＊陳斯桂

（泉州市安全生產(chǎn)執(zhí)法支隊(duì) 福建 362000）

1.引言

定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)（Quantitative Risk Assessment，QRA），是對(duì)某一設(shè)施或作業(yè)活動(dòng)中發(fā)生事故頻率和后果進(jìn)行定量分析，并與風(fēng)險(xiǎn)可接受標(biāo)準(zhǔn)比較的系統(tǒng)方法[1]，在石油化工行業(yè)中涉及復(fù)雜和風(fēng)險(xiǎn)性大的系統(tǒng)的安全性評(píng)估方面有著重要的地位。與傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)手段不同，該方法針對(duì)不同的事故狀況，在定性分析的基礎(chǔ)上，需要引入不同的數(shù)學(xué)模型對(duì)系統(tǒng)失效概率和引發(fā)的后果進(jìn)行定量分析，相對(duì)比較復(fù)雜，以使得風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的結(jié)果更加的合理、可行。

2.QRA的研究現(xiàn)狀

目前定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究大致分為4個(gè)類(lèi)型，即概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估類(lèi)、危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)估類(lèi)、事故范圍評(píng)估類(lèi)和過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估類(lèi)。

(1)概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估類(lèi)研究

概率安全評(píng)估是在定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法中應(yīng)用最廣的分析方法，其主要目的是計(jì)算基本事件、危險(xiǎn)事件發(fā)生概率的點(diǎn)估計(jì)和區(qū)間估計(jì)以及不確定性，以分析各種不同因素對(duì)風(fēng)險(xiǎn)影響的重要程度，核心是風(fēng)險(xiǎn)模型的建立和定量化。但是在實(shí)際工作中，由于數(shù)據(jù)不足、資料不準(zhǔn)確、可比條件與環(huán)境不易確定等原因，事件發(fā)生的概率難以定量估算。隨著模糊數(shù)學(xué)理論[2]、灰色系統(tǒng)理論[3]和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論[4]等方法在概率安全評(píng)估中的應(yīng)用，很好地解決了這些不足，擴(kuò)大了概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法的應(yīng)用范圍。

(2)危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)估類(lèi)研究

危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)估方法主要是應(yīng)用系統(tǒng)的事故危險(xiǎn)指數(shù)模型，根據(jù)系統(tǒng)的基本性質(zhì)和狀態(tài)進(jìn)行推算，從而判斷事故損失、危險(xiǎn)性以及安全措施有效性的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。常用的危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)估方法主要是道化學(xué)公司火災(zāi)爆炸指數(shù)法以及在此基礎(chǔ)上改進(jìn)的ICI蒙德法，重大危險(xiǎn)源評(píng)估法[5]等。其特點(diǎn)是通過(guò)對(duì)評(píng)估系統(tǒng)進(jìn)行單元?jiǎng)澐?，使得?fù)雜系統(tǒng)簡(jiǎn)單化。相較于概率安全評(píng)估方法，危險(xiǎn)指數(shù)評(píng)估方法可以同時(shí)確定事故發(fā)生的可能性和嚴(yán)重性。但是該類(lèi)方法無(wú)法對(duì)系統(tǒng)中存在的安全保障措施的多少、優(yōu)劣進(jìn)行評(píng)估，也無(wú)法評(píng)估安全措施與系統(tǒng)中存在的危險(xiǎn)物質(zhì)之間的相互作用，評(píng)估結(jié)果無(wú)法隨時(shí)間變化而變化。

(3)事故影響評(píng)估類(lèi)研究

事故影響評(píng)估法是根據(jù)發(fā)生事故類(lèi)型，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算以求取事故對(duì)造成人員傷害、財(cái)產(chǎn)損失和環(huán)境污染范圍的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。常見(jiàn)的事故模型有液體泄漏模型、氣體泄漏模型、氣液兩相泄漏模型、氣體絕熱擴(kuò)散模型、毒物泄漏擴(kuò)散模型、池火火焰與輻射強(qiáng)度評(píng)價(jià)模型、火球爆炸傷害模型、爆炸沖擊波模型、蒸氣云爆炸TNO多能法和鍋爐爆炸傷害TNT當(dāng)量法等等。此類(lèi)方法評(píng)估結(jié)果較為直觀，可信度高。但是該類(lèi)模型并不是完美的，也存在一些缺點(diǎn)，比如：

①無(wú)法估算事故對(duì)臨近裝置造成二次事故甚至三次事故的概率及后果。因此，有學(xué)者提出了多米諾效應(yīng)分析法以及優(yōu)化后的基于事件樹(shù)的多米諾效應(yīng)分析、綜合貝葉斯-petri網(wǎng)的多米諾效應(yīng)分析以探究對(duì)人的影響、模糊多米諾效應(yīng)分析以探究不確定情境下的事故危害以及協(xié)同效應(yīng)下的多米諾效應(yīng)影響等等。

②該類(lèi)方法計(jì)算量較大、計(jì)算過(guò)程較為復(fù)雜，部分參數(shù)難以選取，結(jié)果會(huì)根據(jù)模型的不同產(chǎn)生較大偏差，而且氣體擴(kuò)散過(guò)程受到重力、環(huán)境條件、初始狀態(tài)等諸多因素的影響，表現(xiàn)形式往往為湍流，理論方法的局限性被進(jìn)一步放大。而且計(jì)算模型往往是對(duì)計(jì)算對(duì)象進(jìn)行抽象和簡(jiǎn)化得到的，準(zhǔn)確性往往受到所做假設(shè)的限制，而且對(duì)于非線性情況，通常很難得到解析解。因此，有學(xué)者提出借助計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)，對(duì)包含有可燃、有毒物質(zhì)的擴(kuò)散等物理現(xiàn)象通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算和圖像顯示進(jìn)行分析，可以得到極其復(fù)雜的流場(chǎng)內(nèi)各個(gè)位置上的基本物理量（例如溫度、壓力、速率、濃度等）的分布，以及其在時(shí)間軸上的變化情況，還可以根據(jù)此推算出其他物理量。除了用于設(shè)施設(shè)備的化學(xué)品泄漏擴(kuò)散，還有學(xué)者將其應(yīng)用于工業(yè)VOCs排放的監(jiān)測(cè)、事故狀態(tài)下的人員疏散和應(yīng)急救援、輸油/氣管道、多米諾效應(yīng)分析等方面。比較常用的方法和模型有雷諾平均法、FEM模型、HEAVYGAS模型等。

(4)過(guò)程安全評(píng)估類(lèi)研究

過(guò)程安全評(píng)估類(lèi)方法是在本質(zhì)安全思想的基礎(chǔ)上，對(duì)整個(gè)化工過(guò)程生命周期進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法，對(duì)于化工工藝的不同時(shí)期有不同的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。常用的方法有反應(yīng)熱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估法、保護(hù)層分析法（LOPA）、F-N曲線分析法等

反應(yīng)熱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估法是研究化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中的熱效應(yīng)、壓力效應(yīng)和破壞效應(yīng)之間關(guān)系的方法，該方法通過(guò)物質(zhì)熱敏性分析、反應(yīng)量熱等測(cè)試，分析計(jì)算反應(yīng)熱平衡及失控反應(yīng)的邊界條件，對(duì)反應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)的可能性和嚴(yán)重度進(jìn)行綜合評(píng)估得出目標(biāo)工藝的危險(xiǎn)度。常用的物質(zhì)熱敏性分析方法有差示掃描量熱法、微量熱法、加速度量熱法、低熱慣性絕熱量熱法等；常用反應(yīng)量熱方法有熱流法、功率補(bǔ)償法、熱平衡法及帕爾帖法等。

保護(hù)層分析法（LOPA）主要是通過(guò)將系統(tǒng)的安全防護(hù)措施劃分為8類(lèi)保護(hù)層，在設(shè)定的事故模式下，計(jì)算各個(gè)保護(hù)層的失效概率，從而計(jì)算事故風(fēng)險(xiǎn)?？梢詰?yīng)用于安全儀表系統(tǒng)（SIS）的安全完整性等級(jí)（SIL）確定及降低，也可以利用其他方法（例如模糊數(shù)學(xué)理論、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型等）對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化改善、確定保護(hù)層失效概率等。

F-N曲線分析法是一種采用雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系劃分可容忍風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，以對(duì)發(fā)生傷亡事故的累積頻率和傷亡人數(shù)分布情況的圖形描述方法。該方法適用于具有充分?jǐn)?shù)據(jù)情況下的風(fēng)險(xiǎn)比較，便于理解，有利于風(fēng)險(xiǎn)決策，但是該方法無(wú)法說(shuō)明事故的影響范圍、發(fā)生方式等情況，通常情況下與其他方法結(jié)合使用（例如保護(hù)層分析法等）。

3.應(yīng)用

定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)被廣泛應(yīng)用于石油化工、水利、核工業(yè)以及航空航天等行業(yè)領(lǐng)域。以下主要對(duì)石油化工行業(yè)的應(yīng)用進(jìn)行論述。

(1)職業(yè)衛(wèi)生評(píng)估

石化企業(yè)的工程人員長(zhǎng)期暴露在有毒有害氣體、粉塵環(huán)境中，容易引起職業(yè)疾病。國(guó)際上通常采用的是國(guó)際采礦與金屬委員會(huì)（ICMM）職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法和新加坡半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估法，充分考慮職業(yè)病危害因素的危害水平和作業(yè)位的暴露水平等情況，半定量評(píng)估職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)，評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)較客觀。我國(guó)在2017年發(fā)布了《工作場(chǎng)所化學(xué)有害因素職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》（GBZ/T 298-2017），提出了危害特征評(píng)估的半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型以及致癌性、非致癌性?xún)煞N定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，進(jìn)一步完善了工作場(chǎng)所職業(yè)危害評(píng)估體系。

(2)過(guò)程安全管理

多米諾效應(yīng)分析：通過(guò)分析重大危險(xiǎn)源裝置設(shè)備等發(fā)生火災(zāi)、爆炸、泄漏等事故類(lèi)型及可能造成的后果，計(jì)算得到對(duì)臨近裝置、廠房造成的危害，分析造成二次、三次事故的概率[6]。工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)改造：通過(guò)保護(hù)層分析，計(jì)算在設(shè)定的事故模式下，各個(gè)保護(hù)層的失效概率，從而對(duì)容易失效的保護(hù)層進(jìn)行升級(jí)；通過(guò)物質(zhì)熱敏性分析、反應(yīng)量熱等測(cè)試，分析計(jì)算反應(yīng)熱平衡及失控反應(yīng)的邊界條件，對(duì)反應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)的可能性和嚴(yán)重度進(jìn)行綜合評(píng)估得出目標(biāo)工藝的危險(xiǎn)度，從而對(duì)工藝進(jìn)行優(yōu)化等。

(3)廠區(qū)布局設(shè)計(jì)

石化企業(yè)廠區(qū)建設(shè)前期或改造的過(guò)程中存在周邊安全條件以及與已有設(shè)施是否匹配等問(wèn)題?？梢酝ㄟ^(guò)建立在不同事故場(chǎng)景下的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算事故對(duì)設(shè)備設(shè)施及人員的影響范圍。在頻率和后果分析的基礎(chǔ)上，通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算得出死亡半徑、重傷半徑、輕傷半徑等參數(shù)，確定個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)等值線及社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)F-N曲線。依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)，判斷個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)及社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)是否滿(mǎn)足規(guī)范要求。下面以某液化石油氣儲(chǔ)存企業(yè)為例，通過(guò)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算可以得出死亡半徑、重傷半徑、輕傷半徑等參數(shù)，表1是80000m3液化石油氣儲(chǔ)罐管道完全破裂事故后果模擬表。圖1和圖2是采用CASST-QRA重大危險(xiǎn)源區(qū)域定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)軟件對(duì)某液化石油氣儲(chǔ)存企業(yè)進(jìn)行事故后果模擬分析，得到個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)等值線圖和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)等值線圖。分析結(jié)果顯示，該公司儲(chǔ)罐區(qū)3×10-7次/年個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)等值線范圍內(nèi)不存在高敏感場(chǎng)所、特殊高密度場(chǎng)所、重要目標(biāo)，1×10-6次/年個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)等值線范圍內(nèi)不存在居住類(lèi)高密度場(chǎng)所、公眾聚集類(lèi)高密度場(chǎng)所，公司個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)是可接受的；社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)曲線處于可容許區(qū)內(nèi)，社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)是可接受的。綜合以上，本項(xiàng)目外部安全防護(hù)距離可滿(mǎn)足要求。定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)通過(guò)確定安全防護(hù)距離，考慮事故發(fā)生時(shí)對(duì)已有設(shè)施的影響及對(duì)周邊敏感區(qū)域產(chǎn)生的安全風(fēng)險(xiǎn)，合理優(yōu)化廠區(qū)布局。

表1 80000m3液化石油氣儲(chǔ)罐管道完全破裂事故后果模擬表

圖1 個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)等值線圖

圖2 社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)等值線圖

(4)建筑抗爆改造

控制室等重要場(chǎng)所遭受爆炸沖擊波的破壞，會(huì)使整個(gè)廠區(qū)陷入癱瘓無(wú)法運(yùn)行，造成嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失，直接威脅到人員的生命安全?！妒突そㄖ锟贡O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50779）、《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50160-2018）、《危險(xiǎn)化學(xué)品安全專(zhuān)項(xiàng)整治三年行動(dòng)實(shí)施方案》等法律法規(guī)均指向控制室等人員集中建筑物需要進(jìn)行抗爆分析。由于工藝條件、地理位置等其他因素的限制，很多情況下無(wú)法通過(guò)調(diào)整布局來(lái)減少爆炸沖擊波對(duì)建筑的影響。因此在控制室的抗爆改造中，需要進(jìn)行更嚴(yán)格的計(jì)算及材料選擇，以滿(mǎn)足抗爆要求。通過(guò)事故影響法篩選所有可能的爆炸事故場(chǎng)景，計(jì)算出不同區(qū)域的超壓值及作用時(shí)間。參考中石化的風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)要求，確定目標(biāo)建筑物在受到各個(gè)場(chǎng)景可能發(fā)生爆炸事故產(chǎn)生的沖擊波超壓6.9kPa以上，或者爆炸沖量在207kPa·ms以上。將爆炸發(fā)生的概率作為參考因素，使用累積頻率法，得到一萬(wàn)年發(fā)生一次事故或根據(jù)最大可信事故場(chǎng)景確定的爆炸沖擊波參數(shù)，作為控制室抗爆改造的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。根據(jù)側(cè)向超壓超出曲線確定目標(biāo)建筑物的超壓設(shè)計(jì)載荷，以此對(duì)已建成投用的控制室等重要建筑進(jìn)行抗爆改造。

(5)應(yīng)急措施建立

缺乏有效的應(yīng)急反應(yīng)是一些重大工藝安全事故發(fā)生的重要原因之一。因此，石化企業(yè)需要編制應(yīng)對(duì)緊急情況的計(jì)劃，提升員工的應(yīng)急反應(yīng)能力，以防止小的異常事件或事故演變成大事故或?yàn)?zāi)難，從而減少人員傷害、減輕環(huán)境破壞和免遭財(cái)產(chǎn)損失。通過(guò)事故影響評(píng)價(jià)法，模擬計(jì)算事故發(fā)生過(guò)程，確定事故發(fā)生時(shí)離事故中心不同距離的區(qū)域可能受到的影響和存在的危險(xiǎn)，如熱輻射、沖擊波及毒性氣體擴(kuò)散等。在此基礎(chǔ)上對(duì)工藝系統(tǒng)進(jìn)行工藝危害分析，提出準(zhǔn)備應(yīng)急救援設(shè)備、急救與醫(yī)療搶救、設(shè)計(jì)緊急撤退路線、逃生出口、避難區(qū)域、消防設(shè)施分布、外部救援及現(xiàn)場(chǎng)具體的應(yīng)急反應(yīng)程序等措施，形成應(yīng)急預(yù)案或指南，以完善企業(yè)應(yīng)急反應(yīng)系統(tǒng)。定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)針對(duì)石化企業(yè)可能發(fā)生的事故場(chǎng)景，通過(guò)計(jì)算模擬了解相關(guān)后果，為應(yīng)急設(shè)施的建立及應(yīng)急預(yù)案的編制提供數(shù)據(jù)支持，有助于提高相關(guān)人員的應(yīng)急能力，是防止緊急情況演變?yōu)橹卮笫鹿剩瑴p輕事故后果的重要途徑。

4.定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)局限性與展望

(1)局限性

定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)存在較多局限性，例如，計(jì)算量大，需要依賴(lài)強(qiáng)大的邏輯思維能力或借助計(jì)算機(jī)等輔助設(shè)備。對(duì)于系統(tǒng)計(jì)算中涉及到的裝置失效概率、偏離因子等各類(lèi)參數(shù)的確定需要投入大量的精力，例如需要收集各裝置工藝操作條件和設(shè)備臺(tái)賬，對(duì)裝置和儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行定量計(jì)算，確定每一個(gè)泄漏單元內(nèi)的危險(xiǎn)物料、工藝參數(shù)（溫度、壓力等）、設(shè)備設(shè)施及規(guī)格（主要設(shè)備、工藝管道、法蘭、閥門(mén)、儀表接管等）、泄漏單元的物料存量等信息。各類(lèi)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和適應(yīng)性也難以確定。各國(guó)國(guó)情不同，他國(guó)的數(shù)據(jù)對(duì)于我國(guó)國(guó)內(nèi)適應(yīng)性也必然不同，而且國(guó)內(nèi)不同地點(diǎn)，不同的環(huán)境，變量較多，難以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和適應(yīng)性。

(2)展望

伴隨著社會(huì)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析技術(shù)、地理位置信息系統(tǒng)技術(shù)（GIS）、遙感技術(shù)等日益成熟，而定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)作為一種數(shù)學(xué)分析方法，也必然會(huì)跟隨著社會(huì)的進(jìn)步而進(jìn)步，以上技術(shù)也必定在定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中得到綜合應(yīng)用。

①計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析技術(shù)在定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

對(duì)于定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析技術(shù)中的應(yīng)用主要包含數(shù)據(jù)基礎(chǔ)邏輯分析技術(shù)、數(shù)據(jù)可視化技術(shù)及大數(shù)據(jù)分析技術(shù)等方面。由于在某一具體單位進(jìn)行定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)時(shí)會(huì)涉及較多的事故場(chǎng)景，對(duì)于各個(gè)事故場(chǎng)景又對(duì)應(yīng)不同的事故劇情，數(shù)據(jù)復(fù)雜，事故數(shù)學(xué)模型較多，工作量大，因此需要借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析。對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間累積收集的數(shù)據(jù)運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)進(jìn)行儲(chǔ)存、歸納、總結(jié)，省時(shí)省力。對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算的結(jié)果可以以可視化風(fēng)險(xiǎn)地圖的形式進(jìn)行展示，例如毒氣擴(kuò)散后果、火災(zāi)輻射后果、個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)影響等都可以在地圖中直觀表示出來(lái)，直觀生動(dòng)。

②地理位置信息系統(tǒng)技術(shù)在定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

工業(yè)風(fēng)險(xiǎn)地圖主要用于標(biāo)識(shí)工業(yè)裝置對(duì)周邊脆弱人口的影響，隨著地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)的不斷成熟，風(fēng)險(xiǎn)地圖中數(shù)據(jù)嵌入模式也會(huì)發(fā)生變化。但是目前風(fēng)險(xiǎn)可視化研究中，風(fēng)險(xiǎn)均為靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，無(wú)法做到動(dòng)態(tài)監(jiān)控，這也是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)比較重要的方向。

③遙感技術(shù)在定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

遙感技術(shù)由于其信息直觀、豐富、簡(jiǎn)單易行的優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越被大眾所接受和喜愛(ài)。隨著國(guó)內(nèi)的遙感衛(wèi)星商化率的提高和激光雷達(dá)技術(shù)的日益成熟，遙感技術(shù)在應(yīng)急管理領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)迎來(lái)了發(fā)展的黃金時(shí)期，其在危險(xiǎn)品監(jiān)測(cè)監(jiān)控、應(yīng)急疏散、環(huán)境治理上存在巨大潛力。