T-CI 478-2024 超临界二氧化碳输送管道定量风险评估规范

超临界二氧化碳输送管道定量风险评估规范Specificationforquantitativer中国国际科技促进会I Ⅲ 1 13术语和定义 14基本程序 25基础数据 25.1数据收集 25.2气象条件 45.3人口数据 45.4介质物性 56危险场景辨识 56.1站场危险场景辨识 56.2线路危险场景辨识 57失效频率 57.1站场泄漏频率 57.2线路泄漏频率 68失效后果 68.1后果类型 68.2后果模拟 69风险评估 69.1伤害准则 69.2致死率计算 69.3风险评估 79.4风险判定 79.5风险减缓 7附录A(资料性)基础资料收集示例 8附录B(资料性)泄漏频率计算方法 附录C(资料性)CO₂浓度对人类安全的影响 附录D(资料性)死亡概率与概率值对应关系 附录E(资料性)风险可接受基准 Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国石油天然气管道工程有限公司提出。本文件由中国国际科技促进会归口。本文件起草单位：中国石油天然气管道工程有限公司、中国石油管道局工程有限公司第三工程分公司、中铁十四局西北工程有限公司、大连理工大学、中石化国家石化项目风险评估技术中心有限公司、大庆石化建设有限公司、中国石油管道焊接培训中心、陕西化建工程有限责任公司、中石油云南销售分公司、中博瀚云(北京)科技有限公司、中有智慧(北京)标准技术有限公司。本文件主要起草人：吴凤荣、孟凡鹏、安永胜、方杰、张效研、朱坤锋、李广群、林宝辉、丁建华、超临界二氧化碳输送管道距离长，沿途地质复杂，常经过人口密集的高后果区或重要防护目标区域，其设计、施工和运行过程中面临工程投资高、工期长、泄漏风险高以及运营维护难度大等多种因素。对超临界二氧化碳输送管道开展定量风险评估，充分识别和评估其输送风险，以辅助风险决策和风险管理，提升超临界二氧化碳输送管道的安全性，显得尤为重要。因此，亟待制定超临界二氧化碳输送管道定量风险评估规范，提高超临界二氧化碳管道的本质安全。本文件的制定将统一并规范超临界二氧化碳输送管道的风险评估及其接受准则，为二氧化碳输送管道的危险因素识别、危害后果模拟、风险评估以及风险减缓措施的设计提供指导，降低工程事故的发生，确保超临界二氧化碳输送管道工程建设和运营的安全。1超临界二氧化碳输送管道定量风险评估规范本文件规定了超临界二氧化碳(CO₂)管道定量风险评估中的技术要求、工作程序和基本方法。本文件适用于陆上超临界CO₂输送管道工程的定量风险评估。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。AQ/T3046—2013化工企业定量风险评价导则3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。输送压力高于临界压力的二氧化碳输送形式。[来源：SH/T3202—2018,3.2,有修改]某一个体持续出现在某一特定场所所遭遇的某种危险发生的频率，通常以每年个人死亡率来表示。个人年度死亡风险individualriskperannum;IRPA考虑个体平均暴露于不同作业或活动场所的时间，在某特定固定工作地点的人员年度死亡率。大于或等于N人死亡及其累计发生频率的曲线F。[来源：SH/T3226—2024,3.1.13,有修改]导致暴露人群50%死亡(LD50)的剂量。2定量风险评估的基本程序应符合图1。资料收集资料收集危险场景辨识与评价单元划分失效频率分析失效后果分析风险计算与结果评价风险减缓措施报告编制资料类别1自然条件大气参数(气压、温度、湿度等)2平面布局区域位置图平面布置图设备布局立面图3表1站场基础资料收集清单(续)资料类别3设计数据工艺流程图(PFD)管道和仪表流程图(P&ID)设备和管道数据设计说明4工艺危害信息工艺物料信息56口分布/站场内的人员分布及工作时间7运行时间8管理数据根据项目所处不同阶段，收集不同深度的设计说明书。对设计阶段，运行时间取每年最大设计运行时间，对运行阶段取每年实际最大运行时间当需要根据现场管理水平，对通用频率进行修正时，应收集评估管理数据，包括：管理制度、操作和维护。资料类别1自然条件大气参数(气压、温度、湿度、太阳热辐射等)2平面布局线路走向图区域位置图设计说明4表2线路基础资料收集清单(续)资料类别3工艺危害信息工艺物料信息456运行时间管道的检测数据7管理数据根据项目所处不同阶段，收集不同深度的设计说明书。b对设计阶段，运行时间取每年最大设计运行时间，对运行阶段取每年实际最大运行时间。当需要根据现场管理水平，对通用频率进行修正时，应收集评估管理数据，包括：管理制度、操作和维护。5.2.1气象数据应由建设单位确认，且和评估目标所在地气象部门提供的数据一致。5.2.2气象数据的基本参数包括风速、温度、相对湿度等。示例参见附录A中的表A.1。5.2.3自然风速条件为风速、风向和大气稳定度的组合，组合至少选择3种气象条件，且应涵盖高风速(8m/s~9m/s)、中风速(3m/s~5m/s)、低风速(1m/s~2m/s)及大气稳定度的稳定、中性、不稳定范围，并且风速选择适当参考当地平均风速，见表3。表3风速条件类别风速范围大气稳定度类型大气稳定度D(中等)和F(稳定)中风速大气稳定度B(较不稳定)、D(中等)和E(较稳定)大气稳定度D(中等)注：大气稳定度通常采用Pasquill分类，分为A、B、C、D、E和F六类，其中A为最不稳定，5.2.4风频宜采用8项或16项，若无，参考当地风玫瑰图。5.3.1人口数据可采用实地统计数据，并应符合AQ/T3406—2013中6.2.2的规定。5.3.2站场人口分布统计包括站场内人员和站场外人员，线路人口分布统计为管道周边人口。统计应遵循以下原则：5a)考虑人员轮班情况；b)考虑人员在不同时间上的分布，如白天与晚上；d)考虑已批准的规划区内可能存在的人口；e)根据评估目标，确定人口统计的地域边界。5.3.3人员数据应包括人员存在位置、人员分布时间(白天和晚上，或不同的时期段)、人员在室内外的暴露时间比例等。示例见附录A。5.4.1应列出介质的物性参数作为模拟计算的基本物性参数。5.4.2应列出输送介质的组分、性质和危险性等级，介质组分示例见表A.5。6危险场景辨识6.1站场危险场景辨识6.1.1站场风险评估应按照主要工艺系统、功能分区布置和隔离系统等并结合地形等物理因素划分若干评估单元。6.1.2评估单元宜以紧急切断阀门、放空阀门、正常条件下关闭的阀门、安全阀等常用设施为边界。6.1.3评估单元的泄漏场景根据泄漏孔径大小可分为完全破裂、孔泄漏。6.1.4危险场景为设备设施典型的失效场景，失效场景应同时满足以下2个条件：a)泄漏发生的频率≥10-8次/年；b)至少导致1%的致死率。6.1.5完全破裂应包括分析CO₂管道的纵向破裂。6.1.6孔泄漏的泄漏孔径宜根据站场设备设施的实际情况具体分析，包括评估单元内设备设施和管线6.2线路危险场景辨识6.2.1线路风险评估应按照线路截断阀的位置划分若干评估单元。6.2.2评估单元的泄漏场景根据泄漏孔径大小可分为完全破裂、孔泄漏。6.2.3完全破裂应包括分析CO₂管道的纵向破裂，孔泄漏的泄漏孔径取值范围和代表性值推荐见附7.1站场泄漏频率管线等。7.1.2各评估单元泄漏频率应为部件数量和部件基础泄漏频率的乘积，计算步骤见附录B。7.1.3基础泄漏频率分析方法包括数学模型、历史数据统计、事件树和故障树等；推荐采用历史数据统计法，管线或设备的基础泄漏频率推荐见附录B。7.1.4基础泄漏频率宜使用本规范推荐的通用频率，当使用其他失效数据库或企业失效数据时，应进行专项说明。67.1.5基础泄漏频率可根据提高安全系数、壁厚、材料等级等技术措施等进行修正，并进行7.1.6部件数量应按照部件类型、尺寸等逐一统计。统计原则如下：a)区分泄漏介质、初始泄漏压力。液相介质的部件和气相介质的部件分别统计；不统计处理水、惰性气体或其他无危害介质的部件；只统计带压部件，不统计一些常压对风险无贡献的部件；b)区分管道的长度和尺寸，管道上的焊缝不单独统计，管道上的阀门、法兰和仪表另外统计；c)法兰统计应包括两个法兰面、一个垫圈和两道焊缝。7.2.1线路评估单元的失效频率为管道的泄漏频率，推荐采用统计法。7.2.2线路泄漏频率及不同泄漏场景的占比推荐见表B.1。8.1.1CO₂气体泄漏后的后果影响为人员窒息、低温冻伤。8.1.2CO₂气体杂质的后果影响应单独分析。8.2.1泄漏、扩散后果评估可根据评估目的和输人条件选择数值计算或实验评估。8.2.2泄漏位置应根据设备(设施)实际情况确定，各泄漏场景有对应的泄漏位置；泄漏位置应分析周边地形情况。8.2.3泄漏方向应根据设备安装的实际情况和周边阻塞情况确定。泄漏方向宜设为水平方向，与风向相同。8.2.4泄漏量计算应选用初始泄漏速率和最大泄漏速率的最大值。8.2.5泄漏时间应根据评估单元和相连单元中的荐量、探测和隔离时间以及可能采取的任何反应措施等工艺条件确定有效泄漏时间，最大泄漏时间不宜大于30min。8.2.6CO₂气体扩散计算应依据实际气体特性，如扩散气体的初始密度、温度、理查德森数等条件选择重气扩散。8.2.7CO₂气体扩散计算应充分结合周边地形。9风险评估9.1.1伤害/破坏判定准则反映CO₂浓度对人体造成危害的严重程度，影响见附录C。9.1.2可使用单值准则判定CO₂浓度对人员的影响。9.1.3可采用SLOD、SLOT和毒性致死概率等指标来评估毒性物质对人员的生命安全和健康影响。当定量风险评估结果用于制定有毒气体泄漏应急计划时，可使用ERPG。9.2致死率计算9.2.1CO₂气体气体暴露下人员死亡概率的Probit数可按公式(1)计算：P,=-90.8+1.0ln(1048·C⁸·t)…………7P,——死亡概率的probit数；C——空气中CO₂浓度(%v/v);9.3.1风险评估应包括个人风险和社会风险。个人风险可表示为特定地点的个人风险等值线(LSIR)9.4.2站场内有人值守建筑物的个人年度死亡风险不宜大于4.0×107次/年。9.4.3站场内有人值守建筑物的个人年度死亡风险大于1010-³次/年时应进行专门的防窒息设计。9.5风险减缓8(资料性)基础资料收集示例基础资料收集示例见表A.1～表A.5。表A.1气象参数示例温度/℃风速/(m/s)多年平均极端最低多年平均12…表A.2站场内人口统计示例岗位设置暴露时间比例表A.3站场内人口分布示例岗位设置暴露时间比例门卫…表A.4站场外人口数据示例地点与站场距离m白天白天129表A.4站场外人口数据示例(续)地点与站场距离m白天白天34商场表A.5介质组分表示例××气源(资料性)泄漏频率计算方法B.1站场泄漏频率B.1.1单元泄漏频率计算各单元泄漏频率计算为首先统计单元内泄漏部件的数量，然后累加各部件的基础泄漏频率。单元泄漏频率计算按照下列步骤进行：a)识别每个泄漏单元的设备类别(如容器、阀门、法兰、仪表接头和管线等);b)统计泄漏单元内特定设备的数量c)合计所有设备的基本泄漏频率。泄漏单元的泄漏频率由公式(B.1)给出：F—泄漏单元的泄漏频率；f;—设备i的基础泄漏频率。B.1.2基础泄漏频率计算方法基础泄漏频率计算方法主要有2种，一种是统计法。数据从数据库获得或供应商提供；另一种是计算法，通过经验公式计算。站场内管线或设备基础泄漏频率推荐采用OGP数据库(见表B.3),缺失数据采用经验公式模拟。目前石油天然气行业普遍使用的历史数据库包括美国CCPS的PERD数据库、DNy的OREDA数据库、UKOPA的UKHCRD数据库、UKHSEFRED数据库和OGP数据库。经验公式(B.2)是挪威船级社DNV、Scandpower等机构对UKHCRD数据库其中17个设备类型的泄漏数据进行处理，拟合形成的泄漏频率计算公式。通过下面的泄漏频率函数来分析设备或管道随孔径的泄漏频率变化：F(d)——孔径尺寸d的频率，单位为次/年；f(D)——随着D变化的泄漏孔径函数；D——设备直径，单位为毫米(mm);d——孔直径，单位为毫米(mm);Frup——附加的破裂频率，单位为次/年；C,a,n——设备类型常数(对于容器、压缩机等大型设备，参数“D”为进气管的尺寸)。泄漏频率计算公式的常量见表B.1。表B.1泄漏频率计算公式的常量Camn总泄漏注：D=1mm~600UKHCRD数据库筛选其中2551件与定量风险分析相关的泄漏事件，将泄漏情形划分为全压泄漏(fullpressureleak)和零压泄漏(zeropressureleak),全压泄漏进一步分为全部泄漏(Fullleak)和有限泄漏(LimitedLeak)。零压泄漏场景为设备内压力近似零压(0.001MPa或者更低)条件下的所有泄漏，此类事件不可能产生严重后果，认为对整体风险的贡献不明显，定量风险分析QRA通常不考虑零压泄漏事件。B.1.3推荐基础泄漏频率设备设施推荐基础泄漏孔径见表B.2。表B.2基础泄漏孔径类别小孔泄漏中孔泄漏大孔泄漏管线(站场)5Min(D.400,当量直径)515155一一—5设备设施推荐基础泄漏频率见表B.3。表B.3基础泄漏频率数据小孔泄漏中孔泄漏大孔泄漏手动阀门表B.3基础泄漏频率数据(续)小孔泄漏中孔泄漏大孔泄漏电动阀门管道仪表(小孔)过滤器(DN≤150)过滤器(DN>150)空冷器压力容器(DN≤150)压力容器(DN>150)离心泵(DN≤150)离心泵(DN>150)往复泵(DN≤150)往复泵(DN>150)离心压缩机(DN≤150)离心压缩机(DN>150)往复式压缩机(DN≤150)往复式压缩机(DN>150)表B.3基础泄漏频率数据(续)小孔泄漏中孔泄漏大孔泄漏管壳式换热器(壳程内为烃类介质)(DN≤150)管壳式换热器(壳程内为烃类介质)(DN>150)管壳式换热器(管程内为烃类介质)(DN≤150)管壳式换热器(管程内为烃类介质)(DN>150)板式换热器(DN≤150)板式换热器(DN>150)空冷式换热器(DN≤150)空冷式换热器(DN>150)收发球筒(DN≤150)收发球筒(DN>150)B.2线路泄漏频率超临界CO₂输送管道平均失效概率优先选择运营单位统计的历史失效数据。无法依据相关历史数据确定推荐采用6.1×10-⁴次/(km·a)[2]。超临界CO₂输送管道线路部分泄漏孔径可分为小孔、中孔、大孔和完全破裂4种情景，不同孔径的泄漏频率按照表B.4中占比计算[3]。表B.4管道泄漏孔径与频率选取152中孔34(资料性)CO₂浓度对人类安全的影响CO₂的分类见表C.1。表C.1CO₂的分类详细内容分类(GHS)毒性标准6CO₂是一种“未分类的”物质体”吸入浓度高于7%左右的CO₂能造成人的伤亡吸入高浓度CO₂对健康的影响见表C.2,表C3表C.2吸入高浓度CO₂对健康的影响(一)空气中的CO₂浓度暴露时间对人类健康的影响1分钟内1到几分钟头昏眼花、有睡意、肌肉严重抖动、无意识几分钟几小时听觉和视觉受干扰几分钟内头痛、头昏眼花、血压升高、呼吸不舒服(相当于人呼气的浓度)中度头痛、发汗和在静止状态下呼吸困难几小时注：资料来源见美国环境保护署(2000)。表C.3吸入高浓度CO₂对健康的影响(二)暴露时间空气中的CO₂浓度空气中的CO₂浓度%%51(资料性)死亡概率与概率值对应关系