风险评估技术在大型球罐安全管理中的应用实践研究

刘飞，郇冬

（江苏省特种设备安全监督检验研究院，南京 210000）

1 引言

大型球罐作为盛装液体、气体、液化气体的一种介质设备，其和同容量的球罐相比，表面积较小且重量较轻，并具有占地面积小、制造时间短的优势。所以它已经被广泛应用于石油化工、冶金以及城市燃气等领域内。但大型球罐在使用过程中的安全事故影响巨大，一旦发生被破坏或者爆炸的情况，就会影响人们的生命安全，使企业面临严重的损失。对此，企业需合理应用风险评估技术，实现对大型球罐的安全管理，以促进企业的进一步发展，增加对企业安全管理工作方面的指导性因素。

2 风险评估技术分析

风险评估表示，在安全风险事件降临之前或还未结束时，相关人员预测此事件给企业或人们的生命、生活以及财产等方面所带来的影响，量化评估损失，即风险评估就是量化测评某一事件或事物带来的影响或损失的可能程度。

所以，工作人员运用风险评估技术，可采用收集信息、风险识别、风险分析、风险控制的方式，实现对风险问题的全面监控及管理，以防止风险的发生，预估风险并降低安全风险所带来的影响[1]。

3 大型球罐的安全风险因素

3.1 底部破裂

在企业使用大型球罐时，可能会发生底部破裂的情况，因为球罐受到重压的影响，发生破损、裂纹等问题。此时，工作人员若忽视此问题，没有在第一时间内将大型球罐进行维修及更换，则会引发爆炸等安全事故的发生[2]。

3.2 点火爆炸

因为大型球罐中是会存储一些气体、液体的，所以其若发生泄漏以及被点燃的情况，则会导致爆炸问题的发生，不仅会对周围环境造成影响，还会严重影响人们的生命安全[3]。

3.3 外力撞击

若大型球罐所处的地理位置不佳，存在放置不稳定的情况，受到地震、恶劣天气或其他自然因素的影响，则会导致球罐出现被挤压撞击或破坏的情况，增加其发生爆炸的可能性[4]。

3.4 技术因素

工作人员需结合大型球罐的具体状况，将先进技术应用于大型球罐使用、维护等方面。其中包含了大型球罐的制造、设计、检验等工作，使工作人员结合大型球罐的生产单位、级别进行合理的检验，以确保大型球罐在应用过程中不会出现问题。同时，若企业内的工作人员技术水平较高，则大型球罐就会降低事故的发生概率，降低其在使用过程中的危险性[5]。

3.5 管理因素

企业的管理因素对大型球罐的安全性会有直接的影响，所以，使用单位需健全内部的管理机制为大型球罐配备专职人员，使每位操作者都能持证上岗，并经过严格把关后，才能实现对设备的自检与维护。若管理工作达标，则可降低大型球罐发生事故的概率。

4 风险评估技术在大型球罐安全管理中的应用措施

4.1 创建大型球罐风险评估矩阵

管理者在实行大型球罐的安全管理工作时，需注重风险评估准则了解后果因素以及风险因素所带来的影响，在评价指标设置时，可以采用分级的方式划分1、2、3、4 个等级。然后，为大型球罐安全管理工作进行赋值处理。

第一，指标分级。管理者可将1 级风险评价指标设置为2.5 分；将2 级风险评价指标设置为5 分；将3 级风险评价指标设置为7.5 分；将4 级风险评价指标设置为10 分。这样，管理者则可根据风险等级，了解大型球罐在使用过程中可能发生的风险概率。第二，大型球罐失效。管理者应考虑人员、财产、环境以及社会等方面的影响，评估大型球罐的损伤所带来的影响，实现对大型球罐失效后影响内容的分析，并为其设置分级标准以满足后续的安全管理工作要求。其中，1 级为伤亡人数少于10 人，财产损失应小于10 万元，社会及环境影响可忽略不计；2 级为伤亡人数少于50 人，财产损失应小于50 万元，社会为工矿企业，环境影响为中度；3 级为伤亡人数少于100 人，财产损失应小于100 万元，社会居民社区，环境影响为高度；4 级为伤亡人数大于或等于100 人，财产损失应大于或等于100 万元，社会为医院、学校级敏感度较高的场所，环境影响为重度。对此，管理人员可以结合层次分析法，实现对大型球罐安全管理工作内容的评估，设置相应的风险评估指标，以列出相应的矩阵。例如，管理人员可以使用初始权数，列出风险判断矩阵，建议标注具体的平均数β，公式如下：

式中，n 表示矩阵中的标度系数；M 表示权重指标。这样，管理人员在判断矩阵内容时，则可掌握初始权数之间可能发生的矛盾，通过一致性判断的方式计算出最大根值。也可采用检验指标的方式，确保大型球挂的失效可能性能够被确认。

4.2 加大安全风险信息检索力度

管理人员为保证大型储罐在运行过程中的安全性，可以从线上与线下渠道检索与之相关的信息内容。其中包含了操作手册、储罐设计、物料特性以及设备安全参数等内容。例如，工作人员可以将大型储罐的原始设计温度控制为常温；设计压力控制在0.8 MPa 左右；公称容积需控制在1 000～3 000 m3；冲装系数为0.9；抗震等级需设置为7 级。这样一来，一旦工作人员检索到大型储罐的相关参数值超出限值，则表示其可能发生的安全风险概率有所提高。因此，管理人员可以采用风险识别技术，利用事件树分析、影响因素分析、故障模式分析等方式识别风险。

第一，工作人员可以依靠事件树算法，确认大型储罐系统及其组成要素，然后分析各个要素之间存在的因果关系，完成事件树的编制，确保定量计算活动能够顺利开展。对此，工作人员可以确认顶上事件，了解大型储罐在应用过程中可能存在的火灾、爆炸情况或是泄漏问题，将该部分因素作为顶上事件。若大型储罐中所装的物质为油品，其存在蒸发或是泄漏的情况，所以工作人员为防止其出现爆炸问题，确保点火热能要求能够得到满足，需及时制定火灾的补救方案。利用事件树的分析方式，确认引火源、氧气、可燃物等都可以影响大型储罐的正常使用。

第二，若大型储罐存在油气蒸发的情况，其会在收发油作业期间进行小、大呼吸，造成油品发生泄漏的情况。同时，工作人员如果存在操作不当的情况，因为附件、仪表等的丢失，造成油品泄漏，若大型储罐此时出现结冰、冻死或堵塞的情况，则会导致其无法正常使用，增加后续爆炸或火灾的发生概率。另外，若大型储罐出现罐阀磨损，法兰连接不严谨，安全密封配件无法匹配或材质老化的情况都会出现泄漏的情况。对此，工作人员可以加强对构成因素的调查，确定初始事件，判定大型储罐的安全功能，则可绘制与大型储罐相关的事件树，找出事故中可能出现的连锁反应，及时预防事故的发生。

第三，管理人员为提高安全风险信息的检索力度，应注重压力容器失效模式并开展对压力容器的设计工作。明确其可能出现韧性断裂、脆性断裂、弹塑性失稳及蠕变断裂的情况。让其在设计过程中，坚持弹塑性失效、爆破失效以及塑性失效的防治原则，确保该方面的风险因素能够被合理检索。而且，在低温容器设计期间，也应增加对脆断失效问题的分析；高温容器，则需检索蠕变失效参数等信息，使管理人员通过对基本参数的了解，创建出内容风险评估报告，按照标准规程中的内容，增加相关风险规避条款，实现对大型储罐安全系数、设计荷载、设计方法的确认，防止在其应用期间出现泄漏的问题，使大型储罐遇见的安全风险可能性降到最低。

4.3 划分风险评估工作等级

管理人员为确认大型储罐在使用过程中的风险评价等级，可利用以下公式完成对评价值的计算，具体如下：

R=[P][W][L][N]

式中，R 表示风险因素的评价值；[P]表示大型储罐可能发生风险的因素指标得分；[W]表示大型储罐可能发生风险的权重向量；[L]表示大型储罐发生风险后，所承担后果的各项指标得分；[N]表示大型储罐发生风险后，所承担后果的权重向量。对此，工作人员可以结合28 原则实现对大型储罐风险等级的划分，其中若风险等级较高，可以将其得分设置为20%，规划为一类风险。而风险等级较低，可将其设置为二级，风险使其得分在20%以下。这样一来，工作人员则可通过安全性评价的方式，保证大型球罐在应用过程中的技术合理性，然后让工作人员可以酌情增加降载措施，防止大型球罐在使用过程中出现老化损坏等情况，降低对工作人员及周围环境等带来的影响。

4.4 制定系统安全性评估方案

工作人员可以采用系统安全性评估的方法，实现对大型球罐系统中各项安全影响因素的分析，然后，其可以设置有限元模型，增加对大型球罐中结构参数、设计参数等的了解，分析其力学性能，具体如表1 所示。

表1 大型球罐的设计参数值

如此，工作人员则可结合大型球罐的几何结构，在不考虑拉杆和球罐开口接管的情况下，设置两个支柱，并形成对称的结构，保证其在正常的工作过程中不会出现因受到压力荷载和自重的影响，而发生破损及泄漏的情况。让荷载与几何结构都能在保证对称的前提下，取大型球罐的1/8 处作为具体分析的模型内容。同时，工作人员可以加强对大型球罐的上支柱、壳体、下支柱等情况的了解，若在大型球罐的垫板区域，均运用SHELL93 的壳单元，则工作人员可结合大型球罐的力学性能和材质实现对球罐区域内情况的了解。其中在大型球罐使用过程中，工作人员通常会通过低合金钢类和碳素钢进行球罐外壳的制造，使材料模型可以采用弹性模型的方式，将其中的泊松比控制在0.3；弹性模量控制在210 GPa；密度控制在7 850 kg/m3。此时，通过网格划分的方式，则可以掌握球壳与支柱之间的连接效果，使几何结构不会过于复杂，使其中的应力分布情况也较为均匀。这样工作人员则可以通过对网格划分结果的了解掌握大型球罐在正常运行期间可能受到的荷载边界条件。其中包括大型球罐的设计压力、自重、静压力、位移边界等内容。所以，工作人员通过对该方面内容的评估，则可以掌握大型球罐在后续使用过程中可能受到的安全影响因素。然后，工作人员结合球罐整体的等效应力，确认球壳体是否分布均匀，让其中的等效用率能够在186 MPa 左右，防止大型球罐后续发生泄漏的风险。

4.5 评定大型球罐的强度

工作人员可以结合大型球罐在使用过程中所处的高应力区域，设置9 个校核点，然后，结合球罐的具体分布情况，实现对其强度的评定，以掌握其反应过程中可能存在的风险。首先，工作人员可以结合大型球罐的应力评定要求，在远离球壳的区域，结合非连续结构的情况，增加对总体薄膜应力的考虑，使薄膜的应力能够控制在1 倍以内，完成对大型球罐应力强度的设计。然后，可以增加对上支柱与球壳之间连接区域的了解，设置一个上支柱，评估该区域球罐的弯曲应力和薄膜应力，若存在超出限制的情况可能存在安全风险，所以各人员应将二者控制在1.5 倍以内，防止大型球罐的应力过高。

其次，工作人员可以通过HAZOP 分析法的辅助，掌握大型球罐在应用过程中可能发生的系统故障情况，运用效应分析的方式，完成对大型球罐的评估。这样既可以评定大型球罐此时的强度，又可以让工作人员从球罐操作等方面内容入手，防止球罐在使用过程中发生故障或者降低出现错误的可能性。如此，则可结合大型球罐的故障原因及其可能带来的后果，完成对该方面风险内容的评估。

例如，某企业为装液体在区域内设置了上百个大型球罐，企业的管理人员为保证大型球罐的应用安全性可以加强对其风险的评估，通过系统安全评估方法以及HAZOP 分析法的辅助方式，了解球罐内的热力、液位等信息，实现对其的安全管理及维护，保证工作人员能够应急响应球罐的安全问题。同时，工作人员也可运用数据分析和统计等方式，创建出完整的大型球罐安全防护措施，以保证后续大型球罐在施工过程中不会发生安全风险。同时，其也可以在大型球罐实验过程中，让工作人员做好技术交底工作，按照相关标准流程实现对大型球罐的正确焊接。然后让每位工作人员都可以结合报告中的内容，实现对大型球罐的应用内容的编制，确保后续工作者在使用大型球罐时，按照作业计划，实现对其的验收并保证脚手架、吊具、焊接防护设施、卡具等工装设施的准备工作能够落实到位，从而满足后续大型球罐的应用要求。

最后，通过实践操作证明，此种风险评估方法不仅能够提升大型球罐在使用过程的安全性，更可以提高工作人员对其的使用效率，使工作人员能够根据大型球罐的强度，生成风险评估报告，保证设备的正常运行。同时，在大型球罐存储液体或相关介质时，工作人员也应加强对有害杂质的控制，如硫化物含量等，并且，工作人员不可移动大型球罐，避免操作工况可能出现的波动情况，防止大型球罐发生疲劳失效问题。

5 结语

综上所述，企业为保证自身在使用大型球罐时的安全性，可以通过综合风险评估的方式，了解在大型球罐使用过程中可能存在的安全影响。通过评估底部破裂、点火爆炸、外力撞击、技术因素、管理因素等内容的方式，使企业的管理人员运用创建大型球罐风险评估矩阵、加大安全风险信息检索力度、划分风险评估工作等级、制定系统安全性评估方案、评定大型球罐的强度的方式，防止球罐安全管理风险的发生，从而减少工作人员对大型球罐的维护时间，让大型球罐能够在企业内合理应用。