定量风险评价在某天然气清管站场的应用

梁平LIANG Ping；黄开宏HUANG Kai-hong；杨雪峰YANG Xue-feng；赵伟东ZHAO Wei-lin；熊明林XIONG Ming-lin；游书婷YOU Shu-ting

（①重庆科技学院石油与天然气工程学院，重庆401331；②新疆油田公司重油开发公司，乌鲁木齐830023）

0 引言

天然气清管站输送介质为净化气，具有压力高、易燃易爆特点，如果发生泄漏或者断裂，可能发生严重人员伤亡及财产损失。因此，应定期对天然气清管站进行定量风险评价。

2002年，国外Y.D.Jo等人用有关爆炸伤亡半径的定量计算方法对管道的泄漏后果进行了研究。在之后，NGTL管道公司与NOVA管道公司合作开发了一款用于管道风险评估的软件，是该技术的又一次进步。在国内，2004年，翁永基运用风险矩阵的方法对管道进行了泄漏发生概率和泄漏事故后果的研究并确定了事故后果的风险等级。次年，徐慧等人通过运用灰色模式识别理论和层次分析方法对海底管道进行了定量风险评价研究。

本文介绍了定量风险评价方法的主要步骤以及内容，并结合某天然气清管站实际案例对该方法进行了应用。

1 定量风险评价的一般步骤

进行定量风险评价一般要先选取评价的指标即个人风险和社会风险。个人风险是指个体死亡概率，具体体现为风险等值线；社会风险即事故导致有N人死亡以上的事故频率，具体体现为F-N曲线。为完成指标应该对事故的原因、场景、事故发生频率以及后果进行定性分析计算并提出相应减缓风险的措施。定量风险评价的一般步骤如下：

第一，基础数据收集与分析：找到并记录定量风险评价区域的已有或潜在点火源并收集该区域的人口分布以及气象数据。

第二，危险辨识：①确定评价区域是否存在易燃、易爆或有毒等有着较大危害风险的物质并进行记录分类；②确定容易发生重大风险事故风险的工艺及设备。

第三，频率分析：对评价区域的事故发生历史进行查询和分析，并构造相应理论模型计算该区域发生重大事故的可能性。

第四，参数选择及实现方式：选择合适的软件如SAFETI软件对天然气管道进行定量风险评价，分析内容有硫化氢扩散分析、喷射火后果分析、蒸气云爆炸后果分析等。

第五，后果分析及风险评价：分别进行喷射火热辐射分析、蒸汽云爆炸冲击波分析以及有毒物质浓度分析等参数分析从而得到它们各自的危害半径以及各自随距离变化而变化的规律。事故后果分析常常包括下面几个内容：①对类似管道破裂、设备损坏、仪表失灵等有可能发生的事故情况进行分析描述；②对易燃、爆炸或有毒等可能发生事故的物质进行各自可能发生泄漏的泄漏量的分析计算；③对易燃易爆等可能发生事故危险物质发生泄漏后的扩散情况进行分析计算；④对可能发生事故的危险物质喷射火热辐射、蒸汽云爆炸以及毒性种类即程度等情况进行风险评估。

2 应用实例

某天然气清管站工艺为上游天然气进入该清管站的旋风分离器CC-0301，进行旋风分离，然后至过滤器分离器FS-0301进行过滤分离，过滤分离后的天然气进入外输计量橇，计量流量计采用超声波流量，设置了2路30×104Nm3/d的计量管路，并留有DN200，170×104Nm3/d的计量管路。计量后的商品天然气输送至下游。现针对该天然气清管站场进行定量风险评价。

2.1 数据收集与分析处理

该天然气清管站周边100m范围内无民房等构建筑物，距西面最近民房135m，放空火炬位于清管站西面，距清管站70m，火炬周边60m范围内无民房等构建筑物。该站场旋风分离器和过滤分离器主要连接管线失效所引发的天然气泄漏事故进行模拟，泄漏方向为水平方向。模拟计算参数见表1所示。

表1 模拟计算参数

2.2 泄漏分析

经计算，清管站内旋风分离器与过滤分离器连接管道不同孔径泄漏量如表2所示。

表2 站内设备不同孔径的泄漏量

2.3 喷射火后果分析

喷射火焰热辐射强度随下风向距离的增加而变化。一般情况下，人在发生喷射火4.0kW/m2的环境下能够感觉到疼痛感觉的临界时间是20s。因此，就定出现辐射值为4.0kW/m2时候地方距离中小的距离为喷射火热辐射影响距离，其具体距离图见表3。

表3 站内设备喷射火的热辐射距离

根据计算结果，过滤分离器连接管道断裂发生喷射火的热辐射强度半径见图1所示。

图1 喷射火的热辐射强度半径图

从喷射火的热辐射强度半径图可以看出，该高压管道发生断裂时，设备发生泄漏造成喷射火辐射强度的重伤半径为271m，造成死亡半径为250m，影响区域包括工艺装置区，波及西面民房。

2.4 蒸气云爆炸后果分析

爆炸的云团，如果此时正好在某气象条件下遇到火源则会发生蒸汽云爆炸，爆炸结果也与气体自身动量、浓度等有关。在危险源周围划分死亡半径（0.03MPa）和轻伤半径（0.01MPa）是目前估算爆炸造成人员伤亡情况的常用方法。天然气大量泄漏可能形成可爆云团，可爆云团在下风向遇火源发生爆炸的影响半径见表4。

表4 站内设备蒸汽云爆炸影响半径

根据计算结果，该管道断裂发生蒸气云爆炸最糟糕半径区域如图2所示。从蒸气云爆炸最糟糕案例半径可以看出，该高压管道发生断裂形成蒸气云爆炸在下风方向100%致死率（超压值ΔP≥0.03MPa）的影响范围未波及站外民房。

图2 蒸气云爆炸最糟糕案例半径

2.5 个人风险计算结果分析

综合以上的基础数据、假设条件以及事故后果分析得到该清管站泄漏导致的个人风险等高线如图3。

图3 管线个人风险等值曲线图

根据个人风险等值曲线图可知，该清管站个人风险中不存在1×10-5次/年的区域，其中，3×10-6次/年未落在站外散居民房上，该清管站个人风险可接受。

2.6 社会风险计算结果分析

综合以上的基础数据、假设条件以及事故后果分析得到该清管站泄漏导致的社会风险等高线如图4所示。根据社会风险图可知，该管线社会风险落在可接受区，该清管站社会风险可接受。

图4 管线社会风险图

3 结论

①分离器高压管道发生断裂时，设备发生泄漏造成喷射火辐射强度的下风向271m范围内的热辐射强度达到25kW/m2，会造成人员1min内死亡、10s内重伤、设备损坏；在下风向250m范围内的热辐射强度达到37.5kW/m2，会造成人员死亡、设备损坏。热辐射重伤半径影响区域包括工艺装置区。

②若过滤分离器连接管道泄漏形成可爆云团在风速1.4m/s，大气稳定度F条件下，下风向70m范围内任意处遇火源发生爆炸，造成冲击波超压的致死半径（超压值0.03MPa）为20.5m，最远影响距离为90m；在风速3m/s，大气稳定度D条件下，下风向90m范围内任意处遇火源发生爆炸，造成冲击波超压的致死半径（超压值0.03MPa）为16m，最远影响距离为106m。

③定量风险评价的结果可以为当地的应急预案制定提供参考，可以更加准确安全的确定应急撤离距离、路线等，达到如果发生以上事故可以快速有序疏散人员的目的。