（控制理論與控制工程專業(yè)論文）基于世行標準的事故分析方案及實現(xiàn).pdf

摘要 基于世行標準的事故分析方案及實現(xiàn) 摘要 隨著工業(yè)化進程的迅猛發(fā)展，重大事故不斷發(fā)生，對重大事故后果 預測顯得舉足輕重。為了減輕事故的危害，人們對已發(fā)生的事故進行了 分析，總結出多種重大事故后果預測模型對事故進行模擬，以制定相應 的應急救援預案。 本文以世界銀行頒布的“工業(yè)風險評估技術標準 為基礎，針對重 大火災、爆炸和毒性場所的危險性提出了一套基于世行標準的事故分析 方案。該方案分為危險源辨識、后果計算和應急救援三部分，形成了一 套完整的事故分析過程。通過危險源辨識確定危險的場所，然后對危險 場所進行后果計算，確定危險場所的危險程度，最后根據(jù)計算得到的后 果制定相應的應急響應程序和應急救援預案，減少事故損害。其中，后 果計算是方案最核心的部分。本方案以世行標準的后果計算模型為基 礎，引入了部分最新的計算模型，同時新增了粉塵爆炸和灼傷事故的后 果計算模型，使其分析更全面，應用范圍更廣。后果計算部分通過計算 機軟件實現(xiàn)，通過對后果計算分析流程進行改進，避免了人工分析時， 存在的計算量大、分析流程復雜等缺點。同時，根據(jù)計算的結果，劃分 “危險區(qū)域”，便于制定應急響應程序和應急救援方案。 經中石化某己內酰胺擴建生產線的案例證實，該方案取得較好的效 果，軟件功能齊全、使用簡單，實用性強。 北京化t 大學碩十學位論文 關鍵詞：重大事故，后果分析，國際標準，危險源辨識，應急救援，計算 機輔助技術 i i 摘要 a na c c i d e n ta n a l y s i sp r o g r a mb a s e do n w o r l db a n ks t a n d a r da n ds o f t w a r e i m p l e m e n t a b s t r a ct a st h ed e v e l o p m e n to fi n d u s t r y , t h ef r e q u e n c yo fm a jo ra c c i d e n t si s i n c r e a s i n ga sw e l l ，s ot h es a f e t yp r o b l e mh a sb e c o m em o r eo u t s t a n d i n g i n o r d e rt or e d u c et h eh a r mc a u s e db ya c c i d e n t s ，r e s e a r c h e r sh a v ea n a l y s i z e d t h ea c c i d e n t sa l r e a d yh a p p e n e da n ds u m m a r i z e dm a n yf o r e c a s tm o d e lso f m a j o ra c c i d e n t s ，t os i m u l a t et h ea c c i d e n t sa n dd ot h ee m e r g e n c yr e s p o n s e p l a n a i m i n ga t t h ef a t a l n e s so ft h ep l a c e s f i r e ，e x p l o s i o n o rl e a k a g e a c c i d e n t so c c u r e ，t h i sp a p e rp r o p o s e sa na c c i d e n ta n a l y s i sp r o g r a mb a s e do n t h e ，p u b l i s h e db yt h e w o r l db a n k i tc o n s i s t d so fh a z a r di d e n t i f i c a t i o n ，c o n s e q u e n c e sc a l c u l a t i o n a n de m e r g e n c yr e s u c e b yt h eh a z a r di d e n t i f i c a t i o nm o d u l e ，t h em a j o r h a z a r d sc a nb e c o n f i r m a b l e t h e n ，u s i n gt h ec o n s e q u e n c e s c a l c u l a t i o n m o d u e lt oc a l c u l a t et h er e s u l t s w i t ht h e s er e s u l t s ，e m e r g e n c yr e s u c ec a nb e p l a n n e d t h ec o n s e q u e n c e sc a l c u l a t i o nm o d u e lb a s e so nt h e w o r l db a n k s t a n d a r d ，a b s o r b s s o m en e wc a l c u l a t i o nm o d e l s ，b e s i d e s ，a d d st h e i i i 北京化t 人學碩 學位論文 c a l c u l a t i o nm o d e l so fd u s t e x p l o s i o n a n db u m s t h ec o n s e q u e n c e s c a l c u l a t i o nm o d u e li si m p l e m e n t e db yac o m p u t e rp r o g r a m ，t oa v o i dt h e f a u l t so fl a r g ea m o u n to fc a l c u l a t i o na n dc o m p l e xa n a l y s i sp r o c e s si nt h e a r t i f i c i a la n a l y s i sm e t h o d a c c o r d i n gt ot h ec a l c u l a t i o nr e s u l t s ，d e m a r c a t e s t h ed a n g e r o u sd i s t r i c t sa n dp u t sf o r w a r dt h e c o r r e s p o n d i n ge m e r g e n c y d e c i s i o n s t h ee x a m p l e s r e s u l ts h o w st h a tt h es o f t w a r ew o r k sw e l l k e y w o r d s ：m a jo r , c o n s e q u e n c e sa n a l y s i s ，i n t e m a t i o n a ls t a n d a r d ，h a z a r d i d e n t i f i c a t i o n ，e m e r g e n c yr e s c u e ，c o m p u t e r - a i d e dt e c h n o l o g y 符號說明 符號說明 i f c b l e v e u m l a p i l f l u f l 世界銀行 沸液膨脹蒸汽爆炸 統(tǒng)一建模語言 美國石油協(xié)會 爆炸下限 爆炸上限 北京化工大學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下，獨 立進行研究工作所取得的成果。除文中已經注明引用的內容外，本 論文不含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本 文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均己在文中以明確方式標 明。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。 作者簽名：妻氣堂。醫(yī)日期：皇受益! 堇：至1 關于論文使用授權的說明 學位論文作者完全了解北京化工大學有關保留和使用學位論文的 規(guī)定，即：研究生在校攻讀學位期間論文工作的知識產權單位屬北 京化工大學。學校有權保留并向國家有關部門或機構送交論文的復 印件和磁盤，允許學位論文被查閱和借閱；學?？梢怨紝W位論文 的全部或部分內容，可以允許采用影印、縮印或其它復制手段保存、 匯編學位論文。 保密論文注釋：本學位論文屬于保密范圍，在上年解密后適用本 授權書。非保密論文注釋：本學位論文不屬于保密范圍，適用本授 權書。 作者簽名： 導師簽名： 殳遂尿期 期 日 日 第一章緒論 1 1 引言 第一章緒論 由于化學工業(yè)的原料及產品絕大多數(shù)具有易燃、易爆、有毒有害、并具有強腐 蝕性、連續(xù)生產、設備種類繁多、技術復雜的特點，因而，石油化工行業(yè)是一個非 常危險的領域，稍有不慎，就可能造成破壞性大、后果嚴重的事故。這樣的案例較 多，例如國內影響較大的有1 9 8 9 年8 月1 2 日，中國石油總公司勝利輸油公司黃島 油庫發(fā)生特大火災爆炸事故【l 】，大火燃燒了1 0 4 個小時才撲滅，燒掉原油3 6 0 0 噸， 燒毀油罐5 座，死亡1 9 人( 其中包括l o 余名消防隊員) ，直接經濟損失3 5 4 0 萬元， 此次特大火災爆炸事故的直接原斟l 】是由于非金屬油罐( 半地下混凝土油罐) 本身 存在缺陷，遭受對地雷擊，產生的感應火花引燃罐內的油氣所致；1 9 9 7 年6 月2 7 日2 1 時2 6 分，北京東方化工廠灌區(qū)特大火災和爆炸事故【1 1 ，火勢嚴重擴展，大火 至6 月3 0 日4 時5 5 分才完全熄滅，這是一起國內外罕見的特大事故。此次事故中 共9 人死亡，經濟損失巨大，造成惡劣影響。專家組認定的“6 2 7 ”特大事故是由 于【2 】操作工人錯開閥門，使得泵出的輕柴油溢入處于滿載的石腦油罐。“冒頂”溢出 的石腦油及油氣在大氣中迅速擴散，使某些區(qū)域的油氣濃度達到爆炸范圍，遇到火 源引發(fā)泵房及石腦油灌區(qū)的一系列爆炸和燃燒，隨后，臨近的乙烯儲罐，被燒烤引 起爆炸。大強度爆炸驅動的可燃物形成火球和“火雨 向四周噴射，導致強烈的破 壞。 據(jù)我國1 9 4 9 - 1 9 8 2 年3 3 年間發(fā)生的化學工業(yè)事故統(tǒng)計資料【3 a 】：各種事故所造 成的死亡人數(shù)中，以火災、爆炸、中毒事故為最多，占2 0 3 ，居第一位，遠高于 其他類型的事故。改革開放以來，大中小型化工建設項目如雨后春筍般迅猛發(fā)展， 火災、爆炸和中毒事故隨之大幅度增多。1 9 9 6 n 2 0 0 0 年我國化工行業(yè)統(tǒng)計的1 0 6 0 起 傷亡事故中，造成死亡人數(shù)最多的是化學爆炸事故，占總死亡人數(shù)的2 4 7 7 。據(jù) 1 9 7 9 - - 1 9 8 8 年全國2 8 個省市化肥、化工、煉油行業(yè)生產的不完全統(tǒng)計，化工設備共 發(fā)生火災爆炸事故2 5 2 起，占全部設備重大事故的4 5 7 。1 9 8 3 1 9 8 7 年全國煉油 生產過程中發(fā)生的爆炸事故約占事故總數(shù)的4 0 以上。 國外發(fā)達國家的火災、爆炸和中毒事故也層出不窮，一些發(fā)達國家的統(tǒng)計資料 表明，在工業(yè)企業(yè)發(fā)生的爆炸事故中，化工企業(yè)占三分之一，據(jù)日本【4 】報道，僅1 9 7 2 年1 1 月1 9 7 4 年4 月的一年半內，日本的石油化工廠發(fā)生了二十次重大火災爆炸事 故。因此預防和控制石化行業(yè)火災、爆炸和中毒事故的發(fā)生，對于減少人員傷亡、 財產損失和保護環(huán)境，維護社會穩(wěn)定具有十分重要的意義，開展石油化工行業(yè)的安 全評價，降低事故發(fā)生率，減少事故損失也日益為人們所重視。 北京化t 大學碩上學位論文 1 2 國內外安全評價研究與發(fā)展現(xiàn)狀 安全評價也稱安全性評價，或稱危險性評價、風險評價?！霸u價”( a s s e s s m e n t ) 也有人譯為“評估”【3 1 。安全評價是對系統(tǒng)發(fā)生事故的危險性進行定性或定量分析， 評價系統(tǒng)發(fā)生危險的可能性及其嚴重程度，以尋求最低的事故率、最少的損失和最 優(yōu)的安全投資效益。安全評價是安全管理和決策科學化的基礎，是依靠現(xiàn)代科學技 術預防事故的具體體現(xiàn)【5 ，6 ，7 1 。 1 2 1 國外安全評價方法研究史與現(xiàn)狀 安全評價技術起源于2 0 世紀3 0 年代的保險業(yè)【引。第二次世界大戰(zhàn)后，隨著工 業(yè)過程同趨大型化和復雜化，尤其是石油化工工業(yè)的發(fā)展，生產中的火災、爆炸、 毒氣擴散等重大惡性事故不斷發(fā)生，事故預防、安全管理受到廣泛的重視【9 , 1 0 1 。但 最早也是由美國和以英國為中心的歐洲開始了這方面的研究。1 9 6 4 年美國道化學公 司最先推出了適用于化工企業(yè)的火災、爆炸危險性評價方法。采用這種方法，有效 地防止了化工系統(tǒng)的火災、爆炸事故。隨著對這種方法的不斷完善，經過幾十年的 實踐，到目前已經發(fā)展到第七版。1 9 7 6 年，以道化學公司的火災、爆炸指數(shù)法第三 版為藍本，日本勞動省公布了“化學聯(lián)合企業(yè)安全評價”六階段評價法等。1 9 7 9 年， 英國帝國化學工業(yè)公司蒙德部結合道化學法第三版并加以擴充，提出了i c im o n d 評價法【1 1 , 1 2 】。 6 0 年代后期，隨著航空、航天、核工業(yè)等高新技術領域的發(fā)展，以概論j x l 險評 價( p r a ) 為代表的系統(tǒng)安全評價技術得到了迅速發(fā)展。該方法從1 9 7 4 年拉姆遜教 授( p r o f n o r - m a nc r a s m u s s e n ) 評價民用核電站的拉姆遜報告開始，繼而有1 9 7 7 年的英國坎威島( c a n v e yi s l a n d ) 石油化工聯(lián)合企業(yè)的危險評價，1 9 7 9 年德國對1 9 座大型核電站的危險評價，1 9 7 9 年荷蘭雷杰蒙德( r i j n m o n d ) 六項石油化工裝置的 危險評價等都是使用概率評價方法。這些評價項目都耗費了大量的人力、物力，在 方法的討論、數(shù)據(jù)的取舍、不確定性的研究以及災害模型的研究等方面均有所建樹， 對大型企業(yè)的危險評價方法影響較大。這種方法在系統(tǒng)結構簡單、清晰，相同原件 的基礎數(shù)據(jù)相互借鑒性強的行業(yè)得到了廣泛應用，如在航空、航天、核能等領域。 另一方面，該方法要求數(shù)據(jù)準確、充分，分析過程完整，判斷和假設合理。對于石 化、煤礦等行業(yè)，由于系統(tǒng)復雜，不確定性因素多，人員失誤概率的估計十分困難， 因此，這類方法至今未能在此類行業(yè)中取得突破性進展。隨著模糊概率理論的進一 步發(fā)展，概率風險評價方法的缺陷將會得到一定程度的克服【1 3 】。但是使用概率風險 評價方法需要取得組成系統(tǒng)各零件和子系統(tǒng)發(fā)生故障的概率數(shù)據(jù)，目前在民用工業(yè) 2 第一章緒論 系統(tǒng)中，這類數(shù)據(jù)的積累還很不充分，是使用這一方法的根本性障礙。英國以原子 能公司為中心，從6 0 年代中期就開始收集有關核電站的數(shù)據(jù)，建立了故障數(shù)據(jù)庫和 可靠性服務所，對系統(tǒng)的安全性和可靠性問題，采用概率風險評價方法。此后，這 類評價方法已經在工業(yè)發(fā)達國家的許多項目中得到了廣泛的應用，逐步形成了一系 列以概率論為基礎的不同的安全評價方法。最常用的評價方法有故障樹分析( f t a ) 、 事件樹分析( e t a ) 、危險可操作性研究( h a z o p s ) 、預先危險性分析( p h a ) 等【1 4 , 1 5 】。 2 0 世紀7 0 年代以后，隨著科學技術的進一步發(fā)展，石油化工和運輸?shù)刃袠I(yè)一 次性處理易燃、易爆、有毒危險品的數(shù)量越來越大，重大火災、爆炸、毒氣泄漏事 故的發(fā)生頻率增加，后果更加嚴型1 6 1 。例如：1 9 7 4 年英國夫利克斯保羅( f l i x b o r o u g h ) 化工廠發(fā)生的環(huán)己烷蒸汽云爆炸事故中，死亡2 8 人、受傷8 9 人、2 4 5 0 棟房屋損壞， 直接經濟損失達7 0 0 萬美元；1 9 7 6 年意大利的賽韋索工廠發(fā)生大量環(huán)己烷泄漏事故， 使3 0 人受傷、2 2 萬人疏散【l 】；1 9 8 4 年墨西哥城液化石油氣供應中心站發(fā)生爆炸， 事故中約有4 9 0 人死亡、4 0 0 0 多人受傷、另有9 0 0 多人失蹤，1 2 0 萬人撤離家園， 供應站內所有設施毀損殆劇l 】；1 9 8 8 年英國北海石油平臺因天然氣壓縮間發(fā)生大量 泄漏而大爆炸，在平臺上工作的2 3 0 余名工作人員僅6 7 人幸免于難，使英國北海油 田減產1 2 t l j ；1 9 8 4 年1 2 月3 日印度博帕爾聯(lián)合碳化公司發(fā)生5 5 噸甲基異氰酸酯 泄漏事故，造成2 5 0 0 多人中毒死亡，2 0 余萬人中毒，其中5 萬人失明，全世界為 之震驚【i 】。這些震驚世界的慘禍，在社會上引起強烈的反響，世界各國都成立了專 門的機構以加強對危險源的評價和控制工作。 1 2 2 國內安全評價研究與發(fā)展現(xiàn)狀 安全系統(tǒng)工程于二十世紀八十年代初期引入我國，并受到許多大中型企業(yè)和行 業(yè)管理部門的高度重視，通過翻譯、消化和吸收國外安全檢查表和安全分析評價方 法，機械、冶金、化工、航天、航空等行業(yè)的有關企業(yè)開始應用簡單的安全分析評 價方法，如安全檢查表、事故樹分析等。此外，一些石油、化工等易燃、易爆危險 性較大的企業(yè)，也應用道化學公司的火災、爆炸危險指數(shù)評價方法進行了企業(yè)危險 評價【1 7 】。許多行業(yè)和地方政府有關部門制定了安全檢查表和安全評價標準。 為了推動和促進危險評價方法在我國企業(yè)安全管理中的實踐和應用，1 9 8 6 年勞 動人事部門分別向有關科研單位下達了機械工廠危險程度分級、化工廠危險程度分 級等科研項目。 1 9 8 7 年機械電子部首先提出了在機械行業(yè)內開展機械工廠安全評價，并于1 9 8 8 年頒布了第一個部安全評價標準機械工廠安全評價標準。 由原化工部勞動保護研究所提出的化工廠危險程度分級方法是在吸收道化學公 司火災、爆炸危險指數(shù)評價方法的基礎上，通過計算物質指數(shù)、物量指數(shù)和工藝系 3 北京化t 大學碩上學位論文 數(shù)、設備系數(shù)、廠房系數(shù)、安全系數(shù)、環(huán)境系數(shù)等，得出工廠的固有危險指數(shù)，進 行固有危險性分級，用工廠安全管理的等級修正后，得出工廠的危險等級。 除上述危險程度分級方法外，我國有關部門還頒布了醫(yī)藥工業(yè)企業(yè)安全性評 價通則、航空航天工業(yè)工廠安全性評價規(guī)程、石化企業(yè)安全性綜合評價辦法、 電子企業(yè)安全性評價標準、兵器工業(yè)機械工廠安全性評價方法和標準等。 1 9 9 1 年國家“八五”科技攻關課題中，危險評價方法研究列為重點攻關項目。 由勞動部勞動保護科學研究所等單位完成了我國“八五”國家科技攻關專題“易燃、 易爆、有毒重大危險源辨識、評價技術研究 【l8 1 。易燃、易爆、有毒重大危險源辨 識評價方法填補了我國跨行業(yè)重大危險源評價方法的空白，在事故嚴重度評價中建 立了傷害模型庫，采用定量的計算方法，使我國工業(yè)危險評價方法的研究從定性評 價進入定量評價階段。實際應用表明，使用該方法得到的評價結果科學、合理，符 合中國國情。該項成果與1 9 9 6 年獲國家“八五科技攻關重大成果獎，1 9 9 7 年獲 勞動部科技進步一等獎。目前，易燃、易爆、有毒重大危險源辨識評價方法正在全 國推廣應用。 1 2 3 常見安全評價方法小結 前文提到了一些常見的安全評價方法，它們各有優(yōu)劣，適用范圍也不盡相同， 詳細比較見表1 1 。 表1 1 中的安全檢查表s c l 、預先危險性分析p h a 和危險性與可操作性研究方 法都屬于定性評價方法【l9 1 。這些定性評價方法不對危險性進行量化處理，只是由參 與評價的人員憑借自己所掌握的知識、經驗，對照有關的標準、規(guī)范，或者根據(jù)同 類系統(tǒng)或類似系統(tǒng)以往的事故統(tǒng)計資料，找出系統(tǒng)中存在的危險因素以及這些危險 因素引發(fā)事故的條件，同時提出安全控制措施。這類評價方法受評價人員的經驗、 思維傾向、分析判斷能力以及所占有資料的影響較大，評價結果總體來說比較粗略， 只能大概地了解系統(tǒng)的危險程度。 表1 1 中其余的八種評價方法屬于定量評價方法。這些定量評價方法是在定性 評價的基礎上，進一步研究事故與其影響因素之間的數(shù)量關系，從而給出系統(tǒng)的危 險性等級。因為定量評價能夠比較精確地描述系統(tǒng)的危險性，故而在危險性評價中 得到了廣泛的應用【2 0 1 。根據(jù)對危險性量化形式的不同，定量評價又分為相對的危險 性評價和概率的危險性評價。其中，道化學火災爆炸指數(shù)法( d o w ) 、英國帝國化學 公司蒙德法( m o n d ) 、日本勞動省六階段法和格雷厄姆金尼法( l e c ) 屬于相對的危 險性評價方法。相對的危險性評價方法是對系統(tǒng)中存在的各種危險因素，按照一定 的標準打分( 指數(shù)或點數(shù)) ，然后運用某種數(shù)學方法將各項分值綜合成一個指數(shù)( 或 4 第一章緒論 點數(shù)) ，進而根據(jù)指數(shù)( 或點數(shù)) 值確定系統(tǒng)的危險性，故又有人稱之為指數(shù)法或評 點法。這類方法雖然也受評價者主觀因素的影響，評價結果不能極為精確地反映系 統(tǒng)的客觀狀況，但這類方法應用起來較為簡單，且評價結果能夠被實際生產所接受， 因此目前廣泛應用于工業(yè)企業(yè)的安全評價工作中。 故障類型和影響分析f e m a 、故障類型和影響危險性分析f m e c a 、事件樹e t a 和事故樹f t a 2 l j 屬于概率的危險性評價方法。概率的危險性評價方法是一種以可靠 性為基礎的評價方法，通過這些方法的運用，查找出系統(tǒng)可能的故障或事故模式， 并根據(jù)已經積累的故障和事故數(shù)據(jù)，計算出待評價系統(tǒng)的故障或事故發(fā)生概率，進 而計算出系統(tǒng)的風險率，和可接受的風險值，通過比較來評價系統(tǒng)是否安全。換句 話說，概率的危險性評價方法是運用風險率來衡量系統(tǒng)的危險程度的一種方法。由 于這類評價方法的評價結果是根據(jù)大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計資料，經科學計算得出的，故它能 夠較好地反映系統(tǒng)危險性的真實大小，但從操作的角度來看，這些方法需要收集的 資料較多，評價起來較為復雜，故在實際的安全評價工作中較難實現(xiàn)【2 2 1 。 表1 - 1 安全評價方法比較表 t a b l e1 1m e t h o l d so fh a z a r d o u sa s s e s s m e n t 評價方法評價目標方法特點適用范圍 安全檢查表危險有害岡按事先編制的有標準要求的檢奄表逐項檢查；各類系統(tǒng)的設 s c l素分析；安按規(guī)定標準賦分，評定安全等級計、驗收、運行、 全等級管理、事故凋查 預先危險性分危險有害因分析系統(tǒng)存在的危險、有害岡素、出發(fā)條件、各類系統(tǒng)設計、 析p h a素分析；安事故類型；評定危險性等級施工、生產維修 全等級前的概略分析和 評價 故障類型和影故障( 事故)列表、分析系統(tǒng)( 單元、元件) 事故類型、故機械電氣系統(tǒng)、 響分析f e m a原岡影響程障原岡、故障影響評定影響程序等級局部工藝過程， 度等級事故分析 故障類型和影故障原因故列表、分析系統(tǒng)( 單元、元件) 事故類型、故機械電氣系統(tǒng)、 響危險性分析障等級危險障原因、故障影響評定影響程序等級。在f e m a局部工藝過程， f m e c a 指數(shù)基礎上，由元素故障概率、系統(tǒng)重大故障概率事故分析 計算系統(tǒng)危險性指數(shù) 事件樹e t a事故原岡出歸納法，由初始事件判斷系統(tǒng)事故原因及條各類局部工藝過 發(fā)條件事故件；由各事件概率計算系統(tǒng)事故概率程、生產設備、 概率裝置事故分析 事故樹f t a事故原岡；演繹法，由事故和基本時間邏輯推斷事故原 宇航、核電、工 事故概率因；由基本事件概率計算系統(tǒng)事故概率藝設備等復雜系 統(tǒng)事故分析 格雷厄姆金尼危險性等級按規(guī)定對系統(tǒng)的事故發(fā)生可能性、人員暴露情格雷生產作業(yè)條 法l e c況，危險程序賦分，計算后評定危險性等級件 5 北京化t 大學碩上學位論文 續(xù)表： 道化學火災爆炸指數(shù)火災爆炸危險性等級根據(jù)物質、工藝危險性生產、儲存、處理燃燒、 法d o w 事故損失計算火災爆炸指數(shù)，判爆炸、化學活潑性、有 斷采取措施前后的系毒物質的工藝過程及 統(tǒng)整體危險性，由影響其他有關工藝系統(tǒng) 范圍、單元破壞系數(shù)計 算整體經濟、停產損久 帝國化學公司蒙德法火災、爆炸、毒性及系由物質、工藝、毒性、生產、儲存、處理燃、 m o n d 統(tǒng)整體危險性等級布置危險計算采取措爆、化學活潑性、有毒 施前后的火災、爆炸、物質的t 藝過程及其 毒性和整體危險性指他有關上藝系統(tǒng) 數(shù)，評定各類危險性等 級 日本勞動省六階段法危險性等級 檢查表法定性評價，基化上廠和有關裝置的 準局法定量評價，采取安全分析 措施，用類比資料復 評，1 級危險性裝置用 f t a 等方法再評價 危險性與可操作性研偏離及其原岡、后果、通過討論，分析系統(tǒng)可 化工系統(tǒng)、熱力水力系 究對系統(tǒng)的影響能出現(xiàn)的偏離、偏離原 統(tǒng)的安全分析 因、偏離后果及對整個 系統(tǒng)的影響 1 3 重大事故后果分析的研究進展及軟件介紹 通過對引言中重大事故的分析，我們可以發(fā)現(xiàn)這些事故有一個共同的特征：失 控事件引起火災、爆炸或有毒物質泄漏，導致廠內外人員大量死亡，或者導致財產 損失和環(huán)境的嚴重破壞，或二者兼而有之。一再發(fā)生的重大事故逐步的使人們意識 到現(xiàn)代工業(yè)生產所帶來的潛在巨大危險。因此，2 0 世紀7 0 年代以來，預防重大事 故已成為全球范圍內的重點研究領域之一。隨之也產生了“重大事故( m a j o r ) ”、“重 大危險源( m a j o rh a z a r d s ) ”、“重大危險設施( m a j o rh a z a r d si n s t a l l a t i o n ) ”、“重大 危險源控制( m a j o rh a z a r dc o n t r 0 1 ) 等概念【2 3 】。 1 3 1 重大事故和重大危險源的定義 在國際勞工局的重大事故控制實用手冊中將重大事故定義為：“在工業(yè)活動 的過程中失控的一種或幾種危險物質引起的嚴重泄漏、火災和爆炸事件，導致對廠 內外人員嚴重危險( 當時或以后的) 和對環(huán)境的嚴重危害 【2 3 】。 國家標準重大危險源辨識( g b l 8 2 1 8 - 2 0 0 0 ) 中將危險源定義為：長期或臨時 6 第一章緒論 地生產、加工、搬運、使用或儲存危險物質，且危險物的數(shù)量等于或超過臨界量的 單元。經反復研討、論證和征求意見后，結合消防部門滅火救援中，火災、爆炸和 毒害最為突出的實際。我們將“重大危險源”定義為“有可能發(fā)生造成重大人員傷 亡，重大財產損失的火災、爆炸、毒害等災害事故的場所或設施”。 1 3 2 重大事故后果分析的研究及進展 1 9 9 3 年6 月國際工大會通過了預防重大工業(yè)事故公約。該公約敦促各國制 定和實施預防重大事故的國家法規(guī)，采取最有效的安全工程技術和管理方法，預防 和控制重大事故的發(fā)生。 在我國，針對重大事故控制的探索和研究也在不斷的進行當中，同時也積累了 一定的經驗。我國從八十年代開始了危險源的辨識、評價和控制工作，并在生產實 踐中加以應用?；ぁC械、冶金、石化等工業(yè)部門陸續(xù)頒發(fā)了適用于各行業(yè)的企 業(yè)安全評價方法和標準；國家“八五 科技攻關課題“重大危險源宏觀控制技術研 究”也提出了我國的重大危險源的辨識標準，重大危險源評價和控制技術【2 4 1 。 重大事故一旦發(fā)生不僅會造成嚴重人員傷亡和財產損失，在社會上造成惡劣的 負面影響，并且會嚴重破壞或污染環(huán)境。因此，對重大事故的控制和預防也涉及到 環(huán)境保護的領域。聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署( u n e p ) 于1 9 8 6 年提出了“地區(qū)性緊急事故 的認識和準備”計劃( a w a r e n e s sa n dp r e p a r e d n e s sf o re m e r g e n c i e sa tl o c a ll e v e l ， a p e l l ，簡稱阿佩爾計劃) 。該計劃的宗旨在于促使公眾產生和增強對社區(qū)中可能 產生的突發(fā)事故的意識；制定對可能發(fā)生的事故的合作行動計劃；特別是加強對事 故的預防工作。 1 3 3 重大事故后果分析的軟件介紹 危險評價軟件的研究和開發(fā)是一項復雜的技術工作，英國、美國、荷蘭、意大 利、法國、挪威等工業(yè)發(fā)達國家從7 0 年代以來就開始進行研究，目前已有幾十中危 險評價軟件包得到了成功的應用。國外比較常用的軟件有美國t e c h n o l o g ya n d m a n a g e m e n ts y s t e m 公司開發(fā)的s a f e m o d e ( s a f e t ya s s e s s m e n tf o re f f e c t i v e m a n a g e m e n to f d a n g e r o u se v e n t s ) 定量危險性評價軟件和由美國環(huán)境保護中心( u s d i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na f e n c y ) 2 5 】等四部門聯(lián)合發(fā)布的a l o h a 氣體 擴散范圍模擬預測軟件。英國t e c h n i c al t d 公司開發(fā)的用于化工廠和其他類型工 廠及交通運輸行業(yè)定量危險分析和危險評價的軟件包s a f e t i ( s o f t w a r ef o r a s s e s s m e n to ff l a m m a b l e ，e x p l o s i v et o x i ci m p a c t ) ；定量評價石油、化工、天然氣等 設施工業(yè)危險性的，可及時估計可能發(fā)生的火災、爆炸、毒物泄漏事故后果的 7 北京化工大學顧十學位論文 w h z a n 系統(tǒng)；適用于應急救援方案的制定者和安全管理人員的p h a s t ( p r o c e s s h a z a r da n a l y s i ss c r e e n i n gt 0 0 1 ) 系統(tǒng)等。荷蘭應用科學研究院( t n o ) 于1 9 8 5 年開 發(fā)的具有危險評價和建模功能的e f f e c t s 系統(tǒng)和1 9 9 0 年開發(fā)的適用于工業(yè)活動定 量危險分析的r i s k c u r v e s 系統(tǒng)。意大利t e m a 公司開發(fā)的s t a 公司1 9 8 9 年開 發(fā)的適用于制定安全計劃、應急反應、居民遷移、安全報告等的s t r a 系統(tǒng)【2 6 1 。國 內如東北大學開發(fā)的n e f e c t 等。 重大事故嚴重地威脅著人類的生產作業(yè)安全、身體健康、生態(tài)環(huán)境和人類社會 的可持續(xù)性發(fā)展。對重大事故進行后果分析，可以使企業(yè)在以后的生產過程中盡可 能多的防止事故的發(fā)生；當事故發(fā)生時，可以防止事故進一步擴大，減少事故造成 的損失和傷害；為應急救援方案的制定提供理論依據(jù)；在工藝設計的初期，幫助設 計者改進工藝設計，盡可能地增加安全設施。事故后果分析在越來越重視安全生產 的今天，逐漸發(fā)揮更加重要的作用。 1 4 本文研究的主要內容及重要意義 重大事故后果分析是安全評價的一個重要組成部分，其目的在于定量地描述一 個可能發(fā)生的重大事故對工廠、廠內職工、廠外居民，甚至對環(huán)境造成危害的嚴重 程度。如何對可能發(fā)生或已經發(fā)生重大事故進行后果分析，又怎樣通過事故分析得 到的后果進行有效利用，制定具有針對性的應急救援預案，就是本文需要重點解決 的問題。 根據(jù)重大事故的定義可知，火災、爆炸、中毒是常見的重大事故，可能造成嚴 重的人員死亡和巨大的財產損失，影響社會安定。世界銀行國際信貸公司( i f c ) 編寫的工業(yè)污染事故評價技術手冊【2 7 】( 以下簡稱世行標準) 中提出的易燃、易 爆和有毒等危險物質的泄漏、擴散、火災、爆炸和中毒等重大工業(yè)事故的事故模型 和計算事故后果嚴重度的公式，主要用于重大工業(yè)事故的評價。世行標準是重大事 故后果分析的最常用的國際標準之一。 但是由于計算機技術尚未普及，世行標準主要依靠分析人員人工分析的方法來 計算事故后果。但是用人工分析的方法來評價后果，過程相當復雜，不僅需要依賴 分析人員的豐富經驗，計算過程中可能出現(xiàn)失誤，而且世行標準中部分計算模型或 公式已經被最新的計算模型所代替。同時，世行標準僅關注事故后果的計算，而這 只是事故安全分析的一個環(huán)節(jié)。 針對上述問題，本文提出一套基于世行標準的事故分析方案。該方案以世行標 準為基礎，共分為三個部分，即危險源辨識、后果計算和應急救援。首先對危險源 進行辨識，確定重大危險源的場所和相關信息，為計算可能出現(xiàn)的重大事故后果的 8 第一章緒論 計算奠定基礎；然后利用計算機軟件，對事故后果進行計算和模擬；最后根據(jù)計算 結果，提出相應的安全措施和應急預案，有效配置應急資源。在世行標準原人工分 析的基礎，通過對分析流程加以改進，使其適用于計算機化，同時，也引進了其他 國內外標準中部分最新的后果計算公式，并新增粉塵爆炸事故的分析流程和灼傷事 故的計算模型。分析事故后果為企業(yè)或企業(yè)主管部門提供關于重大事故后果的信息， 為企業(yè)決策者和設計者提供關于決策采取何種防護措施的信息，如防火系統(tǒng)、報警 系統(tǒng)或減壓系統(tǒng)等的信息，制定應急救援方案，以達到減輕事故影響的目的。 下面簡單介紹一下本論文的大體結構。 第一章：介紹對重大事故進行后果分析的意義及其發(fā)展現(xiàn)狀。指出當前事故后 果分析對于我國社會和經濟發(fā)展的重要意義，并簡單介紹了事故安全分析的發(fā)展現(xiàn) 狀，以及目前廣泛應用的各種技術、方法和軟件，指出了當前分析方法存在的一些 問題，最后，概述本論文的主要內容。 第二章：詳細介紹了世行標準的事故后果分析方法( 以人工方式進行) ，重點介 紹世行標準的應用背景、目的，評價過程。 第三章：以世行標準的事故后果分析方法為基礎介紹了事故后果分析的新方案。 該新方案包括對可能發(fā)生事故的危險源進行辨識，軟件模擬事故后果的計算和應急 救援三部分。首先介紹了在龐大工廠中開展危險源辨識的方法和步驟，然后重點介 紹了使用計算機模擬事故后果計算時，對世行標準中事故分析流程改進、新增粉塵 爆炸事故的分析方法和部分最新的計算模型，最后探討了我國應急救援系統(tǒng)中存在 的問題，指出解決之道，并根據(jù)事故嚴重程度討論應急救援的響應程序。 第四章：介紹軟件的設計方法、原則和過程。制訂了軟件的設計原則、功能目 標、技術路線；使用u m l ( 統(tǒng)一建模語言) 建模技術來描述系統(tǒng)，給出部分用例模 型、動態(tài)結構模型及靜態(tài)結構模型；闡述了人機界面的設計準則等。 第五章：在上章的基礎上，利用v c 6 0 對軟件進行編程實現(xiàn)。根據(jù)軟件的功能 要求，分三個模塊進行實現(xiàn)，包括數(shù)據(jù)連接和處理模塊、流程分析與選擇模塊、計 算模塊、后果處理模塊等。 第六章：通過案例分析介紹在實際評價過程中，本文提出的方案的應用方法和 效果。實例表明，本文提出的解決方案在實際事故分析過程中，能較好地實現(xiàn)預期 目標。 第七章：對本文進行總結。 9 第二章世行標準簡介 第二章世行標準簡介 2 1 世行標準應用背景和目的 世界銀行國際信貸公司( i f c ) 對其資助的工業(yè)發(fā)展項目都要進行評價和監(jiān)督， 作為其中的內容之一，它要對工業(yè)發(fā)展項目可能給人民及環(huán)境帶來的危害作出評價， 并對用來控制這種危害措施的可靠性和有效性進行評價。為了幫助和指導評估工作， 環(huán)境與科學事務署編制了“世界銀行在發(fā)展中國家分析和控制主要公害設備的鑒定 準則”【2 7 1 。要完成手冊所述的工作，必須對提出的工業(yè)發(fā)展項目進行公害分析，以 確定其有毒、易燃或爆炸性物質的泄漏事故將引起怎樣的破壞后果。公害分析將鑒 別出可能造成公害物質及導致泄漏的因素，如存在對生命及財產造成嚴重危害的因 素，則應設法減少將由其引起的破壞。為此，可采取的措施有更改工藝，減少危險 品的貯量，設置堅固的備用貯存系統(tǒng)，改進現(xiàn)場布局，搬遷到另一個地方，改進控 制和管理技術等。如果采用上述方法仍不能減少發(fā)生破壞的可能性，則應進行風險 分析。風險分析將計算事故發(fā)生的可能性，確定是否可通過改變制造工藝、安全措 施、培訓、試驗及保養(yǎng)過程來減少這一可能性。危險分析最后可能指出所提出的工 藝和廠址會對周圍地區(qū)構成超出承受范圍的威脅，需另選新的廠址。 該標準的事故風險分析估測過程可用于現(xiàn)有操作、改造或擴建設計。其目的在 于以相對簡單的形式( 人工分析) 提供評價有毒、易燃或易爆物質泄漏到大氣中所 致后果的技術。 2 2 世行標準評價過程 2 2 1 世行標準后果分析步驟 石化企業(yè)安全分析的基本過程是：找出潛在性事故；計算出每一事故中公害物 質的泄漏量；計算事故對工廠設備、人群、環(huán)境的影響及其性質。這個過程可用于 整個工廠，也可用于工廠的一部分。但是如果將這個過程應用于大型工廠，是非常 復雜和困難的，需要進行簡化。有些簡化是有效地進行公害分析所廣泛采用的一種 技術，例如，將工廠分解成易處理的單元、避免不必要的計算、整理計算的大量結 果等。整個工廠的安全分析可分成十四個主要步驟，具體見圖2 1 ： 北京化t 大學碩j ：學位論文 r 打 l 一_ j f 將現(xiàn)場劃分為各個單元 2 將各單元分成容器和管道j | 4 按清單內內容將容器排列一 分類 5 找出并容器和管道代表性 的泄漏情況 6 合并同類泄漏物 7計j v - 泄零竺 t ( 9 計算結果 ，。 整理結果 i - ， 劃出泄漏影響范圍 - 2 估計事故發(fā)生率 3 對泄漏做出評價 - 4 考慮補救措施 圖2 - 1 危害分析步驟圖 f i g2 - 1s 仃u c t l l r i eo fah a z a r da a n l y s i s 1 2 第二章世行標準簡介 一、劃分各功能單元 每一功能單元至少應包括一個危險物質的主要貯存容器或管道。每一功能單元 要設有邊界，在泄漏事故中應有能將其中的容器或管道與所有其他單元分隔開的地 方。 泄漏通常發(fā)生在單元內的某一點上，如果單元內的各個部分是相互獨立的，則 最好再把這個單元劃分為若干個子單元。 二、將單元分解成各個部分 必須將每一個單元分解成常發(fā)生故障的關鍵設備或部件。常見的關鍵設備共十 大類，將在3 1 危險源辨識中詳細介紹。 三、計算各危險源內危險物質的貯量 危險物質貯量的清單可通過工藝流程及管線設備圖來獲取。所有清單應包括物 料類型、相態(tài)、壓力、溫度及體積或質量等。 四、根據(jù)清單對危險源進行排列 根據(jù)世行標準參考附錄中列出的不同物料的最小貯量值( 大于該貯量，則有可 能發(fā)生危險事故) ，確定需要進行安全評價的物料。 五、找出各危險源中典型的事故 對每一容器、部件和管道僅需考慮最經常發(fā)生的故障情況，不同設備的故障情 況將在3 1 危險源辨識中詳細介紹。 六、合并同類泄漏 為了減少計算量，可將類似的泄漏合并或劃分為一組考慮。 七、計算泄漏率 故障發(fā)生后，首先判斷泄漏量，具體泄漏模型見附錄a 中公式a 1 至a 一7 。 八、合并同類泄漏 為了進一步減少計算量，可將在溫度相近的條件下，具有相似的泄漏率或物料 量的泄漏合并成一組。 九、計算后果 這是世行標準最為關鍵的一環(huán)，其中涉及多種計算模型和公式，還與現(xiàn)場的地 理環(huán)境、氣候、人口等各種因素相關聯(lián)，計算極其復雜，計算量非常大( 詳見附錄 a ) 。 十、整理結果 將計算的后果整理出來，形成表格2 - 1 ： 1 3 北京化t 大學碩上學位論文 表2 - 1 從分析結果得到的影響距離 t a b l e2 1r e s u l tf r o m 沖擊燃燒 形式 池火噴射火火球突發(fā)火 r ( 3 7 5 )r ( 3 7 5 )r ( 3 7 5 )r ( 3 7 5 ) 死亡 5 0 5 0 5 0 5 0 結構損害中等中等中等 中等 風速穩(wěn)定度 爆炸中毒 沖擊波r ( 1 )沖擊波r ( 2 )拋射r ( i d l h )r ( l c 5 0 ) l o o 5 0 5 0 嚴重 中等無無 十一、劃出影響范圍 計算出來的后果還應和當?shù)氐牡匦?、人口相?lián)系。每一泄漏事故的結果中應有 影響范圍這一內容，從而可在事故發(fā)生地的地圖上劃出“影響半徑”來，對危害影 響做出評估。 十二、測算事故頻率 這個環(huán)節(jié)已經超出了世行標準的范圍，但是一個完整的公害風險分析，應包括 可靠性和有效性分析。 十三、說明結果 分析者應確定所測算的工廠，事故對氣工人和周圍地區(qū)存在超出可承受范圍的 威脅。 十四、選擇和分析補救措施 如果后果超出了可承受范圍，分析這必須考慮減少后果的方法。 2 2 2 泄漏物質的性質 泄漏情況一旦出現(xiàn)，分析者應該確定每一場合中泄漏物質的相關性質，包括相 態(tài)( 液體、氣體或兩相) 、壓力、溫度、易燃性、毒性。這些性質相互結合，可以得 到不同的泄漏類型。其中以下四種類型包括了大多數(shù)的泄漏性質及其組合，具體如 1 4 第二章世行標準簡介 f ： a 、在常壓下的液體( 液體、環(huán)境壓力及溫度) b 、受壓下的液化氣體( 液體、高壓) c 、低溫下液體氣體( 液體、低溫) d 、加壓下的氣體( 氣體、高壓) 另外，還有兩種例外情況，分別是沸液膨脹蒸汽爆炸( b l e v e ) 和危險物質的混 合體。 沸液膨脹蒸汽爆炸是指如果易燃液體的壓力貯罐著火，熱量出入到罐中，產生 兩種效應：增加罐內壓力和減弱罐殼強度，特別是在沒有濕潤的頂部，這些作用可 使貯罐突然破裂，釋放大量液體，并急劇氣化、燃燒，形成氣爆現(xiàn)象。氣爆中產生 的碎片，危害巨大。 危險物質的混合體發(fā)生泄漏，分析比較麻煩?？梢杂孟率鼋频姆椒ㄟM行分析： 如果混合體主要是一種成分，則該成分的物理性質能夠代表整個混合體。 如果混合體中只有一種有毒性的成分，則可用被稀釋的該成分的毒性值及 混合體的物理性質共同計算。 2 2 3 世行標準的后果分析過程及方法 一種泄漏可以有許多不同的后果，分析者應從多方面考慮所有的后果，這是一 項復雜的工作。世行標準提供了“事故情況判斷樹形圖及四種事故樹形圖 以幫助 分析者進行分析。這些圖之所以被稱為樹，是因為它們以樹的形式來描述事故的各 種后果。在每個節(jié)點或分枝上，向分析者提出一個相關的問題，以幫助分析者選擇 適當?shù)摹笆鹿蕵湫螆D”。 根據(jù)危險物質清單和貯存條件，得到易燃、易爆、有毒的氣體或液體等泄漏物 的物理性質，進而判斷出泄漏事故所屬的類型及與其相適用的事故樹形圖。 事故樹形圖共四種，即易燃氣體事故樹形圖( 見圖3 1 3 ) 、可燃液體事故樹形 圖( 見圖3 一1 5 ) 、毒性氣體事故樹形圖( 見3 1 7 ) 、毒性液體事故樹形圖( 見圖3 1 9 ) 。 分析者根據(jù)這四種樹形圖中的問題進行判斷和分析。事故情況判斷樹形圖詳見圖 2 2 ： 1 5 北京化t 大學碩1 二學位論文 圖2 - 2 事故情況判斷樹形圖 f i g2 - 2f a i l u r ec a s ed e f i n i t i o nt r e e 2 2 4 世行標準的后果分析及其計算模型 世行