基本定量風(fēng)險評價法：概率危險評價技術(shù)

1、 基本定量風(fēng)險評價法：概率危險評價技術(shù) 來源：安全資訊網(wǎng) 編輯：冰雪 時間：2009-6-26 14:15:17 1  概  述 概率危險評價方法通過綜合分析單個元件(如管路、泵、閥門、壓力容器、控制裝置、操作人員等的設(shè)計和操作性能來估計整個系統(tǒng)發(fā)生事故概率。 2  應(yīng)用范圍 作為危險分析的一部分，定量危險評價包括辨識與公眾健康、安全和環(huán)境有關(guān)的危險并估計危險發(fā)生的概率和嚴(yán)重度。自20世紀(jì)60年代末概率危險評價方法問世以來，主要應(yīng)用于下述3個方面： 提供某種技術(shù)的危險分析情況,用于制定政策、答復(fù)公眾咨詢、評價環(huán)境影響等。 提供危險定量分析值及減小危險的措施，幫助建

2、立有關(guān)法律和操作程序。 在工廠設(shè)計、運行、質(zhì)量管理、改造及維修時提出安全改進(jìn)措施。    概率危險評價是評價和改善技術(shù)安全性的一種方法。用這種方法可建造導(dǎo)致不希望后果的事件樹或故障樹，來分析事故原因。通過估算事件發(fā)生概率或事故率以及損失值，可定量表示危險性大小。損失值通常用死亡人數(shù)、受傷人數(shù)、設(shè)備和財產(chǎn)損失表示，有時也用生態(tài)危害來表示。 3  評價步驟 在核工業(yè)中，概率法用來替代傳統(tǒng)的決定論方法評價工廠的安全性。使用概率危險評價方法便于設(shè)計冗余安全系統(tǒng)和高度防護(hù)裝置。概率危險評價通常由3個步驟組成：  辨識引發(fā)事件；  對已辨識事件發(fā)

3、生的后果及概率建模；  對危險性進(jìn)行量化分析。 概率危險評價可進(jìn)行不同層次的分析。核工業(yè)中有3種概率危險評價方法：一級評價，僅考慮反應(yīng)堆芯溶化的概率；二級評價，分析釋放到環(huán)境中的放射性物質(zhì)的濃度；三級評價，分析事故產(chǎn)生的個體和群體危險。后者常稱作綜合性或大規(guī)模危險評價。 4  應(yīng)用分析 概率危險評價為安全評價起了很大的促進(jìn)作用。但是，該方法的一些不足之處影響了它的應(yīng)用范圍。    1完整性和失效數(shù)據(jù)    概率危險評價要求分析完整和數(shù)據(jù)充足。這意味著概率危險評價必須考慮可能發(fā)生異常的每一事件。此外，完整性還包括人的

4、作用和一般失效事件的建模。然而，完整的分析是不可能的。因為疏忽總是不可避免的，所以完整性為該方法最關(guān)鍵的問題。    實際工作中必須忽略小危險事件。這意味著評價人員必須確定哪些事件發(fā)生的概率低到可忽略不計的程度。如果這類低概率事件確定不可能發(fā)生，則結(jié)果誤差不大。然而，意外的一般性事故會使估計的概率值相差幾個數(shù)量級，因此這樣的簡化未必是合理的。隨著新信息的出現(xiàn)，早期的估計可能是會比較樂觀，如水冷式反應(yīng)堆導(dǎo)致管受晶間應(yīng)力腐蝕而開裂等。    地震、洪澇、惡劣氣候條件等外因也能導(dǎo)致事故發(fā)生。由于外部環(huán)境因素比工廠內(nèi)部因素更復(fù)雜，結(jié)構(gòu)不清楚，

5、因此，這類危險評價常常是不準(zhǔn)確的。在許多危險評價中都有一個心照不宣的假設(shè)，即工廠都是按設(shè)計建造和維修的。評價過程中很少考慮違反安全技術(shù)規(guī)定等方面的因素。    限制概率危險評價方法廣泛應(yīng)用的另一個因素是人與技術(shù)系統(tǒng)的相互作用，三涅島核電站事故、印度博帕爾毒氣泄漏事故等都證明人的因素影響非常大。盡管在人的因素領(lǐng)域已進(jìn)行了20余年的研究，但除專家判斷法外，還沒有任何實用方法來辨識人為失誤及確定其概率值。    數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性也是限制因素之一。元件失效的經(jīng)驗可用來進(jìn)行統(tǒng)計外推，計算失效率，但這樣計算的失效率是否能夠從一種情形借鑒到另一種情形還

6、值得考慮。2假設(shè)和專家判斷法分析結(jié)果與假設(shè)條件、系統(tǒng)建模以及將歷史數(shù)據(jù)代入模型所作的判斷等一系列因素有關(guān)。整個分析過程中都要使用相當(dāng)多的專家判斷方法。如果專家判斷法已被認(rèn)可，那么分析結(jié)果是有效的。但實際上，在進(jìn)行概率危險評價過程中，技術(shù)上和分析方法上使用的判斷方法是多種多樣的：描述危險特性、選擇如何來填補不足的數(shù)據(jù)、什么樣的事件可忽略不計、模擬復(fù)雜的物理現(xiàn)象、描述分析結(jié)果的可信度、選擇表述方式等。整個分析過程中都要進(jìn)行假設(shè)，所有的假設(shè)都要求判斷是否合適。此外，專家陷入自己的分析思路中，難以按科學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)鑒別社會技術(shù)系統(tǒng)內(nèi)存在的分歧。由于專家判斷法固有的主觀性，因此，所分析人員對同一工廠進(jìn)行評價時

7、，評價結(jié)果相差很大?？煽啃杂嬎愕慕?jīng)驗表明，概率評價能產(chǎn)生2個數(shù)量級的誤差。早期用概率危險評價方法評價液化天然氣貯罐的危險性也出現(xiàn)了類似的誤差。當(dāng)用個體危險性表示工廠附近居民的危險性時，不同概率危險評價的結(jié)果也有幾個數(shù)量級的誤差。這類誤差并非由于分析方法上的缺陷引起的，而且在評價對象的描述、假設(shè)和使用模式方面存在的差異引起的。核工業(yè)部門累積了概率危險評價結(jié)果的差異性。目前，美國核反應(yīng)堆芯熔化損失的概率估計為105年103年。這一差別并非僅僅是設(shè)計和場所不同，正如評價權(quán)威專家指出的那樣，研究的范圍、使用的概率危險評價方法、分析時所作的假設(shè)等因素都會影響分析結(jié)果。瑞典的研究表明，建模不同也會產(chǎn)生較大

8、的誤差。在一份概率危險評價現(xiàn)狀的研究材料中美國政府統(tǒng)計辦公室認(rèn)為，概率危險評價結(jié)果的差異性限制了它們之間的比較，且也是該方法最致命的問題。 3表達(dá)不確定性在很大程度上，概率危險評價方法的不確定性取決于分析的完整性、建模的準(zhǔn)確性以及參數(shù)估計的充分性。后者的不確定性可通過分析擴(kuò)展數(shù)據(jù)的概率分布進(jìn)行計算而得出(假設(shè)分析數(shù)據(jù)充足。由分析方法本身和模型不完整性引起的不確定性的解決是很困難的。這些因素常用敏感度分析方法來解決。類似的問題在早期的液化石油氣貯存裝置的概率危險評價中已有報道。由于不了解持不同意見的專家的看法和不同的評價模型，分析人員總是過高地估計分析結(jié)果的可信度。雖然通過分析人員的判斷也減少了

9、一些事故，但掩蓋了這種判斷本身可能存在的不足，有時選擇參數(shù)與定性討論的結(jié)果相差幾個數(shù)量級。在有害化學(xué)物質(zhì)的危險評價中，不能直接說明不確定性也是一個很大的障礙。 4復(fù)雜性技術(shù)系統(tǒng)日趨復(fù)雜和相互滲透產(chǎn)生了一系列有待解決的問題。例如，大規(guī)模的核安全評價包含了無數(shù)個不同的系數(shù)，要求不同領(lǐng)域的專家參與。計算的數(shù)據(jù)令人吃驚。一座核電站進(jìn)行一次概率危險評價要求估計成千上萬個參數(shù)，報告長達(dá)幾千頁。這阻礙了研究結(jié)果的應(yīng)用交流。然而，核電站危險評價還是個相對簡單且已為人們了解的技術(shù)，許多化工廠比核電站要復(fù)雜得多，人們了解得也較少。盡管概率危險評價采用“各個擊破”的方法較適用于評價復(fù)雜系統(tǒng)的危險性，但它只適合結(jié)構(gòu)和

10、定義都明確的系統(tǒng)。 5  應(yīng)用實例 51  Canvey島危險評價1概述1976年，應(yīng)英國環(huán)境與就業(yè)大臣的要求，英國衛(wèi)生與安全管理局(HSE對Canvey島Thurrock地區(qū)工業(yè)設(shè)施的危險性進(jìn)行了評價。該項研究源于公眾質(zhì)詢是否允許在這一地區(qū)建1座煉油廠。研究的目的是了解現(xiàn)有工業(yè)設(shè)施及建成煉油廠后對居民造成的危險性。Canvey島位于泰晤士河倫敦以北，居民3萬人，現(xiàn)有7座工廠，雇工3200人。這些工廠主要貯存、運輸、生產(chǎn)汽油和石油產(chǎn)品，約貯存10萬t液化天然氣、1800萬t石油產(chǎn)品。 2引發(fā)事件及其發(fā)生概率該項研究系統(tǒng)分析了各工廠火災(zāi)、爆炸、毒物泄漏事故發(fā)生的條件。重點研究

11、了貯存和運輸過程能引發(fā)事故的下列事件：(1管道和貯罐破裂(自發(fā)或疲勞；(2泵殼破裂；(3控制過程失控(壓力、溫度、流量等。此外，爆炸沖擊波、爆炸碎片以及貯罐過熱等火災(zāi)、爆炸事故也會對附近的設(shè)施造成損失。引發(fā)事故發(fā)生的概率以及后續(xù)事件發(fā)生的條件概率，主要通過分析統(tǒng)計資料和技術(shù)判斷獲得。為獲得定量的數(shù)值和結(jié)果，主要采用了下述方法：(1分析統(tǒng)計資料；(2在統(tǒng)計分析基礎(chǔ)上，對個別缺項進(jìn)行判斷補充；(3通過已做FTA分析的類似案例，分析估計得出定量數(shù)值和結(jié)果；(4對一些無法獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行主觀判斷；(5通過分析文獻(xiàn)資料獲取數(shù)據(jù)。 3事故影響研究對象中可能發(fā)生爆炸事故的工業(yè)設(shè)施距離居民區(qū)1km以上。如果這些

12、設(shè)施就地爆炸，則后果較?。坏羰潜ㄐ哉魵怙h向居民區(qū)而發(fā)生爆炸，則可能發(fā)生下列事故：(1直接的爆炸壓力傷害；(2沖擊波傷害；(3爆炸熱傷害(在爆炸火球范圍內(nèi)；(4由爆炸引起的火災(zāi)傷害；(5窒息傷害；(6爆炸火球的熱輻射傷害。Canvey島地區(qū)的平均人口密度為4000人km2，通過估算得出了廠區(qū)蒸氣云爆炸的條件概率和傷亡人數(shù)(死亡人數(shù)按總傷亡人數(shù)的一半計，結(jié)果見表1。 表1  蒸氣云爆炸的條件概率和傷亡人數(shù) 應(yīng)該注意的是，為計算蒸氣云在居民區(qū)爆炸的概率，必須了解爆炸性蒸氣云的形成概率、爆炸概率以及向居民區(qū)運行概率和在該地區(qū)被引爆的概率。假設(shè)壓力貯罐爆炸后形成了1000t的無水氨蒸氣云(

13、20蒸氣，80液體，在當(dāng)?shù)貧庀髼l件下(風(fēng)速為6ms，危險的氨氣沿風(fēng)向分布，形成一個半軸為25km和3km的橢球形區(qū)域?？紤]人口分布及氣象條件，得到1000t氨泄漏后的傷亡人數(shù)及條件概率，結(jié)果見表2。 表2  1000t氨泄漏后的傷亡人數(shù)及條件概率 該研究分析了可能出現(xiàn)的38種情況，得出了Canvey島現(xiàn)有工業(yè)設(shè)施以及擴(kuò)建后和經(jīng)安全改善措施前后4種條件下的風(fēng)險。社會風(fēng)險概率見表3。表3  社會風(fēng)險概率和傷亡人數(shù)最大個人風(fēng)險率見表4。 表4  最大個人風(fēng)險率 52  Riinmond地區(qū)危險評價1979年應(yīng)荷蘭居民安全委員會要求

14、，英國倫敦Cremer Warner公司和德國法蘭克福Battele公司對Rijnmond地區(qū)的6個工業(yè)設(shè)施進(jìn)行了風(fēng)險評價。Rijnmond位于鹿特丹到北海的萊茵河三角洲，長40km，寬15km，居民10萬人。此研究項目的目的是探索對工業(yè)設(shè)施進(jìn)行風(fēng)險分析的可行性，為實際應(yīng)用積累經(jīng)驗。1工業(yè)設(shè)施這6個工業(yè)設(shè)施分別是：丙烯腈貯罐、液氨貯罐、液氯貯罐群、液化天然氣貯罐、丙烯貯罐和二乙醇胺再生爐。(1丙烯腈貯罐：該貯罐容積為3700m3，配備有滅火設(shè)備和貯罐冷卻設(shè)備。裝置主要是人工控制。研究中對貯罐、輸送管道及泵等進(jìn)行了分析。(2液氨貯罐：環(huán)形液氨貯罐容積1000m3，平均貯量為250000 kg，相

15、當(dāng)總貯量40，貯罐壓力高達(dá)12MPa，溫度為室溫。裝配有應(yīng)急關(guān)閉系統(tǒng)。通常情況下人工操作和遠(yuǎn)距離控制相結(jié)合。該貯罐屬于一個生產(chǎn)化工原料和化肥的工廠，僅對貯罐、輸送管道、泵及其他附屬設(shè)備進(jìn)行了分析。(3液氯貯罐群：這是一個大化工廠的液氯貯罐群，由5個90m3容積(每個相當(dāng)于100t液氯貯罐、輸送管以及廢氣壓縮機(jī)組成，貯罐壓力065MPa，溫度為室溫。每天罐群的液氯通過量約300t。(4液化天然氣(LNG貯罐：對2個液化天然氣貯罐及其附屬設(shè)備進(jìn)行了研究，每個容積為5700m3，LNG貯存溫度162。(5丙烯貯罐：為2個球形貯罐，容量共1200t，室溫下最大壓力014MPa，幾乎全部靠手動閥控制。(

16、6二乙醇胺再生爐(脫硫設(shè)備：該裝置是汽油脫硫過程的一部分，操作溫度約92，壓力006MPa。經(jīng)危險預(yù)分析，潛在的事故危險有火災(zāi)、爆炸、毒物泄漏。2分析方法(1分析方法。首先用檢查表和危險與可操作性分析方法辨識失效模式、引發(fā)事件及事故。大多數(shù)引發(fā)事件和事故發(fā)生的概率都直接來自統(tǒng)計資料。表5中列出了統(tǒng)計的各貯罐引發(fā)事件數(shù)和事故類型，對有些缺乏統(tǒng)計資料的事件則用FTA推導(dǎo)其發(fā)生概率。 表5  貯罐引發(fā)事件數(shù)和事故類型的統(tǒng)計資料 (2事故發(fā)生概率。事故發(fā)生概率主要通過統(tǒng)計分析和FTA分析獲得。為此要求了解引發(fā)事件概率、元件失效率以及人為失誤率。主要通過下述3個途徑獲?。菏占墨I(xiàn)資料

17、中的有關(guān)數(shù)據(jù)；工廠提供有關(guān)數(shù)據(jù)；估計。重點分析對象是：泵、管道、軟管、裝載臂、閥門、測量儀器、控制裝置、電氣設(shè)備、貯罐、人的失誤、外部事件等11類。3事故影響(1爆炸。只考慮爆炸沖擊波的影響時，沖擊波最大壓力與損壞程度之間的關(guān)系見表6。 表6  沖擊波最大壓力與損壞程度之間的關(guān)系(2火災(zāi)。蒸氣云爆炸(火球能量密度與破壞形式和程度的關(guān)系見表7。 表7  蒸氣云爆炸(火球能量密度與破壞形式和程度的關(guān)系 穩(wěn)定狀態(tài)火災(zāi)熱通量水平與損壞形式和程度的關(guān)系見表8。 表8  穩(wěn)定狀態(tài)火災(zāi)熱通量水平與損壞形式和程度的關(guān)系 (3毒性氣體影響在所

18、評價的設(shè)施中，有氯氣、氨氣、硫化氫等3種有毒氣體，其毒性見表9。 表9  毒性氣體的影響4研究結(jié)果與結(jié)論經(jīng)分析計算得出6個設(shè)施的風(fēng)險性，見表10。 表10  評  價  結(jié)  果 由上表可見，脫硫設(shè)備的危險最低，原因是物質(zhì)潛在危險性低，工廠設(shè)計較好。由于居民區(qū)遠(yuǎn)離液化天然氣貯罐，且貯罐有厚達(dá)1m的混凝土保護(hù)壁，所以危險性較小。丙烯腈設(shè)施對居民的危險非常低，因為該設(shè)施的危險影響范圍?。坏珜ψ鳂I(yè)人員的危險較高，因為有較高的事故發(fā)生率。相比之下，液氨貯罐、液氯貯罐和丙烯貯罐的危險要高，主要原因是所貯存物質(zhì)本身的危險性大、貯量大，并且較接近居民區(qū)，以及泄漏后高壓液化氣體特性等。 53  Canvey島危險評價與Rijnmond地區(qū)危險評價的比較如上所述，Canvey與Rijnmond風(fēng)險評價研究的目的不同。在Canvey島風(fēng)險評價中，主要目的是了解整個地區(qū)工業(yè)設(shè)施對居民的風(fēng)險。在Rijnmond風(fēng)險評價中，主要目的