基于化工装置风险集成的化工园区外部安全防护距离研究

王臣 陈美宝 刘国勇 张勇 赵瑞

摘要：针对工业发展与脆弱性目标的生命财产安全两者间矛盾日益突出的问题。在化工装置单一风险的基础上，结合场论，构建区域风险场的化工装置风险集成模型。并利用MATLAB软件，得到整个园区的风险分布情况。以化工装置个人风险可接受标准作为评判依据，确定园区与外部脆弱性目标的安全距离是否合理。以甘肃省兰州市某化工集中区为例，验证该方法的可行性与实用性。为化工园区的下一步发展与规划提供指导。

Abstract： The contradiction between industrial development and life and property security of vulnerability targets has become increasingly prominent. On the basis of single risk of chemical plant and field theory， an integrated risk model of chemical plant in regional risk field is constructed. And MATLAB software is used to get the risk distribution of the whole park. The safety distance between the park and the external vulnerability target is determined based on the acceptance criterion of individual risk of chemical plant. The feasibility and practicability of this method are verified by taking a chemical concentration area in Lanzhou City， Gansu Province as an example. This paper can provide guidance for the next development and planning of chemical industry park.

关键词：化工园区;化工装置;风险集成;外部安全防护距离

Key words： chemical industrial park;chemical plant;risk integration;external safety protection distance

中图分类号：X78                                          文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）13-0053-04

0  引言

我国近几年一直在出台相关政策，促进石化产业调结构促转型增效益，规划化工园区内部安全间距、严格把控与周边脆弱性目标的安全防护距离，对不符合发展规划，规范标准的企业督促其改造、搬迁，甚至关闭。但是对于化工园区外部安全防护距离的确定，我国迄今并没有一套系统的计算方法，理论研究缺乏，未形成系统的标准规范，难以指导实际工作。考虑到化工园区内装置的安全运行、区域的合理布局、资源的利用率以及脆弱性目标的生命财产安全，如何科学、合理地确定园区与周边不同对象类型之间的安全防护距离已经成为化工园区安全领域亟待解决的重要课题。

目前国内外学者、安全評价工作中对于化工园区外部安全防护距离的确定，多是采用以下三种方法：经验距离法、基于后果的方法和基于风险的方法。这三种方法各有优缺点，对三种方法的对比总结见表1[1]-[4]。

虽然一定程度上丰富了化工园区安全距离的理论研究，但是仍然存在一些不足：

①在实际应用中，化工企业或园区的安全距离确定多是以防火间距、卫生防护距离、一公里等经验来确定，这些方法并不适用于化工园区的实际情况，没有针对性。

②基于风险的方法确定安全距离时，大多集中在对一个单一的装置或者一个储罐的安全距离研究，很少针对多风险问题展开研究。忽略了化工园区作为一个系统，生产、储存设施复杂多样，风险集中。存在多种风险共存的情况，尤其是对外部脆弱性目标的安全距离亟待解决。

③关于风险叠加问题开展的研究较少，多是基于事故后果，构建致死概率矩阵进行叠加，这种对概率进行线性叠加的方法并不适应实际情况。另外，在研究风险叠加时，忽略了危险源与危险源间相互影响下的多米诺风险。

鉴于研究中的不足，根据化工园区内危险源众多，风险集中复杂的实际情况，本文从区域风险分布的角度出发，结合化工装置的风险集成对化工园区安全距离进行研究，丰富园区外部安全防护距离的理论研究，对于保障化工园区安全发展，指导其优化布局和安全规划具有重要的现实意义。

1  基于区域风险场的化工装置风险集成模型

1.1 利用风险场分析的假设

在研究化工装置风险叠加时，其研究思路是将整个园区看作风险场，各个危险源形成各自的风险场，将各危险源产生的风险场叠加，便可得到整个园区的区域风险分布。但是，在实际情况中，化工装置的危险性具有不确定性，是动态变化的。那么由各装置危险源构成的化工园区风险场也是会随着时间的变化而改变的场。因此，为了方便下文研究，假设园区风险场是恒定场，不随时间而变化。

风险场分为源风险场与派生风险场，其中源风险场指的就是危险源存在的风险;派生风险场指的是在化工园区中，一旦某个储罐或者生产装置危险源发生事故，便会产生风险，处于区域风险场中的任意一点就会有与之对應的个人风险值。本文所研究的个人风险是指化工园区中，由于装置发生泄漏从而造成火灾、爆炸、中毒等事故时，对于处在事故影响范围内的人员，造成人员死亡的风险值。其计算公式如下：

1.2 基于区域风险场的风险集成模型

由于园内存在的风险属性不一样，不能简单的直接相加。通过以上建立的风险场，将各个危险源产生的风险场，转换成以个人风险这个共同指标进行叠加。分别考虑了三种情况下的风险集成计算模型：

①在化工园区风险场中某个危险源同时或在不同时间间隔下导致两种或者两种以上事故发生，需要综合考虑所带来的事故后果。例如：园区内的某个危险源发生泄漏在t1和t2时间内可能分别发生火灾和爆炸事故。选取事故后果最严重的一种事故。那么，风险场中任意一点处的个人风险叠加值可用式（2）表示：

2  外部安全防护距离确定

2.1 化工装置个人风险可接受风险标准

通过借鉴国外许多国家制定的个人风险可接受标准，并结合我国人口密度大、土地资源紧缺、化工装置密集等实际情况。结合2014年国家安监总局颁布的《危险化学品生产、储存装置个人可接受风险标准和社会可接受风险标准》[5]以及《化工企业定量风险评价导则》[6]确定本文研究的化工装置风险集成的个人风险可接受标准，如表2所示。

防护目标的具体分类见《危险化学品生产、储存装置个人可接受风险标准和社会可接受风险标准》。

2.2 外部安全防护距离

基于以上构建的区域风险场的风险集成模型，得到区域内任意一点处的个人风险值。依据个人风险可接受标准判定，该防护目标处受到的风险，是否处于可接受范围内。若防护目标处个人风险大于最大可接受风险值，那么防护目标处的个人风险是不被接受的，其外部安全防护距离设置不合理，需采取相应的安全措施加以控制;若防护目标处个人风险小于最大可接受风险值，那么其个人风险是能被接受的;若园区的整体个人风险值等于最大可接受风险值，那么此时可求取最小外部安全防护距离。即：

3  实例应用

本文以甘肃省兰州市某石化集中区的为例，实际应用前文所提出的计算方法，确定化工园区的外部安全防护距离。该石化集中区以兰州石化分公司为生产主体，周边聚集十多余家危险化学品生产储存企业，构成集炼油、化工、装备制造、工程建设、检维修及矿区服务为一体的大型综合炼化生产基地。由于篇幅有限，选取集中区的储存区域用于研究外部安全防护距离。其储存区域位于石化集中区的东面，均储存的是原油，15万立方的原油储罐2个，10万立方的原油储罐6个。储罐区相对位置图如图1所示。

原油储罐最易发生池火灾，因此，运用MATLAB软件对其事故后果进行模拟分析。得到15万立方、10万立方原油储罐目标接受的热辐射通量与到池火焰中心距离的二维关系图如图2所示，左：15万立方;右：10万立方。计算得到其伤亡半径，如表3所示。

对于储存装置的泄漏概率取5×10-6，利用可燃液体瞬时泄漏事件树分析得到其点火概率为：0.065，则原油储罐发生池火灾的事故概率为0.325×10-6。并且基于罐区的多米诺效应分析，对各储罐的事故发生概率加以修正，如表4所示。

从预防性安全措施和事故减缓性安全措施两方面构建了风险抵消系数，得到储存装置风险抵消系数为0.3549。利用MATLAB软件，将储罐区划分为1000乘以1000的网格，步长为1。根据编写的计算程序，求得各储罐对区域各点产生的风险，形成风险矩阵。最后，将各风险矩阵叠加，得到储罐区的个人风险分布图，如图3、图4所示。

通过调研储罐区周边的脆弱性目标，在距离储罐区东面有一社区，其距离罐区的最近距离100米，社区总人数2432人，属于一类防护目标。利用以上的计算方法，得到该社区处接收到来自储罐区总的风险为1.14×10-7，风险可接受的水平为3×10-7。因此，得出该社区的风险是可接受的。

4  结论

①提出化工装置风险集成模型。在计算单一风险值的基础上，针对化工园区的多风险情况，结合场论，构建风险集成模型。主要考虑了三种情况的风险集成，一是在化工园区风险场中一个危险源同时或在一段时间内导致两种或者多种事故发生;二是在化工园区风险场中，两个或者两个以上危险源同时失效导致同时发生多种事故;三是考虑多米诺效应。并运用MATLAB软件，将园区网格化，编写计算程序，使得计算简单化。计算出网格内任意位置处的个人风险，得到园区内风险的区域分布。

②确定安全距离。通过计算的区域风险分布，对园区周边的脆弱性目标所受到的个人风险进行计算，与化工装置个人风险可接受标准值判定，确定外部安全防护距离。

③工程应用。将本文提出的化工园区外部安全防护距离确定方法应用于甘肃省兰州市某化工集中区，验证了这套计算方法的可行性与实用性。

参考文献：

[1]宋占兵，多英全，师立晨，等.一种基于事故后果的重大危险源安全规划方法[J].中国安全生产科学技术，2009，5（5）：32-36.

[2]吴宗之，许铭.化工园区土地利用安全规划优化方法[J].化工学报，2011，62（1）：125-131.

[3]师立晨，高建明，吴斌.危险化学品企业外部安全防护距离标准制订探讨[J].中国安全生产科学技术，2010，06（6）：23-29.

[4]杨春生.化工园区安全规划方法和内容研究[J].中国安全生产科学技术，2014，10（3）：85-89.

[5]国家安全生产监督管理总局：《危险化学品生产、储存装置个人可接受风险标准和社会可接受标准（试行）》（国安监[2014]13号），[EB/OL][2014-5-7].

[6]化工企业定量风险评价导则[S].国家安全生产监督管理总局，2013.