液化天然气厂区风险量化计算与分级管控

邓军 梁天天 程方明

摘 要：以某液化天然气厂中人员分布较多的公共办公区域为重点研究对象，应用挪威船级社（DNV）SAFETI软件中的风险计算方法，定量计算出厂区周边其余设备设施及压力管道对它造成的风险大小，并针对事故后果的范围提出相应的管控措施，最后将该方法的风险分级结果与风险矩阵法的风险分级结果进行对比研究，发现传统意义上的重大危险源造成的风险不一定是最大的，造成风险最大的设备设施也可能是距离人员分布较近区域但危险性物质储存量并不大的设备。结果表明，定量风险分析方法得到的风险分级结果比传统评价方法的分级结果更科学，通过应用该软件介绍定量分析方法如何在实际当中进行风险分级工作，为提高风险分级准确性提供了一个方法，也为风险分级管控提供了理论基础和技术参考。

关键词：量化风险分析;管控措施;风险辨识;风险分级;事故后果

中图分类号：TD 75   文献标志码：A

DOI：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2019.0403   文章编号：1672-9315（2019）04-0571-10

Abstract：The accuracy of risk grading results is examined in a public office area with a large number of people in a liquefied natural gas plant by the quantitative risk grading method.A quantitative calculation is made of the risk caused by the rest equipment and facilities as well as the pressure pipelines around the factory area， and corresponding control measures is proposed for the scope of the accident consequences.And a comparative study of the risk grading results by this method with those by the risk matrix method reveals that the risk caused by the significant source of danger in the traditional sense is not necessarily the largest， and the equipment that poses the most risk may also be the one that is located near the area where the personnel are located but the storage of dangerous substances is not large.The results indicate that the risk grading results obtained by the quantitative risk analysis method are more scientific than those by the traditional evaluation methods.Introduce the quantitative analysis method to apply the risk grading work in practice SAFETI is adopted to analyze the application of the quantitative analyze the application of the quantitative analysis method into the risk grading task，Provide a way to improve the accuracy of risk grading，which provides a theoretical basis for and technical reference to risk grading management.

Key words：QRA;control measures;risk identification;risk grading;consequences

0 引 言

風险分级管控主要是以工程、系统、企业等为管理对象，通过应用某种风险评价方法，对管理对象内的人员活动、设备设施或管道进行风险分级并制定相应的管控措施，从而达到控制风险、预防事故、保障安全的目的[1-3]。传统风险分级方法对风险大多是定性研究，人为因素使评价结果有很强的主观性，量化风险分析方法是目前风险评价研究的最高阶段，它运用软件模拟结合数据分析的手段，在很大程度上降低了人为因素对评价结果的影响[4-9]。目前，国内外学者对量化风险分析方法在不同方面的应用作了大量的研究。

彭星煜等通过量化风险分析软件SAFETI研究在大气条件影响下天然气泄漏的燃烧影响和毒性影响，最后得出大气对其浓度分布影响的两大因素是风速和稳定度[10];Demichela，M等描述了一个安全管理系统（SMS）方面的定量风险评估程序，并将该程序应用于甲醛装置中[11];吴宗之等建立了基于网格差分的风险计算模型，开发了个人风险的计算软件，并提出了区域定量风险评价方法[12];徐欣等将HAZAO定性风险评价方法与QRA定量风险评价方法结合起来，认为HAZOP分析方法辨识出的潜在风险，需要进一步采取半定量或定量方法来确定潜在风险是否可以接受[13];罗艾民等介绍并比较了欧盟ARAMIS和挪威Purplebook中推介的2种危险辨识方法，提升了QRA分析的一致性[14];翁永基介绍了油气管道泄漏事故定量风险评价的基本原则和一般步骤，介绍了泄漏事故后果指标以及泄漏事故概率指标，并且应用危险性指标直观评价风险等级[15]。

上述研究主要在工程应用、评估模型、评估方法、有效性以及事故后果和概率等方面对量化风险分析方法进行了研究，对于QRA在风险分级中的实际应用研究较少。本次研究以某液化天然气厂为例，应用挪威DNV公司开发的SAFETI进行定量风险分级，并与LS法分级结果进行比较，为风险分级提供了一个更为科学的方法。

1 量化风险分析方法

量化风险分析方法（简称 QRA），通过采用定量化的概率风险值对系统的危险性进行描述，是从量化风险的角度，评价危险源对周边环境造成的事故影响的风险可接受程度，并在此基础上提出相关安全措施建议的技术方法[16-19]。风险最常见的表现形式主要分为个人风险以及社会风险，个人风险常用风险等值线表示;社会风险通常用F/N曲线[20-23]（累计频率/死亡人数曲线表示）。在实际应用中，量化风险分析方法主要包括以下几个步骤。

1.1 前期准备

首先需要搜集相关资料。搜集的资料主要包括：评估对象的名称、地址、成立时间、性质、所属行业、规模等基本资料，以及评估对象所在地的自然条件，周边道路交通、重要场所、区域、基础设施、单位分布情况，周边人口居住和活动分布情况等和总平面布置图等。

1.2 明确范围

明确需要进行定量风险评估的的范围。一般而言，评估范围可以根据项目内装置、设施或单元作为划分，也可以根据是否存在危险性物质来确定分析的范围，通常可以根据设备是否存在危险性物质来划分不同层次的评价范围。

1.3 风险辨识

对评价区域内存在的风险点进行排查。一般而言，需要排查的风险主要包括生产工艺、设备设施、作业环境、作业活动和管理体系等方面的危险有害因素。

1.4 风险计算

风险计算环节主要包括风险概率计算以及事故后果模拟2大方面。本次计算主要应用SAFETI软件自带的风险概率计算模块LEAK模块来计算各个设备设施的风险概率;对于事故后果模拟方面采用SAFETI软件的PHAST模块进行事故后果模拟。

1.5 风险评估

通过结合计算出的事故发生概率以及事故后果模拟结果最终得出所需要的风险值。最后根据相关标准判定风险是否可接受，如果风险值超出了可接受的范围，就要考虑增加相应的风险管控措施来降低风险。

2 某化工厂现场调研

2.1 企业概况

该液化天然气厂位于某高新技术产业示范区，主要基础设施包括：一套液化处理能力为200万N·m3/d;储存能力为60 000 m3（设置2台30 000 m3储罐）;汽化处理能力为300万N·m3/d的工艺装置（预留）。厂区中部布置为工艺装置区及LNG储罐区;中部西侧为工艺装置区，装置区北面为冷剂储存区、循环水站、仓库和维修间;LNG储罐区布置在厂区中部东侧，设有4.5 m高围堰，内设2座立式30 000 m3LNG储罐，围堰内设集液池收集事故情况下泄漏的LNG;工艺装置区与 LNG储罐区中间位置由北到南依次布置废水收集池、雨淋阀室。

2.2 气象条件及人口分布

该示范区属大陆性季风型半湿润气候，局域春暖多风、夏热多雨、秋热凉爽，该示范区年平均气温13.3 ℃，年均风速1.7 m/s，年主导风向为WNW，年平均气压96.11 kPa.通过现场调研发现，该市大气稳定度为D类，因此确定该厂区大气稳定度为D类。根据现场调研发现，该厂区的人口主要分布于公共办公区、主工艺装置区、LNG装卸区以及中控室等其他区域，LNG装卸区属于室外作业区，其他区域室外人员包括：厂区保安、安全员以及消防人员，除此之外，其余区域均为室内作业区。具体人员分布情况见表1.

2.3 生产工艺及评价单元

天然气厂工艺流程包括：原料气预处理、天然气液化等过程，原料预处理阶段主要包括：酸性气体脱除、胺再生、气体脱水、重烃吸附、汞脱除等工艺过程;天然气液化阶段包括：天然气液化、MR制冷、冷剂补充和储存、BOG压缩、LNG气化等工艺流程。其中，原料预处理阶段所涉及的危险性物质较少，而天然气液化阶段涉及的危险性物质较多。因此，本次定量风险评价应着重分析天然气液化阶段涉及的各个设备及压力管道。通过对天然气液化工艺流程的分析发现，天然气液化、MR制冷、冷剂补充和储存、天然气储罐等工艺流程可能会存在天然气、丙烷、戊烷、异戊烷等可燃性气体泄漏的现象，这些工艺流程主要分布的区域包括：工艺装置区、冷剂储存区以及液化天然气储罐区。综上所述，定量风险计算选择的评价单元主要有：工艺装置区、冷剂储存区、液化天然气储罐区。

从表8可知，社会风险排序前十的设备设施中，设备25即丙烷储罐以及设备23即乙烯储罐的社会风险超过社会风险标准中的最大容许斜距;通过分别对管道以及设备发生泄漏的概率分析发现，设备发生泄漏的概率要比管道发生泄漏的概率小，但设备发生泄漏所造成的事故后果远比管道严重;管道012（19）即LNG闪蒸罐V-1305到BOG压缩机入口罐V-1401之间的管道，对公共办公区域造成的个人风險最大，风险值大小为3567×10-4/年;

从表9可知，个人风险排序前十的设备设施其风险大小都超过了个人风险标准;同一条管道同样泄漏场景下，分布区域的不同会影响其风险值大小;在同一区域分布的管道在不同的泄漏场景下，泄漏孔径越小发生的概率越大。

4.4 事故后果范围

从图3可知，设备25在完全破裂后扩散延迟点燃造成闪火的扩散范围在1.7D下扩散浓度44 000 ppm时扩散距离最远，其中侧风向扩散距离最远处为480 m;顺风向扩散距离最远处为480 m.一般而言，从风险角度考虑，认为闪火范围内致死率为百分之百。闪火扩散范围越大，其在作用范围内的热辐射伤害越高，对人员以及设备设施所造成的风险就越大。

从图4可知，沿顺风方向在0～28 m内热辐射量瞬间上升到最大值160 kW/m2，从28 m到236 m范围内热辐射量从最高值160 kW/m2逐渐降低，在236 m处热辐射量达到最低值。总体而言，在0～110 m的范围内热辐射值较高，在110～236 m范围内热辐射值较低，在0～100 m之间热辐射量超过25 kW/m2，当热辐射强度超过25 kW/m2时人员生命将受到威胁，因此可判定沿顺风方向0～100 m为致死区，110～235 m可作为人员疏散区域。

从图5可以看出，液池半径逐渐增大，在250 s处液池半径增长到最大值63.5 m，250 s后液池半径由于液池蒸发逐渐降低至最小值。设备25完全破裂后产生的液池半径最大为63.5 m，液池半径扩散越大，所引起的喷射火以及池火灾的事故后果就越严重，其对周边环境所造成的伤害半径越大，通过掌握液池半径的扩散范围可以为事故的应急处置提供科学的决策依据。

4.5 定量风险分级结果

根据现场调研数据可知，该厂区距离周边住宅区域较远，因此不考虑厂区周边人口对社会风险的影响。本次风险分级以公共办公区为重点防护区域，通过个人风险以及社会风险计算结果并结合事故后果的范围，对这些设备设施以及压力管道进行了风险分级，定量风险分级结果如下

1）根据社会风险计算结果以及事故后果计算结果可知，设备25以及设备23其社会风险计算结果超过社会风险标准值，此外，设备25以及设备23的事故后果范围均为最大。综上所述，设备25以及设备23对周边环境以及人口影响范围最大，风险级别可定为一级风险。

2）根据社会风险计算结果可知，管道013的风险值相较于设备25以及设备23较低，但其闪火范围、池火灾热辐射范围相较于其他管道较大，因此可以认为管道013即V-1305到TK1502之间的管道为较大风险，风险级别可定为二级风险;根据个人风险计算结果以及事故后果计算结果可知，管道012完全破裂的闪火范围、池火灾热辐射范围相对而言较小且风险值较低，但是管道012完全破裂的个人风险值最大，因此可以认为管道012即V 1305到V 1401之间的管道为较大风险，风险级别定为二级风险。

5 定性与定量方法结果对比

1）传统意义上的风险评价方法一般针对设备设施的具体情况进行风险划分，但是对于设备的后果不能详细说明，只能表示设备发生事故的大概类型，应用定量风险计算的风险分级结果可以准确地说明该事故发生的类型、范围、后果严重性的具体内容。

2）传统意义上的风险评价方法对于管道设施的风险分级情况相对较少，该液化天然气厂在应用风险矩阵法时并未列出管道的风险分级结果，管道泄漏其后果也是比较严重的。

3）定量评价方法由于过程比较繁琐，需要收集的参数资料较多，不建议对所有的设备设施都应用定量方法进行计算。

6 风险管控措施

6.1 设备管控措施

对于设备25以及设备23采取以下措施降低其风险

1）制冷劑区域消防设施必须齐全，在储罐附近还应设置紧急切断阀，同时要对储罐内的液体定期进行在线液位监测。

2）制冷剂厂房应配备有效的通风设备以及可燃气体报警系统，当储罐发生泄漏时，能够及时了解气体扩散范围及浓度的情况并及时做出防范措施，除此之外，还应严格控制点火源，制冷区域内应严禁吸烟并对出入人员是否携带火种进行检查。

3）通过现场调研可知，丙烷储罐以及乙烯储罐均位于厂区西北区域且紧挨公共办公区域，根据定量风险计算结果可知公共办公区处于致死区域内，因此，可以考虑将制冷剂区域移至远离西北区域的东南区域，防止储罐发生泄漏时人员来不及疏散的情况发生。

6.2 压力管道管控措施

1）定期对各个管线进行全面检查，主要包括管线是否由于老化或人为的原因而有断裂或穿孔的现象。

2）对管线012，013以及010应加强管理，在公共区域附近安装可燃气体探测器并配备消防设施，确保管线发生泄漏时能够提前了解情况，及时做出防范措施。

3）管线应尽量远离公共办公区域进行布置，因此可以考虑将公共办公区域附近的012，013以及010管线移至该厂区人口分布较少的东南区域附近。

7 结 论

1）定性风险分析方法仅仅围绕设备本身存在的危险性大小进行分级，而定量风险评价方法则会考虑设备设施泄漏的不同场景以及分布位置的不同，考虑所有事故发生的可能性以及事故后果，最终得出最科学的风险分级结果。

2）设备25的闪火范围沿顺风方向最远处为480 m;设备25池火灾热辐射范围沿顺风方向0～100 m为致死区域，沿顺风方向110～235 m可作为人员疏散区域;设备25完全破裂后产生的液池半径最大为63.5m.

3）设备发生泄漏的概率要比管道发生泄漏的概率小，但设备发生泄漏所造成的事故后果远比管道严重;同一条管道同样泄漏场景下，分布区域的不同会影响其风险值大小;同一条管道同样泄漏场景下，在不同的分布区域发生事故的概率是一样的，但其造成的事故后果严重性程度不一样。

4）该液化天然气厂区布置不合理，制冷剂储存区距离公共办公区域较近，其对公共办公区造成的社会影响较大，建议将制冷剂储存区移至远离公共办公区域的东南区域，并制定相应的风险管控措施来降低其风险。

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