某石化厂油罐爆炸事故的环境风险评价油罐爆炸

近20年来，我国的石油化工工业有了很大发展，已建成20多个大型和特大型石化企业，环境风险不断增加。石油化工的原料及产品大多数为易燃、易爆和有毒物质，生产过程多处于高温、高压或低温、负压等苛刻条件下，潜在危险性很大。一旦发生化学突发泄漏事故，往往与爆炸、火灾相互引发，且发展迅猛，致使有毒化学品大量外泄;或多点诱发，从点源发展到面源，逸散到大气中。石化工业一旦出现事故，则具有突发性强、危害性大、有毒化学品类型多、行为复杂等特点。

1．石油化工工业环境风险评价方法

石化系统的环境风险评价包括风险识别、风险分析、后果计算、风险评价、风险管理和防范措施及应急计划等内容。从装置的安全评价开始，筛选危险因素，确定发生概率虽小、但会对环境造成严重灾害的最大可信事故，进行后果计算.然后进行风险评价、风险管理，最后提出应急计划。图1是典型的火灾爆炸指数评价示意图。

图1 火灾爆炸指数评价图

以概率论为理论基础，将受体特征(如水体、大气环境特征或生物种群特征)和影响物特征(数量、持续时间、转归途径及形式等)视为在一定范围内随机变动的变量，即随机变量，从而进行环境风险评价。石化系统的风险分析方法基本上分为2个体系:一个是对工艺过程和生产装置危险度的定量评价系统;另一个是对系统的安全性和可靠性分析的体系。

图2 事故树分析程序图

对系统的安全性和可靠性分析体系，以事故树分析(FTA)为代表，主要包括：安全检查表、可操作性研究、故障类型影响及危害分析、事故树分析(FTA)、事件树分析(ETA)等。前3种属于定性分析方法，后2种既可用于定性，又可用于定量分析。图2为一典型的事故树分析基本程序图。

运用FTA方法，通常依照以下的分析程序：

（1）划分事故系统，确定事故书的顶上事件；

（2）分析导致顶上事件发生的所有原因事件及其逻辑关系；

（3）求解事故树的最小割集，进行事故书定性分析；最小割集是导致顶上事件发生所必须的最小限度的基本事件的集合。通过求解最小割集，可一获得顶上事件

发生的所有可能图经的信息。

（4）求解顶上事件概率，进行事故书定量分析；

（5）进行基本事件的重要度分析，为修改系统提供信息。重要度分析包括：结构重要度、概率重要度和临界重要杜分析。

2．爆炸事故率根据概率原理

某种特定气象条件下的爆炸事故率可由下式计算:

Ｐ(ＡＢ)=Ｐ(Ａ)・Ｐ(Ｂ)

式中:Ｐ(ＡＢ)———某种特定气象条件下的爆炸事故概率;

Ｐ(Ａ)———事故概率，由统计资料获得;

Ｐ(Ｂ)———特定气象条件出现的概率，即相关风向年出现频率。

3．油罐爆炸事故概率的计算

3.1 油罐爆炸事故树的建立

炼油厂区贮原油、煤油、汽油等轻质油品，为降低其呼吸耗损，采用浮顶罐（或内浮顶罐）；贮存燃料油及重油质油品，采用固定顶罐；贮存加氢油料，为避免其在贮运过程中与空气接触，造成油料质量变化，采用带有氮封的固定顶罐。

通过对建国以来油罐爆炸事故资料的收集整理，分析事故发生的原因及相互的逻辑关系，建立事故树，作事故树图（见图3）。事故树的求解，借助“FTAS”事故树分析软件包。此系统的主要功能是，对系统可靠性进行定性、定量分析，此外，还兼有分布函数拟合、图型输入和输出、画事故树图等辅助功能。

图3 油罐爆炸事故树分析图

3.2 油罐爆炸事故概率的计算

3.2.1 最小割计算

计算结果如表1所列

由此结果可以看出，炼油厂油罐发生爆炸事故共有36种可能途径。表中任何一组基本事件的组合都可导致顶上事件的发生。

3.2.2 顶上事件概率的计算

由于缺少基本事件失效概率数据库，计算过程中通过对现有事故原因的统计，以事件发生的频率代替其概率。由此计算所得基本事件概率再代入FTAS软件包，求得油罐爆炸事故的概率为8.7ⅹ10-5次/罐・年。

表1 油罐爆炸事故最小割集计算结果

割极号割集阶段基本事件1 4 b004，b016，b020，b019

2 4 b004，b015，b020，b019

3 4 b004，b013，b020，b014

4 4 b012，b016，b020，b014

5 4 b012，b015，b020，b019

6 4 b012，b013，b020，b014

7 4 b009，b016，b020，b019

8 4 b009，b015，b020，b019

9 4 b009，b013，b020，b014

10 4 b003，b016，b020，b019

11 4 b003，b015，b020，b019

12 4 b003，b013，b020，b014

13 5 b004，b017，b020，b019，b018

14 5 b007，b016，b020，b008，b019

15 5 b007，b015，b020，b008，b019

16 5 b007，b013，b020，b008，b014

17 5 b006，b016，b020，b008，b019

18 5 b006，b015，b020，b008，b019

19 5 b006，b013，b020，b008，b014

20 5 b012，b017，b020，b019，b018

21 5 b010，b016，b020，b011，b019

22 5 b010，b015，b020，b011，b019

23 5 b010，b013，b020，b011，b014

24 5 b009，b017，b020，b019，b018

25 5 b005，b016，b020，b008，b019

26 5 b005，b015，b020，b008，b019

27 5 b005，b013，b020，b008，b014

28 5 b003，b017，b020，b019，b018

29 5 b001，b016，b020，b002，b019

30 5 b001，b015，b020，b002，b019

31 5 b001，b013，b020，b002，b014

32 6 b007，b017，b020，b008，b019，b018

33 6 b006，b017，b020，b008，b019，b018

34 6 b010，b017，b020，b011，b019，b018

35 6 b005，b017，b020，b008，b019，b018

36 6 b001，b017，b020，b002，b019，b018 3.2.3 概率结构事件重要度计算

计算结果如表2所列。

有计算结果可以看出，当考虑各基本事件发生时，b009、b012为最重要的基本事件，即它们的发生的概率对顶上事件的影响最大，b004、b003次之，再其次是b014。

表2 概率结构事件重要度计算

3.2.4 临界结构事件重要度计算

计算结果如表3所列 次序 事件名 重要度

次序 事件名 重要度 1

b020 0.1000E+1 2

b013 0.6235E+00 3

b014 0.6221E+00 4

b019 0.3765E+00 5

b017 0.33E+00 6

b018 0.3385E+00 7

b009 0.2936E+00 8

b012 0.2813E+00 9

b008 0.2139E+00 10 b002 0.1159E+00 11 b001 0.1158E+0012 b005 0.9795E-0113 b006 0.6678E-0114 b004 0.6227E-0115 b011 0.4902E-0116 b007 0.47E-0116 b010 0.47E-0117 b003 0.3292E-0118 b015 0.2505E-0119 b016 0.1252E-01

由计算结果可知：当一个基本事件概率变化率与顶上事件变化率之比来表整个事件的重要度时，b020是最重要的事件，其次是b013，再次是b014。

3.3 爆炸事故环境影响

3.3.1世界银行推荐的爆炸危害关系式如下:

Ｒ=C[NEe]1/3

式中:Ｒ———爆炸伤害半径，即爆炸引起各种伤害的距离，ｍ;

Ｃ———爆炸实验常数，取值为0.03～0.4，ｍ・Ｊ-1/3;

Ｎ———发生系数，在有限空间内发生的爆炸，取10%;

Ee ———爆炸总能量，等于燃烧热与爆炸极限内蒸气质量的乘积，Ｊ。

次序 事件名 重要度

1 b009 0.73E-02

2 b012 0.73E-02

3 b00

4 0.7363E-02

4 b003 0.7363E-02

5 b014 0.5597E-02

6 b001 0.3685E-02

7 b005 0.3685E-02

8 b006 0.3685E-02

9 b007 0.3685E-02

9 b010 0.3685E-02

10 b018 0.2802E-02

11 b015 0.2802E-02

12 b016 0.2802E-02

13 b020 0.1655E-02

14 b019 0.6232E-04

15 b013 0.5161E-04

16 b008 0.3541E-04

17 b017 0.2805E-04

18 b002 0.1918E-04

19 b011 0.8115E-05

3.3.2 评价模式的选择

考虑事故发生对大气环境的影响，以SO2作为评价物。

有很多模型可以用来模拟和预测大气质量，我们选用箱式模型。箱式模型是把空间分为任意大小的立方体，假设个立方体内的浓度相等，通过计算污染物浸出的平衡求解污染物浓度。单箱模型的质量平衡式是：

dC/dt・lbh=ubh(C0-C)+lbQ-KClbh

式中：l——箱的长度

b——箱的宽度

h——箱的高度

C0——污染物的本底浓度

Q——污染源的强度

K——污染物的衰减速度常数

U——风速

3.3.3 大气质量模型参数的确定

（1）评价区域网划分在炼油厂附近选取18ⅹ9ⅹ0.5(km3)的空间作为评价区域，将该区域平面划分为36ⅹ20个网络，每个尺寸500ⅹ500m2,高度向上500m3，分五层。（2）源强假定一座有关爆炸会引起周围4座油罐的爆炸，计算结果：

油品油品含硫量SO2/kg油单罐油品贮量SO2产生量

名称（%）（g）（t）（kg/s）

原油 2.56 51.2 14521 34.5

(3)风向风速冬季为东北风，夏季为东东南风，平均风速3.2m/s。

(4)评价标准国家大气环境质量标准中规定的SO2的三级标准值为：日平均

<0.25mg/m3

4 结果分析与讨论

计算结果见图4。

该炼油厂发生爆炸事故有36种可能途径，事故发生的概率为：8.7ⅹ10-5次/罐・年，其中，因铁器互相撞击等产生的火花及电器设施无防爆装置或防爆装置损坏造成的电火花引燃已达可燃浓度的油气是主要的事故原因，当爆炸发生在冬季有东北风时，厂区的SO2地面浓度全部超标，最高浓度达13.86mg/m3，超标54倍，距中心3km处SO2浓度超标，达0.27mg/m3;夏季东东南风时，爆炸引起厂区地面浓度全部超标，最高浓度达15.34mg/m3, 距中心3km 处SO2浓度超标,浓度达0.6mg/m3,两种情况都对A，B两市造成不良影响，夏季更为严重。

环境风险评价

图4 SO2浓度扩散分布图

图中黑框为厂区所在地A，B，C为三座城市中心

数字表示SO2的浓度(mg/m3)

参考文献：

1 龙军俞珂用事故树分析法进行炼厂油罐爆炸事故的环境风险评价化工环保1995，

（4）113-119

2 项平易燃易爆物品的环境风险评价及危害范围的计算确定重庆环境科学 1995，（6）39-41

3 张峥石油化工项目环境风险评价实例分析环境科学研究 1999，（2） 32-35

4 彭理通石油化工工业环境风险评价探讨环境科学 1998，（8） 48-51