天然气爆炸性区域的个人风险研究

2023-01-14

一、个人风险的定义

个人风险是指评价区域内的所有危险源因各种潜在事故造成区域内某一固定位置长期生活的未采取任何防护措施的人员个体死亡的概率, 是社会可接受风险的最小单元。任意一点受多个容器失效或隐患同时作用的风险值用公式可总结为:

其中Pi为失效导致的个体死亡概率, Di为失效概率。

二、个人风险计算中个体死亡率计算

1. 模型及伤害方式的选取

蒸气云爆炸 (VCE) 、沸腾液体扩展蒸气云爆炸 (BLEVE) 和池火灾是爆炸事故中常见的三种事故模式, 其中以蒸气云爆炸为主。其主要由于阀门泄漏、管线失效、等因素导致危险物泄漏、与周围空气形成“预混云”被引爆。

天然气及储存压力容器爆炸时, 爆破能量以冲击波能量、碎片能量和容器残余变形能量三种形式表现出来。后二者所消耗的能量只占总爆破能量的3%~15%, 也就是说大部分能量是产生空气冲击波。

2. 风险模型中个体死亡率计算

(1) 爆炸能量的当量计算。TNT当量法适用于蒸气云爆炸且用以模拟爆炸远场时偏差较小。地面或近地面爆炸即为:

式中:α为爆炸效率因子, 对于天然气推荐值3%;Wf为蒸气云中可燃物的质量, kg;QTNT为TNT的爆炸当量能量, 一般取4686 k J/kg。

(2) 冲击波的计算。冲击波常以空气冲击波存在, 破坏伤害多由超压引起。冲击波模型采用“Jose Henrych”经验式, 尤其适用于中远距离爆炸:

式中:R为测点到爆心的距离, m;τ为超压作用时间, ms;

(3) 冲击波超压造成人员的死亡率计算。通过冲击波超压p和爆炸时间τ0的计算, 参考超压值表1, 可直接进行查询并得出个人死亡率;对于没有出现的数据, 可以采用拟合法计算。

首先对爆炸时间τ和99%、50%、1%死亡率的爆炸冲击波超压进行拟合, 得到爆炸时间和三个死亡率的爆炸冲击波之间的关系公式y=1710τ-0.3737、y=1557.4τ-0.4291、y=1015.2τ-0.4127;并以此为基础求出爆炸时间τ0的相应的三个死亡率的爆炸冲击波p1、p2、p3。将超压数据与对应的死亡率进行拟合, 进而得出冲击波超压与死亡率的关系。将由经验式计算得出的冲击波超压p΄带入关系式中即可计算得出爆炸时间τ0对应的死亡率。

三、爆炸性区域蒸气云爆炸的总失效频率

蒸气云爆炸的频率主要包括三个部分:

1. 基本泄露发生概率。根据爆炸性区域容器相关资料和与孔尺寸与壁厚相关的失效率表可以确定发生泄露的概率DE0;

2. 个体暴露概率。工时数除以全年小时数即为全年的个体暴露概率DI0。计算年个人风险时则不用考虑此概率;

3. 失效频率的调整系数。泄露后可能会导致不同的后果, 通过事件树分析, 可以得到管道泄露后发生各种事故的频率, 其中DA即为天然气泄漏后发生蒸汽云爆炸的概率。

发生蒸气云爆炸的总失效频率:

四、个人风险对区域规划的参考意义

个人风险计算和评估对不同区域的建设起着重要的参考作用, 是确定天然气开发和储存规划等方面工作的重要依据。风险并不是越低越好, 因为风险的降低需要付出较大的安全投入。因此通常需要定义一个风险可接受准则, 将风险限制在一个可接受的水平。参考国家《城市公共安全规划技术、方法与程序研究》成果, 建议的个人风险容许标准如表2所示。天然气爆炸性区域的个人风险规划应控制在企业内部的个人风险要求之下, 以保证人员和生产安全。

摘要：现代社会由于传统能源的广泛开发、利用, 不可避免地存在着各种各样的爆炸性区域环境。资料显示天然气的开发和储存现场约有60%-80%的场所属于爆炸性危险环境。个人风险计算和评估是区域定位规划、确定开发和储存计划、重大危险源辨识等方面工作的重要依据。

关键词：天然气开发,爆炸性区域,个人风险