成各自的風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)，將各危險(xiǎn)源產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)疊加，便可得到整個(gè)園區(qū)的區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)分布。但是，在實(shí)際情況中，化工裝置的危險(xiǎn)性具有不確定性，是動(dòng)態(tài)變化的。那么由各裝置危險(xiǎn)源構(gòu)成的化工園區(qū)風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)也是會(huì)隨著時(shí)間的變化而改變的場(chǎng)。因此，為了方便下文研究，假設(shè)園區(qū)風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)是恒定場(chǎng)，不隨時(shí)間而變化。

風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)分為源風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)與派生風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)，其中源風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)指的就是危險(xiǎn)源存在的風(fēng)險(xiǎn);派生風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)指的是在化工園區(qū)中，一旦某個(gè)儲(chǔ)罐或者生產(chǎn)裝置危險(xiǎn)源發(fā)生事故，便會(huì)產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)，處于區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)中的任意一點(diǎn)就會(huì)有與之對(duì)應(yīng)的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)值。本文所研究的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)是指化工園區(qū)中，由于裝置發(fā)生泄漏從而造成火災(zāi)、爆炸、中毒等事故時(shí)，對(duì)于處在事故影響范圍內(nèi)的人員，造成人員死亡的風(fēng)險(xiǎn)值。其計(jì)算公式如下：

1.2 基于區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)的風(fēng)險(xiǎn)集成模型

由于園內(nèi)存在的風(fēng)險(xiǎn)屬性不一樣，不能簡(jiǎn)單的直接相加。通過以上建立的風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)，將各個(gè)危險(xiǎn)源產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)，轉(zhuǎn)換成以個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)這個(gè)共同指標(biāo)進(jìn)行疊加。分別考慮了三種情況下的風(fēng)險(xiǎn)集成計(jì)算模型：

①在化工園區(qū)風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)中某個(gè)危險(xiǎn)源同時(shí)或在不同時(shí)間間隔下導(dǎo)致兩種或者兩種以上事故發(fā)生，需要綜合考慮所帶來的事故后果。例如：園區(qū)內(nèi)的某個(gè)危險(xiǎn)源發(fā)生泄漏在t1和t2時(shí)間內(nèi)可能分別發(fā)生火災(zāi)和爆炸事故。選取事故后果最嚴(yán)重的一種事故。那么，風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)中任意一點(diǎn)處的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)疊加值可用式（2）表示：

2 ?外部安全防護(hù)距離確定

2.1 化工裝置個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)

通過借鑒國外許多國家制定的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合我國人口密度大、土地資源緊缺、化工裝置密集等實(shí)際情況。結(jié)合2014年國家安監(jiān)總局頒布的《危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)、儲(chǔ)存裝置個(gè)人可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)和社會(huì)可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)》[5]以及《化工企業(yè)定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)導(dǎo)則》[6]確定本文研究的化工裝置風(fēng)險(xiǎn)集成的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)，如表2所示。

防護(hù)目標(biāo)的具體分類見《危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)、儲(chǔ)存裝置個(gè)人可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)和社會(huì)可接受風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)》。

2.2 外部安全防護(hù)距離

基于以上構(gòu)建的區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)的風(fēng)險(xiǎn)集成模型，得到區(qū)域內(nèi)任意一點(diǎn)處的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)值。依據(jù)個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)判定，該防護(hù)目標(biāo)處受到的風(fēng)險(xiǎn)，是否處于可接受范圍內(nèi)。若防護(hù)目標(biāo)處個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)大于最大可接受風(fēng)險(xiǎn)值，那么防護(hù)目標(biāo)處的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)是不被接受的，其外部安全防護(hù)距離設(shè)置不合理，需采取相應(yīng)的安全措施加以控制;若防護(hù)目標(biāo)處個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)小于最大可接受風(fēng)險(xiǎn)值，那么其個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)是能被接受的;若園區(qū)的整體個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)值等于最大可接受風(fēng)險(xiǎn)值，那么此時(shí)可求取最小外部安全防護(hù)距離。即：

3 ?實(shí)例應(yīng)用

本文以甘肅省蘭州市某石化集中區(qū)的為例，實(shí)際應(yīng)用前文所提出的計(jì)算方法，確定化工園區(qū)的外部安全防護(hù)距離。該石化集中區(qū)以蘭州石化分公司為生產(chǎn)主體，周邊聚集十多余家危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)儲(chǔ)存企業(yè)，構(gòu)成集煉油、化工、裝備制造、工程建設(shè)、檢維修及礦區(qū)服務(wù)為一體的大型綜合煉化生產(chǎn)基地。由于篇幅有限，選取集中區(qū)的儲(chǔ)存區(qū)域用于研究外部安全防護(hù)距離。其儲(chǔ)存區(qū)域位于石化集中區(qū)的東面，均儲(chǔ)存的是原油，15萬立方的原油儲(chǔ)罐2個(gè)，10萬立方的原油儲(chǔ)罐6個(gè)。儲(chǔ)罐區(qū)相對(duì)位置圖如圖1所示。

原油儲(chǔ)罐最易發(fā)生池火災(zāi)，因此，運(yùn)用MATLAB軟件對(duì)其事故后果進(jìn)行模擬分析。得到15萬立方、10萬立方原油儲(chǔ)罐目標(biāo)接受的熱輻射通量與到池火焰中心距離的二維關(guān)系圖如圖2所示，左：15萬立方;右：10萬立方。計(jì)算得到其傷亡半徑，如表3所示。

對(duì)于儲(chǔ)存裝置的泄漏概率取5×10-6，利用可燃液體瞬時(shí)泄漏事件樹分析得到其點(diǎn)火概率為：0.065，則原油儲(chǔ)罐發(fā)生池火災(zāi)的事故概率為0.325×10-6。并且基于罐區(qū)的多米諾效應(yīng)分析，對(duì)各儲(chǔ)罐的事故發(fā)生概率加以修正，如表4所示。

從預(yù)防性安全措施和事故減緩性安全措施兩方面構(gòu)建了風(fēng)險(xiǎn)抵消系數(shù)，得到儲(chǔ)存裝置風(fēng)險(xiǎn)抵消系數(shù)為0.3549。利用MATLAB軟件，將儲(chǔ)罐區(qū)劃分為1000乘以1000的網(wǎng)格，步長為1。根據(jù)編寫的計(jì)算程序，求得各儲(chǔ)罐對(duì)區(qū)域各點(diǎn)產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，形成風(fēng)險(xiǎn)矩陣。最后，將各風(fēng)險(xiǎn)矩陣疊加，得到儲(chǔ)罐區(qū)的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)分布圖，如圖3、圖4所示。

通過調(diào)研儲(chǔ)罐區(qū)周邊的脆弱性目標(biāo)，在距離儲(chǔ)罐區(qū)東面有一社區(qū)，其距離罐區(qū)的最近距離100米，社區(qū)總?cè)藬?shù)2432人，屬于一類防護(hù)目標(biāo)。利用以上的計(jì)算方法，得到該社區(qū)處接收到來自儲(chǔ)罐區(qū)總的風(fēng)險(xiǎn)為1.14×10-7，風(fēng)險(xiǎn)可接受的水平為3×10-7。因此，得出該社區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)是可接受的。

4 ?結(jié)論

①提出化工裝置風(fēng)險(xiǎn)集成模型。在計(jì)算單一風(fēng)險(xiǎn)值的基礎(chǔ)上，針對(duì)化工園區(qū)的多風(fēng)險(xiǎn)情況，結(jié)合場(chǎng)論，構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)集成模型。主要考慮了三種情況的風(fēng)險(xiǎn)集成，一是在化工園區(qū)風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)中一個(gè)危險(xiǎn)源同時(shí)或在一段時(shí)間內(nèi)導(dǎo)致兩種或者多種事故發(fā)生;二是在化工園區(qū)風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)中，兩個(gè)或者兩個(gè)以上危險(xiǎn)源同時(shí)失效導(dǎo)致同時(shí)發(fā)生多種事故;三是考慮多米諾效應(yīng)。并運(yùn)用MATLAB軟件，將園區(qū)網(wǎng)格化，編寫計(jì)算程序，使得計(jì)算簡(jiǎn)單化。計(jì)算出網(wǎng)格內(nèi)任意位置處的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)，得到園區(qū)內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域分布。

②確定安全距離。通過計(jì)算的區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)分布，對(duì)園區(qū)周邊的脆弱性目標(biāo)所受到的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行計(jì)算，與化工裝置個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)值判定，確定外部安全防護(hù)距離。

③工程應(yīng)用。將本文提出的化工園區(qū)外部安全防護(hù)距離確定方法應(yīng)用于甘肅省蘭州市某化工集中區(qū)，驗(yàn)證了這套計(jì)算方法的可行性與實(shí)用性。

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