梁平LIANG Ping；黃開(kāi)宏HUANG Kai-hong；楊雪峰YANG Xue-feng；趙偉東ZHAO Wei-lin；熊明林XIONG Ming-lin；游書(shū)婷YOU Shu-ting

（①重慶科技學(xué)院石油與天然氣工程學(xué)院，重慶401331；②新疆油田公司重油開(kāi)發(fā)公司，烏魯木齊830023）

0 引言

天然氣清管站輸送介質(zhì)為凈化氣，具有壓力高、易燃易爆特點(diǎn)，如果發(fā)生泄漏或者斷裂，可能發(fā)生嚴(yán)重人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。因此，應(yīng)定期對(duì)天然氣清管站進(jìn)行定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

2002年，國(guó)外Y.D.Jo等人用有關(guān)爆炸傷亡半徑的定量計(jì)算方法對(duì)管道的泄漏后果進(jìn)行了研究。在之后，NGTL管道公司與NOVA管道公司合作開(kāi)發(fā)了一款用于管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的軟件，是該技術(shù)的又一次進(jìn)步。在國(guó)內(nèi)，2004年，翁永基運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)矩陣的方法對(duì)管道進(jìn)行了泄漏發(fā)生概率和泄漏事故后果的研究并確定了事故后果的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。次年，徐慧等人通過(guò)運(yùn)用灰色模式識(shí)別理論和層次分析方法對(duì)海底管道進(jìn)行了定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究。

本文介紹了定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法的主要步驟以及內(nèi)容，并結(jié)合某天然氣清管站實(shí)際案例對(duì)該方法進(jìn)行了應(yīng)用。

1 定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的一般步驟

進(jìn)行定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)一般要先選取評(píng)價(jià)的指標(biāo)即個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)。個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)是指?jìng)€(gè)體死亡概率，具體體現(xiàn)為風(fēng)險(xiǎn)等值線；社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)即事故導(dǎo)致有N人死亡以上的事故頻率，具體體現(xiàn)為F-N曲線。為完成指標(biāo)應(yīng)該對(duì)事故的原因、場(chǎng)景、事故發(fā)生頻率以及后果進(jìn)行定性分析計(jì)算并提出相應(yīng)減緩風(fēng)險(xiǎn)的措施。定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的一般步驟如下：

第一，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集與分析：找到并記錄定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)區(qū)域的已有或潛在點(diǎn)火源并收集該區(qū)域的人口分布以及氣象數(shù)據(jù)。

第二，危險(xiǎn)辨識(shí)：①確定評(píng)價(jià)區(qū)域是否存在易燃、易爆或有毒等有著較大危害風(fēng)險(xiǎn)的物質(zhì)并進(jìn)行記錄分類(lèi)；②確定容易發(fā)生重大風(fēng)險(xiǎn)事故風(fēng)險(xiǎn)的工藝及設(shè)備。

第三，頻率分析：對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)域的事故發(fā)生歷史進(jìn)行查詢和分析，并構(gòu)造相應(yīng)理論模型計(jì)算該區(qū)域發(fā)生重大事故的可能性。

第四，參數(shù)選擇及實(shí)現(xiàn)方式：選擇合適的軟件如SAFETI軟件對(duì)天然氣管道進(jìn)行定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，分析內(nèi)容有硫化氫擴(kuò)散分析、噴射火后果分析、蒸氣云爆炸后果分析等。

第五，后果分析及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)：分別進(jìn)行噴射火熱輻射分析、蒸汽云爆炸沖擊波分析以及有毒物質(zhì)濃度分析等參數(shù)分析從而得到它們各自的危害半徑以及各自隨距離變化而變化的規(guī)律。事故后果分析常常包括下面幾個(gè)內(nèi)容：①對(duì)類(lèi)似管道破裂、設(shè)備損壞、儀表失靈等有可能發(fā)生的事故情況進(jìn)行分析描述；②對(duì)易燃、爆炸或有毒等可能發(fā)生事故的物質(zhì)進(jìn)行各自可能發(fā)生泄漏的泄漏量的分析計(jì)算；③對(duì)易燃易爆等可能發(fā)生事故危險(xiǎn)物質(zhì)發(fā)生泄漏后的擴(kuò)散情況進(jìn)行分析計(jì)算；④對(duì)可能發(fā)生事故的危險(xiǎn)物質(zhì)噴射火熱輻射、蒸汽云爆炸以及毒性種類(lèi)即程度等情況進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

2 應(yīng)用實(shí)例

某天然氣清管站工藝為上游天然氣進(jìn)入該清管站的旋風(fēng)分離器CC-0301，進(jìn)行旋風(fēng)分離，然后至過(guò)濾器分離器FS-0301進(jìn)行過(guò)濾分離，過(guò)濾分離后的天然氣進(jìn)入外輸計(jì)量橇，計(jì)量流量計(jì)采用超聲波流量，設(shè)置了2路30×104Nm3/d的計(jì)量管路，并留有DN200，170×104Nm3/d的計(jì)量管路。計(jì)量后的商品天然氣輸送至下游?，F(xiàn)針對(duì)該天然氣清管站場(chǎng)進(jìn)行定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

2.1 數(shù)據(jù)收集與分析處理

該天然氣清管站周邊100m范圍內(nèi)無(wú)民房等構(gòu)建筑物，距西面最近民房135m，放空火炬位于清管站西面，距清管站70m，火炬周邊60m范圍內(nèi)無(wú)民房等構(gòu)建筑物。該站場(chǎng)旋風(fēng)分離器和過(guò)濾分離器主要連接管線失效所引發(fā)的天然氣泄漏事故進(jìn)行模擬，泄漏方向?yàn)樗椒较?。模擬計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1所示。

表1 模擬計(jì)算參數(shù)

2.2 泄漏分析

經(jīng)計(jì)算，清管站內(nèi)旋風(fēng)分離器與過(guò)濾分離器連接管道不同孔徑泄漏量如表2所示。

表2 站內(nèi)設(shè)備不同孔徑的泄漏量

2.3 噴射火后果分析

噴射火焰熱輻射強(qiáng)度隨下風(fēng)向距離的增加而變化。一般情況下，人在發(fā)生噴射火4.0kW/m2的環(huán)境下能夠感覺(jué)到疼痛感覺(jué)的臨界時(shí)間是20s。因此，就定出現(xiàn)輻射值為4.0kW/m2時(shí)候地方距離中小的距離為噴射火熱輻射影響距離，其具體距離圖見(jiàn)表3。

表3 站內(nèi)設(shè)備噴射火的熱輻射距離

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，過(guò)濾分離器連接管道斷裂發(fā)生噴射火的熱輻射強(qiáng)度半徑見(jiàn)圖1所示。

圖1 噴射火的熱輻射強(qiáng)度半徑圖

從噴射火的熱輻射強(qiáng)度半徑圖可以看出，該高壓管道發(fā)生斷裂時(shí)，設(shè)備發(fā)生泄漏造成噴射火輻射強(qiáng)度的重傷半徑為271m，造成死亡半徑為250m，影響區(qū)域包括工藝裝置區(qū)，波及西面民房。

2.4 蒸氣云爆炸后果分析

爆炸的云團(tuán)，如果此時(shí)正好在某氣象條件下遇到火源則會(huì)發(fā)生蒸汽云爆炸，爆炸結(jié)果也與氣體自身動(dòng)量、濃度等有關(guān)。在危險(xiǎn)源周?chē)鷦澐炙劳霭霃剑?.03MPa）和輕傷半徑（0.01MPa）是目前估算爆炸造成人員傷亡情況的常用方法。天然氣大量泄漏可能形成可爆云團(tuán)，可爆云團(tuán)在下風(fēng)向遇火源發(fā)生爆炸的影響半徑見(jiàn)表4。

表4 站內(nèi)設(shè)備蒸汽云爆炸影響半徑

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，該管道斷裂發(fā)生蒸氣云爆炸最糟糕半徑區(qū)域如圖2所示。從蒸氣云爆炸最糟糕案例半徑可以看出，該高壓管道發(fā)生斷裂形成蒸氣云爆炸在下風(fēng)方向100%致死率（超壓值ΔP≥0.03MPa）的影響范圍未波及站外民房。

圖2 蒸氣云爆炸最糟糕案例半徑

2.5 個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算結(jié)果分析

綜合以上的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、假設(shè)條件以及事故后果分析得到該清管站泄漏導(dǎo)致的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)等高線如圖3。

圖3 管線個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)等值曲線圖

根據(jù)個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)等值曲線圖可知，該清管站個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)中不存在1×10-5次/年的區(qū)域，其中，3×10-6次/年未落在站外散居民房上，該清管站個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)可接受。

2.6 社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算結(jié)果分析

綜合以上的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、假設(shè)條件以及事故后果分析得到該清管站泄漏導(dǎo)致的社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)等高線如圖4所示。根據(jù)社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)圖可知，該管線社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)落在可接受區(qū)，該清管站社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)可接受。

圖4 管線社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)圖

3 結(jié)論

①分離器高壓管道發(fā)生斷裂時(shí)，設(shè)備發(fā)生泄漏造成噴射火輻射強(qiáng)度的下風(fēng)向271m范圍內(nèi)的熱輻射強(qiáng)度達(dá)到25kW/m2，會(huì)造成人員1min內(nèi)死亡、10s內(nèi)重傷、設(shè)備損壞；在下風(fēng)向250m范圍內(nèi)的熱輻射強(qiáng)度達(dá)到37.5kW/m2，會(huì)造成人員死亡、設(shè)備損壞。熱輻射重傷半徑影響區(qū)域包括工藝裝置區(qū)。

②若過(guò)濾分離器連接管道泄漏形成可爆云團(tuán)在風(fēng)速1.4m/s，大氣穩(wěn)定度F條件下，下風(fēng)向70m范圍內(nèi)任意處遇火源發(fā)生爆炸，造成沖擊波超壓的致死半徑（超壓值0.03MPa）為20.5m，最遠(yuǎn)影響距離為90m；在風(fēng)速3m/s，大氣穩(wěn)定度D條件下，下風(fēng)向90m范圍內(nèi)任意處遇火源發(fā)生爆炸，造成沖擊波超壓的致死半徑（超壓值0.03MPa）為16m，最遠(yuǎn)影響距離為106m。

③定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的結(jié)果可以為當(dāng)?shù)氐膽?yīng)急預(yù)案制定提供參考，可以更加準(zhǔn)確安全的確定應(yīng)急撤離距離、路線等，達(dá)到如果發(fā)生以上事故可以快速有序疏散人員的目的。