中國石油工程建設(shè)有限公司華東環(huán)境巖土工程分公司

摘要：定量風(fēng)險(xiǎn)評估（ QRA）在石油及化工領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用和研究，然而天然氣長輸管道壓氣站在介質(zhì)、操作壓力及裝置布局方面均與傳統(tǒng)的石化企業(yè)有明顯不同。通過參考國外相關(guān)資料，以挪威船級社開發(fā)的Safeti軟件為工具，對某天然氣長輸管道壓氣站進(jìn)行定量風(fēng)險(xiǎn)分析，給出一定條件下的量化指標(biāo)，并與目前其他主流評價(jià)方法作橫向?qū)Ρ龋�供新建站場設(shè)計(jì)人員及在役站場管理人員參考。

關(guān)鍵詞：長輸管道；壓氣站；定量風(fēng)險(xiǎn)分析

 

天然氣爆炸危險(xiǎn)性較大，站內(nèi)和站外人員將面臨巨大的風(fēng)險(xiǎn)。因此，根據(jù)生產(chǎn)工藝參數(shù)以及國內(nèi)外數(shù)據(jù)資料，將壓氣站一旦發(fā)生失效事故可能給站內(nèi)工作人員和站外公眾群體帶來的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化，對于壓氣站的風(fēng)險(xiǎn)管理將起到至關(guān)重要的作用，對其區(qū)域及平面布置也有重要的參考價(jià)值。

1 安全距離確定方法

通常在考慮壓氣站區(qū)域及平面布置時(shí)，選擇安全間距的主要方法分為經(jīng)驗(yàn)取值法、基于后果理念的方法和基于風(fēng)險(xiǎn)理念的方法。

1.1 經(jīng)驗(yàn)取值法

該方法根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)或?qū)＜遗袛啵�列出不同工業(yè)活動或設(shè)施與其他場所或區(qū)域之間的安全距離，其大小取決于工業(yè)活動的類型或現(xiàn)存危險(xiǎn)物質(zhì)的性質(zhì)和數(shù)量。該方法的原理簡單直觀，容易理解且便于操作，所以至今仍被廣泛應(yīng)用。但是，該方法僅是建立在專家經(jīng)驗(yàn)或歷史案例的基礎(chǔ)上，并沒有考慮設(shè)施的安全管理水平和本質(zhì)安全等方面的差別，針對性差。

1.2 基于后果理念的方法

該方法是在火災(zāi)、爆炸等事故后果模型的基礎(chǔ)上建立的，不考慮事故發(fā)生的可能性，它通過模型計(jì)算出各種死亡或傷害半徑，并將其作為事故后果嚴(yán)重程度的一種度量。對爆炸事故，根據(jù)可能導(dǎo)致死亡或造成嚴(yán)重傷害的超壓，確定傷害距離和范圍；對火災(zāi)熱輻射，根據(jù)一定暴露時(shí)間內(nèi)可能死傷的熱輻射通量，確定傷害距離和范圍。由于沒有考慮事故發(fā)生的概率，不利于土地的合理使用和安全規(guī)劃。

1.3 基于風(fēng)險(xiǎn)理念的方法

基于風(fēng)險(xiǎn)理念的評估方法首先計(jì)算危險(xiǎn)源的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)（ IR）和社會風(fēng)險(xiǎn)（ SR），然后依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相關(guān)間距分區(qū)，通常以個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)為主，以社會風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)為輔。基于定量風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的方法同時(shí)考慮事故后果嚴(yán)重度和事故發(fā)生概率，因此更加全面和可靠。本文所應(yīng)用的定量風(fēng)險(xiǎn)分析軟件為國際上較為主流的挪威船級社DNVGL Safeti，版本號為8.1。

2 壓氣站定量風(fēng)險(xiǎn)分析的準(zhǔn)備條件

以國內(nèi)某天然氣長輸管道中間壓氣站（以下簡稱壓氣站）為例，按自然和社會條件、工藝條件、管理?xiàng)l件、假定條件幾個(gè)方面列舉壓氣站定量風(fēng)險(xiǎn)分析的準(zhǔn)備工作。

2.1 自然和社會條件

主要為氣象條件、地質(zhì)災(zāi)害條件、周邊人口的分布以及周邊交通狀況等。

2.2 工藝條件

主要為工藝介質(zhì)的組分及工藝參數(shù)等。

2.2.1 工藝流程

壓氣站接收上站來天然氣，經(jīng)過站內(nèi)過濾、分離，一部分輸往用戶；一部分通過壓縮機(jī)組增壓、空冷器冷卻后輸往下站。

2.2.2 點(diǎn)火源

點(diǎn)火源有很多不確定因素，壓氣站內(nèi)點(diǎn)火源可能的產(chǎn)生途徑主要有以下幾類：①明火；②電火花；③靜電放電；④雷擊及雜散電流；⑤機(jī)械火花。

2.2.3 單元劃分

以工藝流程圖中的截?cái)嚅y為分界點(diǎn)，將壓氣站工藝流程劃分為5個(gè)單元，分別為進(jìn)站管線單元、過濾分離器單元，匯管單元、壓縮機(jī)單元和出站管線單元。

2.3 管理?xiàng)l件

2.3.1 管理水平及運(yùn)行狀態(tài)

以完整性管理審核評價(jià)管理狀況。完整性管理審核分為11個(gè)程序和48個(gè)子程序，由414個(gè)問題組成，總分5 084分，根據(jù)得分比評價(jià)管道管理部門的管道完整性管理水平。目前中石油各管道公司進(jìn)行了DNV審核評級，根據(jù)DNV審核結(jié)果的得分率換算為SY/T 6714―2008《基于風(fēng)險(xiǎn)檢驗(yàn)的基礎(chǔ)方法》的得分。

2.3.2 崗位暴露時(shí)間

需要確定壓氣站定員人數(shù)、崗位設(shè)置、巡檢計(jì)劃，以最終確定每個(gè)崗位人員在站內(nèi)各個(gè)位置暴露時(shí)間所占比重。

2.4 假設(shè)條件

重要的假設(shè)條件和分析基礎(chǔ)需要結(jié)合壓氣站的設(shè)計(jì)方案，與運(yùn)行單位以恰當(dāng)?shù)姆绞酱_認(rèn)或調(diào)整。

2.4.1 基礎(chǔ)失效頻率選擇

本文選取SY/T 6714― 2008中表31推薦的基礎(chǔ)失效頻率，并結(jié)合《OGP Risk Assessment DataDirectory-Process Release Frequencies》中推薦的部分泄漏頻率，作為本次定量風(fēng)險(xiǎn)分析的基礎(chǔ)失效頻率，如表 1所示。

2.4.2 失效頻率的修正

失效頻率調(diào)整根據(jù)SY/T 6714― 2008通過設(shè)備系數(shù)（F E）和管理系數(shù)（F M）進(jìn)行修正。

F 調(diào)整后=F 基礎(chǔ)×F E×F M

2.4.3 單元失效頻率

為便于在Safeti中建模，分別對劃分的5個(gè)單元中的各類設(shè)備、管道、閥門儀表數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分別與F 調(diào)整后相乘并求和，最終得到各單元的總失效頻率。

2.4.4 泄漏量

首先識別泄漏單元內(nèi)的各危險(xiǎn)源體積、使用情況和物料信息，確定可能的初始泄漏量；動態(tài)泄漏量通過泄漏速率與泄漏時(shí)間相乘來計(jì)算。

2.4.5 致死概率

壓氣站主要風(fēng)險(xiǎn)為天然氣泄漏導(dǎo)致的噴射火、閃火及爆炸，需要對噴射火及閃火產(chǎn)生的熱輻射，以及爆炸產(chǎn)生的超壓對人體的傷害及致死率予以假定。

2.4.6 個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則選取

依據(jù)Q/SY 1594―2013，確定個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)容許標(biāo)準(zhǔn)如表 2所示。

2.4.7 社會風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則

依據(jù)Q/SY 1594―2013《油氣管道站場量化風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)導(dǎo)則》，天然氣長輸管道壓氣站應(yīng)采用的社會風(fēng)險(xiǎn)容許標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖 1所示。區(qū)域被劃分為三個(gè)部分：可容許區(qū)、不可容許區(qū)和ALARP區(qū)（合理可行下盡可能降低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)），根據(jù)實(shí)際得到的危險(xiǎn)源的社會風(fēng)險(xiǎn)曲線落入的區(qū)域，采取不同的安全對策。

2.5 不確定性分析及敏感性分析

當(dāng)真實(shí)事故與所選參數(shù)存在偏差時(shí)，事故后果也相應(yīng)變化。例如當(dāng)單元的壓力或流量值變大，或截?cái)鄷r(shí)間有所延長時(shí)，事故后果會隨之變得更加嚴(yán)重。對于基礎(chǔ)頻率的修正僅使計(jì)算泄漏頻率更接近實(shí)際情況，而真實(shí)的泄漏頻率應(yīng)是以本企業(yè)多年來的所有事故數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)所得。另外，天氣因素的不確定性也造成了事故后果的不確定性。

計(jì)算過程中發(fā)現(xiàn)，事故后果的大小，對本單元的壓力、溫度、流量以及截?cái)鄷r(shí)間較為敏感。而風(fēng)險(xiǎn)模擬不僅對后果較為敏感，對于計(jì)算頻率的取值也較為敏感。

3 壓氣站定量風(fēng)險(xiǎn)分析

3.1 建模

利用DNV GL Safeti 8.1將前述各項(xiàng)準(zhǔn)備條件輸入到軟件中。

3.2 后果定量計(jì)算

根據(jù)前述2.4.5中假設(shè)，通過篩選模型中各單元的后果定量計(jì)算結(jié)果，得到發(fā)生火災(zāi)、爆炸情況下可能發(fā)生的最嚴(yán)重事故的傷害、死亡半徑。

噴射火致死熱輻射強(qiáng)度半徑為237 m；最大閃火距離為393 m；爆炸超壓致死強(qiáng)度半徑為256 m。根據(jù)基于后果理念的方法，壓氣站選址時(shí)與有人員常住地區(qū)的距離應(yīng)參考其中最大值393 m。

3.3 個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)等高線

利用風(fēng)險(xiǎn)模式運(yùn)算生成個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)等高線，見圖 2。

圖中1E-3/a等高線基本包含了絕大部分生產(chǎn)區(qū)以及一小部分生活區(qū)，距離綜合辦公樓很近。 1E-4/a個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)等高線已極為貼近村莊甲的居民區(qū)，根據(jù)Q/SY 1594― 2013要求的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)可接受準(zhǔn)則，1 E - 4 / a內(nèi)沒有出現(xiàn)居住類場所（如居民區(qū)、賓館、度假村等）及公眾聚集類場所（辦公場所、商場、飯店、娛樂場所等）。 1E-5/a內(nèi)沒有出現(xiàn)高敏感場所（如學(xué)校、醫(yī)院、幼兒園、養(yǎng)老院等）、重要目標(biāo)（如黨政機(jī)關(guān)、軍事管理區(qū)、文物保護(hù)單位等）及特殊場所（如大型體育場、大型交通樞紐等）。

3.4 崗位個(gè)人年度風(fēng)險(xiǎn)

根據(jù)站內(nèi)人員所處位置不同，生成站內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)排名，將崗位人員分布中各崗位人員在不同位置的時(shí)間與24 h相除，并乘以各位置的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)值，再以崗位為單位進(jìn)行求和，最終得到各崗位人員年度個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)，見表 3。

壓氣站全部崗位人員作為站內(nèi)人員的個(gè)人綜合年度風(fēng)險(xiǎn)均未大于1E-3/a，風(fēng)險(xiǎn)可接受。壓氣站全部崗位人員非工作時(shí)間均在綜合辦公樓的宿舍中休息，此時(shí)應(yīng)屬于站外人員，個(gè)人年度風(fēng)險(xiǎn)均大于1E-4/a，風(fēng)險(xiǎn)不可接受。應(yīng)考慮將宿舍遠(yuǎn)離生產(chǎn)區(qū)以降低風(fēng)險(xiǎn)。

3.5 社會風(fēng)險(xiǎn)曲線

利用風(fēng)險(xiǎn)模式運(yùn)算生成社會風(fēng)險(xiǎn)曲線，見圖 3。

可以看出本站社會風(fēng)險(xiǎn)曲線在死亡人數(shù)為5人以下時(shí)進(jìn)入了不容許區(qū)，必須采取措施降低社會風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

壓氣站與最近的村莊間距為140 m，滿足防火規(guī)范要求。根據(jù)GB 50183― 2004《石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》未規(guī)定四級油氣站場員工休息室與甲、乙類工藝設(shè)備、容器、廠房的間距，僅在條款5.2.4中規(guī)定：五級油品站場和天然氣站場值班休息室(宿舍、廚房、餐廳)距甲、乙類油品儲罐不應(yīng)小于30 m，距甲、乙類工藝設(shè)備、容器、廠房、汽車裝卸設(shè)施不應(yīng)小于22.5 m。因此依靠經(jīng)驗(yàn)取值法不能很好地解決員工宿舍的平面布置防火間距問題。

根據(jù)前述3.2的最嚴(yán)重事故后果半徑，如果站場的選址以此為標(biāo)準(zhǔn)行，將會面臨巨大的限制，如果需要拆遷，其投資額也將相應(yīng)增加。

根據(jù)前述3.4的計(jì)算結(jié)果，站內(nèi)各崗位工作人員的個(gè)人年度風(fēng)險(xiǎn)是可以接受的。建議在具備條件的情況下，員工宿舍應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離生產(chǎn)區(qū)。

可以看出，相比起經(jīng)驗(yàn)取值法確定的安全距離，基于風(fēng)險(xiǎn)理念的定量分析在針對不同工藝、不同介質(zhì)的站場選址和平面布置時(shí)更加靈活而精細(xì)。而相比起基于后果理念的分析方法，基于風(fēng)險(xiǎn)理念的定量分析則更加經(jīng)濟(jì)適用。

本文以案例的形式敘述了Safeti軟件用于天然氣長輸管道壓氣站個(gè)人及社會風(fēng)險(xiǎn)的計(jì)算，以及區(qū)域及平面布置方面的運(yùn)用示例，并分別與經(jīng)驗(yàn)取值法和基于后果理念的方法進(jìn)行了比較，為天然氣長輸管道壓氣站的選址及平面布置提供了有價(jià)值的理論依據(jù)，具有一定的指導(dǎo)意義。

 

作者：張上， 1982年生， 2005年畢業(yè)于北京工商大學(xué)自動化專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，儀器儀表工程師。主要從事長輸管道工程、油田工程、成品油庫的安全評價(jià)， QRA計(jì)算、HAZOP分析、 SIL定級等。先后對中石油西部管道公司、北京管道公司及西氣東輸管道公司的站場及管道高后果區(qū)開展定量風(fēng)險(xiǎn)評估工作。具有12年工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，參與設(shè)計(jì)多個(gè)國內(nèi)外海上、陸上油氣田開發(fā)工程及長輸管道工程。