危险化学品企业基于四区分离的安全风险定量分析（QRA）方法研究

＊姜永俊

（云南天安化工有限公司 云南 650309）

为提升危险化学品企业本质安全水平，规范企业总平面布局，云南省针对部分在役化工企业总图布局不符合现行规范的实际，于2021 年制定发布了《云南省危险化学品生产储存企业四区分离技术指导意见》，要求云南省内危化企业将行政办公区、后勤保障区、集中控制区从生产作业区内分离出来，并采取明确的分隔措施，简称“四区分离”。

“四区分离”的指导思想是将人员从高风险区域隔离出来，其核心是总图，依据是《石油化工企业设计防火标准》等技术规范，具体落实则需要通过安全风险定量分析。

QRA 定量分析建立在假定场景基础之上，其准确度很大程度上取决于这些假定的场景是否客观、输入模型中的数据取值是否与分析对象一致。如果辨识过程中对数据取值进行干预，通过忽略部分事故场景或调整取值将计算结果导引至期望的范围内，定量分析就不能客观表达装置的真实风险。

分析人员对定量分析过度干预或恶意拟合，将会导致分析结果失真。基于此，展开安全风险定量分析方法、场景及取值的研究，对危险化学品企业四区分离具有重要意义。

1.基于四区分离的安全风险定量分析内容

（1）对危险源进行事故频率计算及后果模拟，计算特定位置个人风险（LSIR）值，输出风险等值线；根据国家风险可接受标准确定外部安全距离，计算社会风险曲线（F-N 曲线）；评估厂内人员暴露的重大事故风险，确定个人年度风险指标（IRPA）。

（2）如果外部防护距离或厂内人员暴露的重大事故风险不能满足风险可接受准则，则提出经济、合理、可行的风险控制措施，充分降低事故风险，直至符合风险可接受准则。

2.安全风险定量分析步骤

（1）资料收集。根据分析目标和分析范围，收集分析所需资料，包括平面布置图、工艺流程图、管道及仪表流程图（P&ID）、物料平衡表、联锁逻辑图、设施所在地区的气象条件、人员分布信息、点火源分布信息，作为定量风险分析的取值参数。

（2）危害场景辨识。包括识别可能的危害因素，判断泄漏失效事件的情形。危害辨识前，需要根据设施的平面布局划分节点，然后逐一识别各节点的主要危害。作为QRA 的输入，危害识别将主要识别与火灾、爆炸及有毒物质相关的单元及设备。

（3）事故后果模拟。针对识别出的各种失效事件对后果进行模拟和分析。例如分析火灾、爆炸等事故对人员和装备设施的影响，以及对周边建筑物的影响。

（4）风险计算。风险计算是通过整合频率以及后果得出所有事故的风险值。结合后果模拟结果及事故频率结果，计算个人风险。采用事件树方法对各种风险结果进行计算和分析，计算输出风险等值线图及社会风险（F-N 曲线）。

（5）后果分析。在风险计算的基础上，对特定条件下的火灾、爆炸、中毒等事故造成的人员伤亡和财产损失情况进行描述。为呈现事件演化过程、揭示事故规律，可以采用计算机模拟技术，尽可能科学、直观地展现出事件的危害与后果。

（6）编制定量风险评价报告。风险评价报告是QRA 工作输出的成果，其核心是将风险定量分析结果与风险可接受标准进行比较，判断风险是否可接受，并提出防护措施建议，为后续的四区分离提供指导和依据。

3.四区分离定量分析内容

（1）四区分离基本要求。在役危险化学品生产、储存企业，存在剧毒气体和爆炸危险性的装置控制室不得布置在装置区内。确需布置在装置内的，应按照《石油化工控制室抗爆设计规范》开展抗爆分析，根据分析结果进行整改和加固。

对有预留空地的企业，建议将其调整到非抗爆区（爆炸危险影响区以外）。在满足装置实际运行需要的前提下，可与其他建筑合建，尽量集中布置，提高本质安全度。

对危险化学品生产和储存设施正常生产运行期间的可燃、有毒气体扩散，火灾和爆炸等重大事故后果进行模拟分析，确保安全风险落在可接受区。

（2）安全防护距离的确定。计算厂区外部防护目标确定个人风险和社会风险，并将量化的风险指标和危险化学品生产装置及储存设施风险在可接受标准下进行对比。

通过定量风险评估所确定的外部安全防护距离并非是给出一个具体的数值，而是对得出的个人风险曲线和社会风险曲线进行分析。两者均要满足风险标准，若不满足标准要求，则需要进行风险敏感性分析，确定风险排名靠前的场景，最终根据企业实际情况提出降低或减缓风险的措施，以确保企业风险达到可接受程度并确定企业外部安全防护距离。

（3）人员集中建筑物抗爆风险评估。国内的法律法规明确要求控制室、机柜间等人员集中建筑物需进行抗爆分析。企业内建筑物是否需要采用抗爆改造，可以通过定量风险评估过程，筛选所有可能发生爆炸的场景。以此计算防护目标在受到各个场景爆炸产生的冲击波超压、积累发生频率。根据最大可信事故场景爆炸冲击波参数评估是否对该建筑物造成影响。

（4）建筑物防毒风险评估。在计算毒性气体导致的建筑物内人员致死概率分析中采用室内真实的毒性气体浓度进行致死概率评估。评估时需考虑建筑物采取的防毒措施的有效性和可靠性，并对致死概率进行修正，最终确定需要进行防毒设计的建筑物。通过计算推算画出毒气危害的个人风险值的危险度曲线。这些曲线表示某假定个体接受至少定量毒气的频率（1×10-4次/每年、1×10-5次/每年、1×10-6次/每年），并被精确地绘制在网格化的地图上，以此确定防毒卫生防护距离。

为避免过于繁琐或复杂的计算情况，也可以考虑使用半定量风险评估方法，如LOPA 分析等。针对高风险场景，则需要采用定量风险分析方法来进行风险比较和决策。

4.取值对定量分析结果偏差的影响分析

(1)泄漏概率取值

泄漏概率取值的关键在于确定设备类型，反应容器和储存容器的概率值是有较大差异的[3]。需要根据泄漏时长确定是属于连续性泄漏还是短时泄漏。

以液氨球罐为例：液氨球罐若发生蒸气云雾爆炸，将造成极大破坏。同时应注意，在发生爆炸后可能会使液氨球罐泄漏加剧，一次爆炸的能量有可能加速液氨的挥发，也有可能形成二次爆炸，或者形成多米诺效应，造成更严重的危害。

液氨球罐泄漏后存在有毒气体扩散和蒸气云雾爆炸两种可能性，需对液氨泄漏后形成有毒气体扩散和蒸气云雾爆炸分别进行模拟计算。在使用定量分析软件进行模拟分析计算时还应当考虑以下因素：

模拟计算是均以一个液氨球罐发生严重泄漏事故的后果进行，还是对发生连环爆炸的情况进行计算。不同的场景其计算结果将产生巨大差异，甚至是几个数量级的差异。

在软件计算过程中，人员密度和财产密度的数据取值也会导致与计算结果产生巨大差异。

在爆炸模型模拟分析评估中，以燃爆点主要选取装置、设备的中心点为基准。在蒸气云爆炸事故模拟计算中，选取不同的气云爆炸当量系数进行计算，气云爆炸当量系数的取值与可燃气体和空气的混合程度、地形地貌、气温、风速、空气的稳定程度均有关，不同的经验取值也会对计算结果产生较大的影响。

(2)泄漏场景取值的影响分析

①气体泄漏场景分析。可燃气体泄漏到空气中达到燃烧极限时，遇到点火源就会发生燃烧或爆炸。如果从容器中泄漏出的可燃气体被即时点燃，则会发生扩散型燃烧，形成火球或喷射性火焰，一般不会影响到界区外，只会迅速危及泄漏事故现场。

可燃气体泄出后没有立即点燃，则会与空气混合形成云团随风飘移，如果遇火源发生爆炸或爆轰，破坏范围较大。

有毒气体泄漏后形成云团随风飘移和扩散，对厂内和厂外会造成较大危害。

气体从裂口泄漏的速度与其流动状态、容器内压有关。当泄漏液体属于强挥发性液体，能够快速全部蒸发成气体时应按气体泄漏公式进行计算。如果泄漏液体蒸发量小，则按液体泄漏公式进行计算。

②液体泄漏场景分析。常温常压下，挥发性液体泄漏后果与液体的性质和贮存温度、压力有关。这种液体泄漏后易形成液池，主要危害形式是池火灾，影响范围相对固定。

加压液化气体泄漏蒸发的比例取决于物质的物理特性和环境温度。挥发性强的液体泄漏后将快速全部蒸发而不会形成液池；挥发性弱的液体泄漏后则会形成液池，吸收周围的热量继续蒸发。

相同条件下泄漏量与泄漏时间成正比。对同一种物质来说，决定泄漏事故后果严重程度的主要因素是泄漏量的多少，可见泄漏量的时间参数和压力参数、孔口参数决定了事故后果的严重程度。

当泄漏设备的裂口不规则时，可采用等效裂口尺寸计算。

泄漏液体的蒸发速度等于泄漏速度时，液池中的液体量将维持平衡。如果泄漏的液体挥发度低，则不易形成气云，一般只会形成池火灾，不会对厂外人员造成危害。

挥发性液体或低温液体泄漏，则会形成蒸气云向外扩散，对界区外人员造成危害。

常压储槽内液体的泄漏速度，则取决于裂口的泄漏位置，泄漏位置高则压力小，相对泄漏量少。承压容器内的液体泄漏速度主要取决于介质压力及漏点液层高度，可见泄漏场景中漏点位置的选取对泄漏事故后果有直接影响。

(3)环境对泄漏后果的影响分析

液体泄漏后呈自然流散状态，向低洼处汇集或在防火堤、岸墙内形成液池。液体蒸发可分为热量蒸发、质量蒸发和闪蒸，不同的蒸发模式将产生不同的蒸发量，导致的事故后果也将大相径庭。过热液体泄漏后由于液体的自身热量而直接蒸发的现象称为闪蒸。

在液体闪蒸过程中，转变成气体的部分由于升腾作用会带走一部分以液滴的形式悬浮在气体中的液体，也就是说，闪蒸不但带走气体,同时还会带走部分液体。当挥发系数大于0.2 时，液体被全部带走，地面无液池形成。挥发系数小于0.2 时，地面就会残留液体，形成液池。

当液体泄漏流散在地面形成液池，液体会吸收地面热量而蒸发称为热量蒸发，不同的地面的导热系数和热扩散系数存在巨大差异，相同的液体，针对不同的地面，其热蒸发量也会产生较大差异。

泄漏液池的半径取决于泄漏点附近的地域构型以及泄漏的连续性。有围堰时，以围堰最大等效半径为液池半径。无围堰呈自然流散时，与地形和地面材质及粗糙程度密切相关。一般按照液体泄漏时间内扩散到最小厚度时，推算液池半径。在没有围堰的情况下，最小物料层厚度决定了泄漏面积的大小。不同性质的环境地面对液池面积会产生重大影响。例如，草地的最小物料层厚度是0.02 m，平整地面的物料层厚度是0.01 m，混凝土地面的最小物料层厚度是0.005 m，而平静水面的物料层厚度则只有0.0018 m。

综上所述，不同的事故场景，其泄漏量、物态、环境及参数取值，对定量分析结果和事故后果模拟都会不同程度地产生影响。

5.结语

在危险化学品企业四区分离定量分析过程中，不同的事故场景、物理参数值及事故环境的选择都将导致定量分析结果产生巨大的偏差。取值的合理性、场景选择与评价对象的贴合性都会影响四区分离安全风险定量分析的结果和客观可信度。提高四区分离安全风险定量分析精度的关键在于避免恶意拟合，避免主观引导计算结果。只有客观真实地反映危化装置的本质属性，才能通过安全风险定量分析正确指导危化企业开展四区分离工作。