SAFETI定量风险分析软件在石油天然气开发风险评估中的

5 24 石油与天然气化工 CHEM I CAt-ENGI NE ERI NG OF OI t-GAS S A F E T I 定量风 险分析软件在石 油天然气 开发风 险评估 中的应用 翁帮华 银 小兵 向启贵(中 国石 油西 南油 气田公 司天然 气研 究院)摘 要 由于缺 乏相 应 的风 险值 标 准及 计 算 手 段，国 内还 很 少 开展 定 量 风 险 分 析(Q R A)。S A F E T I 软 件是挪 威船 级社 D N V公 司开发 的 可用 于定量 风险计 算 的模 拟预 测软件。介 绍 了该软 件 的定量风 险计 算流程 和方 法，并运 用 于某天 然气增 压站，分 别给 出其 个人 风 险 和社会 风 险 曲线，并 参照国际上部分国家或机构的风险标准，获得其风险接 受水平，最后给出了提高模拟计算结果可靠 性 的建议。关键词 石油 天然气 开 发 S A F E T I 软件定量 风 险计 算 定 量 风 险分 析(Q R A)是 综 合 考 虑 了事 故 后 果 和事故 发生 概率 的风 险分 析方 法，由于 缺 乏 相应 的 风险值标准及计算手段，国内还很少开展定量风 险 计算。石油天然气开发是风险较大的生产行业，一 旦 发生物料 泄漏，可 能 引起 火 灾、爆 炸 或 中毒 事 故。运用定 量风 险分 析方法，对物料 泄漏、扩散 过程及 可 能产 生 的事 故后 果进 行 模 拟计 算，预 测 事 故危 害 程 度 和范 围，可为识 别主要 危险 因素，采 取相 应 的安 全 对策措施，发生事故后 的现场控制等提供科学的参 考依 据，也 可对在 役装 置 的安 全运 行 和 拟建 装 置 的 设计、施工提供 帮助。l S A F E T I安全评价软件简介 S A F E T I 安全评 价软件 包是 挪威 船级 社 D N V公 司开发 的，在 世界许 多 国家得到广 泛运用，在 国 内被 国家安 全生产 监督 管 理 总局 推 荐使 用，这 个 软件 包 包括 S A F E T I、P H A S T和 L E A K软 件。其 中，P H A S T 是用于 物料泄 漏、扩 散 过 程及 事 故 后果 的模拟 计 算 软件，能给 出可 燃物 质的燃烧 热辐 射、爆 炸 冲击 波及 有毒云团的影响程度和范 围；而 L E A K是基 于大量 的石油化工装置、高压设备或管道事故等的数据库，用 于计 算 不 同设 备 或装 置 的事 故 发 生 概 率；而 S A F E T I 软件 是将 L E A K的计 算结 果 与 P H A S T的事 故 后果 相结 合，用 于定 量 风 险 分 析 和危 险性 评 价 的 软 件，它对物 料泄 漏、扩 散 过程、事 故 后 果及 风 险值 进 行模 拟计算，给 出可 能 的事故 风 险 范 围及 指 定点 的风 险值，运 用 S A F E T I 软件 可实 现定量 风 险分 析。S A F E T I 软件可 以通 过 输入 相关 的工 艺 设备 参 数，选择某 一事 故情 境(如 设备 的灾难 性 破裂、泄漏 或连接管线失效等)，对物料的释放过程进行模拟；然 后采用 相应 的弥散 模型对 泄漏 出 的物 料 的扩 散或 蒸发 过程进 行模 拟，得 到 可燃 易 爆 或有 毒 物 云 团 的 分 布结 果；运 用 一 定 的 火 灾 爆 炸 模 型 对 事 故 后 果(如 闪火、喷射 火、爆 炸、火 球 等)进 行 模 拟，计 算 其 影 响程 度 和影 响范 围；最后 结 合 该事 故 发生 概 率 及 不 同事故后 果 的发 生概 率对 该事件 的风 险值进行 计 算。2 S A F E T I软件模拟流程 运 用 D N V公 司 S A F E T I软 件 进 行 定 量 风 险计 算，要求在充分熟悉装置情况和周 围环境情况的条 件 下，输 入相 关 的工 艺设 备 参 数、气象 参 数、平 面 布 置、点火源位置及人 口分布等，分析可 能发生的事 故；根据评价人员对事故状态的分析，选用不 同的模 型进行计算，以数字或图表的形式，计算出某事故的 风险结果，然 后将该 结 果 与 相应 的 风 险标 准进 行 比 维普资讯 http:/ 第3 6卷第 6 期 S A F E T I 定 量风 险分析 软件在 石油 天然 气开 发风 险评估 中的 应用 5 2 5 较，若得 到 的风 险结 果是可 以接 受 的，则评 价工 作完 成；若风 险结 果 不 能 接 受，则 应 考 虑 相 应 的 安 全 措 施，并进行 重复 计算，直到 降低风 险至 可 以接受 的程 度，完成最 终评 价。其 模 拟 流程 示 意 框 图如 图 1所 示。2 1 确定 事故类 型 通过 各 评 价单 元 危 险有 害 因 素分 析，找 出可 能 引起 较严 重后果 的事 故类 型，建 立相 应 的事 故模 型。2 2 泄流模 型 通过 输入 物料 数 据(种类、物 料 量)、设 备 运 行 工 况参数(温度、压力)、管道 粗糙 度、各种 阀门及 弯 头 的数量 以 及 事 故类 型，选 择 模 型 计 算 方 法(平 均 速 率或 最 大 初 始 速 率)以及 有 毒 物 影 响 的平 均 时 间，设定泄漏点位置与高度等，软件将模拟计算 出物 料 靠 自身 动 能释放 到 大 气 环境 中 的各 项指 标，如 释 放 速率、释放 持续 时间等。2 3 弥散 模型 当容器 内的物 料释放 到大 气环境 中且 自身 动 能 已基本 消耗 完后，其 扩散 主要 受气象 条件、地形 等 因 素 的影 响，包 括风 向、风 速、大 气稳定 度、气温、气压、相 对湿 度、地 面粗糙 度 等。2 4火 灾爆 炸模型 当易燃 易爆物 质扩 散到 大气环 境 中，若遇 火源，可 能产 生闪火、喷 射 火、火球 及 爆 炸 等 事故 后 果，对 人 及环境 产生 的危 害主要 是燃 烧热 辐射 和爆炸 冲击 波。燃烧 热辐 射 的计算模 型有 A P I 和 S h e l l 模 型，爆 炸 冲击波 的计算模 型 有 T N T、Mu l t i E n e r g y及 B a k e r S t e w h l o w，可根 据工程 项 目的特 征及 资料 情 况选 择不 同的火 灾爆 炸 模型。2 5 风 险计算 建立了事故模型后，输入项 目所在地 的大气稳 定度、风向及风速联合频率，然后输入人 口分布、点 火 源分 布及关 心 点 的地 理 坐 标，导人 项 目平 面 布置 图，可计算出关心点的风险值、个人风险等值线以及 表示社 会风 险水 平 的 F N 曲线。3 S A F E T I软件事故模拟应用实例 尝 试 了对某 天 然 气增 压 站进 行 定量 风 险 计算，说 明 S A F E T I 软 件在 天 然气 开发 定 量风 险 评估 中的 应 用。该计算 采 用的是 D N V公 司 的 S A F E T I 6 4版 本。3 1 事 故描 述 该 工程 天然 气增 压站 规模为 1 0 0 X 1 0 m d，场 界 内主要 的设 备包 括 3台分 体 式 压缩 机，3台卧式 气 液分 离器 和 2台 卧式 过 滤 分 离 器，若 高 压 设 备或 连接管 道 由于高 压、腐 蚀等 因素 导致连 接管线 破裂，将 可 能导致 大量 天然 气泄漏 并 引起 火灾 爆炸 事故。该 增压 工程 设 置 紧 急停 车 系统(E S D)，当出现 天然 气泄漏 或火 灾 时，关 闭进 出站切 断阀，同时对压 缩 机 进行 紧急停 车，保 障人 身 安 全 及 站 内设 备 的安 全 运行。3 2 模 拟条件(1)事故后 果计 算参 数。事故后 果模拟 中主 要 考虑 天然 气 泄 漏 引起 的 火 灾 爆 炸 事 故。气象 条 件 为：风 速 1 5 m s，大气 稳定 度 F。另 外，假定 从泄漏 事故 发 生 到 E S D 启 动 时 间为 2 m i n，其它 软 件 模 拟 所用 的基 本参数 见表 1。事故 危 险物质量系统温度 系统压力 泄漏孔径 单元 物质 k g M P a IT I I l l 增压站 C H 9 8 0 2 5 6 9 1 0 0 (2)风险 计算 参 数。由于 高 压、材 质、焊缝、腐 蚀等 因素造 成高 压设备 及连 接管线 出现大孔 泄漏或 破裂，并 引 发 火 灾、爆 炸 事 故 的 概率 取 8 4 X 1 0；天然气 泄漏 后 出现不 同事 故后果 的概 率采 用 S A F E T I 软件 中默认值。增压站场界内外的人口分布情况见表 2。维普资讯 http:/ 52 6 石油与天然气化工 CHEMI CAL ENGI NEERI NG OF O I L GAS 如果高压设备发生天然气泄漏，产生立 即点燃 的原 因主 要来 自外 力 撞 击。在 S A F E T I 模 式 中，立 即点燃 由事件 树点燃 机率处 理。如果不 发生 立 即点 燃，则产生 天然 气可爆 云 团，延迟点 燃火 源则分 为点 源(如火炬 和燃烧 炉 等)、线 源(如 道 路)和 面 源(如 住 宅区)三 种。该增 压 站点火 源分布 情况 见表 3。点火源 类 型 点火概率 点火时问，s 出现概率 火炬 点源0 9 6 0 0 0 0 5 值班室 面源0 0 1 6 0 l 值班 宿舍面源0 0 1 6 0 l 发 电房 点源0 1 6 0 0 0 0 1 压 缩 机 点 源0 0 5 6 0 l 3 3 风 险评价标准 一般 量化 风 险计 算 结果 可 以用 两 种 风险 度量，分别为 个人 风 险 及 社 会(群 体)风 险。特定 场 所 个 人风 险是表示 界 区外某 一 个体持 续 出现 在某 一特定 场所 内所 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；社 会(群体)风 险 常用 单 位 时 间(每年)的死亡人 数 概 率来 表 示，即用 FN 曲线 表 示 累积频 率(F)和死 亡人 数(N)之 间关 系。世界 上一些 政府 和单位所 采用 的界 区外个 人风 险标准 详见 表 4；表 5为 世 界 上几 个 现 有 官方 持 用 的社会 风 险标准。由于 目前 国 内还 没 有个 人 风 险标 准，也没 有 社 会风 险标准，根据 世界各 国采用 的不 同标准 值，结 合 国内的实际情况，本次风险评价采用的界区外个人 风险标 准 为 l1 0“年(相 当 于 乘 飞机 带 来 的 风 险)，它表示 对位 于该 风 险等 值线 内的居 民来说，该 项 目带 来 的风险 是不 可 接 受 的；而 表 示社 会 风 险 标 准 的 F N 曲线 则采用 表 6中所示标 准值。机构及 应 用 荷兰(新建设施)荷 兰(已建设施 或结合新建设施)英国(已建危险工业)英 国(新建 核能发 电厂)英 国(新建危 险性物 品运输)英 国(靠近已建设施 的新 民宅)中国香港(新建和 已建设施)新加坡(新建和已建设施)马来西亚(新建和 已建设施)澳大利 亚西部(新 建设施)加利福尼亚，美国(新建设施)最大容许风险 可忽视风险(每年)1 1 0 一 1 1 0一 1 1 0一 1 1 0一 1 1 0 一 3 1 0一 (每年)1 1 0一。1 1 0一。1 1 0一 1 1 0一 1 1 0一 3 1 0 机构卜 鲫 N=I界 V 兰 一2 1 0-3 1 0-s (新工厂)，!曼 、一 l 1 0-3 1 0-s l 0 0 0 (新 和 现 有 工 厂)卫 荨 国 一 l l o 一 1 0-4(现 有 工 厂)FN曲线 最大容许风险斜距 可忽视风险斜距界限点 斜 距(N：1)(N=1)(N)一l l 0一 l 0一 1 0 00 0 3 4 风险计算结果 通 过建 立 以上事 故 模 型，并 导 人该 增 压站 平 面 布 置 图，得到 风险 值计算 结果：由天然 气泄 漏造成 的 个 人风 险等 高线如 图 2所示；社 会 风 险如 图 3所示 的 FN曲线。6 6 7 一 一 一 m m m 5 5 5 6 5 O O O O O l I l 5；维普资讯 http:/ 第3 6 卷 第6 期 S A F E T I 定量风险分析软件在石油天然气开发风险评估中的应用 5 2 7 3 5 小结 对于该 增压 站，由于附 近居 民点分 布较 远，厂界 外所 有 的居 民均处 于 11 0 (每 年)风 险 等 值 线 以外(图 2)，而且 表 明社会 风 险的 FN曲线(图 3)全处 于风 险可接受 区域。这 说 明该增 压站 的天 然气(上接 第 5 2 3页)的 自动控制，非常 适 用 于 现场 全 天 用水 量 变 化 大 的 特点，既保证 了回用效 率，也 降低 了 电能 的消耗。供 水管线 从恒 压泵 出 口开始，覆 盖 了全 厂所 有 绿 化 带 和厕 所。(5)自动 喷淋器 安装。净化 厂 的绿化 面积 达到 了 2 21 0 m ，但 地 域分 散，如 果 使用 人 工 浇 灌，工 作量 很大。将 6 2套 自动喷淋 器均 布在 绿化带 后，不 但实 现 了 自动浇 灌 节 省 了大 量 人 力，而 且成 为 了净 化 厂绿化 景观之 一。4 4 2 巾水L n J 用实施后的经济效益 污 水处理量中水 回用量 时 间，2 O o4 1 2 O o4 1 2 2 0 05 1 2 0 05 1 2 2 0 06 1 2 o o6 1 2 7 06 9 3 5 4 43 3 61 6 72 4 7 5 931 1 8 5 6 4 461 6 44 61 回用率 7 7 8 8 2 l O O 合 计 2 0 2 4 0 1 1 7 8 2 0 6 4 6 净 化 厂 的 中水 回用 工 程 于 2 0 0 2年 底 试 运 行，2 0 0 3年 4月各 项 整 改措 施 相 继 完 成 后 正 式 投 入 运 行，并 同期 完成 了各流量 记 录仪表 的安装，至今 该系 泄漏火 灾爆 炸风 险水平 是完 全可 以接受 的。4 结 话 通 过 应 用 S A F E T I 软 件 进 行 事 故 模 拟，并 将 模 拟 结果 以 图表 的形式 表 达 出 来，可 以直 观 地 看 出事 故 的影 响范 围。为保 证 正 确 地使 用 该 软 件，须 结合 工 程实 际，积累实 际工 程事故 经验，并对 模拟 过程 中 每 一参 数都 要加 以 深入 了解，确 保 每一 输 入 项 的合 理 性，使 模 型能够 准确 地模 拟工程 事故 实际。作 者 简 介 翁帮 华：女，生于 1 9 7 3年，1 9 9 6年毕业 于四川 I 大 学化学 系，工 程师，现主要从事环境影 响评价、安全评价等工作。收稿 日期：2 0 0 7 0 6 2 0；收修改稿：2 0 0 70 7一l O；编辑：冯 学 军 统 已运 行三 年时 间。随着工 厂各项 节水 措施 的落实 及绿 化 面积 的不 断增大，并 最终 实 现 了 污水“零”排 放 的标 准，为 工厂 实现清 洁生 产踏 出 了坚 实 的一步。每 年处 理污水 量 和 中水 回 用量 的对 比见 表 9。由表 9可知，3年共 计减 少污水 排放 1 7 8 2 0 6 4 6 m ，另外 还 有风 机 冷 却 水 作 为 循 环 水 补 充 水 一 项，按 每 年 3 3 0天 计算，3年 共 节 水 1 7 8 2 0 0 m ，两 项 合 计 3 5 6 4 0 6 4 6 m 。这个数 据既 是减 少 的外排 水量，也 是节 约 的新 鲜水 量，取 得 了 非常 大 的社会 效 益 和 工 厂经 济 效益。收稿 日期：2 0 0 7 0 6 2 8；编辑：冯学军。，维普资讯 http:/