摘 要
随着化工园区规模以及数目的不断增加,化工园区的发展引发了许多经济问题、环境问题,尤其是安全问题.通过对化工园区进行危险性分析和多米诺效应研究,找到对应安全措施,降低化工园区事故发生概率及后果严重程度,为安全生产提供参考.
(1)从科学原理、整体思维和相对独立性三个方面阐述评价体系建立的原理和准则,从化工园区的区域生产状况、区域人为因素、区域周围环境、区域应急救援能力、化工园区内企业间相互影响 5 个方面建立了化工园区危险评估指标体系;
(2)简述了层次分析法的基本理论,构造判断矩阵及分析了一致性检验过程,结合构建的化学工业园区危险评估指标体系和层次分析法,得到了化工园区危险评估指标体系中各指标的权重;
(3)分析出了火灾爆炸事故主要形式及伤害准则,结合相关公式讨论了池火、固体火灾、蒸汽云爆炸等事故后果计算方法,以某化工园区为例,得到了火球、热辐射致死半径,爆炸事故致死半径;
(4)讨论了多米诺效应的引发因素、扩展理论,分析了化工园区企业中可能存在的多米诺效应的引发模型,通过计算化学工业园区的设备多米诺失效概率和经济损失得到了多米诺效应风险计算流程;
(5)针对化工园区突发性风险和非突发性风险两种不同风险管理情况,研究了安全管理方法、风险管理体系、应急救援管理.
关键词:化工园区,危险性评价,层次分析法,多米诺效应
Abstract
With the increasing scale and number of chemical parks, the development ofchemical parks has caused many economic and environmental problems, especially thesafety issue has gradually become the focus of human attention. Through the riskanalysis and domino effect research on the chemical park, the corresponding safetymeasures are found to reduce the probability and consequences of accidents in thechemical park, and provide reference for safe production.
(1) Explain the principles and guidelines for the establishment of the evaluationsystem from the three aspects of scientific principles, holistic thinking and relativeindependence, from the regional production status of the chemical park, regional humanfactors, regional environment, regional emergency rescue capability, and enterpriseswithin the chemical park. Five aspects of mutual influence have established a riskassessment indicator system for chemical parks;
(2) The basic theory of AHP is briefly described. The structure judgment matrixand consistency test process are analyzed. Combined with the established riskassessment index system of chemical industrial park, combined with the analytichierarchy process, the risk assessment index system of chemical industry park isobtained. The weight value of the weight indicator of each indicator;
(3) List the main forms and damage criteria of fire and explosion accidents, anddiscuss the calculation methods of accident consequences such as pool fire, solid fireand steam cloud explosion with the relevant formulas. Taking a chemical park as anexample, the fireball and thermal radiation lethal radius are obtained. , the fatal radius ofthe explosion accident;
(4) Discussed the triggering factors and expansion theory of the domino effect,analyzed the possible domino effect triggering model in the chemical park enterprises,and studied the domino effect risk calculation process;
(5) For the two different risk management situations, such as sudden risks and nonburst risks in chemical parks, the safety management methods, risk managementsystems and emergency rescue management were studied. (5) From two differentsituations of risk management in Chemical Industry Park - unexpected risk and non unexpected risk - to explore safety management methods, risk management systemand emergency rescue management.
Key words: Chemical Industry Park; Risk assessment; AHP; Domino effect
目录
第 1 章绪论 ..................................................................................................................... 1
1.1 引言 ..................................................................................................................... 1
1.1.1 课题研究的目的 ....................................................................................... 1
1.1.2 课题研究意义 ........................................................................................... 1
1.2 国内外研究现状分析 ......................................................................................... 2
1.2.1 国外危险性评价研究分析 ....................................................................... 2
1.2.2 国内危险性评价研究分析 ....................................................................... 4
1.3 研究方法 ............................................................................................................. 4
1.4 可行性分析 ......................................................................................................... 5
1.5 危险性评价的基本思路 ..................................................................................... 5
1.5.1 危险性因素识别与分析 ........................................................................... 6
1.5.2 危害性评价 ............................................................................................... 6
1.5.3 确定风险可控性 ....................................................................................... 7
1.5.4 危险性评价内容 ....................................................................................... 7
1.6 研究目标、研究内容 ......................................................................................... 7
1.6.1 研究目标 ................................................................................................... 8
1.6.2 研究内容 ................................................................................................... 8
1.7 论文主要思路图 ................................................................................................. 9
第 2 章化工园区指标体系建立与分析 ......................................................................... 11
2.1 评价指标建立原则 ........................................................................................... 11
2.2 化工园区危险性评价指标选取 ........................................................................ 12
2.2.1 化工园区企业生产状况影响因素 ......................................................... 12
2.2.2.人为因素 ................................................................................................. 13
2.2.3 周围环境影响因素指标 ......................................................................... 13
2.2.4 应急救援能力指标 ................................................................................. 14
2.2.5 化工园区内企业间相互影响因素指标 ................................................. 14
2.3 层次分析法 ........................................................................................................ 15
2.3.1 层次分析模型的构造方法 ..................................................................... 15
2.3.2 层次分析方法的局限性 ........................................................................................ 20
第 3 章 火灾爆炸事故后果分析 .................................................................................. 22
3.1 火灾 ................................................................................................................... 22
3.1.1 池火 ......................................................................................................... 22
3.1.2 火球与气爆 ............................................................................................. 25
3.1.3 沸腾液体扩展为蒸汽爆炸伤害 ............................................................. 26
3.1.4 热辐射伤害 ............................................................................................. 27
3.2 爆炸 .................................................................................................................... 29
3.2.1 物理爆炸的爆炸能 ................................................................................. 30
3.2.2 冲击波伤害破坏准则 ............................................................................. 31
3.2.3 蒸气云爆炸的伤害准则 ......................................................................... 32
3.2.4 固体火灾 ................................................................................................. 33
3.4 泄漏后果分析 .................................................................................................... 34
3.4.1 毒气泄漏模型 ......................................................................................... 34
3.4.2 毒物泄漏扩散模型 .................................................................................. 37
第 4 章 多米诺效应研究 .............................................................................................. 39
4.1 多米诺效应的概念 ........................................................................................... 39
4.2 多米诺效应的扩展理论 ................................................................................... 39
4.3 多米诺效应概率计算 ....................................................................................... 43
4.4 经济损失折算 ................................................................................................... 49
4.5 多米诺效应风险计算 ....................................................................................... 50
第 5 章 化工园区应急管理及救援 .............................................................................. 52
5.1 化工园区应急管理实施细则 ........................................................................... 52
5.2 突发性风险管理 ............................................................................................... 52
5.3 非突发性风险管理 ........................................................................................... 57
第六章 化工园区实例分析 .......................................................................................... 58
6.1 危险源辨识与分析 ........................................................................................... 58
6.2 对化工园区建立指标体系 ............................................................................... 59
6.3 判断矩阵及权重计算 ....................................................................................... 61
6.4 化工园区火灾、爆炸事故后果分析 ............................................................... 65
6.4.1 火灾事故后果分析 ................................................................................ 65
6.4.2 爆炸事故后果分析 ................................................................................. 66
6.4.3 中毒事故后果分析 ................................................................................. 66
6.5 多米诺风险计算 ................................................................................................ 67
6.6 化工园区救援分析 ........................................................................................... 68
6.6.1 园区突发性风险管理 ............................................................................. 68
6.6.2 园区非突发性风险管理 ......................................................................... 72
结论 ................................................................................................................................. 75
参考文献 ......................................................................................................................... 77
致谢 ................................................................................................................................. 81
攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目 ..................................................... 82
第 1 章绪论
1.1 引言
1.1.1 课题研究的目的
现代社会工业的高速发展使化工生产越来越需要系统性、连贯性和经济性,所以化工园区就在这种趋势下应运而生,但随着化工园区的增多,化工园区内的的安全环境问题越来越严重.在这种问题下就需要通过对化学工业园区危险性和安全管理的研究,以寻求一种适合于化学工业园区危险性评价的模式;并在这个模式下,通过对化学工业园区内管理层面侧重、风险源发生事故时的影响范围、产生伤害后果的系统性评价以及危险源应急管理模型进行预策和估计,为制定化学工业园区的预先事故应急方案、建筑区域规划以及风险源分散管理提供理论依据.
化学工业园区危险性评价研究理应包含化工园区内管理层面测重点的确定、风险源发生事故时的危害性评估(包括对危险源的危害性初始评估和危险源识别)、风险源应急管理机制进行评估和危险源分类三方面.
化工园区危险性评价在全国范围内的危险性评价里都是一项重点,但是大多数的评价都是有局限性,因为大多数的危险性评价只是针对单独的工厂或一套化工生产设置进行评价和研究[1];区域整体安全性评估与危险性分析不够系统与全面,是现在越来越多新建设的化工园区所面临的,现在急需一种切实有效的危险性评价模型和方法;本文针对化工园区整体危险性进行系统全面的分析与探究,找到适合的危险性评价模式和方法,这种评价模式将会在化工园区安全监测管理和前期规划上提供理论依据,同时也为政府部门的安全性监察管理,应急处置和危险物品安置提供理论依据.
1.1.2 课题研究意义
目前,化学工业园区的整体层次危险性评估和评价探究相对较少[2],由于不断扩增与建设的我国的化工企业数量,导致企业群里区域危险源也越来越多,如果管控措施稍有差池或失误而造成事故,其导致的结果将是非常严重的.对比于西方先进国家的工业园区体系,我国化工园区体系建设比较晚,与此同时,化工园区的早期规划体系中并没有涵盖安全管理[3];这不仅容易在日后的生产监管中造起不必要的问题,而且也导致我国化工园区管理模式落后.
按照产品类型、产业定位、产业链的生产顺序和产业集中程度将化工园区内的企业进行分类和管理[4].化工园区在筹划和建造过程中也会面对来自各个层面的问题,大概可以分为来自招商、社会等层面,使其并不能按照已经制定好的安全规划和相关规定下建造执行,这种情况毫无疑问会使事故发生的概率变大,同时也会加重事故发生后的财产损失和相关人员的伤亡.
最近几年,我国主管部门在全国范围内对化工园区进行了改造和控制,使我国化工园区在原有数量的基础上有所减少.需要补充的是,事故发生概率高也是我国的化学工业园区建设具有的特点.事实上,大多数化工企业的化工品生产和储存材料都处在严重的危险之中,这种危险在一定程度上增加了生产过程中事故发生的可能性.由于我国化工园区建造率的加速增加,对我国化工园区的产品生产和产业链产生相当大的影响,同时监管机构也对我国化工园区在建造和生产过程发生的事故进行监测和分析,根据这些结果,得到在我国化工园区的生产中危险化学品生产事故和伤亡人数不断增加的事实.
依托于化工园区危险性评价方法研究,将会为化工园区的安全管理和规划提供可信理论依据,对进一步加强整体安全系数、深入基于区域危险性评价和区域危险性研究、化工园区安全科学内容的丰富、有效控制重大危险事故的发生具有重大的理论价值.
1.2 国内外研究现状分析
1.2.1 国外危险性评价研究分析
危险性评价是指确定危险性事件发生的机率,并模拟危险性事件的产生的危险程度,计算其风险值大小,对危险性进行可接受性评估,提出预防危险性事件发生和日常监控措施方案[5].
危险性评价最早开始是在军防工业上,由此应用也促进了研究危险性评价方法和原理的开始[6].在这个研究进程中,美国空中作战军首次使用系统型安全分析思想路线,并慢慢发展成系统安全理论.
概率危险评估方法是以核工业的风险和危险性为基础.现阶段广泛应用在火力发电、化学工业品生产、航天航空、核能发电行业等领域;因为它的系统结构简单、明确,并且类型相似组件的基础数据具有很强的相互参照性[7],因此,用这种方法收集的数据必须准确、充分、完整;思维判断和假设必须是完全合理的;并可以充分描述系统中每个阶层的不确定性. 从长远发展的角度看,随着模糊概率理论的发展和研究,在概率危险性评估中的这些缺点将会在某一程度上得到抑制.整个评价方法中最重要的环节就是是使用概率方法得到整个系统中的所有事故发生概率时数据.但是,目前在中国,此类数据的积累还很不足.这是运用这一种危险评价方法的核心性障碍.相反的是,由于在北欧发达国家很早就运用危险性评价到海上石油天然气生产系统中,这种数据得到了很大的原始积累,所以这种概率危险性评价分析在西方发达国家得到了广泛的应用.
我国化工厂危险程度分级方法、美国道(DOW)化学公司的火灾、爆炸指数法,英国帝国化学公司蒙德工厂的蒙德评价法,日本的六阶段安全评价法等均为指数评价计算方法[8].对化工厂这种系统复杂、用概率难以描述各类危险性因素的场所进行危险性评价时,加入指数的方法,使得这种评价可以实现具体化并能形成一个理论依据做支持,而且指数法计算相对简单,是现阶段可行的危险性评价方法之一.
ETA 是基于系统工程的决策理论.ETA 的分析理论是从一个起始事件延伸,然后开始定义一个事件在延伸过程中事件成功或者不成功,并讨论两种可能性的递阶发生情况,在将事件的两种可能性分别定义为新的开始事件,继续扩展的分析,以分析出最终结果为截至[9].ETA 的特点是能够看到一个起始事件在过程中的的动态发展.
在危险性评价计算分析中,每个中间事件或初始事件都是根据条件的发生概率来考虑的,也就是说,后一个事件在前一个事件发生时发生,而后一个事件选择可能的发展路径的概率是前一个事件发生时的条件概率;
目前国外发达的计算机技术促进了计算机软件模拟危险性评价的诞生,并且近几年为便于危险性评价和危险管理,国际上制定了 ISO 和 OHSMS 等一系列标准和规范.
1.2.2 国内危险性评价研究分析
危险性评价在中国也被称为安全评估,它是以确保系统安全为最终目标,结合科学有效的程序和理论,从整体系统的视角预先识别、分析和评价建筑工程项目或工业生产生活中的潜在危害,为制定防害防灾措施和安全整体管理决策提供依据.
国内从 20 世纪 80 年代才引进安全系统工程理论,此后的安全学术研究也主要以危险性评价与管理研究为主.
1981 年,我国原劳动部首次组织相关科研机构和高等院校的研究人员对危险性评价进行研究,此后,它被应用于机械、化学工业、航空航天等领域.
1987 年原机械电子工业部首次提出对机械行业内的机械工厂进行危险性评估,1988 年,第一部危险性评价标准《机械工厂安全评价标准》开始制定,并于1997 年颁布和修订.
1991 年,中国将危险性评价方法研究列为"八五"国家重点研究项目;1995年,中国劳动部和北京理工大学联和,进行研究整合,共同完成《易燃易爆有毒危害源的危险性评价技术》项目,使中国的危险性评价进入定量评估时期.
国内对危险性评价的研究主要集中在对评价方法的运用和评价指标体系的建立上,越来越多的新型危险性评价数学模型被运用,但是模型缺乏广泛适用性,因此对评价方法的普遍适用性将可能是危险性评价研究的重点之一.
目前有对化工园区安全规划、危险辨识、风险管理及风险容量进行研究,但是由于化工园区事故发生具体数据的收集与建立的缺乏,所以对上述的化工园区的危险性评价及事故后果的研究还需要进一步加强细化,同时这也是未来化工园区研究急需解决的一个问题.
1.3 研究方法
通过识别化学工业园区内重大或潜在危险源,以及其发生火灾爆炸的后果与伤害原理,构建危险性评价模型,利用层次分析法及多米诺效应计算法则计算相关数值,为化工园区内重大危险源的安全等级划分提供依据,研究技术路线,并提出相关管控措施.
…………由于本文篇幅较长,部分内容省略,详细全文见文末附件
第 7 章 结论
化学工业园区中由于生产和制造需求,需要存储存大量的易燃易爆物质,这些危险物质一旦发生事故,将会使园区内部企业和附近造成大量的人员伤亡以及财产损失.为了保障化工企业园区的迅速、健康发展,对化工园区进行危险性评价是十分重要的.本论文在国内外研究的基础上,对化工园区进行了危险性评价研究,得到以下结论:
(1)阐述了评价体系建立的原理和准则,从区域生产状况影响因素、区域人为因素、区域周围环境影响因素、区域应急救援能力、化工园区内企业间相互影响因素等方面建立了化工园区危险性评价一级指标;在此基础上,构建了 14个二级指标和 42 个三级指标;讨论了层次分析法的基本原理,运用层次分析法,得到了化工园区危险性评估指标体系中各指标的权重,为分析各指标在化工园区危险性评价指标体系中的重要性提供了依据;
(2)列举出了火灾爆炸事故主要形式及伤害准则,结合相关公式讨论了池火、固体火灾、蒸汽云爆炸等事故后果计算方法,以某化工园区为例,得到了园区内 5 个项目中每个项目热辐射致死半径:项目 A 的热辐射致死半径是 109m;B项目为 175 m;C 项目为 212 m;D 项目为 209 m;E 项目为 196 m;
爆炸事故致死半径:A 项目为 53 m;B 项目为 45 m;C 项目为 60 m;D 项目为 46 m;E 项目为 51 m;
毒气泄漏伤害半径为:A 项目为 187 m;B 项目为 191 m;C 项目为 219 m; D 项目为 240 m;E 项目为 202 m;
(3)讨论了多米诺效应的引发因素、扩展理论,分析了化工园区企业中可能存在的多米诺效应的引发模型,研究了多米诺效应风险计算流程计算出了多米诺效应死亡半径是 85 米;预计死亡人数为 20 人;财产损失半径为 2840 m;财产损失为 3642 万元,多米诺效应经济损失 5946 万元;
(4)化工园区应急救援管理主要是给园区内的管理部门提供一个借鉴,针对化工园区突发性风险和非突发性风险等两种不同风险管理情况,研究了安全管理方法、风险管理体系、应急救援管理.
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