天然氣泄漏事故的定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

天然氣泄漏事故的定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

一、天然氣連續(xù)泄漏事件樹根據(jù)燃料消耗的分類，天然氣火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)類別為i類，是一種易于分解的危險(xiǎn)物質(zhì)。當(dāng)天然氣和空氣混合濃度達(dá)到5%-14%時(shí)，它們?cè)谒粗袝?huì)發(fā)生燃燒和爆炸。天然氣連續(xù)泄漏,可能導(dǎo)致的后果包括噴射火、閃火、蒸氣云爆炸(VCE)和安全擴(kuò)散。圖1為天然氣連續(xù)泄漏事件樹。泄漏的天然氣如果被立即點(diǎn)燃,主要形成噴射火;泄漏的天然氣如果延遲點(diǎn)燃,形成的云團(tuán)可能導(dǎo)致閃火和蒸氣云爆炸,其結(jié)果取決于云團(tuán)的范圍和受限空間;如果泄漏的天然氣濃度很低,未被點(diǎn)燃,也可能安全擴(kuò)散。立即點(diǎn)燃的發(fā)生概率由物質(zhì)的反應(yīng)活性所決定。天然氣屬低反應(yīng)活性物質(zhì),不同泄漏情況下立即點(diǎn)燃的概率見表1。延遲點(diǎn)燃的概率取決于點(diǎn)火源的強(qiáng)度、位置、運(yùn)行系數(shù)以及蒸氣云團(tuán)在點(diǎn)火源位置所持續(xù)的時(shí)間。點(diǎn)火源可能是點(diǎn)源(火炬)、線源(公路、鐵路、高壓線等)及面源(點(diǎn)火源不確定的工業(yè)區(qū)等)。二、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的例子分析1、定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)采用挪威船級(jí)社(DNV)開發(fā)的定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)軟件包LEAK、PHASTRISK和PHAST進(jìn)行定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),其中,LEAK是用于計(jì)算各種石油化工裝置事故發(fā)生頻率的計(jì)算軟件,PHASTRISK是用于定量風(fēng)險(xiǎn)分析和危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的計(jì)算軟件,PHAST則是分析PHASTRISK的計(jì)算后果與影響評(píng)價(jià)因素的綜合模塊。2、項(xiàng)目描述(1)班2人,工藝體驗(yàn)?zāi)程烊粴夥州斦菊緝?nèi)有站長3人,每班2人,工作時(shí)間不固定,24h在站內(nèi);有調(diào)度18人,每班6人,每天工作12h,日夜班每周輪換;有維修工6人,每班2人,每天工作12h;保安2人,每班1人。站長、調(diào)度和維修工每工作60天,休息30天,每年在現(xiàn)場(chǎng)的時(shí)間比例為0.67;保安每工作180天,休息15天,每年在現(xiàn)場(chǎng)的時(shí)間比例為0.92。站內(nèi)設(shè)有3個(gè)匯管區(qū),A匯管設(shè)計(jì)壓力5.5MPa,連通5條支路(A1、A2、A3、A4、A5)和B匯管;B匯管設(shè)計(jì)壓力7.5MPa,連通3條支路(B1、B2、B3)、A匯管和C匯管;C匯管設(shè)計(jì)壓力10.0MPa,連通2條支路(C1、C2)和B匯管,見圖2。(2)不同氣候、風(fēng)向?qū)Υ髿夥€(wěn)定度的影響根據(jù)大氣穩(wěn)定度等級(jí)及擴(kuò)散參數(shù)的規(guī)定,大氣穩(wěn)定度等級(jí)采用修訂的帕斯奎爾(Pasquill)穩(wěn)定度分級(jí)(簡(jiǎn)記P·S),分為A(強(qiáng)不穩(wěn)定)、B(不穩(wěn)定)、C(弱不穩(wěn)定)、D(中性)、E(較穩(wěn)定)和F(穩(wěn)定)六級(jí),不同氣候下大氣穩(wěn)定度等級(jí)見表2。在不同風(fēng)向條件下,不同風(fēng)速和大氣穩(wěn)定度的發(fā)生頻率見表3。1A表示風(fēng)速為1m/s,大氣穩(wěn)定度為A。(3)自動(dòng)計(jì)算點(diǎn)火源點(diǎn)火源的點(diǎn)火概率見表4。由于評(píng)價(jià)軟件可自動(dòng)將區(qū)域內(nèi)的人員作為點(diǎn)火源進(jìn)行計(jì)算,因此表中點(diǎn)火源未列出“人員”一項(xiàng)。設(shè)食堂的操作白天為6h,晚上為2h。3、失敗模型(1)單元?jiǎng)澐忠姳?根據(jù)分輸站場(chǎng)的操作工藝流程,對(duì)探測(cè)和切斷系統(tǒng)分級(jí),將其劃分為12個(gè)單元,分別為01(A1單元)、02(A2單元)、03(A3單元)、04(A4單元)、05(A5單元)、06(AB聯(lián)通線)、07(B1單元)、08(B2單元)、09(B3單元)、10(BC聯(lián)通線)、11(C1單元)和12(C2單元)。(2)離散泄漏在進(jìn)行后果分析時(shí),由于計(jì)算所有泄漏尺寸所對(duì)應(yīng)的后果的計(jì)算量大,因此在實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算中,往往采用一組離散的泄漏尺寸代表可能的泄漏情況。定義的泄漏孔徑類型見表5。(3)不同泄漏孔徑時(shí),有泄漏時(shí)間不同結(jié)合設(shè)計(jì)文件,確定各工藝單元不同泄漏孔徑對(duì)應(yīng)的泄漏時(shí)間,當(dāng)泄漏孔徑為5mm時(shí),泄漏時(shí)間為60min;當(dāng)泄漏孔徑為25mm時(shí),泄漏時(shí)間為40min;當(dāng)泄漏孔徑為100mm時(shí),泄漏時(shí)間為20min;當(dāng)泄漏孔徑為400mm(站內(nèi)工藝設(shè)施或管道發(fā)生破裂)時(shí),氣液聯(lián)動(dòng)閥門自動(dòng)切斷,將此時(shí)的泄漏時(shí)間設(shè)為2min。(4)泄漏點(diǎn)的阻力式泄漏工藝設(shè)施或管道內(nèi)高壓天然氣的泄漏可能有水平、垂直向上、垂直向下三種泄漏方向。對(duì)于橫截面為圓形的管道或容器,泄漏位置大致可分為4個(gè)區(qū)域(見圖3)。對(duì)于地上工藝設(shè)施的泄漏,當(dāng)泄漏點(diǎn)位于1區(qū)域時(shí),會(huì)形成垂直向上的無阻擋式泄漏,所占比例為20%。當(dāng)泄漏點(diǎn)位于2、4區(qū)域時(shí),會(huì)形成水平方向的泄漏,所占比例各為30%。根據(jù)周邊設(shè)施的阻擋情況,又可分為無阻擋式泄漏和水平撞擊式泄漏,其中水平無阻擋式泄漏占25%,水平撞擊式泄漏占75%。當(dāng)泄漏點(diǎn)位于3區(qū)域時(shí),會(huì)形成垂直向下的泄漏,初始的泄漏由于和地面發(fā)生碰撞,被地面削弱形成被動(dòng)式泄漏,所占比例為20%。過濾器多為豎向結(jié)構(gòu),其泄漏主要為水平泄漏,其中水平無阻擋式泄漏占25%,水平撞擊式泄漏占75%。對(duì)于埋地管道的泄漏方向,中、小孔徑為水平撞擊式泄漏;大孔徑和破裂泄漏水平撞擊占75%,動(dòng)力45°方向占25%。計(jì)算模擬時(shí),設(shè)地上設(shè)施的泄漏點(diǎn)高度距離地面1m,埋地管道的泄漏點(diǎn)高度距離地面0m。4、結(jié)果模擬(1)不同高度破裂導(dǎo)致的水平泄漏利用PHAST軟件計(jì)算泄漏后果,10、11和12單元破裂導(dǎo)致的水平泄漏在6D的氣象條件下,形成噴射火的影響范圍最大,4.0、12.5、37.5kW/m2熱輻射值的影響范圍分別達(dá)到583、417和313m。(2)下泄漏在8d的氣象條件下,下泄漏在天然氣中閃火的濃度利用PHAST軟件計(jì)算泄漏后果,10、11和12單元破裂導(dǎo)致的向下泄漏在8D的氣象條件下,形成閃火的影響范圍最大,三個(gè)單元的LEL(爆炸下限,指天然氣與空氣組成的混合物遇火源發(fā)生爆炸的最低濃度)和0.5LEL的影響范圍分別達(dá)到920m和1490m。(3)蒸氣云的影響發(fā)生蒸氣云爆炸必須滿足兩個(gè)條件,一是從燃料開始泄漏至點(diǎn)燃蒸氣云應(yīng)該有一段延遲時(shí)間,以形成達(dá)到爆炸極限的預(yù)混蒸氣;二是必須存在強(qiáng)的點(diǎn)火源或某些火焰加速機(jī)理,才能形成強(qiáng)的爆炸波。根據(jù)國外的泄漏事件統(tǒng)計(jì)和試驗(yàn)結(jié)果,少量蒸氣云不足以形成VCE,只會(huì)形成閃火;在受限空間和蒸氣云發(fā)生擾流時(shí)才會(huì)發(fā)生破壞性超壓。蒸氣云必須達(dá)到一定的質(zhì)量,才會(huì)發(fā)生破壞性超壓。蒸氣云的量由其組分而定,某些具有高燃燒速率、活性比較高的物質(zhì),例如氫氣、乙炔可能產(chǎn)生破壞性爆炸。大的化工裝置或建構(gòu)筑物可提供部分受限環(huán)境并增加擾流的機(jī)會(huì),閃火轉(zhuǎn)變成蒸氣云爆炸的可能性大。根據(jù)PHAST軟件的模擬結(jié)果,工藝設(shè)施或管道泄漏形成的蒸汽云云團(tuán)的質(zhì)量很低,且站場(chǎng)周邊無大型的建構(gòu)筑物,天然氣泄漏后形成受限空間的可能性較小,一般不會(huì)發(fā)生蒸氣云爆炸。5、可忽略風(fēng)險(xiǎn)傳播個(gè)人年度風(fēng)險(xiǎn)(IRPA)是指站場(chǎng)各作業(yè)崗位正常工作人員的平均死亡風(fēng)險(xiǎn),在計(jì)算過程中考慮了個(gè)體在白天和夜晚暴露于不同場(chǎng)所的時(shí)間系數(shù)。參考國外的風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合國內(nèi)的實(shí)際情況,認(rèn)為IRPA>10-3/a為不可接受風(fēng)險(xiǎn),而IRPA<10-5/a為可忽略風(fēng)險(xiǎn)。如果個(gè)人年度風(fēng)險(xiǎn)高于10-3/a,意味著員工承受的風(fēng)險(xiǎn)較高,需立即采取措施;如果個(gè)人年度風(fēng)險(xiǎn)低于10-5/a,意味著員工承受的風(fēng)險(xiǎn)較低,無需采取進(jìn)一步的風(fēng)險(xiǎn)降低措施;如果個(gè)人年度風(fēng)險(xiǎn)介于10-3~10-5/a之間,則意味著員工承受的風(fēng)險(xiǎn)水平處于最低合理可行區(qū)域(ALARP區(qū)域),站場(chǎng)可根據(jù)自身的實(shí)際情況確定是否采取特定措施。該準(zhǔn)則可用于指導(dǎo)定量評(píng)價(jià)分輸站員工的個(gè)人年度風(fēng)險(xiǎn)值。根據(jù)站場(chǎng)作業(yè)崗位的設(shè)置和各崗位工作人員的換班情況和工作流程,計(jì)算得出各崗位的個(gè)人年度風(fēng)險(xiǎn)值,見表6。相對(duì)而言,個(gè)人年度風(fēng)險(xiǎn)值偏高的崗位是維修工,其風(fēng)險(xiǎn)值為8.55×10-4/a,這主要是因?yàn)榫S修工接觸工藝設(shè)備區(qū)時(shí)間較長。站場(chǎng)內(nèi)各作業(yè)崗位的個(gè)人年度風(fēng)險(xiǎn)值均在ALARP區(qū)域內(nèi)。三、主要系統(tǒng)的研究(1)采用定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)軟件可對(duì)石油化工裝置事故進(jìn)行定量風(fēng)險(xiǎn)模擬與評(píng)價(jià),但需結(jié)合工程實(shí)際,對(duì)氣象條件、人