陳 琳，詹水芬，王緒亭，張愛利，高華梅，李 巖，劉 偉

(1.天津東方泰瑞科技有限公司，天津 300110；2.交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所，天津 300456)

危險(xiǎn)貨物中涉及易燃?xì)怏w、易燃液體、有毒物質(zhì)，由于爆炸性、易燃性、腐蝕性、毒性等危險(xiǎn)特性，一旦出現(xiàn)泄漏釋放，可能致使儲(chǔ)罐區(qū)誘發(fā)生產(chǎn)安全事故，形式主要為能量釋放相對(duì)穩(wěn)定的泄漏、中毒事故以及能量極具快速釋放的火災(zāi)、爆炸事故[1-2]。港口危險(xiǎn)貨物儲(chǔ)罐區(qū)一旦發(fā)生儲(chǔ)罐泄漏事故，產(chǎn)生的熱輻射或超壓沖擊波有可能波及影響周邊相鄰儲(chǔ)罐，造成嚴(yán)重的事故后果[3-4]。為加強(qiáng)港口危險(xiǎn)貨物儲(chǔ)罐安全源頭防范、切實(shí)提升危險(xiǎn)貨物儲(chǔ)罐的本質(zhì)安全水平和安全保證能力，交通運(yùn)輸部辦公廳印發(fā)《關(guān)于加強(qiáng)港口危險(xiǎn)貨物儲(chǔ)罐安全管理的意見》。

事故風(fēng)險(xiǎn)是事故發(fā)生的可能性與事故后果嚴(yán)重度的擬合[5-7]?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外對(duì)于危險(xiǎn)貨物儲(chǔ)罐區(qū)域的安全風(fēng)險(xiǎn)研究多聚焦于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法綜述[8]或采用計(jì)算軟件結(jié)合實(shí)際儲(chǔ)存現(xiàn)狀進(jìn)行定量計(jì)算，給出風(fēng)險(xiǎn)水平數(shù)值[9-12]，但對(duì)于深入研究區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)水平的影響因素尚屬欠缺。但實(shí)際管控過程中，建立影響儲(chǔ)罐區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系，識(shí)別分析重要因子，采取切實(shí)可行的管控措施具有極強(qiáng)的必要性和現(xiàn)實(shí)意義。

本文從“通用、機(jī)械、工藝、技術(shù)”四方面系統(tǒng)構(gòu)建儲(chǔ)罐事故發(fā)生可能性影響因素指標(biāo)體系，采用層次分析法識(shí)別影響儲(chǔ)罐失效的關(guān)鍵因子?；趨^(qū)域定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估QRA計(jì)算結(jié)果，應(yīng)用Phast Risk中的Extended Risk模塊進(jìn)行儲(chǔ)罐風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)率排序，通過對(duì)區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)率高的儲(chǔ)罐實(shí)施合理管控，并對(duì)影響失效的關(guān)鍵因子進(jìn)行修正，降低儲(chǔ)罐失效概率，從而達(dá)到降低儲(chǔ)罐區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)的目的。

1 儲(chǔ)罐區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)水平

1.1 安全風(fēng)險(xiǎn)水平

現(xiàn)階段我國(guó)港口危險(xiǎn)貨物儲(chǔ)罐區(qū)的安全風(fēng)險(xiǎn)水平主要從“個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)、社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)”兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行量化識(shí)別，其參考依據(jù)為國(guó)家安全監(jiān)管總局2014年第13號(hào)《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)(試行)》、交通運(yùn)輸部交水發(fā)〔2013〕274號(hào)《港口危險(xiǎn)貨物重大危險(xiǎn)源監(jiān)督管理辦法(試行)》以及GB36894-2018《危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)裝置和儲(chǔ)存設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)》。

1.2 安全風(fēng)險(xiǎn)影響因子

風(fēng)險(xiǎn)是事故發(fā)生的可能性與事故后果嚴(yán)重度的擬合，港口危險(xiǎn)貨物儲(chǔ)罐區(qū)事故后果的嚴(yán)重程度主要受儲(chǔ)存介質(zhì)危險(xiǎn)性、儲(chǔ)存容量以及儲(chǔ)存條件等因素的影響，通常情況上述因素具有相對(duì)的確定性；事故發(fā)生的可能性則受到多方面因素影響，例如設(shè)備腐蝕情況、結(jié)垢情況、設(shè)備復(fù)雜性、使用年限等諸多不確定性因素。

圖1 事故發(fā)生可能性影響因素指標(biāo)體系Fig.1 Accident probability influencing factor indicator system

針對(duì)于儲(chǔ)罐區(qū)，各儲(chǔ)罐儲(chǔ)存介質(zhì)及容量、儲(chǔ)存條件等因素具有相對(duì)確定性，影響風(fēng)險(xiǎn)水平不確定性的主要因素為事故發(fā)生的可能性。研究事故發(fā)生可能性是儲(chǔ)罐區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)問題的原因和始端，同樣也是保障區(qū)域安全的關(guān)鍵所在?！妒b置定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南》[13]對(duì)影響事故可能性的分析，通過咨詢專家意見，剔除不易操作及有所重疊的因素，再經(jīng)指標(biāo)凝練、分類，最終從通用、機(jī)械、工藝、技術(shù)四方面構(gòu)建影響事故發(fā)生可能性的指標(biāo)體系U，該體系由4個(gè)一級(jí)指標(biāo)和13個(gè)二級(jí)指標(biāo)構(gòu)成，涉及管理水平、設(shè)備復(fù)雜性、使用年限、設(shè)備腐蝕等諸多因子。具體如圖1所示。

2 層次風(fēng)險(xiǎn)法(AHP)權(quán)重

層次分析法(Analytic Hierarchy Process)是計(jì)算指標(biāo)權(quán)重最為常見的評(píng)估方法，通過將問題分解為不同的組成因素，并按照因素間的相互關(guān)聯(lián)影響以及隸屬關(guān)系將因素按不同層次聚集組合，形成一個(gè)多層次的分析結(jié)構(gòu)模型。其主要計(jì)算步驟如下。

2.1 構(gòu)造判斷矩陣

采用1-9標(biāo)度法構(gòu)造判斷矩陣，以P表示目標(biāo)，PXY表示PX對(duì)PY的相對(duì)重要性數(shù)值?？纱_定判斷矩陣為

(1)

2.2 計(jì)算單一權(quán)重向量

對(duì)判斷矩陣P的最大特征根λmax所對(duì)應(yīng)的特征向量進(jìn)行歸一化處理，得到單一權(quán)重向量。采用方根法進(jìn)行簡(jiǎn)化，計(jì)算公式為

(2)

2.3 一致性檢驗(yàn)

計(jì)算判斷矩陣的一致性指標(biāo)CI

(3)

(4)

式中：PW為對(duì)應(yīng)λmax的特征向量。

表1 換算的修正因子表Tab.1 Modified correction factor

3 失效概率修正

圖2 修正系數(shù)與分值的對(duì)應(yīng)圖Fig.2 Correspondence map between correction coefficient and score

基于前文識(shí)別出的影響儲(chǔ)罐事故發(fā)生可能性的關(guān)鍵因子，采取有效管控措施對(duì)事故發(fā)生概率進(jìn)行修正。在事故后果一定的前提下，通過降低事故發(fā)生可能性降低儲(chǔ)罐區(qū)風(fēng)險(xiǎn)水平。調(diào)整后的失效概率為F調(diào)整后，F(xiàn)調(diào)整后=F原始×F指標(biāo)，F(xiàn)指標(biāo)主要參照《石化裝置定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南》進(jìn)行計(jì)算，針對(duì)關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)各個(gè)要素進(jìn)行分析，并賦予數(shù)值。分析了這些子系數(shù)之后，將所有分項(xiàng)確定值相加，得到最終修正數(shù)值。最終的修正系數(shù)可以為正也可以為負(fù)，通常范圍為-10～20。最終數(shù)值將換算為FE，修正系數(shù)與分值的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示，修正系數(shù)與分值的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖2所示。

4 實(shí)例驗(yàn)證

2016年，天津港南疆港區(qū)南疆石化小區(qū)在用儲(chǔ)罐118個(gè)，總?cè)萘?52×104m3。裝卸作業(yè)貨種包括乙烯、液化石油氣、汽油、甲苯、二氯乙烷等近85種。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)時(shí)經(jīng)計(jì)算，其個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)、社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)均處于不可接受區(qū)。初始風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算結(jié)果如下圖3和圖4所示。

(1)風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)率的確定以QRA定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法計(jì)算儲(chǔ)罐區(qū)初始狀態(tài)下的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)、社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)水平為基礎(chǔ)，應(yīng)用Phast Risk中的Extended Risk模塊對(duì)118個(gè)正常運(yùn)行儲(chǔ)罐的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)、社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)值進(jìn)行排序，自動(dòng)識(shí)別出風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)值排在前十位的設(shè)備，結(jié)果如圖5及表2所示。

圖3 初次個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算結(jié)果Fig.3 Initial personal risk calculation result圖4 初次社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算結(jié)果Fig.4 Initial social risk calculation result圖5 區(qū)域當(dāng)前設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)率排名柱狀圖Fig.5 Regional current equipment risk contribution rate ranking histogram

表2 區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)率前十位儲(chǔ)蓄信息表Tab.2 Top ten tank information table for regional risk contribution rate

從圖5和表2中可以看出，乙烯球罐(052#)、液化石油氣球罐(041#)、汽油罐(013#)、苯儲(chǔ)罐(076#)、甲苯儲(chǔ)罐(082#、002#)6個(gè)化工設(shè)備對(duì)區(qū)域的危險(xiǎn)風(fēng)險(xiǎn)水平貢獻(xiàn)率較高，為區(qū)域重要風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

表3 各影響因子權(quán)重值計(jì)算結(jié)果表Tab.3 Calculation result table of each impact factor weight value

(2)指標(biāo)計(jì)算。

針對(duì)1.2章節(jié)構(gòu)建的指標(biāo)體系，對(duì)港口危險(xiǎn)貨物現(xiàn)場(chǎng)管理人員、行業(yè)專家進(jìn)行問卷調(diào)查及調(diào)研交流，借助一線作業(yè)人員及行業(yè)專家的經(jīng)驗(yàn)優(yōu)勢(shì)，識(shí)別分析影響事故發(fā)生可能性因素的關(guān)鍵指標(biāo)。通過對(duì)近20份統(tǒng)計(jì)問卷的統(tǒng)計(jì)整理，按照2.1～2.3的分析過程計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重，經(jīng)反復(fù)計(jì)算，得出數(shù)值如表3所示。

通過上述計(jì)算結(jié)果，可以看出影響事故發(fā)生可能性的關(guān)鍵影響指標(biāo)為：設(shè)備腐蝕性>使用年限>設(shè)備復(fù)雜性>管理水平>結(jié)垢情況。

(3)提出管控措施。

步驟一:鑒于乙烯球罐(052#)、液化石油氣球罐(041#)化工設(shè)備老化嚴(yán)重，建議企業(yè)停止使用。

步驟二：在考慮企業(yè)設(shè)備狀態(tài)和管理水平的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行狀況，對(duì)典型儲(chǔ)罐汽油儲(chǔ)罐(013#)、苯儲(chǔ)罐(076#)、甲苯儲(chǔ)罐(082#)、甲苯儲(chǔ)罐(002#)、汽油儲(chǔ)罐(037#)的失效概率進(jìn)行調(diào)整。主要調(diào)整指標(biāo)為設(shè)備腐蝕性、使用年限、設(shè)備復(fù)雜性、管理水平、結(jié)垢情況，對(duì)應(yīng)管控措施如表4所示。

表4 調(diào)整指標(biāo)管控措施表Fig.4 Adjustment indicator control measures

(4)儲(chǔ)罐失效概率修正。

結(jié)合各儲(chǔ)罐失效場(chǎng)景，初始概率數(shù)值選取主要依據(jù)SY/T6714-2008《基于風(fēng)險(xiǎn)檢驗(yàn)的基礎(chǔ)方法》，在此基礎(chǔ)上按照表4的方式及換算，得出儲(chǔ)罐修正后的失效概率，數(shù)據(jù)如表5所示。

圖6 對(duì)關(guān)鍵因子實(shí)施管控后區(qū)域個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)水平Fig.6 Regional individual risk after management of key factors圖7 對(duì)關(guān)鍵因子實(shí)施管控后區(qū)域社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)水平Fig.7 Regional social risk after management of key factors

表5 儲(chǔ)罐失效概率修正系數(shù)統(tǒng)計(jì)表Fig.5 Tank failure probability correction coefficient statistics

按照上述方案重新對(duì)的南疆石化小區(qū)風(fēng)險(xiǎn)水平進(jìn)行計(jì)算，得出其個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)、社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)等值線計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)顯著變化。以3×10-6個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)等值線影響范圍為例，其包絡(luò)線影響范圍明顯縮小，如圖6所示。

經(jīng)兩次管控措施后，區(qū)域社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)已由圖7的不可接受水平降低為可接受水平，圖7中分別為落實(shí)步驟1及落實(shí)步驟1、2的風(fēng)險(xiǎn)水平。以死亡10人為例，僅考慮停止使用乙烯、液化石油氣儲(chǔ)罐，死亡10人的發(fā)生概率為2.8×10-5，而同時(shí)考慮013#汽油儲(chǔ)罐、076#苯儲(chǔ)罐、082#甲苯儲(chǔ)罐、002#甲苯儲(chǔ)罐、037#汽油儲(chǔ)罐增加防腐、清垢、管理等措施，儲(chǔ)罐自身失效概率降低，整體區(qū)域死亡10人的失效概率為4×10-7。

5 總結(jié)

(1)港口危險(xiǎn)貨物儲(chǔ)罐集中區(qū)域由于儲(chǔ)罐分布集中、儲(chǔ)存危險(xiǎn)貨物種類多、危險(xiǎn)性高，一旦發(fā)生泄漏或其他失效事故，易誘發(fā)區(qū)域性生產(chǎn)安全事故，使區(qū)域安全風(fēng)險(xiǎn)水平不可接受。

(2)從“通用、機(jī)械、工藝、技術(shù)”四方面系統(tǒng)構(gòu)建儲(chǔ)罐事故發(fā)生可能性影響因素指標(biāo)體系，采用層次分析法識(shí)別出“設(shè)備腐蝕性、使用年限、設(shè)備復(fù)雜性、管理水平”是影響儲(chǔ)罐失效的關(guān)鍵因子。

(3)結(jié)合個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)、社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算原理，計(jì)算初始模式區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)水平。應(yīng)用Phast Risk中的Extended Risk模塊對(duì)各儲(chǔ)罐進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)排序，識(shí)別重要風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，明確區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)重點(diǎn)管控對(duì)象。

(4)針對(duì)判別出的設(shè)備腐蝕、使用年限、管理水平、結(jié)垢情況等關(guān)鍵指標(biāo)，制定管控措施，結(jié)合概率修正方法，調(diào)整設(shè)備失效概率值。

(5)研究成果為港口危險(xiǎn)貨物儲(chǔ)罐集中區(qū)域合理管控，識(shí)別重要風(fēng)險(xiǎn)源，有效合理降低區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)水平提供研究依據(jù)。