基于连锁效应的油品储罐火灾爆炸

摘要
摘要
油品储罐区的布置一般都较为紧密，各类危险源相对集中，如果事故发生都会带来十分严重的后果。

一般的风险评价认为不同位置的同一工艺单元拥有的危险性是同样的。

但事实上，因为连锁效应的作用，装置之间存在相互的影响，很容易造成二次事故，从而形成更大范围的事故以及更加严重的事故后果。

本文详细说明了连锁效应的机理，讲诉了连锁效应即为发生于某一装置的事故导致周边其他1个或多个装置的失效,最终导致二次乃至更深层次的事故现象,或称之为事故链。

表述了连锁的第一类与第二类危险源，并对整个连锁程序进行了分析。

在了解了连锁效应后再将之应用在了油品储罐区进行火灾爆炸的风险评价。

详细讲诉了最容易引起连锁的池火、火球与蒸汽云爆炸的后果分析与连锁概率分析方法，风险评价的方法。

同时进行了实例分析，以实际例子阐述了连锁效应对油品储罐区的影响。

通过理论与实际的分析，了解了连锁反应的危害。

关键词：连锁效应火灾爆炸风险评价
ABSTRACT
ABSTRACT
Oil storage tank zone layouts are generally more closely, various types of dangerous sources are relatively concentrated, if the accident will bring very serious consequences. General risk evaluation that the different position of the same process unit has the danger is the same. But in fact, because the linkage effect, device interact with each other, is very easy to create the two accidents, thereby forming a greater range of accidents and more serious accident consequences.
In this paper, a detailed description of the linkage mechanism, tells the chain effect that occurs in a device accident caused around the other1 or more device failure, eventually leading to the two times even deeper accident phenomenon, also called the accident chain. Formulation of the linkage of the first and second types of dangerous sources, and the entire chain procedures are analyzed. In the understanding of the linkage effect and can be applied in the oil tank area of fire and explosion risk assessment. Detailed tells most easily lead to the chain of pool fire, vapor cloud explosion fireball and consequence analysis and linkage probability analysis method, risk assessment method. At the same time were analyzed with a practical example, elaborated chain effect on oil storage tank zone of influence. Through theoretical and practical analysis, understanding of the chain reaction hazards.
Keywords: Chain reaction；Fire and explosion；Risk assessment
目录
摘要 (I)
ABSTRACT (II)
1 绪论 (1)
1.1 研究的背景与意义 (1)
1.2 国内外发展及现状 (1)
1.2.1国外连锁效应的研究现状分析 (1)
1.2.2国内外火灾爆炸定量风险评价研究现状 (2)
1.3火灾爆炸定量风险评价研究现状 (3)
1.3. 1主要发展进程 (3)
1.3. 2主要分析方法 (4)
1.4研究的主要内容 (4)
2 连锁效应的机理 (6)
2.1连锁效应简述 (6)
2.2.连锁效应扩展模式 (6)
2.3连锁效应判别准则及分析程序 (7)
2.4连锁效应影晌因素 (10)
3 基于连锁效应对储罐进行风险评价 (12)
3.1储罐及其风险特征 (12)
3.2：储罐区风险评价原则 (13)
3.3：储罐区风险评价程序 (14)
3.4：储罐区风险评价方法 (14)
3.4.1 概率分析法 (14)
3.4.2事故后果分析法 (18)
3.4.3 风险表述 (25)
4 实例分析 (28)
4.1：罐区概况 (28)
4.1.1危险源辨识 (28)
4.1.2 事故场景预设 (29)
4.2：连锁效应分析 (29)
4.2.1危险源后果分析 (29)
4.2.2连锁效应概率计算 (32)
4.2.3风险评价结果 (34)
5 结论 (36)
5.1 主要结论 (36)
5.2 展望 (36)
参考文献 (37)
致谢 ........................................................................................................................... 错误！未定义书签。

1 绪论
1.1 研究的背景与意义
近年来，随着我国经济的飞速发展，对石油的需求也越来越大，我国油品市场的逐渐开放，也使成品油市场竞争压力增大。

于是，我国建设的油库也就日益增多。

油库是储放油品的基地，油品具有易燃、易爆、易挥发、毒性等特点，一旦发生火灾爆炸事故，由于连锁效应的影响，不但会造成严重的人员伤亡和重大的经济损失，而且会造成不可挽回的环境污染，带来十分严重的社会影响。

因此，我们需要做好风险评价，将事故发生的概率降到最小。

油品储罐区作为石油及其产品的储存区域，有着对液态油品。

可燃气体进行收发储存的作用。

石油及其产品具有易燃易爆特性。

贮罐区集中，占地面积大，油品储量大，发生火灾爆炸事故危害性大。

尤其是近20年来,油罐发展使得油罐的体积越来越大。

同时，油气储备量的增加，也使得油罐的规模和数量跟着增加。

在油罐运行过程中，油罐由于人、物或环境等因素的影响或破坏而引起火灾爆炸的概率也就大大提高了。

大型油品储罐一旦发生火灾爆炸事故，所造成的后果更是极其严重。

因此，安全有效的管理和维护油罐，提高油罐的安全可靠性就是一个相当重要的任务。

预防及控制油品储罐发生重大事故，对减少人员伤亡和财产损失、维护社会稳定，具有非常重大的意义。

1.2 国内外发展及现状
1.2.1国外连锁效应的研究现状分析
国外从20世纪90年代就开始关注连锁效应,其中主要的研究方法有概率模型和数理统计。

1996年欧洲将赛维索法案(Seveso)作为研究连锁事故的重要参照标准。

2003年对其进行了修订，加强了对重大事故的风险分析与预防。

为了完善风险评价、风险控制和预防措施程序，已经规定在生产场所无论内部或外部都需进行连锁事故的评估，但由于评价标准并不统一(如安全距离的大小、热隔离或应急水覆盖等措施是否采取)，所以在实际应用中仍存在一些问题。

在1991年澳大利亚的D．EBagster和美国的R．M．Pitblado提出了一种估算多米诺事故发生频率的方法[1]。

将连锁事故看作初始事故和二次事故两个事故后果，确立了最初的框架模型，然后可根据需要而扩展。

他们认为在外力因素的作用下导致设备的密封性破坏或泄漏，同时有火源存在的情况下，可能会发生火灾爆炸事故。

然后对事故源位置进行确定，并对距事故源一定距离位置上所受的连锁影响，都在确定事故强度与距离的关系时加以考虑。

加拿大的Khan和印度的Abbasi等人对火灾爆炸事故的连锁效应机理进行了研究，提出了引发引发连锁效应的事故类型和连锁效应的典型模式，同时给出了连锁分析方法
和相关概率模型，在1998年开发出了重大事故的连锁效应分析软件DOMIFFECT。

1998年，英国HSE发布了一篇关于重大事故的连锁效应风险分析方法的发展报告[2]。

该公司的SHELL SHEPHERD商业软件，已经作用于公司内部用以调查连锁效应及
扩展因素。

意大利，科赞尼(Cozzani)等人在前人的基础上，研究了容易导致连锁事故发生的热辐射、冲击波超压和破片的物理效应的破坏临界标准，确定了，确定了目标单元在特定储存及放置状态下，初始事故破坏二次目标单元的临界物理效应量。

根据历史和实验数据建立设备的损坏概率模型，结合脆弱性模型，建立一套连锁定量分析方法。

意大利的Gubinelli，G和．德国的U．Hauptmanns对事故破片的随机性和不确定性进行了计算和分析，得到了容器发生爆炸后，破片所能到达不同距离的概率曲线。

并研究了抛射破片产生的连锁反应。

比利时，戴沃塞(Delvosalle)等人(2001) 开发了DOMINOXL 2．0软件，通过列举法对工业区内部和外部可能发生的连锁事故进行风险分析和事故预测。

热尼尔森(Rediers)等人事故预防的角度出发研究分析连锁效应，在2007年开发了DomPrevPlanning(DPP)-I-具作为工厂和工业区的安全管理和连锁效应防范与决策支持的工具。

希腊雅典国立大学的Koumiotis，S．P．和Kiranoudis，C．T．等人(2000)对连锁效应进行了研究，提出来连锁效应分析统计学模型[3-5]。

韩国的Joo Youngsoon Lee署IHo Soo Kim做了一些事故场景的分析，并提出运用非线性规划手段使连锁效应的影响后果最小化[6]。

1.2.2国内外火灾爆炸定量风险评价研究现状
我国对连锁效应的研究时间尚短,重点在重大危险源领域但已经渐渐将之引入风险评价中。

基于连锁效应的风险评价我国的研究还不够多，相关的研究主要是与我国对连锁效应的研究起步较晚,主要集中在重大危险源领域并已逐渐将其引入风险评价中。

我国在基于事故连锁效应的风险研究还现对较少，相关的类似研究主要是开始于20世纪90年代的重大危险源控制的研究，于2000年提出的GB 2000《重大危险源辨识》的国家标准，为中国重大危险源的辨识与风险分析提供了基本的法律依据，同时也是国内进行事故的连锁效应的重要参考。

对于连锁事故的研究在国内，主要有中国石油大学和石油研究院等，主要方法是在借鉴国外研究的基础上，运用Cozzani等人的数学模型结合脆弱性模型对工厂和局部工业区进行简单的风险分析。

国内外对于连锁效应的定量风险分析还处在研究阶段，还没有十分有效的方法能够就连锁效应的风险进行很好的定量计算和评估，许多先驱性的研究也还主要关注在连锁评价的定性方法上。

对连锁效应的定量分析还局限与少量的代表性事件，运用的还是一些简化的模型和风险分析手段。

连锁场景的复杂性和后果的严重性表明对于连锁效应的定量风险分析还需要做更进一步的研究，对连锁效应进行评价、控制和预测将是一项复杂和艰巨的工作。

总的来说国外对工业中连锁效应和重大事故的研究都比较具体和深入，并取得了很多研究成果。

在国内对于连锁效应研究多集中在石油化工行业，相关院校和科研单位都做了一定
的研究和探索，但是，总体上研究还不够深入，存在问题还很多，同时把工业中的连锁效应分析方法和技术运用到环境风险中来的研究和经验也几乎是空白。

在环境风险领域研究最多的是城市自然灾害与环境风险，把连锁效应的研究方法应用到城市公共领域还处于探索阶段，主要是通过针对环境风险的特点，在仿效工业连锁效应分析的同时，研究分析环境风险的连锁关系，针对环境的特点，建立环境风险的连锁效应分析方法。

由此可见国内外对连锁效应在爆炸上的研究都算尚晚，连锁效应的研究还处在一个发展期。

1.3火灾爆炸定量风险评价研究现状
1.3. 1主要发展进程
1964年美国道化学公司提出了的火灾爆炸指数法，首先开创了化工生产危险度量安全评估历史。

英国帝国化学公司吸收了道化学公司评估方法的优点，于1976年推出了蒙德法（MOND），同时，日本劳动省提出了“六阶段评估法”。

俄罗斯化工过程也研制了一些危险评价法，等。

这些评价法均为指数法，至今仍在发展之中，主要是针对化工行业的危险性进行的定性或半定量的评估。

1987年欧洲共同体（EEC）立法，规定对有可能发生化学事故危险的工厂必须进行风险评估。

量化风险评估（QRA）是国外多年来开发和研究的风险评价和管理技术，由于安全健康与环境问题已成为全球关注的焦点，QRA技术正在世界上得到越来越广泛的应用和发展。

如英国的Technica有限公司、荷兰的应用科学研究院、欧洲的欧共体Lapra联合研究中心、意大利的STA公司等都对风险评价进行了深入且广泛的研究，并开发了相关软件。

1984年，美国国防部将具有代表性的系统安全军事标准《系统安全大纲要点》（MIL-STD-822A）修订为（MIL-STD-822B），该标准对系统整个寿命周期中的安全要求、安全工作项目都作了具体的规定。

该标准对世界安全和防火领域产生了巨大的影响，迅速为日本、英国和欧洲其他国家引进使用。

到20世纪90年代欧美等发达国家开始基于风险检验技术（Risk-based Inspection,RBI）的研究，编制了一些规范和标准，如美国石油学会（American Petroleum Institute,API）颁布的《基于风险检验规范，API581》1997年，英国海运界提出了综合安全评价方法（Formal SafetyAssessment,FSA），等。

恶性爆炸事故造成的人员严重伤亡和巨大的财产损失，促使各国政府、议会立法或颁布规定，规定工程项目、技术开发项目都必须进行安全评价，并对安全设计提出明确的要求。

日本《劳动安全卫生法》规定由劳动基准监督署对建设项目实行事先审查和许可证制度；美国对重要工程项目的竣工、投产都要求进行安全评价；英国政府规定，凡未进行安全评价的新建生产经营单位不准开工；欧共体1982年颁布《关于工业活动中重大危险源的指令》，欧共体成员国陆续制定了相应的法律；国际劳工组织（ILO）也先后公布了1988年的《重大事故控制指南》、1990年的《重大工业事故预防实用规程》
和1992年的《工作中安全使用化学品实用规程》，对安全评价提出了要求。

2002年欧盟未来化学品白皮书中，明确危险化学品的登记及风险评价，作为政府的强制性的指令。

1.3.2主要分析方法
①故障树分析法
故障树也称事故树，是一种描述事故因果关系的有方向的“树”，是系统安全工程中一种重要的分析方法之一。

它能对各种系统的危险性进行识别评价，既适用于定性分析，又能进行定量分析。

FTA不仅能分析出事故的直接原因，而且能深入提示事故的潜在原因。

故障树分析是对既定的生产系统或作业中可能出现的事故条件及可能导致的灾害后果，按工艺流程、先后次序和因果关系绘成程序方框图，表示导致灾害、伤害事故的各种因素之间的逻辑关系。

把最不希望发生的故障作为故障分析的目标，把选定的系统故障状态作为顶事件，然后找出导致顶事件发生的底层因素。

②事件树分析法（Event Tree Analysis,ETA）
事件树分析法是一种逻辑的演绎法，他的理论基础是决策论。

它与故障树正好相反，是一种从原因到结果的自上而下的分析方法。

从一个初始事件开始，交替考虑成功与失败的两种可能性，然后再以这两种可能性为新的初始事件，如此继续分析下去，直到找到最后结果为止。

③道（DOW）化学公司火灾爆炸危险指数评价法（DOW法）
DOW法是对工艺装置及所含物料的潜在火灾、爆炸和反应性危险用逐步推算的方法进行客观评价。

评价过程中定量的依据是以往事故的统计资料、物资的潜在能量和现行安全防灾措施的状况。

道化学火灾、爆炸指数法主要用于评价按规范设计和运行的化工、石化企业生产、储存装置的火灾、爆炸危险性。

尽管该方法在指标选取和参数确定等方面还存在一定缺陷，需要进一步完善，但目前该法仍是石化企业定量安全评价中最广泛采用的方法。

④蒙德法
1974年英国帝国化学公司（ICI）蒙德（MOND）部在现有装置及计划建设装置的危险性研究中，认为道化学公司方法在工程设计的初始阶段，对装置潜在的危险性评价是相当有意义的。

在经过几次实验后，证实了用该方法评价新设计项目的潜在危险性时，有必要在几个方面做重要改进和补充。

于是引进了毒性的概念，发展了某些补偿系数，进行装置危险性再评价，即采取安全措施加以补偿后的最终评价，从而是评价较为恰当，也使预测定量化更具有使用意义。

因此，ICI蒙德法可对较广的范围，全面、有效、更接近实际地进行评价。

1.4研究的主要内容
①对连锁效应进行了解与解释。

②基于连锁效应针对储罐区进行风险评价，即对事故的场景进行分析，对概率进行分析，同时对产生的风险进行分析
③实例分析：建立储罐区任一装置在某一空间位置的整体风险模型。

首先对罐体的概况进行了解，之后就对发生的后果进行分析。

2 连锁效应的机理
2 连锁效应的机理
2.1连锁效应简述
连锁现象很早就为人们所认识，但关于连锁效应的定义至今并没一个统一的标准。

在对连锁效应的研究中，不同的作者从不同角度给出了不尽相同的定义。

其中，不少研究者将其定义为发生于某一装置的事故导致周边其他1个或多个装置的失效,最终导致二次乃至更深层次的事故现象,或称之为事故链。

相关事故案例和研究表明,事故连锁效应将导致最终的事故后果的进一步恶化[7]。

2.2.连锁效应扩展模式
有专家提出2类危险源理论。

第1类危险源指系统中存在的、可能发生意外释放的能量或危险物质;第2类危险源指导致约束、限制能量措施失效或破坏的各种不安全因素。

一起事故的发生是2类危险源共同作用的结果。

装置的结构失效导致危险物质的释放是事故的重要特征[8]。

在定量风险分析中，对于不同的初始事故，其影响因素及扩展因素对于设备及人员的损害程度是不一样的。

初始事故的影响形式见表2.1。

表2.1 定量风险分析中初始事故的影响因素及扩展因素
综合以上两表可以看出，能够触发连锁效应的重大事故的具体形式主要为:蒸汽云爆炸、沸腾液体扩展蒸汽云爆炸(BLEVE)、火球以及池火。

其中，火球和池火引起的连锁效应主要是热辐射作用的结果;蒸汽云爆炸和沸腾液体扩展蒸汽云爆炸引起的连锁效应是冲击波超压和爆炸破片共同作用的结果。

连锁效应的扩展因素在实际事故中的扩展可以用连锁效应扩展模式来描述，图 2.1描述了连锁效应具体的扩展模式。

图2.1 连锁效应扩展模式
2.3连锁效应判别准则及分析程序
在判断某一危险源是否能够引发连锁效应时，为简化分析过程，一般采用临界值标准的方法进行判断。

所谓临界值标准即，如果初始单元所释放的能量大于给定的临界值，且影响范围内存在其他敏感装置，则认为初始单元发生事故后能够引发连锁效应，反之则不会。

火灾场景中,火球和池火灾的伤害破坏作用最为严重,主要表现在火场热辐射对周围人员和装置的伤害破坏作用。

爆炸事故中冲击波超压和碎片抛射是引发连锁效应的两个重要因素。

Cozzani等认为,破坏作用仅指能够直接导致装置约束失效,进而造成内部物料泄漏的热辐射、冲击波和碎片3种物理效应。

由于毒性物质的泄漏扩散只能造成人员中毒进而导致装置失控引发事故,因此本文只将其视为间接因素而未纳入连锁效应分析范畴[10]。

能够引发连锁效应的事故类型主要有火灾、爆炸。

J.Gledhin和I.Linesl针对不同的设备类型及初始事故类型提出了引发连锁效应的临界值，具体见表2.2。

针对不同的初始事故，其引发的连锁效应的分析程序也有所不同。

火灾主要以热辐射的形式影响周围设备;爆炸对周围设备的破坏形式主要有冲击波超压、热辐射以及爆炸破片。

根据前面的分析结果，一般认为爆炸引发的连锁效应是冲击波超压和爆炸破片二者共同作用的结果。

火灾与爆炸引发连锁效应的分析程序见图2.2与图2.3。

表2.2 连锁效应初始事故临界值
图2.2 火灾引发的连锁效应分析程序
图2.3 爆炸引发的连锁效应分析程序
2.4连锁效应影晌因素
典型的连锁效应是串联或并联的连环事故，热辐射、冲击波超压和爆炸破片发生时都会产生一个危险区域，当危险区域内的特别效应值超过一定的限值后，就可能引发连锁效应。

连锁效应是受不同因素影响的，最重要的因素有:设备距事故点的距离、设备类型、存储的危险物质类别和存储量、邻近设备及其性质、传播条件、风向及采取的安全措施等。

连锁效应引起的破坏等级取决于危险品的存储量、距离、扩展条件及邻近设备的易受影响点[11]。

预防连锁效应的最根本的方法是消除连锁效应的扩展因素，在安全管理中安全距离是预防连锁效应的有效的办法之一。

3 基于连锁效应对储罐进行风险评价
引入连锁效应定义,介绍连锁效应定量评价的方法。

结合具体实例对油库进行火灾爆炸事故的风险分析,给出事故连锁效应定量评价的具体程序。

通过油库火灾爆炸事故连锁效应评价,得出油库事故的升级因素和导致事故扩大的途径,并指出相应的连锁效应控制措施。

与传统的评价方法相比,连锁效应评价方法可预测次生事故发生情况和发生概率及后果,从而可以有针对性地采取相应的预防措施,预防事故连锁效应,降低次生灾害的发生率,提高油库的本质安全程度。

3.1储罐及其风险特征
石油化工系统，在生产过程中，需将原油适量、持续地供给蒸馏装置，保证均恒地向中间加工装置进料;生产出来的中间产品、成品油等产品，装运前需要储存在成品油罐中，以调节市场需求。

因此石化系统建有多种不同罐容的贮罐。

石油库主要分为原油库和成品库，前者又分为陆上油库和海上油库。

石油化工产品库则形式更多。

众多储罐组成罐区。

目前石油及成品油的储存主要采用以下形式的储罐:
浮顶罐，其中又分为外浮顶罐和内浮顶罐；固定顶罐，可变空间罐；压力罐等。

以炼油厂储存油品为例，表3.1列出了主要贮罐类型及其所贮油品蒸气压
表3.1炼油厂储罐极其储存油品蒸汽压
原油和成品油在储存过程中危险因素较多，原油的闪点范围比较宽，一般在20-100℃之间，凝固点也高，加热和发生火灾时，热波现象明显，容易产生突沸。

轻质成品油闪点低，易燃易爆;重质成品油凝固点高，加温时，某些油品因含有水分，也能产生沸溢。

储罐区的风险特征主要在溢油，即跑、冒、漏，火灾爆炸等。

另外，油品在储存、装卸及污水处理过程中会散发出油蒸气，油蒸气是气相烃类，因其密度大于空气而漂浮
于地面之上，如通风不良，易于聚集，当浓度达到一定数值遇火源能够被引燃甚至发生爆炸，且油蒸气属有毒物品，易致窒息，油蒸气还容易形成更大危害的光化学烟雾二次污染物—氮氧化物。

表3.2列出油罐区主要风险特征及原因分析。

表3.2原油、成品油罐区风险特征
3.2储罐区风险评价原则
储罐区的整体风险评价实际上是一种特定的区域风险评价。

在国外，区域风险评价以有了一个比较完整的体系，这方面我国尚在研究中。

由于我国现在还没有储罐区整体风险评价的程序、方法和指标的规定标准，所以，如何建立科学的区域风险评价方法来对储罐区的风险进行正确评价，从而对危险源及装置进行合理安排，就是一个值得好好研究的问题。

化工储罐区风险是对装置事故发生概率和事故后果的综合考虑，其风险指标包括表征场所风险的个人风险和社会风险两部分，各个国家根据自身情况制定相应的计算方法。

不过，我国现在的风险评价还不完整，并没有具体的依据与方法来评价区域内的重大危险源对区域风险的影响。

因此，根据我国现在的安全评价方法与国外的安全评价程序相结合，考虑储罐区的实际情况，总结出一种基于连锁效应的储罐区整体风险评价方法。

总体原则如下[12]：
①评价最终获得储罐区的固有风险值与实际风险值进行综合考虑，风险指标包括个人风险和社会风险两部分，以此得出储罐区的风险等级的量化依据，从而为得出风险评价。

②评价时重点应在能够引起连锁效应的重大危险源，同时需要考虑内部和外部两方面的连锁影响。