LPG港口的定量风险分析*

巫志鹏，李夫元

(1.中国石化青岛安全工程研究院，山东青岛 266104 2.中国石化镇海炼化分公司，浙江宁波 315200)

0 前言

近年来我国进口低温LPG、LNG量越来越大，LPG、LNG港口码头越来越多。低温LPG主要成分是低温丙烷，低温丙烷沸点为-42.1 ℃，对空气的相对密度为1.56，从石油化工安全角度讲，LPG比空气重，低温LPG比常温LPG气化慢，一旦低温LPG泄漏，扩散危害距离更远。2015年天津港“8·12”特别重大火灾爆炸事故造成的社会影响，使政府部门、规划单位、建设单位对LPG码头的规划建设和安全风险持更加谨慎的态度，怎样科学地分析评估LPG港口的风险？低温LPG码头的选址规划、总平面布置合理吗？低温LPG码头与常温LPG码头风险一样吗？

国际上解决化工园区、化工石化项目规划、建设安全风险问题的技术方法主要是定量风险分析方法，该分析方法分两类——基于后果的方法和基于风险的方法。LPG码头是最危险的一类码头，近10余年来国际上关于油气化工码头规划、总平面布置的安全风险研究文章很少，原因是定量风险分析很耗费时间，当工程项目工期紧张时没有充裕时间运用定量风险分析方法进行计算。经过国际文献检索，近10余年来，运用定量风险分析方法对油气化工港口总体布置进行风险分析的文章仅有A. Ronza等做的工作以及一些LNG码头的风险分析文章，A. Ronza等运用定量风险分析方法对巴塞罗那港油气化工船舶进港、装卸的风险进行了研究，该分析工作包含了巴塞罗那港主要危险货种，列出的货种有LNG、LPG、汽油等，但未报道低温LPG，该研究给出了码头个人风险曲线。国际上有一些关于LNG码头风险分析的文章，但LPG比重比LNG重，LNG的风险分析工作仅能用做LPG码头的参考但不能照搬，O.N. Aneziris等运用定量风险分析方法分析了LNG码头的风险，给出了LNG码头个人风险曲线。

2019年以来，我国大力推广定量风险分析技术运用于危险化学品生产企业总平面布置、外部安全防护距离的确定，但国内定量风险分析技术运用于码头的文献未见报道。

本文以实际工程为例，运用定量风险分析方法、参考标准、国际文献，分析低温LPG港口风险，给出低温LPG码头个人风险曲线，提出降低风险的关键安全对策。

1 LPG码头可信事故场景和频率

1.1 LPG码头可信事故场景

根据文献、将油气化工码头前沿装卸臂损坏列为油气化工码头泄漏事故的最可信场景，在我国，发生过2000年8月靠泊青岛港的法国籍“普罗旺斯”轮船水手操作失误导致损坏3台输油臂、油品落海等事故。综合文献和我国发生过的事故，将装卸臂作业泄漏风险列为码头装卸作业最大风险处，选择装卸臂泄漏场景具有实际意义，也是可信事故场景。

1.2 LPG码头泄漏频率

关于码头泄漏风险频率，文献主要采用数据库及商用软件进行计算。A. Ronza等的工作假设了港内船舶碰撞、装卸臂失效等场景，对事故后果、风险进行了模拟计算，使用频率参考了文献数据。Andrzej Bak等运用事故树等方法模拟分析了LPG船在港内与其它船舶撞击事故的风险。部分文章作者发现各国频率数据差异较大，给计算过程引入偏差。我国近年来强调了快速脱离装置的应用，装卸臂的可靠性在不断提高。

从实际情况分析，油气化工码头泄漏频率由2部分设施的泄漏频率组成：码头装卸臂及前沿30 m管道；码头前沿30 m后至陆域管道。码头前沿装卸作业频繁，由于装卸臂是可移动的，能否安全稳定运行受船、岸操作影响，还受到风浪等自然条件的影响，危险性远大于30 m后管道的运行，而码头前沿30 m后至陆域的管道的泄漏频率比较小，且波动范围小，因而，以装卸臂作为重点研究的对象是合理的。

2 实际工程方案举例

2.1 总平面布置、工艺条件

图1是我国南方某低温LPG码头工程规划、总平面布置工程方案，在通用港池内规划了LPG码头，该LPG码头工程布置了4个泊位，图1中“本工程位置”红线指向的泊位为50 000 t级LPG泊位(兼顾2个5 000 t级LPG泊位)，另有2个化工泊位、1个通用泊位。

工艺条件：从中东、北美进港低温丙烷，-45 ℃，输油臂直径200 mm。自然条件：港口平均风速3.6 m/s。码头结构型式：按重力式码头考虑。

港口受潮汐影响，水位距码头面的距离在变化中，由于低温LPG比空气重、并且是低温液态的，水位及码头结构可能对扩散结果有比较大影响，因而，模拟条件考虑了潮差、码头结构，并对其影响进行了模拟研究。

图1 LPG码头规划图实例

2.2 事故假设形态

将研究的事故假设形态、研究目的汇总列入表1中。

3 结果与讨论

3.1 事故后果模拟结果与讨论

运用“基于后果的分析方法”，即采用事故后果模拟的方法，对各假设事故进行模拟计算，结果汇总见表2，计算采用了商用软件Phast 6.7。国际上普遍认为，人遭受0.045 MPa的冲击波会死亡。

对模拟结果的分析如下。

a) 事故1是该码头靠泊低温丙烷船的工况，该工况受当日风速影响较大，当风速5.0 m/s时，低温丙烷装卸臂断裂泄漏后延迟爆炸的危害距离(死亡)是800 m；当风速1.5 m/s时，延迟爆炸的危害距离(死亡)是1 420 m。低温丙烷泄漏，危及到相邻800～1 420 m距离内泊位的安全，也影响到相邻港池大型散货泊位的安全。

表1 LPG泊位(低温丙烷)模拟事故形态假设

表2 各假设事故下丙烷泄漏后延迟爆炸危害距离(影响下风向距离) m

b) 事故2是靠泊的常温丙烷船，对此假设事故进行模拟是为了考查、对比低温丙烷与常温丙烷扩散行为、火灾爆炸后果。在风速1.5 m/s时，常温丙烷延迟爆炸的危害距离(死亡)是251 m；当风速5.0 m/s，延迟爆炸的危害距离(死亡)是292 m。在风速1.5～5.0 m/s之间，扩散距离受风速影响较小。

对比事故1与事故2，经计算，低温丙烷延迟爆炸危害距离是常温丙烷延迟爆炸危害距离的2.7～5.7倍，低温丙烷泄漏后的危害明显更大。在考虑港口规划、总平面布置时，应考虑对相邻码头(其它港池)、相邻泊位的安全影响。LPG货种分为低温LPG和常温LPG，不同港口装卸LPG货种不同，而现行码头防火规范没有再细分低温LPG和常温LPG，具体港口的事故后果模拟结果可做为规范的有益补充。

c) 事故3与事故1工况条件相同，只是事故3模拟条件没有考虑码头尺度、结构、潮差。当假设事故为装卸臂断裂，当风速1.5 m/s时：考虑码头高程、结构，扩散危害距离(死亡)1 420 m，不考虑码头高程(同港池)，扩散危害距离(死亡)1 640 m，相差220 m。当风速为5.0 m/s时：二者数据分别为800 m和850 m，相差50 m。重力式码头就像一堵墙，挡在丙烷扩散的路径上。上述模拟结果显示，码头高程、结构、潮差对丙烷泄漏扩散距离有一定影响。

d) 事故4、事故5是可信事故、国际上常用的中等程度泄漏为25 mm孔径泄漏。模拟结果显示，低温丙烷、常温丙烷中孔泄漏，延迟爆炸的危害距离(死亡)均是202 m，可影响到相邻泊位的安全。

总体看，对模拟结果影响最大的因素是物料丙烷的温度等工况条件。如果风速在1.5～5.0 m/s时，风速影响为次要因素。码头结构、潮差影响为再次要因素。对结果要根据当日具体工况、气象情况、泄漏情况予以判定。

3.2 定量风险评估QRA结果与讨论

采用定量风险评估(QRA)方法对包括低温LPG泊位的码头工程(图1中“本工程位置”)进行计算(表3)，频率计算采用商用软件Leak3.3及参考文献，风险计算采用商用软件Phast Risk 6.7。

表3 低温LPG码头泄漏频率计算数据 a-1

图2为LPG码头个人风险曲线，外面绿色线是1×10/a风险线，其次咖啡色线是3×10/a风险线，然后依次为1×10/a，1×10/a，1×10/a，1×10/a，虽然风险线满足GB36894—2018对周边高敏感防护目标、重要防护目标、一般防护目标中的要求，但要注意工程各风险线处于相邻大型散货港池的边缘，散货码头上运载汽车通常是不防爆的，一旦物料严重泄漏，周边引火源会引燃LPG、发生爆炸事故。因此，低温LPG泊位与相邻大型散货泊位之间存在一定安全风险，必须提高安全设施水平、采取进一步的安全措施；低温LPG泊位与远处的泊位、库场之间的安全风险是可以接受的。在进行港口总体规划时应该考虑到这些细节，把规划、总平面布置、安全措施考虑地更细致一些。

4 关键的安全措施建议

以往公开报道的案例没有披露是否安装了紧急情况下可切断管路并与船舶接口脱离的装置(ERC)及其事故时的动作情况。徐坤等报道目前的紧急脱离装置的液压油泵、液压元件动作频繁，可能导致不能正常脱离。因此，虽然ERC是关键安全措施之一，但不能仅依赖ERC这一措施，LPG码头风险大，还应有其它可靠的安全保护措施。

事故后果模拟和定量风险评估均分析到低温LPG码头最大风险在码头前沿(装卸臂附近)，应该采取针对性的安全措施以降低风险。实际低温LPG码头安全分析、安全设计、建设过程中，由于各单位对低温LPG码头风险、安全设计理解不同，安全措施水平是不同的。有些单位HAZOP分析、SIL评估考虑到在码头前沿设紧急切断阀；有些单位则没有考虑到码头前沿紧急切断阀，认为依据JTS158—2019《油气化工码头设计防火规范》第5.2.2.7条在水陆域分界附近、引堤根部设置紧急切断阀就符合要求了，而没有考虑到码头前沿至引堤根部这段管道内有130 t以上的低温LPG(管道长度1 km左右)，这个量是个大风险(参考GB l8218—2018《危险化学品重大危险源辨识》)，需要予以控制。应认识到标准规范是必须做到的最低要求，但不是控制风险的全部要求。经过上述分析，以下建议可以降低风险约一个数量级。

图2 LPG码头个人风险曲线示例

a) 建议在LPG码头前沿、装卸臂后设置紧急切断阀。码头前沿紧急切断阀的位置应符合GB50160—2008(2018年版)《石油化工企业设计防火标准》第6.4.4条第4款“在距离泊位20 m以外”(JTS158—2019第5.2.2.7条中也有类似规定)，紧急切断阀应采取自动、遥控和手动等组合设计，应具有可靠的远传、遥控和就地操作功能。LPG紧急切断阀宜采用气动形式。

b) 根据安监总管三〔2014〕116号《国家安全监管总局关于加强化工安全仪表系统管理的指导意见》和事故案例，建议该紧急切断阀进入SIS系统，码头前沿至少设置一台紧急切断阀，该阀门等级需根据SIL评估确定。也可考虑码头前沿双切断阀中第二个阀设为紧急切断阀。

5 结论

a) 低温LPG泄漏后影响的危害距离超过常温LPG，是常温LPG危害距离的2.7倍以上，低温LPG码头的安全风险大于常温LPG码头的安全风险。给出了低温LPG码头个人风险曲线，提出了能有效降低风险约1个数量级的安全措施。

b) 在进行港口规划、LPG码头总平面布置时，应更加重视LPG码头与周边港池、邻近泊位相互的安全影响。除落实标准规范外，还应进一步采取能够有效降低LPG码头风险的安全措施。

c) 从实例看出，在低温LPG码头选址、总平面布置时，应落实JTS158—2019《石油化工码头设计防火规范》第4.1.3条，进行安全专项评价，提出选址建议和安全措施。定量安全风险分析是标准规范的有益补充和参考，我国应更加重视定量安全风险分析在LPG码头的应用与技术研究，重视港口安全数据库的建设。