基本定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法概率危險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)

來源：安全資訊網(wǎng)編輯：冰雪時(shí)間：2009-6-2614:15:171

概

述概率危險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法通過綜合分析單個(gè)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(jì)和操作性能來估計(jì)整個(gè)系統(tǒng)發(fā)生事故概率。2

應(yīng)用范圍作為危險(xiǎn)分析的一部分，定量危險(xiǎn)評(píng)價(jià)包括辨識(shí)與公眾健康、安全和環(huán)境有關(guān)的危險(xiǎn)并估計(jì)危險(xiǎn)發(fā)生的概率和嚴(yán)重度。自20世紀(jì)60年代末概率危險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法問世以來，主要應(yīng)用于下述3個(gè)方面：⑴提供某種技術(shù)的危險(xiǎn)分析情況,用于制定政策、答復(fù)公眾咨詢、評(píng)價(jià)環(huán)境影響等。

⑵提供危險(xiǎn)定量分析值及減小危險(xiǎn)的措施，幫助建立有關(guān)法律和操作程序。

⑶在工廠設(shè)計(jì)、運(yùn)行、質(zhì)量管理、改造及維修時(shí)提出安全改進(jìn)措施。

概率危險(xiǎn)評(píng)價(jià)是評(píng)價(jià)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(xiǎn)性大小。損失值通常用死亡人數(shù)、受傷人數(shù)、設(shè)備和財(cái)產(chǎn)損失表示，有時(shí)也用生態(tài)危害來表示。3

評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)工廠的安全性。使用概率危險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法便于設(shè)計(jì)冗余安全系統(tǒng)和高度防護(hù)裝置。概率危險(xiǎn)評(píng)價(jià)通常由3個(gè)步驟組成：

⑴辨識(shí)引發(fā)事件；

⑵對(duì)已辨識(shí)事件發(fā)生的后果及概率建模；

⑶對(duì)危險(xiǎn)性進(jìn)行量化分析。概率危險(xiǎn)評(píng)價(jià)可進(jìn)行不同層次的分析。核工業(yè)中有3種概率危險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法：一級(jí)評(píng)價(jià)，僅考慮反應(yīng)堆芯溶化的概率；二級(jí)評(píng)價(jià)，分析釋放到環(huán)境中的放射性物質(zhì)的濃度；三級(jí)評(píng)價(jià)，分析事故產(chǎn)生的個(gè)體和群體危險(xiǎn)。后者常稱作綜合性或大規(guī)模危險(xiǎn)評(píng)價(jià)。4

應(yīng)用分析概率危險(xiǎn)評(píng)價(jià)為安全評(píng)價(jià)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(xiǎn)評(píng)價(jià)要求分析完整和數(shù)據(jù)充足。這意味著概率危險(xiǎn)評(píng)價(jià)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?yàn)槭韬隹偸遣豢杀苊獾模酝暾詾樵摲椒ㄗ铌P(guān)鍵的問題。

實(shí)際工作中必須忽略小危險(xiǎn)事件。這意味著評(píng)價(jià)人員必須確定哪些事件發(fā)生的概率低到可忽略不計(jì)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(huì)使估計(jì)的概率值相差幾個(gè)數(shù)量級(jí)，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(jì)可能是會(huì)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，因此，這類危險(xiǎn)評(píng)價(jià)常常是不準(zhǔn)確的。在許多危險(xiǎn)評(píng)價(jià)中都有一個(gè)心照不宣的假設(shè)，即工廠都是按設(shè)計(jì)建造和維修的。評(píng)價(jià)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(xiǎn)評(píng)價(jià)方法廣泛應(yīng)用的另一個(gè)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(shí)用方法來辨識(shí)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(yàn)可用來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)外推，計(jì)算失效率，但這樣計(jì)算的失效率是否能夠從一種情形借鑒到另一種情形還值得考慮。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(gè)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(shí)際上，在進(jìn)行概率危險(xiǎn)評(píng)價(jià)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(xiǎn)特性、選擇如何來填補(bǔ)不足的數(shù)據(jù)、什么樣的事件可忽略不計(jì)、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(gè)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(huì)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(duì)同一工廠進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，評(píng)價(jià)結(jié)果相差很大?？煽啃杂?jì)算的經(jīng)驗(yàn)表明，概率評(píng)價(jià)能產(chǎn)生2個(gè)數(shù)量級(jí)的誤差。早期用概率危險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)液化天然氣貯罐的危險(xiǎn)性也出現(xiàn)了類似的誤差。當(dāng)用個(gè)體危險(xiǎn)性表示工廠附近居民的危險(xiǎn)性時(shí)，不同概率危險(xiǎn)評(píng)價(jià)的結(jié)果也有幾個(gè)數(shù)量級(jí)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(píng)價(jià)對(duì)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(xiǎn)評(píng)價(jià)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(jì)為10—5／年10—3／年。這一差別并非僅僅是設(shè)計(jì)和場所不同，正如評(píng)價(jià)權(quán)威專家指出的那樣，研究的范圍、使用的概率危險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法、分析時(shí)所作的假設(shè)等因素都會(huì)影響分析結(jié)果。瑞典的研究表明，建模不同也會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。在一份概率危險(xiǎn)評(píng)價(jià)現(xiàn)狀的研究材料中美國政府統(tǒng)計(jì)辦公室認(rèn)為，概率危險(xiǎn)評(píng)價(jià)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(xiǎn)評(píng)價(jià)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(jì)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(jì)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(xiǎn)評(píng)價(jià)中已有報(bào)道。由于不了解持不同意見的專家的看法和不同的評(píng)價(jià)模型，分析人員總是過高地估計(jì)分析結(jié)果的可信度。雖然通過分析人員的判斷也減少了一些事故，但掩蓋了這種判斷本身可能存在的不足，有時(shí)選擇參數(shù)與定性討論的結(jié)果相差幾個(gè)數(shù)量級(jí)。在有害化學(xué)物質(zhì)的危險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，不能直接說明不確定性也是一個(gè)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(píng)價(jià)包含了無數(shù)個(gè)不同的系數(shù)，要求不同領(lǐng)域的專家參與。計(jì)算的數(shù)據(jù)令人吃驚。一座核電站進(jìn)行一次概率危險(xiǎn)評(píng)價(jià)要求估計(jì)成千上萬個(gè)參數(shù)，報(bào)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(xiǎn)評(píng)價(jià)還是—個(gè)相對(duì)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(xiǎn)評(píng)價(jià)采用“各個(gè)擊破”的方法較適用于評(píng)價(jià)復(fù)雜系統(tǒng)的危險(xiǎn)性，但它只適合結(jié)構(gòu)和定義都明確的系統(tǒng)。5

應(yīng)用實(shí)例5．1

Canvey島危險(xiǎn)評(píng)價(jià)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(duì)Canvey島／Thurrock地區(qū)工業(yè)設(shè)施的危險(xiǎn)性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。該項(xiàng)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(duì)居民造成的危險(xiǎn)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(yùn)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(xiàng)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(diǎn)研究了貯存和運(yùn)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(huì)對(duì)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(jì)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(jì)資料；(2)在統(tǒng)計(jì)分析基礎(chǔ)上，對(duì)個(gè)別缺項(xiàng)進(jìn)行判斷補(bǔ)充；(3)通過已做FTA分析的類似案例，分析估計(jì)得出定量數(shù)值和結(jié)果；(4)對(duì)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(duì)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。如果這些設(shè)施就地爆炸，則后果較小；但若是爆炸性蒸氣飄向居民區(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(jì))，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(jì)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(yùn)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(20％蒸氣，80％液體)，在當(dāng)?shù)貧庀髼l件下(風(fēng)速為6m／s)，危險(xiǎn)的氨氣沿風(fēng)向分布，形成一個(gè)半軸為2．5km和3km的橢球形區(qū)域。考慮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(xiǎn)。社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)概率見表3。表3

社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)概率和傷亡人數(shù)

最大個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)率見表4。

表4

最大個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)率

5．2

Riinmond地區(qū)危險(xiǎn)評(píng)價(jià)1979年應(yīng)荷蘭居民安全委員會(huì)要求，英國倫敦Cremer＆Warner公司和德國法蘭克福Battele公司對(duì)Rijnmond地區(qū)的6個(gè)工業(yè)設(shè)施進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。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(xiàng)目的目的是探索對(duì)工業(yè)設(shè)施進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析的可行性，為實(shí)際應(yīng)用積累經(jīng)驗(yàn)。1)工業(yè)設(shè)施這6個(gè)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(duì)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250000kg，相當(dāng)總貯量40％，貯罐壓力高達(dá)1．2MPa，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(gè)生產(chǎn)化工原料和化肥的工廠，僅對(duì)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(gè)大化工廠的液氯貯罐群，由5個(gè)90m3容積(每個(gè)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0．65MPa，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(duì)2個(gè)液化天然氣貯罐及其附屬設(shè)備進(jìn)行了研究，每個(gè)容積為5700m3，LNG貯存溫度－162℃。(5)丙烯貯罐：為2個(gè)球形貯罐，容量共1200t，室溫下最大壓力0．14MPa，幾乎全部靠手動(dòng)閥控制。(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0．06MPa。經(jīng)危險(xiǎn)預(yù)分析，潛在的事故危險(xiǎn)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(xiǎn)與可操作性分析方法辨識(shí)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(jì)資料。表5中列出了統(tǒng)計(jì)的各貯罐引發(fā)事件數(shù)和事故類型，對(duì)有些缺乏統(tǒng)計(jì)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(jì)資料

(2)事故發(fā)生概率。事故發(fā)生概率主要通過統(tǒng)計(jì)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(gè)途徑獲?。孩偈占墨I(xiàn)資料中的有關(guān)數(shù)據(jù)；②工廠提供有關(guān)數(shù)據(jù)；③估計(jì)。重點(diǎn)分析對(duì)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(shí)，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)毒性氣體影響在所評(píng)價(jià)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(jì)算得出6個(gè)設(shè)施的風(fēng)險(xiǎn)性，見表10。表10

評(píng)

價(jià)

結(jié)

果

由上表可見，脫硫設(shè)備的危險(xiǎn)最低，原因是物質(zhì)潛在危險(xiǎn)性低，工廠設(shè)計(jì)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(xiǎn)性較小。丙烯腈設(shè)施對(duì)居民的危險(xiǎn)非常低，因?yàn)樵撛O(shè)施的危險(xiǎn)影響范圍??；但對(duì)作業(yè)人員的危險(xiǎn)較高，因?yàn)橛休^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(xiǎn)要高，主要原因是所貯存物質(zhì)本身的危險(xiǎn)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。5．3

Canvey島危險(xiǎn)評(píng)價(jià)與Rijnmond地區(qū)危險(xiǎn)評(píng)價(jià)的比較如上所述，Canvey與Rijnmond風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究的目的不同。在Canvey島風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，主要目的是了解整個(gè)地區(qū)工業(yè)設(shè)施對(duì)居民的風(fēng)險(xiǎn)。在Rijnmond風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，主要目的是探索什么樣的風(fēng)