环境风险评价中泄漏类重大事故的筛选研究.pdf

环境风险评价中泄漏类重大事故的筛选研究 吴军年杨耀清 兰州大学资源环境学院，兰州 730000 摘要 提出了采用“风险排序， 以平均风险指数为尺度” 来筛选项目中泄漏类重大事故的方法。该方法是对工业事故 风险评估方法 ARAMIS 采用的风险严重度指数法的修正和应用范围的推广。借助已有事故发生的概率统计值， 对 所引概率进行修正， 用 Risk System 预测得到的半致死浓度范围表征事故的后果。基于概率与后果提出风险指数概 念， 对各事故风险排序; 以平均风险指数为尺度筛选出重大事故。采用该方法对某化工项目环境风险评价中重大事故 进行了筛选， 此方法与修正前的方法计算的结果一致。方法简单易行， 为定量确定单个项目中泄漏类重大事故提供了 依据。 关键词 环境风险评价; 泄漏类事故; 风险指数; 重大事故筛选 A STUDY FOR SCREENING MAJOR LEAKAGE ACCIDENTS IN RISK ASSESSMENT OF ENVIRONMENT Wu JunnianYang Yaoqing College of Earth and Environmental Sciences，Lanzhou University，Lanzhou 730000， China AbstractIt was proposed a way to screen major leakage accidents in a given plant by risk ranking and average risk index． This was based on the amendment and extension of the risk severity index used by accident risk assesment for industries project ARAMIS ． With the existing probability of the accident statistics， an amendment was done on the cited probability and then view the range of the median lethal concentration as the consequences of the accident predicted by Risk System． Using the concept of risk index to make a rank of accidents based on the probability and consequences，major accidents were screened by the average risk index． An application of the was done in the environmental risk assessment for a gieven chemical plant． The results computed by the agreed with those of ARAMIS． This is simple and provides a basis for quantitatively screening the major leakage accidents in a given project． Keywordsrisk assessment of environment;leakage accidents; risk index; major accident screening 0引言 环境风险评价是建设项目环境影响评价中的重 点， 有利于项目建设全过程风险管理。环境风险评价 是围绕项目最大可信事故展开的。HJ/T 1692004 建设项目环境风险评价技术导则 以下简称为“导 则” 中对最大可信事故的定义为 在所有预测的概 率不为零的事故中对环境 或健康 危害最严重的重 大事故。也就是说要确定最大可信事故， 必须先确定 项目中的重大事故。“导则” 对重大事故做了定性描 述， 但没有给出确定重大事故的定量指标。在一个项 目中， 有很多潜在的事故源， 有些发生概率高但危害 小， 有些发生概率低但危害大， 如果没有定量的指标 去衡量和筛选项目中的重大事故， 最大可信事故的确 定就有困难。因此定量确定某一风险指标， 是筛选重 大事故的关键。 在国外， 关于环境风险评价中重大事故的确定研 究与之相近的文献主要集中在风险管理和安全评价 两个方面。Christian Delvosalle 等 ［1］建立事故树和事 件树确定化工厂重大事故， 借助风险矩阵从概率和事 故后果两方 面 考虑确定 了典型事故。Olivier Salvi 等 ［2］介绍了工业事故风险评估方法 ARAMIS ， 在 5 个不同国家的化工厂风险评估中得到了验证， 但该方 法需求 ARC 软件的支持， 计算过程繁琐， 评估效率较 低。在国内， 相近的研究主要集中于区域风险管理， 关于环境风险评价中重大事故的确定却鲜有报道。 多英全等 ［3］提出了基于事故情景发生概率和死亡人 数的风险评估模型， 对开发区 20 个重大危险源进行 了风险评估和排序。张董莉等 ［4］应用风险严重度指 89 环境工程 2013 年 2 月第 31 卷第 1 期 数法研究了距离与风险严重等级的关系。周亚飞 等 ［5］以个人风险值作为园区的风险指标， 定量分析 了化工园区重大事故的风险。以上研究仅局限于宏 观区域层面的风险管理， 对环境风险评价中单个项目 重大事故的确定尚未提出具体的解决办法。 本文以单个项目中泄漏类事故为研究对象， 基于 ARAMIS 方法， 对风险严重度指数法中的事故发生概 率和事故后果计算方法进行了修正， 引入了风险指数 的概念并以此对各备选事故进行风险排序。以风险 指数平均值作为筛选指标， 筛选出风险指数在该指标 以上的事故作为项目中的重大事故， 便于下一步确定 最大可信事故。 1泄漏类重大事故筛选研究 1. 1ARAMIS 所用风险严重度指数法简介 ARAMIS Accidental Risk Assessment ology for Industries 是在欧盟第五框架中为了响应 SEVOII 指令发展起来的。此方法在欧洲 5 个国家的不同工 厂得到了验证， 用于评价工厂的整体风险程度 ［2］。 风险严重度指数可对一个工厂所有可能发生有 毒泄漏事故的风险水平进行评价， 其计算的基本公式 见式 1 Stox d ∑ n i 1 ftox i Stox i d 1 式中 n 为有可能引起毒气云的泄漏事故的总数， fi tox 为第 i 个泄漏事件 Ei 的发生概率， si tox d 为 E i在 距离 d 处毒性效应对应的风险严重度指数， 与 d 成线 性关系。si tox d 值在 0 ～ 100 之间， 每间隔 25 划为一 级， 共 4 个等级。对于单个泄漏事件的 fi tox和 s i tox d 的确定是已知相关参数利用 GIS 工具计算出的 ［6］。 由式 1 的启发， 既然能够算出单个泄漏事件的 风险严重度指数， 那么就可以对所有泄漏事件做严重 度排序， 筛选严重度大的事件为重大事故。筛选重大 事故只是环境风险评价工作的一小部分， 为了提高评 估效率， 使该方法适应“导则” 要求， 在式 1 的基础 上对 fi tox和 s i tox d 的计算做以修正， 使该方法推广应 用于单个项目重大事故的筛选工作中。 1. 2对风险严重度指数法的修正 由式 1 可定义单个泄漏事故的风险严重度指 数 Stox i ，见式 2 Stox i ftox i stox i d 2 依据式 2 对其中的概率计算做以修正， 以符合 实际， 修正后记为 fi， si tox d 用与之等效的量事故后 果 Ri 来代替， 以符合导则 要求。修正后的公式 见式 3 Si fiRi 3 式中 Si定义为 Ei的风险指数， 无量纲。 1. 2. 1对事故发生概率的修正 通过查询典型装置的泄漏事故概率， 可以有效简 化事故概率的计算过程。但对我国典型装置泄漏事 故概率的统计资料较少 ［3］。将荷兰应用科学研究组 织 TNO 的事故概率统计数据 ［7］和 ARAMIS 的统计 数据 ［1］ 表 1 比较发现， 针对不同类型、 不同情形的 事故， 后者的统计数据更为详实， 并广泛应用于工程 评估。因此本文选择 ARAMIS 的统计数据作为分析 的基础数据。 引用国外的数据指导国内的风险评价， 应根据实 际情况作以修正。对于不同规模的化工企业， 储存和 使用的危险性物质的数量不尽相同; 危险性物质的数 量越大， 发生泄漏事故的概率越大。因此用有毒物质 的实际量和临界量的比值对所引概率值进行修正， 以 保证所用数据的有效性。概率修正公式见式 4 fi fi m m0 4 式中fi为修正后的概率值; fi为所引国外的事故概 率值; m 为危险物质的实际用量， t; m0为危险物质的 临界量， t。危险物质的临界量可参考 GB 18218 2009危险化学品重大危险源辨识 。 1. 2. 2对事故后果 si tox d 计算的修正 ARAMIS 计算离事故点 d 处的风险严重度指数 时， 依据物质的临时紧急暴露限值 TEEL 规定了 TEEL 与 0、 25、 50、 75、 100 五个特征严重度指数的对 应关系。应用与特征严重度指数对应的物质的等效 TEEL， 借 助 危 险 事 故 情 景 数 学 模 型 Mathematical Models of the Dangerous Phenomena 求得与五个特征 严重度指数对应的特征距离 d0、 d1、 d2、 d3、 d4。结合 事故类型、 发生概率、 操作条件、 风玫瑰图、 设备参数 和物质特征， 利用严重度 GIS 工具软件计算出离事故 点各个距离处的风险严重度指数并画出指数分布图。 距离事故点越远， 事故点对该处的影响越小， 其风险 严重度指数也越小。 式 2 中 si tox d 是距离 D 的函数， 所以可以用 D 来表征 si tox d 。对于泄漏事故， 有毒气体物质在 扩散过程中， 在事故点下风向距离 D 处扩散浓度会 达到某一风险阈值。因此可以用某物质的扩散距 99 环境工程 2013 年 2 月第 31 卷第 1 期 表 1关键事故概率统计值 事故情景 外壳破裂气相泄漏外壳破裂液相泄漏管道液体泄漏管道气体泄漏 裂口直径 / mm 发生概率 / a － 1 裂口直径 / mm 发生概率 / a － 1 裂口直径 / mm 发生概率 / a － 1 裂口直径 / mm 发生概率 / a － 1 压力容器 105 10 － 5 105 10 － 5 355 10 － 6 355 10 － 6 501 10 － 6 501 10 － 6 1005 10 － 7 1005 10 － 7 所有配件0. 15 10 － 3 所有配件0. 15 10 － 3 常压容器 101 10 － 4 351. 8 10 － 5 505 10 － 6 1005 10 － 6 所有配件0. 15 10 － 3 管道 内径 ＜ 75 mm 75 mm ＜ 内径 ＜ 150 mm 内径 ＞ 150 mm 10 内径1. 18 10 － 5 2. 5 10 － 6 1. 75 10 － 6 22 内径7. 93 10 － 6 1. 11 10 － 6 6. 5 10 － 7 44 内径3. 3 10 － 6 4. 62 10 － 7 2. 7 10 － 7 完全断裂1. 22 10 － 6 3. 5 10 － 7 1. 18 10 － 7 离 D 来代替 si tox d ， D 越大影响范围越大， 后果越 严重。用于确定距离 D 的阈值用半致死浓度 LC50 来代替临时紧急暴露限值 TEEL ， 以使该方法符 合“导 则”的 要 求。用 环 境 风 险 评 价 系 统 Risk System V1. 2. 0. 2 代替严重度 GIS 工具软件， 因为 二者都用高斯模型， 这样解决了方法推广的软件限 制问题。 式 3 中与风险严重度 si tox d 关联的量事故后 果 Ri 用式 5 计算。 Ri D/1 5 式中 D 为下风向有毒物质在泄漏时间内影响的半致 死浓度范围，m; 公式除以 1 m， 将 Ri无量纲化。 确定距离 D， 需要准备以下基本数据 有毒物质 存储量， kg; 装置内温度， ℃ ; 容器压力， Pa; 裂口面积， m2; 裂口高度， m; 裂口之上液位高度， m; 泄漏系数、 泄漏持续时间， min; 围堰面积， m2; 蒸发时间， min; 风 向; 平均风速; 稳定度; 物质半致死浓度 LC50， mg/m3; 环境风险评价系统 Risk System V1. 2. 0. 2 。 1. 3风险排序 由式 3 式 5 可以得到计算事故 Ei的风险指 数 Si的公式 Si fi R i fi mD m0 6 由式 6 计算出各个事故的 Si， 按照 Si的大小将 所有事故排序。 1. 4重大事故筛选 将式 6 计算出的各个事件 Ei的 Si加和求出其 平均值 Save Save 1 n∑ n i 1 Si 7 式中 n 为项目中的事故个数; save定义为各个事故的平 均风险指数。风险指数的平均值可以反映所有事故风 险的平均水平。求出平均风险指数 Save， 将 Save当做筛 选重大事故的指标。若备选事故 Ei 的风险指数 Si大 于 Save， 则 Ei为筛选出的重大事故， 以此逐个比选， 选出 项目中符合指标的所有重大事故。在筛选出的 n 个重 大事故中， 风险指数 Si最大的， 其危害也最严重， 该事 故就为项目环境风险评价中的最大可信事故。 1. 5重大事故筛选流程 项目中重大事故筛选的流程见图 1。 2应用实例 2. 1工程概况 甘肃省某拟建化工厂计划生产二甲基二硫、 甲基 磺酰氯、 甲基磺酸、 甲基磺酰胺、 硝基甲烷和盐酸羟胺 产品， 原料和产品涉及到液氯、 硫酸二甲酯等有毒物 质。在环境风险评价中， 通过工程分析和风险识别， 确定了盐酸储槽泄漏事故、 液氯储罐泄漏事故、 液氨 储罐泄漏事故、 硫酸二甲酯计量罐连接管线泄漏事故 为筛选泄漏类重大事故的备选事故。计算事故发生 概率和后果所需的参数见表 2。 2. 2事故发生概率的计算 应用表 2 提供的装置类型和裂口直径对应表 1 查得各个备选事故 Ei的 fi， 再应用表 2 提供的实际存 储总量和临界量参数依据式 4 得到各个备选事故 Ei修正后的发生概率值 fi 。修正后的事故发生概率 值 fi 计算结果见表 3。 001 环境工程 2013 年 2 月第 31 卷第 1 期 图 1项目中重大事故筛选的流程 2. 3事故发生后果的计算 应用表 2 提供的第 5 ～ 第 18 共 14 个参数， 借助 Risk System， 用典型泄漏事故模型计算出各个备选事 故 Ei的 D， 再依据式 5 得到各个备选事故 E i的发生 后果值 Ri。发生后果 Ri的计算结果见表 4。 2. 4风险排序 将表 3 和表 4 计算的结果， 代入式 6 计算出各 Ei的 Si， 按照 Si的大小， 将所有备选事故由大到小排 序。各备选事故的 Si及排序结果见表 5。 2. 5重大事故筛选 将表 5 计算出的各 Ei的 Si， 代入式 7 求出平均 风险指数 Save， 以此为指标筛选出项目中的重大事 故。平均风险指数 Save及筛选出的重大事故见表 6。 由表 6 可知 本化工项目筛选出的泄漏类重大事 故为液氯储罐泄漏事故。其在所有发生概率不为零 的事故中对环境 或健康 危害最严重， 因此液氯储 罐泄漏事故确定为环境风险评价中的最大可信事故， 进行重点评价。盐酸储槽泄漏事故和液氨储罐泄漏 事故对环境 或健康 危害严重度接近， 与平均风险 指数 Save差一个数量级， 可以对二者进行降级评价。 硫酸二甲酯计量罐连接管线泄漏事故危害严重度与 平均风险指数 Save差两个数量级， 对其风险识别后提 出风险防范措施即可。 表 2计算事故发生概率 f i 和后果 R i所需的参数 参数35 盐酸储槽泄漏事故液氯储罐泄漏事故液氨储罐泄漏事故 硫酸二甲酯计量罐连接管 线泄漏事故 泄漏装置类型300 m3常压储槽规格为 D800 的压力钢瓶规格为 D800 的压力钢瓶50 mm 的管道 3 m 裂口直径 /mm100 101022 实际存储总量 m/t92. 05 氯化氢量 37. 11640 临界量 m0/t 20 氯化氢量51050 装置内物质存储量 /kg26300900 800638 计量罐 管线 装置内温度 /℃20 － 34. 6－ 33. 520 容器压力 /Pa101 325 1 070 0001 100 000101 325 裂口面积 /m20. 0314 0. 00007850. 00007850. 00038 裂口高度 /m 10. 80. 80. 5 裂口之上液位高度 /m5 0. 50. 51 泄漏系数0. 62110. 62 泄漏持续时间 /min2. 9 553 围堰面积 /m250 994 蒸发时间 /min30 6625S 平均风速 / ms － 1 2. 772. 772. 772. 77 风向SESESESE 稳定度DDDD 半致 死 浓 度 LC50 大 鼠 吸入 1h / mgm － 3 4 6008501 39045 101 环境工程 2013 年 2 月第 31 卷第 1 期 表 3备选事故发生的概率 f i 计算结果 概率 35 盐酸储槽 泄漏事故 液氯储罐 泄漏事故 液氨储罐 泄漏事故 硫酸二甲酯计量罐 连接管线泄漏事故 fi 5 10 － 6 5 10 － 5 5 10 － 5 9. 9 10 － 6 m/m04. 607. 421. 600. 80 fi 2. 3 10 － 5 3. 71 10 － 4 8 10 － 5 7. 92 10 － 6 表 4备选事故发生后果 R i的计算结果 概率 35 盐酸储 槽泄漏事故 液氯储罐 泄漏事故 液氨储罐 泄漏事故 硫酸二甲酯计量 罐连接管线泄漏事故 D /m174. 5119. 440. 120. 2 Ri174. 5119. 440. 120. 2 表 5备选事故 Ei的 Si 风险排序风险指数 si 液氯储罐泄漏事故4. 43 10 － 2 35 盐酸储槽泄漏事故4. 01 10 － 3 液氨储罐泄漏事故3. 21 10 － 3 硫酸二甲酯计量罐连接管线泄漏事故1. 6 10 － 4 表 6平均风险指数计算结果及筛选出的重大事故 平均风险指数 Save重大事故风险指数 Si 筛选出的重大事故 1. 292 10 － 2 4. 43 10 － 2 液氯储罐泄漏事故 3计算结果的准确性分析 本方法是对风险严重度指数法的修正和应用范 围的推广。为了验证研究方法的准确性， 用原方法对 表 5 中的事故求算出了暴露时间为 30 min、 事故点下 风向 400 m 处的风险严重度指数 si tox 400 。同时依 据 si tox 400 对事故进行影响分级［6］， 结果见表 7。 表 7 中应用风险严重度指数法计算的事故影响 分级结果表明 35 盐酸储槽泄漏事故和液氨储罐泄 漏事故影响等级处在同一级别; 液氯储罐泄漏事故影 响级别最高， 为 3 级不可逆效应; 硫酸二甲酯计量罐 连接管线泄漏事故影响级别为 0， 事故效应小。以上 计算结果和表 5 计算的风险排序结果是一致的， 因此 本研究方法的计算结果准确、 可信。 表 7备选事故 Ei的 sitox 400 及影响分级结果 备选事故si tox 400划分依据 s i tox影响等级 效应描述 液氯储罐 泄漏事故 5550 ～ 743不可逆效应 35 盐酸储 槽泄漏事故 36. 2825 ～ 492可逆效应 液氨储罐 泄漏事故 23. 225 ～ 492可逆效应 硫酸二甲酯计量罐 连接管线泄漏事故 00 ～ 241小效应或 无效应 参考文献 ［1］Christian Delvosalle， Ccile Fievez， Aurore Pipart， et al． ARAMIS projectA comprehensive ology for the identification of reference accident scenarios in process industries［J］． Journal of Hazardous Materials， 2006，130 3 200- 219． ［2］Olivier Salvi，Bruno Debray． A global view on ARAMIS，a risk assessment ology for industries in the framework of the SEVESO II directive［J］． Journal of Hazardous Materials， 2006， 130 3 187- 199． ［3］多英全， 吴宗之， 魏利军， 等． 重大危险源事故风险排序研究 ［J］． 中国安全生产科学技术， 2006， 2 6 19- 23． ［4］张董莉， 刘茂， 李清水， 等． 风险严重度指数法在毒气泄漏评价 中的应用［J］． 安全与环境学报， 2008， 8 6 143- 147． ［5］周亚飞， 刘茂． 化工园区重大事故风险分析［J］． 防灾减灾工程 学报， 2011， 31 1 68- 73． ［6］Planas E， Arnaldos J， Silvetti B， et al．A risk severity index for industrial plants and sites［J］．Journal of Hazardous Materials， 2006， 130 3 242- 250． ［7］TNO． for determining and processing probabilities［M］． Commitee for the Prevention of Disasters， 1997． 作者通信处杨耀清730000兰州市兰州大学资源环境学院 电话 0931 8915611 E- maillzdxyangyq11 163． com 2012 － 05 － 22 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 84 页 ［8］Sven A Briels． Infrasound source location［D］． Delt University of Technology，2010． ［9］Alexis Le Pichon，Elisabeth Blanc，Alain Hauchecorne，et al． Infrasound Monitoring for Atmospheric Studies［M］． New York Springer， 2010 97- 100． ［ 10］Bass H E，Bhattacharyya J，Garces M A，et al． Acoustics today ［J］． Acoustical Society of America，2006 2 9- 19． ［ 11］唐伟， 刘俊民， 王晓民， 等． 互相关算法在次声监测数据处理中 的应用［J］． 环境工程， 2010， 28 6 83- 86． ［ 12］Cansi Y． An automatic seismic event processing for detection and locationthe PMCC ［J］． Geophy Res Lett， 1995， 22 9 1021- 1024． ［ 13］刘俊民， 唐伟， 王晓民， 等． 次声信号产生机理与特征分析［J］． 环境工程， 2010， 28 4 92- 96． 作者通信处唐伟100086北京海淀区禁核试北京国家数据中心 E- mailtangwei851 126． com 2012 － 07 － 20 收稿 201 环境工程 2013 年 2 月第 31 卷第 1 期