中國石油工程建設有限公司華東環(huán)境巖土工程分公司

摘要：定量風(fēng)險評估（ QRA）在石油及化工領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應用和研究，然而天然氣長(cháng)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的石化企業(yè)有明顯不同。通過(guò)參考國外相關(guān)資料，以挪威船級社開(kāi)發(fā)的Safeti軟件為工具，對某天然氣長(cháng)輸管道壓氣站進(jìn)行定量風(fēng)險分析，給出一定條件下的量化指標，并與目前其他主流評價(jià)方法作橫向對比，供新建站場(chǎng)設計人員及在役站場(chǎng)管理人員參考。

關(guān)鍵詞：長(cháng)輸管道；壓氣站；定量風(fēng)險分析

 

天然氣爆炸危險性較大，站內和站外人員將面臨巨大的風(fēng)險。因此，根據生產(chǎn)工藝參數以及國內外數據資料，將壓氣站一旦發(fā)生失效事故可能給站內工作人員和站外公眾群體帶來(lái)的風(fēng)險進(jìn)行量化，對于壓氣站的風(fēng)險管理將起到至關(guān)重要的作用，對其區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域及平面布置時(shí)，選擇安全間距的主要方法分為經(jīng)驗取值法、基于后果理念的方法和基于風(fēng)險理念的方法。

1.1 經(jīng)驗取值法

該方法根據歷史經(jīng)驗或專(zhuān)家判斷，列出不同工業(yè)活動(dòng)或設施與其他場(chǎng)所或區域之間的安全距離，其大小取決于工業(yè)活動(dòng)的類(lèi)型或現存危險物質(zhì)的性質(zhì)和數量。該方法的原理簡(jiǎn)單直觀(guān)，容易理解且便于操作，所以至今仍被廣泛應用。但是，該方法僅是建立在專(zhuān)家經(jīng)驗或歷史案例的基礎上，并沒(méi)有考慮設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、爆炸等事故后果模型的基礎上建立的，不考慮事故發(fā)生的可能性，它通過(guò)模型計算出各種死亡或傷害半徑，并將其作為事故后果嚴重程度的一種度量。對爆炸事故，根據可能導致死亡或造成嚴重傷害的超壓，確定傷害距離和范圍；對火災熱輻射，根據一定暴露時(shí)間內可能死傷的熱輻射通量，確定傷害距離和范圍。由于沒(méi)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劃。

1.3 基于風(fēng)險理念的方法

基于風(fēng)險理念的評估方法首先計算危險源的個(gè)人風(fēng)險（ IR）和社會(huì )風(fēng)險（ SR），然后依據風(fēng)險可接受標準進(jìn)行相關(guān)間距分區，通常以個(gè)人風(fēng)險可接受標準為主，以社會(huì )風(fēng)險可接受標準為輔�；�于定量風(fēng)險評價(jià)的方法同時(shí)考慮事故后果嚴重度和事故發(fā)生概率，因此更加全面和可靠。本文所應用的定量風(fēng)險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)險分析的準備條件

以國內某天然氣長(cháng)輸管道中間壓氣站（以下簡(jiǎn)稱(chēng)壓氣站）為例，按自然和社會(huì )條件、工藝條件、管理條件、假定條件幾個(gè)方面列舉壓氣站定量風(fēng)險分析的準備工作。

2.1 自然和社會(huì )條件

主要為氣象條件、地質(zhì)災害條件、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)的組分及工藝參數等。

2.2.1 工藝流程

壓氣站接收上站來(lái)天然氣，經(jīng)過(guò)站內過(guò)濾、分離，一部分輸往用戶(hù)；一部分通過(guò)壓縮機組增壓、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，壓氣站內點(diǎn)火源可能的產(chǎn)生途徑主要有以下幾類(lèi)：①明火；②電火花；③靜電放電；④雷擊及雜散電流；⑤機械火花。

2.2.3 單元劃分

以工藝流程圖中的截斷閥為分界點(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(xiàn)單元、過(guò)濾分離器單元，匯管單元、壓縮機單元和出站管線(xiàn)單元。

2.3 管理條件

2.3.1 管理水平及運行狀態(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(wèn)題組成，總分5 084分，根據得分比評價(jià)管道管理部門(mén)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DNV審核結果的得分率換算為SY/T 6714―2008《基于風(fēng)險檢驗的基礎方法》的得分。

2.3.2 崗位暴露時(shí)間

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

2.4 假設條件

重要的假設條件和分析基礎需要結合壓氣站的設計方案，與運行單位以恰當的方式確認或調整。

2.4.1 基礎失效頻率選擇

本文選取SY/T 6714― 2008中表31推薦的基礎失效頻率，并結合《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)險分析的基礎失效頻率，如表 1所示。

2.4.2 失效頻率的修正

失效頻率調整根據SY/T 6714― 2008通過(guò)設備系數（F E）和管理系數（F M）進(jìn)行修正。

F 調整后=F 基礎×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(lèi)設備、管道、閥門(mén)儀表數量進(jìn)行統計，分別與F 調整后相乘并求和，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的各危險源體積、使用情況和物料信息，確定可能的初始泄漏量；動(dòng)態(tài)泄漏量通過(guò)泄漏速率與泄漏時(shí)間相乘來(lái)計算。

2.4.5 致死概率

壓氣站主要風(fēng)險為天然氣泄漏導致的噴射火、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)險準則選取

依據Q/SY 1594―2013，確定個(gè)人風(fēng)險容許標準如表 2所示。

2.4.7 社會(huì )風(fēng)險準則

依據Q/SY 1594―2013《油氣管道站場(chǎng)量化風(fēng)險評價(jià)導則》，天然氣長(cháng)輸管道壓氣站應采用的社會(huì )風(fēng)險容許標準曲線(xiàn)如圖 1所示。區域被劃分為三個(gè)部分：可容許區、不可容許區和ALARP區（合理可行下盡可能降低風(fēng)險區），根據實(shí)際得到的危險源的社會(huì )風(fēng)險曲線(xiàn)落入的區域，采取不同的安全對策。

2.5 不確定性分析及敏感性分析

當真實(shí)事故與所選參數存在偏差時(shí)，事故后果也相應變化。例如當單元的壓力或流量值變大，或截斷時(shí)間有所延長(cháng)時(shí)，事故后果會(huì )隨之變得更加嚴重。對于基礎頻率的修正僅使計算泄漏頻率更接近實(shí)際情況，而真實(shí)的泄漏頻率應是以本企業(yè)多年來(lái)的所有事故數據為基礎所得。另外，天氣因素的不確定性也造成了事故后果的不確定性。

計算過(guò)程中發(fā)現，事故后果的大小，對本單元的壓力、溫度、流量以及截斷時(shí)間較為敏感。而風(fēng)險模擬不僅對后果較為敏感，對于計算頻率的取值也較為敏感。

3 壓氣站定量風(fēng)險分析

3.1 建模

利用DNV GL Safeti 8.1將前述各項準備條件輸入到軟件中。

3.2 后果定量計算

根據前述2.4.5中假設，通過(guò)篩選模型中各單元的后果定量計算結果，得到發(fā)生火災、爆炸情況下可能發(fā)生的最嚴重事故的傷害、死亡半徑。

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

3.3 個(gè)人風(fēng)險等高線(xiàn)

利用風(fēng)險模式運算生成個(gè)人風(fēng)險等高線(xiàn)，見(jiàn)圖 2。

圖中1E-3/a等高線(xiàn)基本包含了絕大部分生產(chǎn)區以及一小部分生活區，距離綜合辦公樓很近。 1E-4/a個(gè)人風(fēng)險等高線(xiàn)已極為貼近村莊甲的居民區，根據Q/SY 1594― 2013要求的個(gè)人風(fēng)險可接受準則，1 E - 4 / a內沒(méi)有出現居住類(lèi)場(chǎng)所（如居民區、賓館、度假村等）及公眾聚集類(lèi)場(chǎng)所（辦公場(chǎng)所、商場(chǎng)、飯店、娛樂(lè )場(chǎng)所等）。 1E-5/a內沒(méi)有出現高敏感場(chǎng)所（如學(xué)校、醫院、幼兒園、養老院等）、重要目標（如黨政機關(guān)、軍事管理區、文物保護單位等）及特殊場(chǎng)所（如大型體育場(chǎng)、大型交通樞紐等）。

3.4 崗位個(gè)人年度風(fēng)險

根據站內人員所處位置不同，生成站內風(fēng)險排名，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，見(jiàn)表 3。

壓氣站全部崗位人員作為站內人員的個(gè)人綜合年度風(fēng)險均未大于1E-3/a，風(fēng)險可接受。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)應屬于站外人員，個(gè)人年度風(fēng)險均大于1E-4/a，風(fēng)險不可接受。應考慮將宿舍遠離生產(chǎn)區以降低風(fēng)險。

3.5 社會(huì )風(fēng)險曲線(xiàn)

利用風(fēng)險模式運算生成社會(huì )風(fēng)險曲線(xiàn)，見(jiàn)圖 3。

可以看出本站社會(huì )風(fēng)險曲線(xiàn)在死亡人數為5人以下時(shí)進(jìn)入了不容許區，必須采取措施降低社會(huì )風(fēng)險。

4 結論

壓氣站與最近的村莊間距為140 m，滿(mǎn)足防火規范要求。根據GB 50183― 2004《石油天然氣工程設計防火規范》未規定四級油氣站場(chǎng)員工休息室與甲、乙類(lèi)工藝設備、容器、廠(chǎng)房的間距，僅在條款5.2.4中規定：五級油品站場(chǎng)和天然氣站場(chǎng)值班休息室(宿舍、廚房、餐廳)距甲、乙類(lèi)油品儲罐不應小于30 m，距甲、乙類(lèi)工藝設備、容器、廠(chǎng)房、汽車(chē)裝卸設施不應小于22.5 m。因此依靠經(jīng)驗取值法不能很好地解決員工宿舍的平面布置防火間距問(wèn)題。

根據前述3.2的最嚴重事故后果半徑，如果站場(chǎng)的選址以此為標準行，將會(huì )面臨巨大的限制，如果需要拆遷，其投資額也將相應增加。

根據前述3.4的計算結果，站內各崗位工作人員的個(gè)人年度風(fēng)險是可以接受的。建議在具備條件的情況下，員工宿舍應盡可能遠離生產(chǎn)區。

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

本文以案例的形式敘述了Safeti軟件用于天然氣長(cháng)輸管道壓氣站個(gè)人及社會(huì )風(fēng)險的計算，以及區域及平面布置方面的運用示例，并分別與經(jīng)驗取值法和基于后果理念的方法進(jìn)行了比較，為天然氣長(cháng)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，具有一定的指導意義。

 

作者：張上， 1982年生， 2005年畢業(yè)于北京工商大學(xué)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，工學(xué)學(xué)士，儀器儀表工程師。主要從事長(cháng)輸管道工程、油田工程、成品油庫的安全評價(jià)， QRA計算、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(chǎng)及管道高后果區開(kāi)展定量風(fēng)險評估工作。具有12年工程設計經(jīng)驗，參與設計多個(gè)國內外海上、陸上油氣田開(kāi)發(fā)工程及長(cháng)輸管道工程。