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基于事件樹(shù)的天然氣管道風(fēng)險(xiǎn)定量分析

作者:黃小美 李百戰(zhàn) 彭世尼 楊茂華  
評(píng)論: 更新日期:2012年07月07日
? ??④ 射流火災(zāi)后果分析
? ??天然氣從管道直接泄漏到空氣中且泄漏源被點(diǎn)燃會(huì)形成射流火焰,射流火焰會(huì)對(duì)火焰附近的物品以及滯留于附近的人造成熱傷害,稱為射流火災(zāi)。這里只分析射流火焰造成的一次火災(zāi),不包括射流火焰引起的易燃易爆物品起火、爆炸等二次災(zāi)害。射流火焰熱輻射強(qiáng)度的計(jì)算以及熱流對(duì)設(shè)備及人的危害程度評(píng)價(jià),可參見(jiàn)文獻(xiàn)[1、5、7、8、10]。射流火災(zāi)對(duì)人的傷害與熱輻射強(qiáng)度和遭受輻射的時(shí)間有關(guān),因此在危害評(píng)估時(shí)應(yīng)考慮射流火災(zāi)發(fā)生后人逃離火源以減小或避免熱輻射的傷害的情況,也需要考慮射流火災(zāi)發(fā)生之前,人們感覺(jué)到危險(xiǎn)而逃離或被疏散,因而火源附近的人口密度會(huì)降低的情況。
? ??⑤ 爆炸后果分析
? ??爆炸的后果評(píng)估常采用超壓準(zhǔn)則。密閉空間的燃?xì)鉂舛确e聚到可燃濃度范圍且出現(xiàn)點(diǎn)火源時(shí)會(huì)發(fā)生密閉空間爆炸。實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)均表明,天然氣完全密閉空間內(nèi)的爆燃?jí)毫σ话銥?span>0.7~0.8MPa[11],長(zhǎng)條形密閉空間內(nèi)(如地溝)爆燃轉(zhuǎn)爆轟時(shí),壓力最大可達(dá)2MPa。半密閉空間爆炸升壓與其泄壓面積有關(guān),計(jì)算方法可參見(jiàn)文獻(xiàn)[11]。開(kāi)敞空間存在大量燃?xì)馇页霈F(xiàn)點(diǎn)火源時(shí),可能會(huì)發(fā)生氣云爆炸。對(duì)于天然氣管道,通常只有壓力較高的管道斷裂泄漏才可能導(dǎo)致氣云爆炸,氣云爆炸的超壓計(jì)算可參見(jiàn)文獻(xiàn)[8、10、11]。爆炸在瞬間完成,因此爆炸發(fā)生時(shí),現(xiàn)場(chǎng)的受害人員沒(méi)有時(shí)間逃離,但后果評(píng)估時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮在天然氣泄漏之后和爆炸之前的時(shí)間內(nèi),人們逃離或者被疏散而使得現(xiàn)場(chǎng)人口密度降低的情況。
? ??⑥ 窒息分析
? ??天然氣是單純性窒息氣體,天然氣泄漏到密閉空間中會(huì)使該空間氧氣含量下降,如果有人在密閉空間(如通風(fēng)不良的地下室)活動(dòng)而未及時(shí)逃離,則會(huì)發(fā)生缺氧窒息傷亡事故。窒息的簡(jiǎn)單評(píng)估可參見(jiàn)文獻(xiàn)[1]。
? ??⑦ 氣損分析
? ??只要天然氣泄漏,即使不發(fā)生火災(zāi)爆炸事件,也會(huì)因燃?xì)饴p而導(dǎo)致供銷差增大,供銷差是決定天然氣企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要因素之一,因此有必要將燃?xì)饴p的價(jià)值計(jì)算為直接經(jīng)濟(jì)損失。
? ??⑧ 后果嚴(yán)重程度的表達(dá)
? ??每種后果的嚴(yán)重程度描述不同,如人員死亡、重傷、輕傷,物品損毀、損壞,資源損失等,若將這些后果的表述統(tǒng)一用經(jīng)濟(jì)損失或者其他指標(biāo)描述,則有利于后果的比較和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果的表達(dá)。在用經(jīng)濟(jì)損失指標(biāo)統(tǒng)一描述各種后果時(shí),可按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《企業(yè)職工傷亡事故經(jīng)濟(jì)損失統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 6441—86)進(jìn)行。
4 風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)
一段管道系統(tǒng)的總風(fēng)險(xiǎn)值為:
?
式中R——某段管道系統(tǒng)的總風(fēng)險(xiǎn)值
P(Ci)——后果Ci發(fā)生的概率(或頻率)
C(Ci)一后果Ci的后果嚴(yán)重程度
P(Ci)和C(Ci)的單位根據(jù)具體的表達(dá)方式而定,R的單位由P(Ci)和C(Ci)的單位共同確定。
5 案例分析
??? 根據(jù)故障樹(shù)分析并結(jié)合以往的經(jīng)驗(yàn)及專家估計(jì),測(cè)算得到某工作壓力為0.4MPa的DN200mm埋地管道的滲透泄漏、穿孔泄漏、開(kāi)裂泄漏的頻率以及各后續(xù)事件的概率見(jiàn)表2,經(jīng)計(jì)算得到各后果事件的頻率見(jiàn)表2。該管道周圍的人口密度平均為0.05人/m2,財(cái)產(chǎn)價(jià)值密度平均為500元/m2,管遣的附近有20m3的封閉地下管溝。假設(shè)人員死亡能經(jīng)濟(jì)損失為20×104元/人,重傷損失為10×102元/人,輕傷損失為1×104元/人,天然氣成本為1.5元/m3,滲透泄漏和穿孔泄漏平均修復(fù)費(fèi)用為1500元/次,開(kāi)裂泄漏平均修復(fù)費(fèi)用為3000元/次。
? ??估算本案例中每種后果事件發(fā)生所導(dǎo)致的損失預(yù)測(cè)見(jiàn)表3。
2 案例中各事件的頻率或概率

?

初因事件
立即點(diǎn)燃
泄漏到密閉空間
燃?xì)獗灰?/font>
后果事件
泄漏模式
頻率/(次·km-1·a-1)
是否發(fā)生
概率
是否發(fā)生
概率
是否發(fā)生
概率
代碼
頻率/(次·km-1·a-1)
滲透泄漏
0.08
Y
0.05
N
1.00
N
1.00
C1
0.004000
N
0.95
Y
0.10
Y
0.10
C2
0.000760
N
0.90
C3
0.009840
N
0.90
N
1.00
C4
0.098400
穿孔泄漏
0.02
Y
0.10
N
1.00
N
1.00
C5
0.002000
N
0.90
Y
0.05
Y
0.10
C6
0.000090
N
0.90
C7
0.00810
N
0.95
N
1.00
C8
0.017100
開(kāi)裂泄漏
0.02
Y
0.10
N
1.00
N
1.00
C9
0.002000
N
0.90
Y
0.05
Y
0.20
C10
0.000180
N
0.80
C11
0.000720
N
0.95
Y
0.05
C12
0.000855
N
0.95
C13
0.016245
3 案例中每種后果事件發(fā)生所導(dǎo)致的損失預(yù)測(cè)

?

后果代碼
人員傷亡
財(cái)物損毀面積/m2
管道修復(fù)費(fèi)用/元
漏氣損失/m3
C1
無(wú)
1
1500
1200
C2
1人重傷
1人輕傷
30
1500
C3
無(wú)
無(wú)
1500
C4
無(wú)
無(wú)
1500
C5
無(wú)
14
1500
2000
C6
1人重傷
1人輕傷
30
1500
C7
無(wú)
無(wú)
1500
C8
無(wú)
無(wú)
1500
C9
1人死亡
1人重傷
4人輕傷
450
3000
12000
C10
1人重傷
1人輕傷
30
3000
C11
無(wú)
無(wú)
3000
C12
2人死亡
6人重傷
10人輕傷
200
3000
C13
無(wú)
無(wú)
3000
注:財(cái)物損毀面積是指后果事件損毀財(cái)物的建筑面積范圍,假設(shè)該面積范圍內(nèi)的財(cái)物價(jià)值全部損失,而該范圍之外的財(cái)物無(wú)任何損失。
??? 將表3中每個(gè)后果事件的損失折算成相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)損失,再乘以表2計(jì)算出的該后果事件的頻率,便得到了該后果的經(jīng)濟(jì)損失數(shù)學(xué)期望(即該后果事件的風(fēng)險(xiǎn)),最后將所有后果經(jīng)濟(jì)損失數(shù)學(xué)期望累加,便得到了該管段的風(fēng)險(xiǎn)值。經(jīng)計(jì)算,該管段的風(fēng)險(xiǎn)值為3074元/(km·a)。
6 結(jié)論及建議
??? 本文提出的風(fēng)險(xiǎn)定量分析方法的基本思路符合國(guó)際上通用的風(fēng)險(xiǎn)定量分析的基本程序。事件樹(shù)分析推導(dǎo)了燃?xì)夤艿朗Э赡軐?dǎo)致的所有后果情形及概率,故障樹(shù)分析能分析初因事件和后續(xù)事件的原因和概率。在實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí),由于目前我國(guó)有關(guān)管道失效及事故的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)嚴(yán)重缺乏,今后還需對(duì)兩個(gè)方面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理、數(shù)據(jù)系統(tǒng)建立與完善:全國(guó)范圍內(nèi)的天然氣管道事故數(shù)據(jù),各個(gè)城市天然氣管道基本信息數(shù)據(jù)(GIS數(shù)據(jù)庫(kù)的完善)。該方法適合某一管段的風(fēng)險(xiǎn)分析,而城市燃?xì)夤芫W(wǎng)本身參數(shù)、所處的環(huán)境特征都非常復(fù)雜,不同地域的管段風(fēng)險(xiǎn)值存在很大的差別。城市燃?xì)夤芫W(wǎng)總長(zhǎng)度很大,手工計(jì)算整個(gè)管網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)非常繁瑣。因此,若將該方法結(jié)合到管網(wǎng)GIS中,利用GIS中的已有數(shù)據(jù),編制程序,自動(dòng)計(jì)算,則可大大簡(jiǎn)化風(fēng)險(xiǎn)分析過(guò)程。
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