（油气储运工程专业论文）大型油库安全评价方法研究.pdf

r e s e a r c ho ns a f e t ya s s e s s m e n tm e t h o d si nl a r g e s c a l e t a n kf a r m z h a ox i n y i n g o i l g a ss t o r a g ea n d t r a n s p o r t a t i o n e n g i n e e r i n g d i r e c t e db yp r o f e s s o rl iz i l i a b s t r a c t w i 也t h eo i lt a n kt r e n dt om a c r o s c a l e i t sd a n g e ri n c r e a s e sg r e a t l y a n d t h es a f e t yi s s u eo fp r o d u c t i o nh a sb e c o m em o f ea n dm o r ei m p o r t a n t t h u s s a f e t ya s s e s s m e n th a st h ei m p o r t a n ts t r a t e g i cs i g n i f i c a n c ef o rs a f e g u a r d i n g t h es a f e t yo fp e o p l e sl i v e sa n dp o s s e s s i o n sa n di m p r o v i n gt h ed e v e l o p m e n t o fs o c i a le c o n o m ys m o o t h l y m a i nw o r ko ft h i sp a p e rc a nb es u mu pa s 稻u o w s 1 a c c o r d i n gt od o w sf i r ea n de x p l o s i o ni n d e x as a f e t ya s s e s s m e m a p p l i c a t i o ns o r w a r e w h i c hi sa p p l i e dt ot a n kf a r m h a sb e e nw o r k e do u t t h e s o f t w a r ec o u l db eu s e dt oa s s e s st h es a f e t yo fs t o r a g em a t e r i a l si nd i f f e r e n t m c i m i c a lf l o w sa n dc o n d i t i o n s t h ef o l l o w i n gr e s u l t sc a nb eo b t a i n e d f i r e e x p l o s i o ni n d e x f e i h a z a r dg r a d e d a m a g ef a c t o r b a s em p p d a c t u a l m p p d m p d oa n db i b e s i d e s b a s e do nt h es a f e t yp r e c a u t i o n sa n d m a n a g e m e m s t a t u so f t h eo i lt a n k m a k ec o r r e s p o n d i n gc o m p e n s a t i o nm e t h o d t or e d u c et h ef a t a l n e s s a n dp r o v i d ea s s i s t a n c et oi m p l e m e m i n gt h es a f e t y c o u n t e r m e a s u r e 2 b yc o m p a r i n gt h ea s s e s s m e n tr e s u l t sw i t hd a t ai nr e p o r t i ti s f o u n dt h a tt h ee l r o ti sw i t h i n5 i ts h o w st h a tt h es o f t w a r ec a nb eu s e dt o a s s e s st h e s a f e t yo fd a n g e r o u ss y s t e m a n d i sw o r t ho fe n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n 3 a n a l y z ea n dc o n c l u d ev a r i o u sf a c t o r sa n dc o n d i t i o n so f t h ed a n g e r s i nt a n kf i e l dw i t hf a u l tt r e ea n a l y s i s a n dd i s c u s si t sq u a n t i t a t i v ea n a l y s i s f i n do u tt h ew e a kp o i n ta n dc r i t i c a lp l a c ea c c o r d i n gt ot h ec a l c u l a t i n gr e s u l t a n d b r i n gf o r w a r dn e c e s s a r ys a f e t ym e a s u r e s k e yw o r d s t a n kf a r m s a f e t ya s s e s s m e n t d o w sf i r ea n de x p l o s i o ni n d e x s o r w a r e f a u l tt r e ea n a l y s i s i v 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果 尽我所知 除了文中特别加以标注和致谢的地方外 论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果 也不包含为获得中国 石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料 与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意 签名 塾劾挺年 月 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国石油大学有关保留 使用学位论文的规定 即 学校有权保留送交论文的复印件及电子版 允许论文被查阅和借阅 学 校可以公布论文的全部或部分内容 可以采用影印 缩印或其他复制手 段保存论文 保密论文在解密后应遵守此规定 学生签名 是勃鱼学生签名 垫到丛 翮签名 劾 左 庄 钲 月 月 日 日 中国石油大学 华东 硕士论文第1 章前言 1 1 安全评价基础 1 1 i 安全评价的概念 第1 章前言 安全评价 又称危险性评价或风险评估 是指在对系统辨识和安全 分析的基础上 应用安全系统工程原理和工程技术方法 对其中固有或 潜在的危险性进行定性和定量分析 的标准 规范 安全指标予以衡量 1 1 2 安全评价原理 对系统的安全性或危险性 按有关 并对危险程度进行分级 虽然安全评价的领域 种类 方法和手段的种类繁多 而且评价系 统的属性 特征及事件的随机性千交万化 各不相同 但究其思维方式 都是一致的 可归纳为以下四个基本原理 即 相关性原理 类推原理 惯性原理和量变到质变原理 1 相关性原理 一个系统 其属性 特征与事故和职业危害存在着因果的相关性 这是系统因果评价方法的理论基础 在评价系统中 找出事故发展过程 中的相互关系 并借鉴历史 同类情况的数据 类型案例等 建立起接 近真实情况的数学模型 则评价会取得较好的效果 而且越接近真实情 况 效果越好 评价得越准确 2 类推原理 类推 亦称 类比 它是根据两个或两类对象之间存在的某些 中国石油大学 华东 硕士论文第l 章前言 相同或相似的属性 从一个已知对象推出另一个对象具有某种属性的一 种推理 两个或两类对象的属性愈相同或愈相似 则从先导事件来类推 迟发事件的可能性也越大 类推越准确 3 惯性原理 任何事物在其发展过程中 从其过去到现在以至延伸至将来 都具 有一定的延续性 这种延续性称为惯性 惯性越大 影响越大 利用惯性原理评价时 其系统必须处于稳定状态 因为只有在稳定 状态时 事物的内在联系和基本特征才能延续下去 该系统所表现的惯 性发展结果才基本符合实际 但是 绝对稳定的系统是不存在的 只要 系统处在相对稳定的状态 就可以认为是稳定状态 可以进行评价 应 用惯性原理进行评价时应注意 系统的发展不可能简单的重复历史 而 只是保持大方向不变或基本趋势不变 因此 有可能出现偏离 所以 要适当加以纠正 才能保证评价的正确性 4 量变到质变原理 与事物的发展变化过程相同 系统中的很多因素也都符合量变到质 变的规律 例如 许多定量评价方法中 有关危险等级的划分都应用着 量变到质变的原理 如 道化学公司火灾 爆炸危险指数评价法 第 七版 中 关于按火灾 爆炸指数划分的危险等级 从l 至大于1 5 9 经 过了 6 0 6 1 9 6 9 7 1 2 7 1 2 8 1 5 8 i 1 5 9 的量变到质变的不同变 化层次 即分别为 最轻 级 较轻 级 中等 级 很大 级 非常大 级 而在评价结论中 中等 级及其以下的级别是 可以 接受的 很大 级 非常大 级则是 不能接受的 因此 在安全评价时 考虑各种危险 有害因素对人体的危害 以 及采用评价方法迸行等级划分等 均需要应用量变到质变的源理 上述原理是人们经过长期研究和实践总结得出的 在实际的评价工 2 中国石油大学 华东 硕士论文 第1 章前言 作中 应该综合使用这些基本原理 并结合各种评价方法 在各个领域 中加以运用 1 1 3 安全评价的目的 内容与程序 1 安全评价的目的 安全评价的目的是查找 分析和预测工程 系统中存在的危险 有 害因素以及可能导致的危险 危害后果和程度 提出合理可行的安全对 策措施 指导危险源监控和事故预防 为确定系统安全目标 制定系统 安全规划 实现最优化的系统安全奠定基础 l 2 安全评价的意义 安全评价的意义在于可有效的预防事故发生 减少财产损失和人员 伤亡 从技术带来的负效应出发 分析 论证和评估由此产生的损失和 伤害的可能性 影响范围 严重程度以及应采取的对策措施等 3 安全评价的内容 安全评价的内容包括危险性因素识别和危险程度评价两部分 就其 实质而言 可用图1 1 表示1 2 1 图1 1 安全评价内容 3 中国石油大学 华东 硕士论文第1 章前言 对于危险性的识别 应全面 透彻的找出系统中存在的危险源 并 尽可能有量的概念 同时还要对危险性反复校核 看看还有什么新的危 险 在系统运转过程中 危险会有什么变化 对于危险性评价 则根据 危险的影响范围与社会公认的安全指标进行比较 安全指标值以内的即 认为是安全的 安全指标值以外的则采取措施消除或降低危险性 使其 达到允许的范围 最后还要确认一下危险性是否排除或减少 4 安全评价程序 准备阶段 明确被评价对象及其范围 收集国内 外相关法律法 规 技术标准及工程 系统的技术资料 对系统的危险源进行辨识 根据所评价的设备 设施或场所的地 理 气象条件 工程建设方案 工艺流程 装置的布置 主要设备和仪 表 原材料 产品的理化性质等 辨识和分析可能发生的事故 3 l 定性 定量评价 在危险 有害因素识别和分析的基础上 划分 评价单元 选择合理的评价方法 对工程 系统发生事故的可能性和严 重程度进行定性 定量评价 安全对策措施 根据定性 定量评价结果 提出消除或减弱危险 有害因素的技术和管理措施及建议 评价结论及建议 简要列出主要危险和有害因素的评价结果 指 出工程 系统中应重点防范的危险因素 明确应重视的重要安全措施 安全评价报告 依据安全评价的结果编制相应的安全评价报告 1 1 4 安全评价方法 安全评价方法是进行安全评价的工具 安全评价的内容十分丰富 其目的和对象不同 相应的内容和指标也不同 目前 安全评价的方法 有很多种 每种评价方法都有其适用的范围和应用条件 在进行安全评 4 中国石油大学 华东 硕士论文第1 章前言 价时 应该根据评价对象和要实现的目标 选择适用的方法 系统安全分析与评价的方法不下数十种 内容相近而名称不同的情 况更多 但基本可分为两种类型 定性分析和定量分析 定性安全分析 是指对影响系统 操作 产品或人身安全的全部因 素进行非数学方法的研究和分析 也就是对任何事件都不需要给定数值 或对事件只给定0 或1 数值的分析程序 只表示事件不发生或发生 在 定性安全分析中 对所有的事件 可能的条件以及它们的后果都应予以 考虑 以确定是否能导致损坏或伤害 在系统安全分析中 通常应先进 行定性分析 确定系统安全的所有影响因素及其相互关系 然后再根据 需要进行定量分析 定量安全分析是在定性分析的基础上 运用数学方法和计算工具 研究事故 故障及其影响因素间的数量关系 揭示其问的数量变化及规 律 其目的是对事故或危险发生的概率和危险度进行客观的评定 确定 可能导致损失的严重程度 为制定安全措施和选择最优方案提供依据 常见安全评价方法的比较见表1 1 4 6 7 明 表1 1 中的安全检查表 s c l 预先危险性分析 p h a 和危险与 可操作性研究方法属于定性评价 9 r1 0 不对危险性进行量化处理 只 是由参评人员凭借自己所掌握的知识和经验 对照有关的标准 规范 或者根据同类系统或类似系统以往的事故统计资料 找出系统中存在的 危险因素以及这些危险因素在什么情况下能弓f 发事故 同时提出安全控 制措施 这类评价方法由于受到评价人员的经验 思维倾向 分析判断 能力以及占有资料等情况的影响 评价结果总体来说比较粗略 只能大 概地了解系统的危险程度 其余八种方法属于定量评价 因为定量评价能够比较精确地描述系 统的危险性 故而在危险性评价中得到了广泛应用 根据对危险性量化 中国石油大学 华东 硕士论文第1 章前言 方法的不同 定量评价又分为相对的危险性评价和概率的危险性评价 表1 一l 安全评价方法比较表 评价方法评价目标方法特点适用范围 安全检查表危险有害因按事先编制的有标准要求的检各类系统的设 s c l 素分析 安查表逐项检查 按规定赋分标准计 验收 运行 全等级赋分 评定安全等级管理 事故调查 预先危险性 危险有害因评论分析系统存在的危险 有害各类系统设计 分析 p h a 素分析 危 因素 触发条件 事故类型 评旖工 维修前的 险性等级定危险性等级概略分析和评价 故障类型和故障 事故 列表 分析系统 单元 元件 机械电气系统 影响分析 原因 影响事故类型 故障原因 故障影响 局部工艺过程 f e m a 程度 等级评定影响程序等级事故分析 故障类型和故障原因 在f e m a 基础上 由元素故障概机械电气系统 影响危险分故障等级 率 系统重大事故概率计算系统局部工艺过程 析 f m e c a 危险指数危险性指数事故分析 事件树事故原因 归纳法 由初始事件判断系统事各类局部工艺过 e t a 触发条件 故原因及条件 由各事件概率计 程 生产设备 事故概率算系统事故概率装置事故分析 事故树事故原因 演绎法 由事故和基本事件逻辑宇航 核电 工 丌a 事故概率推断事故原因 由基本事件概率艺设备等复杂系 计算系统事故概率统事故分析 格雷厄姆一 危险性等级对系统的事故发生可能性 人员各类生产作业条 金尼法 暴露情况 危险程度赋分 计算件 l e c 后评定危险性等级 道化学火灾火灾 爆炸 根据物质 工艺危险性计算火灾生产 储存 处 爆炸指数法危险性等 爆炸指数 判定采取措施前后的理燃 爆 化学 d o w 级 事故损 系统危险性 由影响范围 单元活泼性 有毒物 失破坏系数计算系统的经济 停产质工艺过程及其 损失他有关工艺系统 帝国化学公火灾 爆炸 由物质 工艺 毒性 布置危险生产 储存 处 司蒙德法毒性及系统计算采取措施前后的火灾 爆理燃 爆 化学 m 0 l n d 整体危险性 炸 毒性和整体危险性指数 评活泼性 有毒物 等级定各类危险性等级质工艺过程及其 他有关工艺系统 6 中国石油大学 华东 硕士论文第l 章前言 日本劳动省危险性等级检查表法定性评价 基准局法定化工厂和有关装 六阶段法量评价 采取措施 复评 l 级 置 危险性装置用f t a 等方法再评 危险性与可偏离及其原通过讨论 分析系统可能出现化工系统 热力 操作性研究因 后果对的偏离 偏离原因 偏离后果水力系统的安全 系统的影响及对整个系统的影响分析 其中 道化学火灾 爆炸指数法 帝国化学公司蒙德澍1 2 日本劳 动省六阶段法 1 3 和格雷厄姆 金尼法属于相对危险性评价 相对危险 性评价是对系统中存在的各种危险因素 按照一定的标准打分 然后运 用某种数学方法将各项分值综合成一个指数 或点数 进而根据指数 或点数 值确定系统的危险性 故又可称之为指数法或评点法 故障类型和影响分析 故障类型和影响危险性分析 事件树和事故 树属于概率危险性评价方法 查找出系统可能出现的故障或事故模式 并根据己经积累的数据 计算出待评价系统的故障或事故的发生概率 进而计算出系统的风险率和可接受的风险值 通过比较来评价系统是否 安全 由于这类评价方法的评价结果是根据大量数据统计资料 经科学 计算得出的 故它能够较好地反映系统危险性的真实大小 但从操作的 角度来看 这些方法需要收集的资料较多 评价起来较为复杂 故在实 际的安全评价工作中较难实现 由上述分析可知 各种评价方法都有其各自的评价目标 特点和适 用范围 考虑到油库中危险装置大型化 过程连续化 原料及产品易燃 易爆 有毒和易腐蚀等特点 1 4 1 5 以及本人目前对于评价资料的占有情 况 将采用两类评价方法的结合 进行系统综合评价 7 中国石油大学 华东 硕士论文第1 章前言 l 1 5 安全评价的地位和作用 安全评价在杜绝 减少事故的发生 降低灾害带来的损失及事故原 因分析等诸多方面均发挥着重要作用 受到世界各国的重视 安全评价 己越来越多地列入各国法规 标准及国际化组织有关规范的条款中 1 6 1 这表明安全评价已正式确立了它在工业生产中的地位f 1 刀 主要表现在 1 安全评价已成为工程项目建设中必须的一项工作 2 安全评价是安全管理体系的基础性内容 1 a l 3 安全评价成为控制重大工业事故的重要手段 1 9 1 安全评价已经在实际生产中发挥了并正在发挥着巨大的作用 安全 评价工作的展开任重而道远 1 2 安全评价的状况与发展 生产劳动是人类赖以生存的实践活动 人类在向大自然索取并创造 新的物质财富的同时 还要保护劳动者自身免遭伤害 只有辩证地分析 生产和安全的关系 人类才能持久的发展生产和享有安全 健康 舒适 的生活 2 0 这也是人类进步的重要标志和科学技术发展的产物 随着安 全科学技术的发展 安全评价愈来愈受到广泛重视 1 2 1 国外安全评价概况 安全评价技术起源于2 0 世纪3 0 年代 是随着保险业的发展需要而发 展起来的 此项技术在2 0 世纪6 0 年代得到了很大的发展 首先使用于美 国军事工业 1 9 6 2 年4 月美国公布了第一个有关系统安全的说明书 空军 弹道导弹系统安全工程 这是系统安全理论的首次实际应用 1 9 6 6 年美国国防部采用了空军的安全标准 并于1 9 6 9 年7 f l 颁布最具 s 中国石油大学 华东 硕士论文第1 章前言 代表性的系统安全军事标准 系统安全大纲要点 m i l s 一8 8 2 此后 系统安全工程方法陆续推广到航空 航天 核工业 石油 化工 等领域 并不断发展 完善 成为现代系统工程的一种新的理论和方法 体系 在当今安全科学领域占据非常重要的地位 另一方面 2 0 世纪7 0 年代以后 全球范围内发生了许多震惊世界的 火灾 爆炸 有毒物质的泄漏事故 例如 1 9 7 4 年英国夫利克斯保罗化 工厂发生的环己烷蒸气爆炸事故 死亡2 9 人 受伤1 0 9 人 直接经济损失 达7 0 0 万美元 1 9 7 5 年荷兰国营矿业公司1 0 万吨乙烯装置中的烃类气体逸 出 发生蒸气爆炸 死亡1 4 入 受伤1 0 6 入 毁坏大部分设备 1 9 8 4 年墨 西哥城液化石油气供应中心站发生爆炸 事故中约有4 9 0 人死亡 4 0 0 0 多人受伤 另有9 0 0 多人失踪 供应站内所有设施毁损殆尽 1 9 8 8 年英国 北海石油平台因天然气压缩间发生大量泄漏而大爆炸 2 3 0 余名工作人员 只有6 7 人幸免于难 使英国北海油田减产1 2 1 9 8 4 年1 2 月3 日凌晨印度 博帕尔农药厂发生一起甲基氰酸酯泄漏的恶性中毒事故 有2 5 0 0 多人中 毒死亡 2 0 余万人中毒 深受其害 是世界上绝无仅有的大惨案 我国 近年也曾多次发生过火灾 爆炸 毒性泄漏等重大事故 恶性事故造成的人员严重伤亡和巨大财产损失 促使各国政府 议 会立法或颁布规定 规定工程 技术开发项目都必须进行安全评价 并 对安全设计提出了明确的要求 当前 大多数工业发达国家已将安全评 价作为工厂设计和选址 系统设计 工艺过程 事故预防措施及制订应 急计划的重要依据 近年来 为了适应安全评价的需要 世界各国开发 了包括危险辨识 事故后果模型 事故频率分析 综合危险定量分析等 内容的商用化安全评价计算机软件包 随着信息处理技术和事故预防技 术的进步 新的实用安全评价软件不断地进入市场 计算机安全评价软 件包可以帮助人们找出导致事故发生的主要原因 认识潜在事故的严重 9 中国石油大学 华东 硕士论文第1 章前言 程度 确定降低危险的方法 并逐步发展到计算机辅助与定性 定量动 态仿真相结合的安全评价阶段 2 l 瑚1 1 2 2 国内安全评价进展 2 0 世纪8 0 年代初期 安全系统工程引入我国 受到许多大中型生产 经营单位和行业管理部门的高度重视 通过吸收 消化国外安全检查表 和安全分析方法 机械 冶金 化工 航空 航天等行业的有关生产经 营单位开始应用安全分析方法 此外 一些石油 化工等易燃 易爆危 险性较大的生产经营单位 也应用道化学公司火灾 爆炸危险指数法进 行了安全评价 许多行业和地方政府有关部门制定了安全检查表和安全 评价标准 近几年来国内对安全评价越来越重视 在评价方法上也取得 了较大的进展 正在形成适合我国具体情况的安全评价法 2 船 1 9 8 7 年原机械部首先提出了在机械行业内开展机械工厂安全评价 并于1 9 8 8 年1 月1 日颁布了第一个部颁安全评价标准 机械工厂安全性评 价标准 该标准的颁布执行 标志着我国机械工业安全管理工作进入 了一个新的阶段 1 9 9 1 年国家 八五 科技攻关课题中 将安全评价方法研究列为重 点攻关项目 2 0 0 2 年1 月9 日中华人民共和国国务院令第3 4 4 号发布了 危险化学品 管理条例 2 0 0 2 年6 月2 9 日中华人民共和国第7 0 号主席令颁布了 中华 人民共和国安全生产法 规定生产经营单位的建设项目必须实旌 三 同时 与此同时 安全评价工作在建设项目 三同时 工作向纵深发 展的过程中开展起来 目前 国外现有的安全评价方法 适用于评价危险装置或单元发生 事故的可能性和事故后果的严重程度 国内研究开发的机械工厂安全性 1 0 中国石油大学 华东 硕士论文第l 章前言 评价方法标准 化工厂危险程度分级 冶金工厂危险程度分级等方法 主要用于同行业生产经营单位的安全评价 1 3 选择安全评价方法应注意的问题 1 应根据工业企业生产全过程的不同阶段选择合适的评价方法 尤其要注意通过系统设计阶段的安全预评价来及早发现设计缺陷 以保 证建成后的工作系统达到本质安全 2 同一种评价内容有多种评价方法 选择时既要注意消化吸收国 内 外科学 实用的方法 不一味求新 又应注意安全系统的复杂性 用单一方法难以完全揭示整个系统的情况时 可考虑用多种评价方法综 合评估 或把不同的方法结合起来 如此来相互取长补短 避免局限性 3 安全评价过程必须遵循科学性 公正性和针对性的原则 要科 学地制定安全标准与系统的评价体系 要公正合理的分配危险要素的权 重值 要针对评价内容与对象加强基础数据的收集与研究 保证数据的 全面性与准确性 1 4 论文研究的目的 意义和主要内容 油库是储存和收发石油及其产品的场所 油品的易燃 易爆 有毒 等危险特性 使油库潜存着巨大的危险性 如果受到各种不安全因素的 激发 就会引起燃烧 爆炸 混油 漏油 中毒及设备破坏等多种形式 的事故 造成人身伤亡和经济损失 影响工农业生产和周围环境 2 引 1 4 1 研究目的和意义 油库事故具有很大的破坏性和威胁性 在现代事故中占据重要地位 1 i 中国石油大学 华东 硕士论文 第1 章前言 据统计 近2 0 年间 我国销售系统成品油库共发生较大事故6 0 0 次 致使3 1 0 人死亡 6 3 0 人致残 损失油品近5 万吨 直接经济损失达2 5 0 0 万元 如1 9 8 9 年8 月1 2 日 青岛市黄岛油库原油罐起火爆炸 造成2 l 入死 亡 7 8 人受伤 烧毁油品3 6 万吨 6 0 0 多吨油品流入海湾 污染水域几 百米宽十几海里长 经济损失达8 5 0 0 万元 造成严重后果 据世界石油化工企业近3 0 年的1 0 0 起特大事故 损失超过1 0 0 0 万美 元 统计分析 属于罐区事故为1 6 起 占1 6 由此可见 油库事故的危害后果严重 造成的损失巨大 应该引起 高度的重视 提高油库的安全程度 努力减少入身伤亡和经济损失 随着我国国民经济的迅猛发展 对石油产品的需求量与日俱增 我 国在1 9 9 3 年已成为石油纯进口国 其在2 0 0 2 年的原油进口量己达到6 9 4 1 万吨 据2 0 0 4 年2 月2 3 日公布的官方统计数字显示 我国在2 0 0 3 年总共进 口7 9 1 0 0 万吨原油 专家预计 中国的石油需求量在2 0 2 0 年前可能增加 到4 亿吨 即平均年增 j 1 1 2 石油己成为关系我国国计民生的重要战略 物资 为了避免国际石油价格波动给我国经济带来的高风险 我国正在 斥巨资建设国家石油战略储备油库 总储量将在数千万立方米以上 油 品储罐也向着大型化方向发展 目前我国在建和拟建的油库 尤其是国 家储备库 库容大都在l o o x l 0 4 m 3 的量级以上 有的甚至规划了 2 0 0 0 x 1 0 4 m 3 油罐结构基本采用浮顶油罐 单罐容积小则5 1 0 4 一 大 n 1 5 1 0 4 m 3 l o x1 0 4 m 3 上的储罐屡见不鲜 如此巨大的石油库一旦 发生火灾 爆炸等突发事故 其后果是不堪设想的 会对人们的生命财 产造成极大的破坏 因此 对大型罐区进行安全评价就显得尤为重要 如何用理论的 系统的方法来对石油大型罐区可能存在的风险进行分析 与评价已经成为石油化工企业和安全科学领域的一个重要课题 中国石油大学 华东 硕士论文第1 章前言 1 4 2 研究内容及所做的工作 本论文对石油储罐区泄漏 火灾 爆炸事故风险进行较深入的研究 具体如下 1 采用道氏火灾 爆炸指数法对油库作业场所进行分析与计算 针对不同方面 采取不同的侧重点 利用计算机技术编制出一套有效的 易于操作的油库安全评价的应用软件 2 对某一罐区安全性进行实地评价 将评价结果与工程劳动安全 卫生预评价报告书进行对比 分析危险范围和危险程度的影响因素 3 运用事故树 f r a 方法对石油罐区场所内潜在危险性进行分 析 分析油罐自身及其附属设施 设备的安全状况对整个库区安全性的 影响程度 得出油库中易发生事故的薄弱环节 并提出安全注意事项和 适当的改进措施 给工作人员提出必要的建议和意见 从而有效的预防 和控制火灾 爆炸事故的发生和发展 中国石油大学 华东 硕士论文第2 章道氏火灾 爆炸指数法程序设计 第2 章道氏火灾 爆炸指数法程序设计 2 1 道氏火灾 爆炸指数法 道氏火灾 爆炸指数法是美国道化学公司于1 9 6 4 年首创的 历经三 十多年 不断修改完善 在1 9 9 3 年推出了第七版 以已往的事故统计资 料及物质的潜在能量和现行安全措施为依据 定量的对工艺装置及所含 物料的实际潜在火灾 爆炸和反应危险性进行分析和评价 该方法是以工艺单元的特定物质系数为基础 将引起火灾 爆炸的 一般工艺危险性 特殊工艺危险性和安全补偿措施等均采用指数进行量 化 进而计算出潜在事故的预期损失 并以此作为衡量单元风险接受与 否的依据 广泛应用于石油化工 燃气生产和储运设备中 2 9 1 道氏火灾 爆炸指数法的目的在于确定危险场所火灾 爆炸的潜在危险性 找出可 导致事故发生及扩大灾害的事故源 将潜在的火灾 爆炸危险性纳入安 全管理 该法的最大特点是能用经济损失的大小来反映工艺过程中火灾 爆炸危险的大小和该工程拟采取的安全防范技术设施的有效性 2 1 1 评价程序和步骤 根据评价程序图 图2 1 可知 评价步骤如下 1 依照设计方案选择最恰当的工艺单元 它应在工艺上起关键作 用 并可能对潜在火灾 爆炸危险具有重大影响 2 确定工艺单元的物质系数m f 3 按单元的工艺条件 采用适当的危险系数 分别记入 火灾 爆炸指数 f e 1 表 的 一般工艺危险系数e 和 特殊工艺危险 1 4 中国石油大学 华东 硕士论文第2 章道氏火灾 爆炸指数法程序设计 系数e 栏目内 4 用一般工艺危险系数e 和特殊工艺危险系数五相乘求出工艺单 元危险系数e 选取工艺单元 确定物质系教 m f 计算一般工艺危险系数 f i 计算特殊工艺危险系数 f i 确定工艺单元危险系数 f 3 f l x f 2 计算安全措施补偿系数 c c i x c 2 x c 确定火灾 爆炸指教 f e i f 3 x m f 确定暴露面积 确定暴露区域内财产的更换价值 确定基本i v i p p dl 1 确定破坏系数 确定实际m p p d 确定m p d o 厂 1 1 确定b i 图2 1 道化学公司火灾 爆炸指数评价程序图 第七版 5 将工艺单元危险系数与物质系数相乘求出火灾爆炸危险指数 6 用火灾 爆炸危险指数计算出单元的暴露区域半径 并计算暴 露区域面积 选择合适的安全措施及相应的各项补偿系数c l c 2 g 1 5 中国石油大学 华东 硕士论文第2 章道氏火灾 爆炸指数法程序设计 然后确定总的安全措施补偿系数c 7 查出单元暴露区域内所有设备的更换价值 根据物质系数和工 艺单元危险系数 确定破坏系数d f 破坏系数表示损失的暴露程度 8 用暴露面积与破坏系数相乘 求出基本最大可能财产损失 b a s em p p d 9 应用安全措施补偿系数c 乘以b a s e m p p d 确定实际最大可能 财产损失a c t u a l 脱p p d 1 0 根据a c t u a l m p p d 确定最大可能停工天数m p d o 1 1 用最大可能停工天数m p d o 确定停产损失酊 2 1 2 道氏法指标体系确定原则 1 事故危险相近方法 在进行不同的危险操作时 经常会有意想不到的事故发生 如火灾 爆炸 中毒 高温烫伤 油品泄漏等 如何区分事故的大小 怎样落实 鉴别事故的危害程度等级 这类问题一直没有一个明确的方法来确定 事故鉴定基本归属于定性的范畴 同时事故等级的判定也被太多的因素 所制约 鉴于此 可以采用横向比较己经发生的事故 分析事故发生以 后的影响结果和危害范围 并进行简单的分级的方法 即采用 危险相 近方法 此方法对道氏指标系数的提出有很大的意义 2 9 事故危险相 近 是指比较两种或多种以上的事故发生的后果效应 其事故危害程度 相近 一个事故发生后 将受其影响的周围环境的受损变化程度作为评定 事故等级的标准 周围环境的受损程度是多方面的 由成立的专家组对 事故进行评定 专家可以根据事故危险相近方法 从以下几个受损方面 1 6 中国石油大学 华东 硕士论文第2 章道氏火灾 爆炸指数法程序设计 进行评定 a 入伤害程度 b 财物损坏程度 c 火灾损坏 d 爆炸半径 e 毒性半径 f 事故发生几率 g 后果影响时间 需要指出的是 上述各原则并非简单的罗列 它们之间有如图2 2 所 示的关系 也就是说 原则设立将 人伤害程度 作为首要考虑的条件 实现了必须以人为本的精神 其次为 财物损坏程度 而把 火灾损 坏 爆炸半径 和 毒性半径 视为同一危险级别 最后把 事故 发生几率 和 后果影响时间 两个指标作为相同级别 根据这个原则 来进行事故鉴别 可以非常有效的区分事故的大小和性质 图2 2事故危险相近方法判定原则 事故危险相近方法对道氏法指数的确定有很重要的作用 在对各项 1 7 中国石油大学 华东 硕士论文第2 章道氏火灾 爆炸指数法程序设计 系数进行专家打分时 每位专家都要熟知所提出的每一个指数在工艺过 程中的情况 假设所提出的事故发生 专家可以根据上面所提到的原则 综合道氏法指数的情况进行打分 不同的事故 如果有可能得出相近的 后果 便可取相近的系数进行打分 这样可以很快的得出最相近的系数 最终 由多个专家得出数据并求得最优值 事故危险相近法采用横向比较的方法 在一定程度上解决了事故定 级的难题 但也有其局限性 由于专家在进行打分时 不同的经验 不 同的环境等客观条件 不可避免的会出现人为误差 这样就会使最终数 据产生误差 避免此种情况的出现有两种方法 一是选择专家要慎重 尽可能选择经验丰富的专家 二是尽量采用多个样本 以平衡误差 事故危险相近方法有很广阔的研究前景 根据其所提供的七个原则 可以进一步区别主次 增加参数 量化数据 建立数学模型进行事故分 级 进而深入探讨事故分级理论 2 指标体系确定原则 由于任何一种评价方法的形成过程 都包含了大量的国内工业数据 这对每一个国家来说都是严格保密的 道氏法同样如此 所查直接资料 甚少 这对于查阅和进一步了解道氏法结构来说 增加了很大的难度 对于道化学指数评价系数的由来 在查阅了很多文献之后 经过研究发 现 道化学指数主要是根据收集多年来化工厂发生的事故案例 对化工 厂中的危险装置 重点部位发生的事故原因 事故类型 事故危害程度 等进行了系统的总结 进而得出装置易发事故的设备明细 以五个主要 因素对装置的所在条件分级分析 e l p 物质量 物质 温度 压力和操 作 在前面大量的事故分析 图表 作图的条件下 进行多次的专家分 级 直接打分 根据模糊数学分析误差 进行回归得出系统的数学模型 进行计算 模拟比重 模型如下 1 8 中国石油大学 华东 硕士论文第2 章道氏火灾 爆炸指数法程序设计 一物质量 一物质 i 装置l 一温度 厂磊翮 回归求证 i 千7 l j 1 修市等缓 i 一压力 事故案例l 一操作l 图2 3 道化学指标体系形成模型 根据以上分析 道氏法指标系数的形成 可以根据危险指标制定原 则建立 并对指标系数的形成采用危险度相近的方法 邀请专家对指标 进行打分 近似的形成新的评价指标 了解道氏法的形成过程 为我们 对道氏法进行进一步的补充 提供了理论和实际操作的依据 2 2 程序设计 2 2 1 软件开发环境与运行条件 1 操作系统 随着计算机技术的飞速发展 人与计算机之间的通信方式发生了深 刻的变化1 2 4 1 从传统的命令行通信方式 如d o s 系统 演变成了图形界 面下的交互通信方式 如w i n d o w s 系统 自从美国m i c r o s o f t 公司推 出了w i n d o w s 后 由于它提供丰富的图形化界面替换了传统的d o s 环 境下所要强记的那些硬邦邦的命令 而且在w i n d o w s 下所开发的应用程 序 其操作方式都是统一的 无形中提高了用户的亲和力 因此吸引了 全球无数个人计算机用户 形成计算机的主流 本文采用m i c r o s o f t 公司 的w i n d o w s 操作系统 版本为w i n d o w s2 0 0 0 或更高的版本 1 9 中国石油大学 华东 硕士论文第2 章道氏火灾 爆炸指数法程序设计 2 开发工具 图形用户晃面 g r a p h i c a lu s e ri n t e r f a c e s 简称为g u i 由窗口 光 标 按键 菜单 文字说明等对象构成 在图形用户界面 g 1 u i 下 用户可以通过一定的方法 如鼠标或键盘 选择 激活这些图形对象 使计算机产生某种动作或变化 本文设计程序使用v i s u a lb a s i c6 0 进行开发 1 9 6 4 年在d a r t m o u t h 学院由j o h nk e m e n y 和t h o m a s 设计出b a s i c 语言以来 由于它的 语法很接近人类所使用的自然语言和数学表达式 受到广大计算机应用 者的喜爱 随着科技的不断进步 微软公司于1 9 9 1 年推出的v i s u a lb a s i c 简称v b 现已发展至6 0 版 v i s u a l 的中文意思是可视的 它是指 开发图形用户界面的方法 其方法就是在建立输入输出界面时 不必撰 写程序来描述界面控件的外观和配置 只要使用工具箱的工具 在程序 设计阶段便可达成 是属于一种 w h a ty o u 辩ei sw h a ty o ug e t 直觉式 的设计理念 3 运行条件 根据目前的计算机环境 本文开发的软件可在一般档次的微机上运 行 建议运行环境是c p u 为p 1 0 g 1 2 8 m 以上的内存 6 4 m 的显卡 1 5 g b 以上的硬盘空间 在w i n d o w s2 0 0 0 或更高版本的操作系统下运行 2 2 2 概要设计 程序流程图如图2 4 所示 程序需要输入的参数详见表2 l 程序的设计目标 从表2 l 中的各个参数出发 以工艺过程中的物性 设备等数据为基础 加上一般工艺和特殊工艺的危险系数 运行程序 求出火灾 爆炸危险指数 通过逐步推算 得到评价单元的危险等级 最大可能财产损失和停产损失 进而预测事故发生后的损失程度 2 0 中国石油大学 华东 硕士论文第2 章道氏火灾 爆炸指数法程序设计 设计思想 对照道氏火灾 爆炸指数法的评价步骤按顺序进行 逐 步提交页面 计算并显示出中间结果 最后汇总 表2 1 程序输入参数及说明 参数名称获得来源 工艺单元名称用户提供 危险物质名称用户提供 物质系数物性 用户提供或查询数据库 危险物质数量 k g 用户提供 物质燃烧热 k j 俺 物性 用户提供或奁询数据库 操作状态用户提供 一般工艺危险状态用户提供 特殊工艺危险状态用户提供 暴露区域内财产价值 万元 用户提供 增长系数用户提供 安全措施补偿状况用户提供 油品 设备的供应状态用户提供 每月产值 力兀 用户提供 l 程序启动 l l 输入评价单元 危险物质名称i 输入物质系数m f l 输入 选择工艺条件和设备状况l 运行计算程序 评价结果显示 士 程序结束 图2 4 程序流程图 2 l 中国石油大学 华东 硕士论文第2 章道氏火灾 爆炸指数法程序设计 2 2 3 详细设计 根据道氏火灾 爆炸指数法的评价步骤逐步推算 指明设计要点 3 0 图2 5 程序流程示意图 由于油库内的各种设施和作业场所不同于化工厂的布置 运行状况 在运用d o w s 方法进行分析评价时 应充分结合库区的实地情况 有选 择的判断和赋值 如有需要 可适当的增减考察点并予以赋值 下面 针对油库的具体情况进行分析 1 工艺单元划分 在危险 有害因素分析的基础上 根据评价目标和评价方法的需要 将系统分成有限 确定的范围进行评价 在此 要求用户输入工艺单元 按照贮存 处理危险物质的潜在化学能 毒性和数量划分评价单元 参考以往同类事故资料 将危险性特别大的区域 装置或危险性大且资 中国石油大学 华东 硕士论文第2 章道氏火灾 爆炸指数法程序设计 金密度大的区域和关键设备作为一个单元 油库事故主要是火灾 爆炸和泄漏事故 而且多数是由明火和违章 作业等原因引起的责任事故 虽然现代油品储运事故的发生率明显减少 但这并不是由于油库事故的危险性降低了 而是人们重视应用先进的安 全技术和管理方法 认真落实预防措施的结果 油库的潜在危险性仍然 很大 事故的破坏性和威胁性仍很严重 在计算火灾 爆炸危险指数时 选择恰当的工艺单元 即是要评价从预防损失角度考虑对工艺有影响的 工艺单元 3 因此 可按油库内储存油品的性质和布局的差异将储油区 装卸区和辅助生产区等分为若干个工艺单元 分别进行评价 2 确定物质系数m f 物质系数是表述物质在燃烧或其它化学反应引起火灾 爆炸时释放 能量大小的内在特性 是一个最基础的数据 数值范围为1 4 0 数值越 大表示危险性越高 3 确定工艺单元危险系数只的数值 在计算各项系数时 应选择物质在工艺单元中所处的最危险状态 工艺单元危险系数包括一般工艺危险系数曩和特殊工艺危险系数e 一般工艺危险是确定事故危险程度的主要因素 对于油库作业场所 以下同 一般包括5 项内容 见表2 2 a 油品处理与输送 用于评价工艺单元在处理 输送和贮存油品时潜在的火灾危险性 需考察的项目有 所有i 类易燃或液化石油气类的油品在连接或未连接的管线上 装卸 系数取0 5 0 对 3 或j 4 的易燃液体或气体 系数取0 8 5 中国石油大学 华东 硕士论文第2 章道氏火灾 爆炸指数法程序设计 对闭杯闪点大于3 7 8 c 并低于6 0 c 的可燃液体 系数取0 2 5 b 室内单元 包括油泵房 灌油间等 在闪点以上处理易燃液体时 系数取0 3 0 若处理易燃液体量 4 5 4 0 k g 系数取0 4 5 在沸点以上处理任何易燃液体量时 系数取0 6 0 若处理易燃液 体量 4 5 4 0 k g 系数取0 9 0 若已经安装了合理的通风装置 则上两项系 数减半 以上易燃液体处理量为道化学法的原始数值 在对油库进行分析时 可根据单元的实际处理能力进行适当的调整 c 库区内道路 装卸区道路不符合要求 影响消防时 系数取0 3 5 油罐区道路不符合要求 影响消防时 系数取0 3 5 t 辅助生产区道路不符合要求 影响消防时 系数取0 2 0 石油库内道路的设计 应使库内各区之间有公路相连 布置在库内 的道路应做到联系方便 线路短捷 便于排水 符合安全防火要求 考 察的具体要求如下 1 油库内道路应尽可能布置成环形道 对于库内有汽车往返交叉作 业的路段 其路面宽应为6 m 的双车道 对于较少行车路段 应为不小于 3 5 m 的单车道 并应在适当地段设错车道 2 油罐区周围应设环形消防道路 油罐组之间宜设宽3 5 m 的消防道 路与环形消防道路相连 3 铁路装卸区应